Relä - Relay

Ett relä är en elektriskt manövrerad omkopplare . Den består av en uppsättning ingångsterminaler för en eller flera styrsignaler och en uppsättning driftkontakter. Omkopplaren kan ha valfritt antal kontakter i flera kontaktformulär , såsom att skapa kontakter, bryta kontakter eller kombinationer av dessa.

Reläer används där det är nödvändigt att styra en krets med en oberoende lågeffektsignal, eller där flera kretsar måste styras av en signal. Reläer användes först i långväga telegrafkretsar som signalrepeterare: de uppdaterar signalen som kommer in från en krets genom att sända den på en annan krets. Reläer användes flitigt i telefonväxlar och tidiga datorer för att utföra logiska operationer.

Den traditionella formen av ett relä använder en elektromagnet för att stänga eller öppna kontakterna, men andra verksamhetsprinciper har uppfunnits, såsom i halvledarreläer som användning halvledar egenskaper för kontroll utan att förlita sig på rörliga delar . Reläer med kalibrerade driftskarakteristika och ibland flera manöverspolar används för att skydda elektriska kretsar mot överbelastning eller fel; i moderna elkraftsystem utförs dessa funktioner av digitala instrument som fortfarande kallas skyddsreläer .

Låsningsreläer kräver bara en enda styrpuls för att manövrera omkopplaren ihållande. En annan puls som appliceras på en andra uppsättning kontrollterminaler, eller en puls med motsatt polaritet, återställer omkopplaren, medan upprepade pulser av samma slag inte har några effekter. Magnetiska låsreläer är användbara i applikationer när avbruten effekt inte bör påverka kretsarna som reläet styr.

Historia

År 1809 konstruerade Samuel Thomas von Sömmerring ett elektrolytiskt relä som en del av hans elektrokemiska telegraf.

Den amerikanska forskaren Joseph Henry påstås ofta ha uppfunnit ett relä 1835 för att förbättra sin version av den elektriska telegraf , som utvecklades tidigare 1831.

Det påstås att den engelska uppfinnaren Edward Davy "säkert uppfann det elektriska reläet" i sin elektriska telegraf c.1835.

En enkel anordning, som nu kallas ett relä, inkluderades i den ursprungliga 1840 telegrafpatent av Samuel Morse . Den beskrivna mekanismen fungerade som en digital förstärkare, som upprepade telegrafsignalen och tillät således att signaler kan spridas så långt som önskat.

Ordet relä förekommer i samband med elektromagnetiska operationer från 1860.

Grundläggande design och drift

Ett enkelt elektromagnetiskt relä består av en trådspole som lindas runt en mjuk järnkärna (en solenoid), ett järnok som ger en låg reluktansbana för magnetflöde, en rörlig järnarmatur och en eller flera uppsättningar kontakter (det finns två kontakter i reläet på bilden). Ankaret är gångjärnt till ok och mekaniskt kopplat till en eller flera uppsättningar rörliga kontakter. Ankaret hålls på plats av en fjäder så att när reläet är frånkopplat finns det ett luftgap i magnetkretsen. I detta tillstånd är en av de två uppsättningarna kontakter i reläet på bilden stängd, och den andra uppsättningen är öppen. Andra reläer kan ha fler eller färre uppsättningar kontakter beroende på deras funktion. Reläet på bilden har också en tråd som ansluter ankaret till oket. Detta säkerställer kretsens kontinuitet mellan de rörliga kontakterna på ankaret och kretsspåret på kretskortet (PCB) via oket , som är lödt till kretskortet.

När en elektrisk ström passerar genom spolen genererar den ett magnetfält som aktiverar ankaret, och den påföljande rörelsen av den / de rörliga kontakten antingen gör eller bryter (beroende på konstruktion) en förbindelse med en fast kontakt. Om kontaktuppsättningen stängdes när reläet var avstängt, öppnar rörelsen kontakterna och bryter anslutningen, och vice versa om kontakterna var öppna. När strömmen till spolen stängs av, återförs ankaret med en kraft, ungefär hälften så stark som magnetkraften, till sitt avslappnade läge. Vanligtvis tillhandahålls denna kraft av en fjäder, men tyngdkraften används också vanligtvis i industriella motorstartare. De flesta reläer är tillverkade för att fungera snabbt. I en applikation med låg spänning minskar detta buller; i en högspännings- eller strömapplikation minskar det ljusbågen .

När spolen matas med likström placeras ofta en diod eller ett motstånd tvärs över spolen för att avleda energin från det kollapsande magnetfältet vid deaktivering, vilket annars skulle generera en spänningspik som är farlig för halvledarkretskomponenter . Sådana dioder användes inte i stor utsträckning före användning av transistorer som relädrivrutiner, men blev snart allestädes när tidiga germaniumtransistorer lätt förstördes av denna våg. Vissa bilreläer inkluderar en diod inuti relähuset. Motstånd, medan de är mer hållbara än dioder, är mindre effektiva för att eliminera spänningspikar som genereras av reläer och därför inte lika vanligt använda.

