Шта значе напон увлачења и отпуштања релеја?

Добродошли у наш комплетан водич о кључним електричним параметрима релеја. Покрићемо основне концепте рада релеја који су важни за поуздан дизајн система.

Привлачење{0}}напона се такође назива „напон који мора да ради“. То је минимални напон завојнице потребан за напајање релеја. Ово помера његове контакте из њиховог нормалног положаја у активирани положај.

Напон отпуштања је напон који се „мора ослободити“. То је максимални напон где ће се релеј под напоном дефинитивно искључити-. Ово омогућава његовим контактима да се врате у своје нормално стање мировања.

Морате разумети ова два параметра да бисте дизајнирали предвидљива, робусна и{0}}отпорна електронска кола. Овај водич превазилази једноставне дефиниције. Истражићемо практичне импликације, факторе околине који утичу на ове вредности и како их исправно прочитати из таблица са подацима.

У овом водичу ћемо покрити:

Основне дефиниције и физика иза увлачења{0}}напона.

Критички концепт хистерезе и зашто он обезбеђује стабилно пребацивање.

Фактори из стварног-света као што су варијације температуре и напајања који мењају перформансе релеја.

Како читати и тумачити спецификације листа за поуздано пројектовање кола.

Деловна правила дизајна и практична студија случаја.

Тхе Фундаменталс

Шта је то{0}}напон напона?

Повлачење{0}}напона покреће механичко дејство релеја. Када се напон примени на завојницу релеја, струја тече и ствара електромагнетно поље.

Привлачење{0}}напона је специфична тачка у којој магнетна сила постаје довољно јака. Мора да превазиђе комбиноване супротстављене снаге. То укључује напетост повратне опруге арматуре и статички притисак нормално затворених контаката.

При овом напону, арматура се повлачи према језгру завојнице. Ово доводи до тога да покретни контакти мењају своје стање. Нормално отворени контакти ће се затворити, а нормално затворени контакти ће се отворити.

Вредност на табели са подацима је гарантовани максимум. Стварни{1}}напон било које појединачне релејне јединице може бити нижи. Технички лист гарантује да ће релеј радити на или испод овог наведеног напона. На пример, „мора да ради напон мањи или једнак 9,6В“.

За већину стандардних ДЦ релеја, повлачење{0}}напона је наведено као проценат номиналног напона завојнице. Ово је обично 70% или 80%. За уобичајени 12ВДЦ релеј, гарантовани напон{6}}повлачења би био наведен као мањи или једнак 9,6ВДЦ (80% од 12В).

Шта је напон ослобађања?

Напон отпуштања представља праг за де-активацију. Како се напон на калему под напоном смањује, проток струје се смањује. Магнетно поље слаби.

Напон ослобађања је тачка у којој магнетна сила постаје преслаба. Више не може да држи арматуру против механичке силе повратне опруге.

При овом напону, повратна сила опруге превазилази заосталу магнетну привлачност. Ово повлачи арматуру од језгра. Ова радња враћа контакте у њихово нормално,-искључено стање.

Као и повлачење{0}}напона, напон отпуштања на табели са подацима је гарантовани минимум. Гарантовано је да ће релеј бити отпуштен када напон завојнице падне на овај ниво или испод. Типична спецификација би могла да гласи „напон мора бити већи од или једнак 1,2 В“.

Ова вредност се такође често изражава као проценат номиналног напона. За ДЦ релеје, напон отпуштања се обично наводи као 10% или више од номиналне вредности. За релеј од 12ВДЦ, гарантовани напон отпуштања би био већи или једнак 1,2ВДЦ.

Концепт хистерезе

Шта напон увлачења и напон отпуштања релеја значе за стабилан рад? Привлачење{0}}напона релеја је увек значајно веће од напона његовог отпуштања. Ова разлика између два прага позната је као хистереза.

Ова карактеристика није мана. То је основна и неопходна карактеристика за стабилан рад релеја. Хистереза ​​спречава да релеј „брбља“-брзо осцилује и искључује се-када контролни напон лебди близу једне тачке укључивања.

Замислите да су напон{0}}увлачења и отпуштања идентични. Сваки мали шум или флуктуација у контролном сигналу око тог појединачног прага довели би до брзог укључивања и искључивања релеја. Ово доводи до контактног лука, превременог хабања и непредвидивог понашања система.

Хистерезисна петља обезбеђује мртву зону. Када се релеј укључи, напон мора значајно пасти пре него што се отпусти. Ово обезбеђује чисту и одлучну акцију пребацивања.

Ово можемо визуализовати једноставним графиконом који приказује стање релеја у односу на напон завојнице.

Овај графикон јасно показује два одвојена пута за укључивање и искључивање. Они формирају петљу која представља хистерезу релеја.

Стварни{0}}светски фактори који утичу

Улога температуре намотаја

Једини најутицајнији фактор који утиче на напон-увлачења и отпуштања релеја у стварном-колу је температура његовог намотаја.

