Kuidas töötavad ja milleks on vajalikud elektromagnetilised releed

Elektromagnetilised releed: tööpõhimõte, ehitus ja rakendused

Elektromagnetilised releed (mõnikord nimetatakse neid lihtsalt elektrilisteks releedeks) – need on võtmekomponendid elektroonikas ja elektrotehnilistes süsteemides, mida kasutatakse elektriliste ringide juhtimiseks ja lülitamiseks. Hoolimata tahkete (pooljuht) releede ilmumisest, elektromagnetilised releed on endiselt laialdaselt kasutusel oma usaldusväärsuse, lihtsuse ja võime tõttu töötada suurte voolude ja pingetega. Selles artiklis käsitleme:

1. Elektromagnetilise relee ehitust ja tööpõhimõtet.
2. Kus kasutatakse elektromagnetilisi releesid erinevates valdkondades.
3. Nende eelised ja puudused, samuti tüüpilised rakendusvaldkonnad.

Kasutusvideod teemal

Elektromagneti ehitus relees

Et mõista relee tööpõhimõtet, tuleks esmalt vaadata elektromagneti ehituse aluseid. Elektromagnet on traadist mähis, mis on keeratud ferromagnetilisele südamikule (näiteks terasest). Kui mähisest voolab elektrivool, tekib magnetväli, mis tõmbab või tõukab relee liikuvat osa – ankrut või muud mehaanilist elementi.

Elektromagnetilise relee põhielemendid

1. Mähis (solenoidi)

   • See on traadist mähis, mis on keeratud südamiku ümber. Kui mähisesse voolab vool, loob see magnetvälja.
   • Mähise traadil on teatud takistus, mis on arvutatud tööpingele (näiteks 5 V, 12 V, 24 V, 220 V jne).

2. Ankur (liikuv element)

   • Asub mähise lähedal ja täidab “luku” funktsiooni, muutes oma asendit magnetvälja mõjul.
   • Ankur võib olla kinnitatud pöörleva varre külge või paigutatud nii, et see sulgeb või avab kontakte.

3. Kontaktil blokk

   • Koosneb liikumatutest ja liikuvatest kontaktidest (NO/NC — Tavaline Avatud/Tavaline Suletud).
   • Kui ankur aktiveerub, kas kontaktid sulguvad või avanevad, mis viib elektriringi lülitamiseni.

4. Tagasipöördev spring

   • Tagab ankrute naasmise algasendisse, kui mähis on vooluta.
   • Lõdvas olekus võivad kontaktid olla nii avatud kui suletud – sõltuvalt sellest, kuidas relee on konstrueeritud.

Elektromagnetilise relee tööpõhimõte

1. Võimsuse andmine mähisele
   Kui mähisele antakse vool (elektrivool), tekib magnetväli.

2. Liikuva osa tõmbamine
   See magnetväli tõmbab või tõukab ankrut (liikuv osa). Tulemuseks on mehaaniline liikumine, mis muudab kontaktide olekut (avatud/suletud).

3. Kontaktide lülitamine
   Mehaanilise liikumise tõttu toimub kontaktide ühendamine või lahutamine kontaktblokkis.

   • Kui kontakt NO (Tavaline Avatud) — see on tavaliselt avatud, kuid muutub suletuks, kui vool mähisesse antakse.
   • Kui kontakt NC (Tavaline Suletud) — see on tavaliselt suletud, kuid avatakse, kui vool antakse.

4. Välist ringi juhtimine
   Kontaktide oleku muutumise tõttu on võimalik sulgeda või avada välist elektriringi. Seega võib mähises olev väike vool juhtida suurt voolu teises ringis.

5. Magnetvälja katkestamine
   Kui mähisele antav vool katkeb, kaob magnetväli. Pruun tagastab ankrute algasendisse ja kontaktid naasevad oma algsesse olekusse.

See tööpõhimõtte skeem demonstreerib elektromagnetilise relee tööpõhimõtet, mis on enamikus releede konstruktsioonides aluseks. See on suhteliselt lihtne, usaldusväärne ja universaalne.