Om reläet driver en stor, eller särskilt en reaktiv belastning, kan det finnas ett liknande problem med överspänningsströmmar runt reläutgångskontakterna. I detta fall kan en snubberkrets (en kondensator och ett motstånd i serie) över kontakterna absorbera överspänningen. Lämpliga märkta kondensatorer och tillhörande motstånd säljs som en enda förpackad komponent för denna vanliga användning.

Om spolen är konstruerad för att få ström med växelström (AC), används någon metod för att dela flödet i två out-of-phase-komponenter som läggs ihop, vilket ökar minsta drag på ankaret under växelströmscykeln. Vanligtvis görs detta med en liten koppar "skuggring" som är krympad runt en del av kärnan som skapar den fördröjda, ur-fas-komponenten, som håller kontakterna under nollkorsningarna av styrspänningen.

Kontaktmaterial för reläer varierar beroende på applikation. Material med lågt kontaktmotstånd kan oxideras av luften, eller tenderar att "sticka" istället för att rent avskilja vid öppning. Kontaktmaterial kan vara optimerat för lågt elektrisk motstånd, hög hållfasthet för att motstå upprepade operationer eller hög kapacitet att motstå värmen i en båge. Där mycket lågt motstånd krävs eller låga termiskt inducerade spänningar önskas kan guldpläterade kontakter användas tillsammans med palladium och andra icke-oxiderande halvädelmetaller. Silver- eller silverpläterade kontakter används för signalomkoppling. Kvicksilvervätade reläer gör och bryter kretsar med hjälp av en tunn, självförnyande film av flytande kvicksilver. För reläer med högre effekt som byter många ampere, såsom motorkretskontakter, skapas kontakter med en blandning av silver och kadmiumoxid, vilket ger låg kontaktmotstånd och hög motståndskraft mot ljusbågens värme. Kontakter som används i kretsar som bär poäng eller hundratals ampere kan inkludera ytterligare strukturer för värmeavledning och hantering av ljusbågen som produceras när kretsen avbryts. Vissa reläer har fältutbytbara kontakter, till exempel vissa verktygsmaskinreläer; dessa kan bytas ut när de är slitna, eller bytas mellan normalt öppet och normalt stängt tillstånd, för att möjliggöra ändringar i den styrda kretsen.

Terminologi

Eftersom reläer är switchar , tillämpas terminologin som används på switchar också på reläer; ett relä växlar en eller flera poler , vars kontakter kan slängas genom att spolen aktiveras. Normalt öppna (NO) kontakter ansluter kretsen när reläet är aktiverat; kretsen kopplas ur när reläet är inaktivt. Normalt stängda (NC) kontakter kopplar bort kretsen när reläet är aktiverat; kretsen är ansluten när reläet är inaktivt. Alla kontaktformulär innefattar kombinationer av NO- och NC -anslutningar.

National Association of Relay Manufacturers och dess efterträdare, Relay and Switch Industry Association definierar 23 olika elektriska kontaktformulär som finns i reläer och switchar. Av dessa är vanligt förekommande följande:

• SPST-NO (Single-Pole Single-Throw, Normally-Open) reläer har en enda Form A- kontakt eller gör kontakt. Dessa har två terminaler som kan anslutas eller kopplas bort. Inklusive två för spolen har ett sådant relä totalt fyra terminaler.
• SPST-NC (Single-Pole Single-Throw, normalt slutna) reläer har en enda form B eller brytning kontakt. Som med ett SPST-NO-relä har ett sådant relä totalt fyra terminaler.
• SPDT (Single-Pole Double-Throw) reläer har en enda uppsättning formulär C , brytning innan du skapar eller överför kontakter. Det vill säga att en gemensam terminal ansluter till någon av två andra, som aldrig ansluter till båda samtidigt. Inklusive två för spolen har ett sådant relä totalt fem terminaler.
• DPST- Dubbelpoliga enkelkastreläer motsvarar ett par SPST-omkopplare eller reläer som aktiveras av en enda spole. Inklusive två för spolen har ett sådant relä totalt sex terminaler. Polerna kan vara form A eller form B (eller en av varje; beteckningarna NO och NC bör användas för att lösa tvetydigheten).
• DPDT- Double-Pole Double-Throw reläer har två uppsättningar Form C- kontakter. Dessa motsvarar två SPDT -omkopplare eller reläer som manövreras av en enda spole. Ett sådant relä har åtta terminaler, inklusive spolen
• Form D - gör före paus
• Form E - kombination av D och B

Den S ( enkel ) eller D ( dubbel ) designator för polen räkning kan ersättas med ett nummer, som anger flera kontakter anslutna till en enda manöverorgan . Till exempel indikerar 4PDT ett fyrpoligt dubbelkastrelä som har 12 kopplingsterminaler.

