Przekaźniki to urządzenia elektromechaniczne działające jako przełączniki, działające na zasadzie przyciągania elektromagnetycznego w celu sterowania obwodami elektrycznymi i umożliwiające bezpieczne i wydajne zarządzanie systemami o dużej mocy za pomocą sygnałów o niskiej mocy.
Struktura i symbole przekaźników
Kredyt dla OMRON
Przekaźniki elektromagnetyczne składają się z trzech głównych elementów: cewki elektromagnetycznej, ruchomej zwory i styków. Cewka, zazwyczaj wykonana z izolowanego drutu nawiniętego wokół żelaznego rdzenia, generuje pole magnetyczne, gdy jest zasilana. Zwora, ruchoma żelazna część, jest przyciągana przez to pole magnetyczne, zmieniając stan przekaźnika.
Symbole przekaźników na schematach elektrycznych przedstawiają te komponenty i ich funkcje:
- Symbole cewek: Często przedstawiany jako okrąg lub owal z dwoma końcami.
- Symbole kontaktowe: Pokazane jako linie, które mogą być otwarte (normalnie otwarte, NO) lub zamknięte (normalnie zamknięte, NC).
- Armatura: Reprezentowane przez linię łączącą cewkę ze stykami.
Typowe symbole przekaźników obejmują:
- SPST (Single Pole Single Throw): Jeden przełączalny styk.
- SPDT (Single Pole Double Throw): Jeden przełączalny styk z dwoma możliwymi pozycjami.
- DPST/DPDT: Wersje dwubiegunowe z dwoma zestawami styków.
Te znormalizowane symbole pozwalają inżynierom szybko zrozumieć konfiguracje przekaźników na schematach obwodów, ułatwiając wydajne projektowanie i rozwiązywanie problemów z systemami elektrycznymi.
Zasada działania przekaźnika
Zasada działania przekaźnika opiera się na interakcji pomiędzy polem elektrycznym i magnetycznym. Kiedy prąd przepływa przez cewkę przekaźnika, generuje on pole magnetyczne, które przyciąga ruchomą zworę. Zwora ta jest połączona z jednym lub kilkoma stykami, które otwierają lub zamykają obwody elektryczne w zależności od konfiguracji przekaźnika. Proces ten obejmuje:
- Zasilanie cewki sygnałem elektrycznym
- Tworzenie pola magnetycznego wokół cewki
- Ruch twornika spowodowany przyciąganiem magnetycznym
- Przełączanie styków w celu sterowania obwodem
- Odłączenie zasilania cewki powoduje powrót zwory do pierwotnego położenia, często wspomaganego przez mechanizm sprężynowy.
Ten prosty, ale skuteczny mechanizm pozwala przekaźnikom działać jako pośrednicy między obwodami sterowania o niskiej mocy a obwodami obciążenia o dużej mocy, co czyni je nieocenionymi w różnych zastosowaniach elektrycznych i elektronicznych.
Mechanizm przyciągania elektromagnetycznego
Sercem działania przekaźnika jest przyciąganie elektromagnetyczne, które stanowi podstawę jego mechanizmu przełączania. Gdy prąd elektryczny przepływa przez cewkę przekaźnika, generuje on pole magnetyczne, które wywiera siłę na ruchomą zworę. Zwora ta jest mechanicznie połączona ze stykami przekaźnika, powodując ich otwarcie lub zamknięcie w zależności od konfiguracji przekaźnika. Siła pola magnetycznego, a w konsekwencji siła działająca na zworę, jest wprost proporcjonalna do natężenia prądu przepływającego przez cewkę. Gdy cewka jest odłączona od zasilania, mechanizm sprężynowy zazwyczaj przywraca zworę i styki do ich pierwotnego położenia, resetując przekaźnik. To eleganckie współdziałanie elementów elektrycznych i mechanicznych pozwala przekaźnikom skutecznie sterować obwodami o dużej mocy za pomocą sygnałów o małej mocy, co czyni je niezbędnymi w różnych zastosowaniach, w których bezpieczeństwo i automatyzacja są najważniejsze.
Styki normalnie otwarte i zamknięte
Przekaźniki mogą być skonfigurowane z różnymi typami styków, głównie normalnie otwartymi (NO) i normalnie zamkniętymi (NC). W konfiguracjach NO obwód pozostaje otwarty, gdy przekaźnik nie jest zasilany i zamyka się po zasileniu. I odwrotnie, konfiguracje NC utrzymują obwód zamknięty, gdy przekaźnik nie jest zasilany i otwarty, gdy jest zasilany. Ta wszechstronność umożliwia dostosowanie przekaźników do różnych zastosowań, takich jak sterowanie obwodami o dużej mocy lub wdrażanie mechanizmów bezpieczeństwa. Wybór między stykami NO i NC zależy od konkretnych wymagań systemu, umożliwiając inżynierom projektowanie obwodów, które odpowiednio reagują zarówno na normalne warunki pracy, jak i potencjalne awarie.
Kluczowe funkcje przekaźników
Przekaźniki pełnią wiele krytycznych funkcji w systemach elektrycznych, zwiększając bezpieczeństwo i umożliwiając zaawansowane mechanizmy sterowania. Działają jako kontrolery obwodów, umożliwiając automatyzację różnych urządzeń poprzez włączanie i wyłączanie obwodów w oparciu o sygnały sterujące. Dodatkowo, przekaźniki zapewniają kluczową ochronę, odłączając zasilanie w przypadku wykrycia niebezpiecznych warunków, chroniąc obwody przed przeciążeniami.
Te wszechstronne urządzenia ułatwiają również izolację sygnału, zapobiegając zakłóceniom między różnymi sekcjami obwodu i umożliwiają urządzeniom o niskim poborze mocy, takim jak mikrokontrolery, sterowanie obciążeniami o dużej mocy, takimi jak silniki lub grzejniki, bez bezpośredniego połączenia elektrycznego. W złożonych systemach przekaźniki mogą integrować wiele sygnałów sterujących, umożliwiając zaawansowaną automatyzację i schematy sterowania w różnych zastosowaniach.
Rodzaje przekaźników
Przekaźniki występują w różnych typach, z których każdy jest przeznaczony do określonych zastosowań i warunków pracy. Niektóre popularne typy obejmują:
- Przekaźniki elektromagnetyczne: Najbardziej podstawowy i powszechnie stosowany typ, działający na zasadzie przyciągania elektromagnetycznego.
- Przekaźniki półprzewodnikowe (SSR): Wykorzystują półprzewodniki do przełączania, oferując szybsze działanie i dłuższą żywotność w porównaniu z przekaźnikami elektromagnetycznymi.
- Przekaźniki kontaktronowe: Wykorzystanie kontaktronu zamkniętego w szklanej rurce, znanego z szybkich prędkości przełączania i niskiej rezystancji styku.
- Przekaźniki czasowe: Zawiera mechanizm opóźnienia przed aktywacją lub dezaktywacją styków, przydatny w sekwencjonowaniu i kontroli procesu.
- Przekaźniki zatrzaskowe: Utrzymują swoją pozycję po odłączeniu zasilania sterującego, idealne do zastosowań energooszczędnych.
Przekaźniki są również klasyfikowane w oparciu o ich konfiguracje styków, takie jak jednobiegunowe jednoprzerwowe (SPST), jednobiegunowe dwuprzerwowe (SPDT) i dwubiegunowe dwuprzerwowe (DPDT), z których każdy oferuje różne możliwości przełączania. Wybór typu przekaźnika zależy od takich czynników, jak szybkość przełączania, wymagania dotyczące zasilania, warunki środowiskowe i specyficzne potrzeby aplikacji.