Kus kasutatakse elektromagnetilisi releesid: peamised rakendusvaldkonnad

1. Automatiseerimine ja juhtimine

• Mootorite ja mehhanismide juhtimine: Tootmisolukordades kasutatakse releesid elektrimootorite, pumpade, ventilaatorite ja teiste suurte tarbijate lülitamiseks, mida ei saa otse nõrkade elektriseadmete kaudu juhtida.
• Valgustussüsteemid: Kasutatakse suurte lampide või prožektorite rühmade automaatseks sisse- ja väljalülitamiseks.
• Küttesüsteemid ja kliimaseadmed: Lubavad juhtida katlaid, konvektoreid, ventilatsioonisüsteeme jne, tagades vajaliku temperatuuri.

2. Elektroonika ja mikrokontrollerid

• Sisendite/väljundite laiendamine: Mikrokontrollerite süsteemides või PLC-des (programmable logic controllers) kasutatakse releesid suurte voolude ja pingete lülitamiseks võrreldes nõrkade signaalidega juhtivast elektroonikast.
• Galvaaniline isolatsioon: Elektromagnetilised releed tagavad selge elektrilise isolatsiooni juhtimisringi ja koormusringi vahel, mis on oluline ohutuse ja häirete kaitse jaoks.

3. Telekommunikatsioon ja side

• Sidekanalite lülitamine: Telefonijaamades, andmeedastus süsteemides kasutatakse releesid hääl- ja digitaalsete liinide lülitamiseks.
• Kaitse ja varundamine: Kui on vajalik signaali lülitamine ühelt antennilt teisele või ühelt liinilt teisele, võivad releed toimida usaldusväärse lülitusmehhanismina.

4. Energeetika ja elektrivõrgud

• Ülekoormuse kaitse: Jaotuskappides võivad releed aktiveeruda ülekoormuse või lühise korral, katkestades ringi.
• Toiteallikate vahetamine: Katkematu toite süsteemides (nt vahetus linna võrgu ja generaatori vahel) elektromagnetilisi releesid kasutatakse usaldusväärseks lülitamiseks.
• Automaatne varundamine: Kui toide ühes ringis katkeb, võib automaatselt aktiveeruda varutoide.

5. Kodumasinad

• Üksikute elementide juhtimine: Külmikud, pesumasinad, kliimaseadmed, boilerid ja muud seadmed kasutavad sageli releesid suurte voolude juhtimiseks, mis on vajalik kütteelementide, kompressorite ja teiste võimsate elementide jaoks.
• Kaitsefunktsioonid: Paljudes seadmetes on paigaldatud releed, et vältida hädaolukordade tekkimist (ülekuumenemise, pingetõusude jne kaitse).

Elektromagnetiliste releede eelised ja puudused

Eelised

1. Lihtne konstruktsioon ja usaldusväärsus: Mehaaniline tööpõhimõte on hästi uuritud ja täiustatud aastakümnete jooksul.
2. Kõrge lülitusvõime: Suudavad lülitada suhteliselt suuri voolusid ja pinget.
3. Elektriline isolatsioon: Releed eraldavad juhtimisringi ja koormusringi, vähendades elektrooniliste komponentide kahjustamise riski.
4. Universaalsus: Sobivad paljude erinevate rakenduste jaoks – alates tööstusest kuni kodumasinateni.

Puudused

1. Mehaaniline kulumine: Aja jooksul võivad kontaktid kuluda või oksüdeeruda, eriti suurte voolude või induktiivsete koormuste korral.
2. Piiratud lülitamise kiirus: Relee mehaaniline iseloom ei võimalda väga kõrgeid aktiveerimise sagedusi.
3. Mähise energiatarve: Kontaktide tööoleku hoidmiseks tuleb mähist pidevalt toita.
4. Kõva heli: Aktiveerimise ja väljalülitamise ajal võib tekkida iseloomulik klõps.

Elektromagnetiliste releede tüübid ja klassifikatsioon

1. Kontaktide tüübi järgi

   • SPST (Single Pole Single Throw) — üks pool, üks kontakt.
   • SPDT (Single Pole Double Throw) — üks pool, kaks suunda (NO/NC).
   • DPDT (Double Pole Double Throw) — kaks poolust, igaühel kaks suunda jne.

2. Mähise tööpingetüübi järgi

   • Madala pingega (3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 24 V) – levinud elektroonikas ja automaatikas.
   • Kõrge pingega (110 V, 220 V jne) – kasutatakse tööstuslikes ja kodustes võrkudes.