EN 50005 är bland tillämpliga standarder för numrering av reläterminaler; en typisk EN 50005-kompatibel SPDT-reläterminaler skulle vara numrerade 11, 12, 14, A1 och A2 för C-, NC-, NO- och spolanslutningarna.

DIN 72552 definierar kontaktnummer i reläer för fordonsbruk:

• 85 = reläspole -
• 86 = reläspole +
• 87 = gemensam kontakt
• 87a = normalt stängd kontakt
• 87b = normalt öppen kontakt

Typer

Koaxial relä

När radiosändare och mottagare delar en antenn används ofta ett koaxialrelä som ett TR (sänd-mottagande) relä, som växlar antennen från mottagaren till sändaren. Detta skyddar mottagaren från sändarens höga effekt. Sådana reläer används ofta i sändtagare som kombinerar sändare och mottagare i en enhet. Reläkontakterna är utformade för att inte reflektera någon radiofrekvent effekt tillbaka mot källan, och för att ge mycket hög isolering mellan mottagare och sändarterminaler. Reläets karakteristiska impedans matchas med systemets transmissionsledningsimpedans , till exempel 50 ohm.

Kontaktor

En kontaktor är ett kraftfullt relä med högre strömvärden, som används för att byta elmotorer och belysa laster. Kontinuerliga strömvärden för vanliga kontaktorer sträcker sig från 10 ampere till flera hundra ampere. Högströmskontakter görs med legeringar som innehåller silver . Den oundvikliga bågningen gör att kontakterna oxiderar; emellertid silveroxid är fortfarande en god ledare. Kontaktorer med överbelastningsskydd används ofta för att starta motorer.

Kraftstyrt kontaktrelä

Ett kraftstyrt kontaktrelä har reläkontakter som är mekaniskt sammanlänkade, så att när reläspolen aktiveras eller avaktiveras rör sig alla länkade kontakter tillsammans. Om en uppsättning kontakter i reläet blir immobiliserad kommer ingen annan kontakt med samma relä att kunna röra sig. Funktionen hos kraftstyrda kontakter är att göra det möjligt för säkerhetskretsen att kontrollera reläets status. Tvångsstyrda kontakter är också kända som "positivstyrda kontakter", "fångade kontakter", "låsta kontakter", "mekaniskt länkade kontakter" eller "säkerhetsreläer".

Dessa säkerhetsreläer måste följa konstruktionsregler och tillverkningsregler som definieras i en huvudmaskinstandard EN 50205: Reläer med tvångsstyrda (mekaniskt länkade) kontakter. Dessa regler för säkerhetsdesign är de som definieras i typ B-standarder som EN 13849-2 som grundläggande säkerhetsprinciper och välprövade säkerhetsprinciper för maskiner som gäller för alla maskiner.

Tvångsstyrda kontakter i sig själva kan inte garantera att alla kontakter är i samma tillstånd, men de garanterar, utan några grova mekaniska fel, att inga kontakter är i motsatta tillstånd. I annat fall kan ett relä med flera normalt öppna (NO) kontakter fastna när den är spänningssatt, med vissa kontakter stängda och andra fortfarande något öppna, på grund av mekaniska toleranser. På samma sätt kan ett relä med flera normalt stängda (NC) kontakter hålla sig till det oenergiska läget, så att kretsen genom en uppsättning kontakter bryts med ett marginellt gap, medan den andra förblir stängd. Genom att införa både NO- och NC -kontakter, eller vanligare, växlingskontakter på samma relä, blir det sedan möjligt att garantera att om någon NC -kontakt är stängd är alla NO -kontakter öppna, och omvänt, om någon NO -kontakt är stängd, alla NC -kontakter är öppna. Det är inte möjligt att på ett tillförlitligt sätt säkerställa att en viss kontakt stängs, förutom genom potentiellt påträngande och säkerhetsnedbrytande avkänning av dess kretsförhållanden, men i säkerhetssystem är det vanligtvis NO-tillståndet som är viktigast, och som förklarats ovan är detta pålitligt verifierbar genom att detektera stängning av en kontakt med motsatt mening.

Kraftstyrda kontaktreläer tillverkas med olika huvudkontaktuppsättningar, antingen NO, NC eller växling, och en eller flera hjälpkontaktuppsättningar, ofta med reducerad ström eller spänning, används för övervakningssystemet. Kontakter kan vara alla NO, alla NC, växling eller en blandning av dessa, för övervakningskontakterna, så att säkerhetssystemets konstruktör kan välja rätt konfiguration för den specifika applikationen. Säkerhetsreläer används som en del av ett konstruerat säkerhetssystem.

Spärrrelä

En låsande relä, även kallad impuls , bistabil , hålla eller vistelse relä, eller helt enkelt spärr bibehåller antingen kontaktläget på obestämd tid utan ström appliceras på spolen. Fördelen är att en spole förbrukar ström bara ett ögonblick medan reläet växlas och reläkontakterna behåller denna inställning vid ett strömavbrott. Ett låsrelä möjliggör fjärrstyrning av byggnadsbelysning utan brum som kan produceras från en kontinuerligt (AC) spänning.

I en mekanism håller två motstående spolar med en övercentrerad fjäder eller permanentmagnet kontakterna på plats efter att spolen är avstängd. En puls till en spole slår på reläet och en puls till den motsatta spolen stänger av reläet. Denna typ används i stor utsträckning där styrning sker från enkla omkopplare eller enstaka utgångar från ett styrsystem, och sådana reläer finns inom avionik och många industriella tillämpningar.

En annan låstyp har en remanent kärna som behåller kontakterna i det manövrerade läget av remanent magnetism i kärnan. Denna typ kräver en strömpuls med motsatt polaritet för att frigöra kontakterna. En variant använder en permanent magnet som producerar en del av kraften som krävs för att stänga kontakten; spolen ger tillräcklig kraft för att flytta kontakten öppen eller stängd genom att hjälpa eller motverka den permanenta magnetens fält. Ett polaritetsstyrt relä behöver omkopplare eller en H -brytarkrets för att styra det. Reläet kan vara billigare än andra typer, men detta kompenseras delvis av de ökade kostnaderna i den externa kretsen.

I en annan typ har ett spärrrelä en spärrmekanism som håller kontakterna stängda efter att spolen aktiveras momentant. En andra impuls, i samma eller en separat spole, släpper ut kontakterna. Denna typ kan hittas i vissa bilar, för strålkastardämpning och andra funktioner där alternerande manövrering på varje omkopplare krävs.

Ett stegrelä är en specialiserad typ av flervägslåsningsrelä avsedd för tidiga automatiska telefonväxlar .

En jordfelsbrytare innehåller ett specialiserat låsrelä.

Mycket tidiga datorer lagrade ofta bitar i ett magnetiskt låsande relä, till exempel ferreed eller den senare omformade i 1ESS -omkopplaren .

Vissa tidiga datorer använde vanliga reläer som ett slags spärr - de lagrar bitar i vanliga trådfjäderreläer eller vassreläer genom att mata tillbaka en utmatningskabel som en ingång, vilket resulterar i en återkopplingsslinga eller sekventiell krets . Ett sådant elektriskt låsande relä kräver kontinuerlig effekt för att bibehålla tillståndet, till skillnad från magnetiskt låsande reläer eller mekaniskt spärrreläer.

I datorminnen ersattes låsningsreläer och andra reläer med fördröjningslinjeminne , som i sin tur ersattes av en serie allt snabbare och allt mindre minnetekniker.

Maskinverktygsrelä

Ett maskinverktygsrelä är en typ som är standardiserad för industriell styrning av verktygsmaskiner , överföringsmaskiner och annan sekventiell styrning. De kännetecknas av ett stort antal kontakter (ibland utbyggbara i fältet) som enkelt kan konverteras från normalt öppet till normalt stängt läge, lätt utbytbara spolar och en formfaktor som gör det möjligt att installera många reläer på en kontrollpanel. Även om sådana reläer en gång var ryggraden i automation i sådana industrier som bilmontering, förflyttade den programmerbara logikstyrenheten (PLC) mestadels verktygsreläet från sekventiella styrapplikationer.

Ett relä gör att kretsar kan växlas med elektrisk utrustning: till exempel kan en timerkrets med ett relä växla ström vid en förinställd tid. Under många år var reläer standardmetoden för att styra industriella elektroniska system. Ett antal reläer kan användas tillsammans för att utföra komplexa funktioner ( relälogik ). Principen för relälogik är baserad på reläer som aktiverar och avaktiverar associerade kontakter. Relälogik är föregångaren till stege -logik , som vanligtvis används i programmerbara logikkontroller .

Kvicksilverrelä

Ett kvicksilverrelä är ett relä som använder kvicksilver som kopplingselement. De används där kontakterosion skulle vara ett problem för konventionella reläkontakter. På grund av miljöhänsyn kring en betydande mängd kvicksilver som används och moderna alternativ är de nu relativt ovanliga.

Kvicksilvervätat relä

Ett kvicksilvervättat vassrelä är en form av vassrelä som använder en kvicksilveromkopplare , där kontakterna väts med kvicksilver . Kvicksilver minskar kontaktmotståndet och mildrar det tillhörande spänningsfallet. Ytföroreningar kan leda till dålig konduktivitet för lågströmssignaler. För höghastighetsapplikationer eliminerar kvicksilvret kontaktstopp och ger praktiskt taget omedelbar kretsstängning. Kvicksilvervätade reläer är positionskänsliga och måste monteras enligt tillverkarens specifikationer. På grund av giftigheten och kostnaden för flytande kvicksilver har dessa reläer allt oftare tagits i bruk.