3. Mõeldud otstarbe järgi

   • Üldotstarbeline (General Purpose).
   • Ajareleed (sisseehitatud taimeritega).
   • Kaitse (ülekoormuste ja lühiste tuvastamiseks).
   • Kontaktor (tüüp võimsast elektromagnetilisest releest suurte voolude jaoks).

4. Töötsüklite (ressursi) arvu järgi

   • Tavalised releed keskmise ressursiga (kümned või sadakond tuhat aktiveerimist).
   • Spetsiaalsed tööstuslikud releed suurendatud ressursiga (miljonid aktiveerimised).

KKK elektromagnetiliste releede kohta

1. Mis on elektromagnetilise relee tööpõhimõte?

Tööpõhimõte põhineb magnetvälja loomisel mähises. Kui vool läbib mähist, tõmbab see või tõukab ankrut, mis mehaaniliselt sulgeb või avab elektrilised kontaktid, võimaldades või peatades voolu voolamist välistesse ringidesse.

2. Kuidas erineb elektromagnetiline relee tahkest releest?

Elektromagnetilisel releel on mehaanilised kontaktid, seetõttu teeb see aktiveerimise ajal iseloomulikku klõpsu ja on kalduvus mehaanilisele kulumisele. Tahke relee (SSR) ei oma mehaanilisi kontakte ja lülitab ringi pooljuhtkomponentide abil. SSR-id on kiiremad, vaiksemad, kuid võivad olla kallimad ja mõnikord vajavad täiendavaid jahutusradiaatoreid sooja eemaldamiseks.

3. Kus kasutatakse elektromagnetilisi releesid?

Neid kasutatakse suurte elektriliste koormuste juhtimiseks, tööstusprotsesside automatiseerimiseks, sidekanalite lülitamiseks, ülekoormuste kaitse tagamiseks ja paljudes kodumasinates (kliimaseadmed, pesumasinad, boilerid jne).

4. Mis on elektromagneti ehitus relees?

Ehitus hõlmab traadist mähist, mis on keeratud magnetilisele südamikule, ja liikuvat osa (ankrut), mis tõmbub südamiku poole elektromagnetvälja mõjul. Just see mehaaniline liikumine võimaldab kontaktidel sulgeda või avada elektriringi.

5. Kuidas valida elektromagnetilist releed?

Pöörake tähelepanu:

• Mähise toitepingele (5 V, 12 V, 24 V, 220 V jne).
• Kontaktide maksimaalsele voolule ja pingele, mida relee peab lülitama.
• Kontaktide arvu ja tüübi (NO/NC, SPDT, DPDT jne).
• Töökeskkonnale (temperatuur, niiskus, võimalikud mehaanilised koormused).
• Aktiveerimise ressursile ja lülitamise kiirusnõuetele.

6. Kas elektromagnetilist releed saab asendada elektroonilise (tahke) releega?

Jah, paljudes juhtudel on see võimalik, kuid tuleb arvestada:

• Hind ja ühilduvus tööpingega ja vooluga.
• SSR-i jahutusradiaatorite vajadus suurte võimsuste korral.
• Iga variandi eelised ja puudused (elektromagnetilised releed isoleerivad ringid paremini, SSR-id võivad kuumeneda ja põhjustada täiendavaid energiakulusid).

Kokkuvõte

Elektromagnetilised releed on üks põhitehnoloogiaid, mis võimaldab automatiseerida ja juhtida keerulisi elektrilisi ringe. Nende tööpõhimõte põhineb magnetvälja loomisel mähises, mis mehaaniliselt liigutab kontakte, sulgedes või avades välist ringi. Tänu lihtsusele, usaldusväärsusele ja võimele lülitada suuri voolusid, kasutatakse selliseid releesid laialdaselt tööstussüsteemides, telekommunikatsioonis, kodumasinates ja paljudes teistes valdkondades.

Elektromagneti ehituse, kontaktide lülitamise mehhanismi ja relee konstruktsiooni eripärade mõistmine võimaldab õigesti valida vajaliku seadme tüübi ja tagada elektrisüsteemide pikaajalise ja ohutu töö. Eeliste ja puuduste arvestamine aitab teha põhjendatud otsuse, kas liikuda teiste tehnoloogiate (nt tahkete releede) suunas või jätkata traditsiooniliste elektromagnetiliste releede kasutamist.