Den höga hastigheten för omkoppling av det kvicksilvervätade reläet är en anmärkningsvärd fördel. Kvicksilverkulorna på varje kontakt sammanfaller , och den aktuella stigningstiden genom kontakterna anses i allmänhet vara några pikosekunder. I en praktisk krets kan den dock begränsas av induktansen hos kontakterna och ledningarna. Det var ganska vanligt, före restriktioner för användning av kvicksilver, att använda ett kvicksilvervätat relä i laboratoriet som ett bekvämt sätt att generera snabba stigningstidspulser, men även om stigningstiden kan vara picosekunder är den exakta tidpunkten för händelsen , liksom alla andra typer av relä, utsatt för betydande skakningar, möjligen millisekunder, på grund av mekaniska brister.

Samma koalescensprocess orsakar en annan effekt, vilket är besvärande i vissa applikationer. Kontaktmotståndet är inte stabilt omedelbart efter stängning av kontakten och driver, mestadels nedåt, i flera sekunder efter stängning, ändringen är kanske 0,5 ohm.

Multispänningsreläer

Multispänningsreläer är enheter som är konstruerade för att fungera för breda spänningsområden, t.ex. 24 till 240 VAC och VDC och breda frekvensområden som 0 till 300 Hz. De är avsedda för användning i installationer som inte har stabila matningsspänningar.

Överbelastningsskyddsrelä

Elmotorer behöver överströmskydd för att förhindra skador från överbelastning av motorn, eller för att skydda mot kortslutning i anslutningskablar eller interna fel i motorlindningarna. Överbelastningsavkänningsanordningarna är en form av värmedrivet relä där en spole värmer en bimetallisk remsa , eller där en lödkärl smälter, för att styra hjälpkontakter. Dessa hjälpkontakter är i serie med motorns kontaktorspole, så de stänger av motorn när den överhettas.

Detta termiska skydd fungerar relativt långsamt så att motorn kan dra högre startströmmar innan skyddsreläet löser ut. Om överbelastningsreläet utsätts för samma omgivningstemperatur som motorn, tillhandahålls en användbar men rå kompensation för motorns omgivningstemperatur.

Det andra vanliga överbelastningsskyddssystemet använder en elektromagnetspole i serie med motorkretsen som direkt driver kontakter. Detta liknar ett styrrelä men kräver en ganska hög felström för att driva kontakterna. För att förhindra att kortare strömspikar orsakar störningar som utlöser armeringsrörelsen dämpas med en dashpot . De termiska och magnetiska överbelastningsdetekteringarna används vanligtvis tillsammans i ett motorskyddsrelä.

Elektroniska överbelastningsskyddsreläer mäter motorström och kan uppskatta motorlindningstemperaturen med en "termisk modell" av motorns ankarsystem som kan ställas in för att ge ett mer exakt motorskydd. Vissa motorskyddsreläer inkluderar ingångar för temperaturdetektor för direktmätning från ett termoelement eller en motståndstermometersensor inbäddad i lindningen.

Polariserat relä

Ett polariserat relä placerar ankaret mellan polerna på en permanentmagnet för att öka känsligheten. Polariserade reläer användes i telefonväxlar i mitten av 1900 -talet för att upptäcka svaga pulser och korrigera telegrafisk distorsion .

Vassrelä

Ett vassrelä är en vassomkopplare som är innesluten i en solenoid. Brytaren har en uppsättning kontakter inuti ett evakuerat eller inert gasfylldt glasrör som skyddar kontakterna mot atmosfärisk korrosion . kontakterna är gjorda av magnetiskt material som får dem att röra sig under påverkan av fältet för den inneslutande solenoiden eller en extern magnet.

Vassreläer kan växla snabbare än större reläer och kräver mycket lite ström från styrkretsen. De har dock relativt låga kopplingsström och spänningsbetyg. Även om det är sällsynt kan vassen bli magnetiserade med tiden, vilket gör att de fastnar "på", även om det inte finns någon ström; förändring av vass orientering eller avkoppling av omkopplaren med avseende på magnetventilens magnetfält kan lösa detta problem.

Förseglade kontakter med kvicksilvervätade kontakter har längre livslängd och mindre kontaktprat än någon annan typ av relä.

Säkerhetsreläer

Säkerhetsreläer är enheter som i allmänhet implementerar skyddsfunktioner. Vid en fara är en sådan säkerhetsfunktions uppgift att använda lämpliga åtgärder för att minska den befintliga risken till en acceptabel nivå.

Solid-state kontaktor

En halvledarkontaktor är ett kraftigt solid state-relä, inklusive nödvändigt kylfläns, som används där frekventa på-av-cykler krävs, till exempel med elektriska värmare, små elmotorer och belysningsbelastningar. Det finns inga rörliga delar att slita ut och det finns ingen kontaktstopp på grund av vibrationer. De aktiveras av AC-styrsignaler eller DC-styrsignaler från programmerbara logiska styrenheter (PLC), datorer, transistor-transistor logik (TTL) källor eller andra mikroprocessor- och mikrokontroller.

Solid-state relä

Ett solid-state relä (SSR) är en elektronisk komponent i solid state som ger en funktion som liknar ett elektromekaniskt relä men inte har några rörliga komponenter, vilket ökar långsiktig tillförlitlighet. Ett solid-state-relä använder en tyristor , TRIAC eller annan solid-state-omkopplingsanordning, aktiverad av styrsignalen, för att växla den kontrollerade lasten, istället för en solenoid. En optokopplare (en ljusemitterande diod (LED) i kombination med en fototransistor ) kan användas för att isolera styr- och styrkretsar.

Statiskt relä

Ett statiskt relä består av elektroniska kretsar för att emulera alla de egenskaper som uppnås genom rörliga delar i ett elektromagnetiskt relä.

Tidsfördröjningsrelä

Tidsreläer är anordnade för en avsiktlig fördröjning i driften av sina kontakter. En mycket kort (en bråkdel av en sekund) fördröjning skulle använda en kopparskiva mellan ankaret och det rörliga bladaggregatet. Strömmen som flödar i skivan upprätthåller magnetfältet under en kort tid, vilket förlänger släpptiden. För en något längre (upp till en minut) fördröjning används en dashpot. En instrumentbricka är en kolv fylld med vätska som får släppa ut långsamt; både luftfyllda och oljefyllda instrumentpaneler används. Tidsperioden kan varieras genom att öka eller minska flödeshastigheten. För längre tidsperioder installeras en mekanisk tidsur. Reläer kan arrangeras under en fast tidsperiod, eller kan vara fältjusterbara eller fjärrinställda från en kontrollpanel. Moderna mikroprocessorbaserade tidsreläer ger precisionstiming över ett stort intervall.

Vissa reläer är konstruerade med en slags "stötdämpare" -mekanism som är fäst vid ankaret som förhindrar omedelbar full rörelse när spolen antingen är spänningssatt eller avstängd. Detta tillägg ger reläet egenskapen för tidsfördröjning. Tidsfördröjningsreläer kan konstrueras för att fördröja ankarrörelse vid spolningsspänning, avspänning eller båda.

Tidsfördröjningsreläkontakter måste anges inte bara som antingen normalt öppna eller normalt stängda, utan om fördröjningen fungerar i stängningsriktningen eller i öppningsriktningen. Följande är en beskrivning av de fyra grundläggande typerna av reläkontakter med tidsfördröjning.

Först har vi den normalt öppna, tidsinställda (NOTC) kontakten. Denna typ av kontakt är normalt öppen när spolen är strömlös (frånkopplad). Kontakten stängs av strömtillförsel till reläspolen, men först efter att spolen har drivits kontinuerligt under den angivna tiden. Med andra ord är riktningen för kontaktens rörelse (antingen för att stänga eller att öppna) identisk med en vanlig NO -kontakt, men det finns en fördröjning i stängningsriktningen. Eftersom fördröjningen inträffar i spolens energiriktning är denna typ av kontakt alternativt känd som en normalt öppen fördröjning.

Vakuumreläer

Ett vakuumrelä är ett känsligt relä som har sina kontakter monterade i ett evakuerat glashus för att hantera radiofrekventa spänningar så högt som 20 000 volt utan överslag mellan kontakterna trots att kontaktavståndet är så lågt som några hundradelar av tum när det är öppet.

Ansökningar

Reläer används överallt där det är nödvändigt att styra en högeffekt- eller högspänningskrets med en låg effektkrets, särskilt när galvanisk isolering är önskvärd. Den första tillämpningen av reläer var i långa telegraflinjer , där den svaga signalen som mottogs vid en mellanstation kunde styra en kontakt, vilket genererar signalen för vidare överföring. Högspännings- eller högströmsenheter kan styras med små, lågspänningskablar och pilotswitchar. Operatörer kan isoleras från högspänningskretsen. Lågströmsenheter som mikroprocessorer kan driva reläer för att styra elektriska belastningar utöver deras direktdrivna förmåga. I en bil tillåter ett startrelä den höga strömmen i vevmotorn att styras med små ledningar och kontakter i tändningsnyckeln.

Elektromekaniska kopplingssystem, inklusive Strowger och Crossbar -telefonväxlar, använde i stor utsträckning reläer i tillhörande styrkretsar. Relay Automatic Telephone Company tillverkade också telefonväxlar enbart baserade på reläväxlingstekniker som designats av Gotthilf Ansgarius Betulander . Den första allmänna reläbaserade telefonväxeln i Storbritannien installerades i Fleetwood den 15 juli 1922 och var i drift till 1959.

Användningen av reläer för logisk styrning av komplexa kopplingssystem som telefonväxlar studerades av Claude Shannon , som formaliserade tillämpningen av boolsk algebra för reläkretsdesign i En symbolisk analys av relä- och växelkretsar . Reläer kan utföra de grundläggande operationerna för den booleska kombinatoriska logiken. Till exempel realiseras den booleska OCH -funktionen genom att ansluta normalt öppna reläkontakter i serie, ELLER -funktionen genom att ansluta normalt öppna kontakter parallellt. Inversion av en logisk ingång kan göras med en normalt sluten kontakt. Reläer användes för styrning av automatiserade system för verktygsmaskiner och produktionslinjer. Den språk Ladder programmering används ofta för att utforma relälogik nätverk.

Tidiga elektromekaniska datorer som ARRA , Harvard Mark II , Zuse Z2 och Zuse Z3 använde reläer för logik och arbetsregister. Men elektroniska enheter visade sig snabbare och enklare att använda.

Eftersom reläer är mycket mer motståndskraftiga än halvledare mot kärnstrålning, används de i stor utsträckning i säkerhetskritisk logik, till exempel kontrollpaneler för radioaktivt avfallshanteringsmaskineri. Elektromekaniska skyddsreläer används för att upptäcka överbelastning och andra fel på elektriska ledningar genom att öppna och stänga effektbrytare .

Skyddsreläer

För skydd av elektriska apparater och överföringsledningar användes elektromekaniska reläer med exakta driftskarakteristika för att detektera överbelastning, kortslutningar och andra fel. Medan många sådana reläer fortfarande används, ger digitala skyddsreläer nu likvärdiga och mer komplexa skyddsfunktioner.

Järnvägssignalering

Järnvägssignalereläer är stora med tanke på de mestadels små spänningarna (mindre än 120 V) och strömmar (kanske 100 mA) som de växlar. Kontakterna har stor spridning för att förhindra överblickar och kortslutningar under en livstid som kan överstiga femtio år.

Eftersom järnvägssignalkretsar måste vara mycket tillförlitliga används speciella tekniker för att upptäcka och förebygga fel i reläsystemet. För att skydda mot falska matningar används ofta dubbelkopplingsreläkontakter på både den positiva och negativa sidan av en krets, så att två falska matningar behövs för att orsaka en falsk signal. Inte alla reläkretsar kan bevisas så det är beroende av konstruktionsfunktioner som kol till silverkontakter för att motstå blixtinducerad kontaktsvetsning och för att ge AC -immunitet.

Opto-isolatorer används också i vissa fall med järnvägssignalering, särskilt där endast en enda kontakt ska bytas.

Urvalshänsyn

Val av lämpligt relä för en viss applikation kräver utvärdering av många olika faktorer:

• Antal och typ av kontakter-normalt öppna, normalt stängda, (dubbelkast)
• Kontaktsekvens - "gör före paus" eller "paus före make". Till exempel krävde telefonväxlar i gammaldags tid innan avbrott så att anslutningen inte tappades när du slog numret.
• Kontaktströmsklass - små reläer växlar några ampere, stora kontaktorer är klassade för upp till 3000 ampere, växelström eller likström
• Kontaktspänning-typiska styrreläer märkta 300 VAC eller 600 VAC, biltyper till 50 VDC, speciella högspänningsreläer till cirka 15 000 V
• Drifttid, livslängd - antalet gånger reläet kan förväntas fungera pålitligt. Det finns både ett mekaniskt liv och ett kontaktliv. Kontaktlivet påverkas av den typ av last som byts. Brytningsström orsakar oönskad bågning mellan kontakterna, vilket så småningom leder till kontakter som svetsas eller kontakter som misslyckas på grund av erosion av bågen.
• Spolspänning-maskinverktygsreläer vanligtvis 24 VDC, 120 eller 250 VAC, reläer för ställverk kan ha 125 V eller 250 VDC spolar,
• Spolström - Minsta ström krävs för tillförlitlig drift och minsta hållström, samt effekter av effektförlust på spolens temperatur vid olika driftcykler . "Känsliga" reläer fungerar på några milliamper.
• Paket / kapsling - öppna, berörings säker, dubbelspänning för isolering mellan kretsar, explosionssäker , utomhus, olja och stänkbeständig, tvättbar för kretskort aggregatet
• Driftsmiljö - lägsta och högsta drifttemperatur och andra miljöhänsyn, till exempel effekter av fukt och salt
• Montering - Vissa reläer har en klistermärke som håller kapslingen tät för att möjliggöra rengöring av PCB -lödning, som tas bort när monteringen är klar.
• Montering-uttag, pluggbräda, skenfäste, panelmontering, genomgående panelmontering, kapsling för montering på väggar eller utrustning
• Växlingstid - där hög hastighet krävs
• "Torra" kontakter-vid byte av signaler med mycket låg nivå kan speciella kontaktmaterial behövas, till exempel guldpläterade kontakter
• Kontaktskydd - undertryck ljusbågar i mycket induktiva kretsar
• Spolskydd - undertryck den överspänning som produceras vid omkoppling av spolströmmen
• Isolering mellan spolkontakter
• Flyg- eller strålningsbeständig testning, särskild kvalitetssäkring
• Förväntade mekaniska belastningar på grund av acceleration  - några reläer som används i flyg- och rymdtillämpningar är utformade att fungera i stöt laster av 50 g , eller mer.
• Storlek - mindre reläer motstår ofta mekaniska vibrationer och stötar bättre än större reläer, på grund av de rörliga delarnas lägre tröghet och de högre naturliga frekvenserna hos mindre delar. Större reläer hanterar ofta högre spänning och ström än mindre reläer.
• Tillbehör som timers, hjälpkontakter, pilotlampor och testknappar.
• Lagstiftningsgodkännanden.
• Strö magnetisk koppling mellan spolar av intilliggande reläer på ett kretskort.

Det finns många överväganden som är inblandade i korrekt val av ett styrrelä för en viss applikation, inklusive faktorer som hastighet, känslighet och hysteres . Även om typiska styrreläer fungerar i intervallet 5 ms till 20 ms, finns reläer med omkopplingshastigheter så snabbt som 100 μs tillgängliga. Vassreläer som påverkas av låga strömmar och växlar snabbt är lämpliga för att styra små strömmar.

Som med alla omkopplare får kontaktströmmen (utan samband med spolströmmen) inte överstiga ett visst värde för att undvika skador. I kretsar med hög induktans, t.ex. motorer , måste andra problem hanteras. När en induktans är ansluten till en strömkälla existerar en ingångsström eller elektromotorisk startström som är större än steady-state-strömmen. När kretsen bryts kan strömmen inte ändras omedelbart, vilket skapar en potentiellt skadlig båge över separeringskontakterna.

Följaktligen för reläer används för att styra induktiva laster, måste vi ange den maximala strömmen som kan flyta genom reläkontakterna när den aktiverar den make rating ; det kontinuerliga betyget; och pausbetyg . Märket kan vara flera gånger större än det kontinuerliga värdet, vilket är större än pausvärdet.

Säkerhet och tillförlitlighet

Omkoppling medan den är "våt" (under belastning) orsakar oönskad bågning mellan kontakterna, vilket så småningom leder till kontakter som svetsas eller kontakter som misslyckas på grund av en uppbyggnad av ytskador som orsakas av den destruktiva ljusbågsenergin.

Inuti tvärstångsbrytaren Number One Electronic Switching System (1ESS) och vissa andra konstruktioner med hög tillförlitlighet växlas vassbrytarna alltid "torra" (utan belastning) för att undvika det problemet, vilket leder till mycket längre kontaktliv.

Utan adekvat kontaktskydd orsakar uppkomsten av elektrisk strömbågning betydande försämring av kontakterna, som drabbas av betydande och synlig skada. Varje gång reläkontakterna öppna eller stänga under belastning, kan en elektrisk ljusbåge inträffa mellan kontakterna hos reläet, antingen en paus båge (när öppning), eller ett märke / studs båge (vid stängning). I många situationer, i pausen är bågen mer energisk och därmed mer destruktiva, i synnerhet med induktiva laster, men detta kan mildras genom att överbrygga kontakterna med en Snubber -krets. Startströmmen för glödlampor av volframfilament är vanligtvis tio gånger den normala driftströmmen. Således kan reläer avsedda för volframbelastningar använda en speciell kontaktsammansättning, eller så kan reläet ha lägre kontaktvärden för volframbelastningar än för rent resistiva laster.

En elektrisk båge över reläkontakter kan vara mycket het - tusentals grader Fahrenheit - vilket får metallen på kontaktytorna att smälta, poola och migrera med strömmen. Bågens extremt höga temperatur delar de omgivande gasmolekylerna och skapar ozon , kolmonoxid och andra föreningar. Med tiden förstör ljusbågsenergin långsamt kontaktmetallen, vilket får något material att släppa ut i luften som fina partiklar. Denna åtgärd gör att materialet i kontakterna försämras, vilket resulterar i enhetsfel. Denna kontaktnedbrytning begränsar drastiskt den totala livslängden för ett relä till ett intervall på cirka 10 000 till 100 000 operationer, en nivå långt under enhetens mekaniska livslängd, vilket kan överstiga 20 miljoner operationer.

Se även

• Analog omkopplare
• Buchholz stafett
• Torr kontakt
• Flyback -diod
• Nanoelektromekaniskt relä
• Race skick
• Stegbrytare
• Trådfjäderrelä

Referenser

externa länkar

• Media relaterat till Relay på Wikimedia Commons