Физика је јасна. Намотај релеја је намотан бакарном жицом, која има позитиван температурни коефицијент отпора. За бакар, ова вредност је приближно +0.4% по степену Целзијуса.

Како температура намотаја расте, његов отпор једносмерној струји се повећава. Ово се дешава или због окружења са високим садржајем околине или због само-загревања услед непрекидног рада. Према Охмовом закону (В=ИР), ако се отпор (Р) повећа, потребан је већи напон (В) да би се произвео исти ниво струје (И) потребан за генерисање покретачког магнетног поља.

Како се калем загрева, његов ефективни{0}}напон расте. Релеју који се поуздано укључује на 9В у лабораторији од 25 степени може бити потребно 11В или више да би се увукао када ради унутар топлог кућишта на 80 степени.

Утицај на напон ослобађања је сличан. Топлији калем са већим отпором значи да напон мора пасти на нижи ниво да би се магнетно поље довољно смањило да се арматура ослободи. Стога, ефективни напон ослобађања такође расте са температуром.

Једном смо истраживали квар на терену где је контролна јединица савршено радила у лабораторији (25 степени), али није успела да активира критични сигурносни релеј у затвореном простору под летњим сунцем (70 степени). Дизајн је обезбедио напон мало изнад хладног повлачења-у спецификацији. Није успео да објасни значајно повећање повлачења-напона на високим температурама. Решење је захтевало редизајн кола драјвера да би се обезбедио већи гарантовани излазни напон у свим термичким условима.

Варијације напајања

Напајање кола никада није савршено. Његове варијације директно утичу на рад релеја. Дизајнери морају узети у обзир ове реалности.

Прво је сама толеранција снабдевања. Напајање оцењено за "12В" је често 12В ±5% или чак ±10%. Дизајнер мора да ради са-најгорим сценаријем. Ако напајање може да падне на 11,4В (-5%), овај минимални напон и даље мора бити удобно изнад максималног могућег напона увлачења релеја, с обзиром на ефекте пуне температуре.

Друго је пад напона, или пад И*Р. Жице и трагови ПЦБ-а који повезују извор напајања са калемом релеја имају отпор. Чак и мали отпор током дугог трајања жице може изазвати значајан пад напона када калем повлачи струју. Напон на завојници релеја биће нижи од напона на терминалима напајања. Овај фактор се мора израчунати и надокнадити у пројекту.

Коначно, таласање напона изазива забринутост, посебно код једноставнијих АЦ{0}}ДЦ извора напајања. Ако је таласање на једносмерном напону довољно велико, напон би могао да падне испод напона задржавања или отпуштања релеја. Ово узрокује да релеј клепета или се неочекивано отпушта. Ово је посебно проблематично за кола која раде близу прага напона ослобађања.

Утицај супресије намотаја

Када транзистор искључи струју до индуктивног оптерећења као што је релејни калем, колапсирајуће магнетно поље индукује велики скок напона (В=-Л * ди/дт). Овај шиљак може лако уништити погонски транзистор ако се не потисне.

Најчешћи метод потискивања је једноставна флибацк диода постављена паралелно са калемом. Када се транзистор искључи, диода обезбеђује сигуран пут да индукована струја циркулише и расипа. Ово штити возача.

Међутим, овај метод има значајну{0}}уплату. Циркулишућа струја продужава постојање магнетног поља. Ово дуже задржава арматуру релеја у стању под напоном. Ово драматично повећава време отпуштања релеја.

Ово кашњење може бити неприхватљиво у апликацијама које захтевају брзо пребацивање. Штавише, споро распадање магнетног поља такође може ефикасно повећати напон при којем се релеј коначно ослобађа.

За апликације где је време ослобађања критично, потребне су боље методе сузбијања. Зенер диода у серији са стандардном диодом, или мрежа отпорника{1}}кондензатора (РЦ) може да обезбеди бржи пут распада струје завојнице.

Ево поређења уобичајених техника сузбијања:

Избор правог метода потискивања је баланс између заштите компоненте драјвера и постизања захтеваних перформанси отпуштања релеја.

Практична примена и дизајн

Читање листа са подацима

Превођење теорије у праксу почиње правилним тумачењем таблице података релеја. Одељак са подацима о завојницама садржи спецификације критичног напона које регулишу дизајн кола вашег драјвера.

Хајде да разложимо кључне параметре које ћете пронаћи.

Номинални напон завојнице:Ово је стандардни, предвиђени радни напон за континуирану употребу. Релеј је дизајниран за оптималне перформансе и животни век на овом напону.

Мора да ради (увлачење{0}}) напон:Ово је наведено као максимална вредност (нпр. Мање од или једнако 9,6В). Ваше коло мора да обезбеди најмање овај напон у свим условима (најгоре-ниско напајање, максимална температура) да би се гарантовало активирање.

Напон мора да се ослободи:Ово је наведено као минимална вредност (нпр. већа или једнака 1,2В). Да би се гарантовало да се релеј испразни, напон у "искљученом" стању вашег кола мора бити испод овог нивоа.

Максимални континуирани напон:Ово је највећи напон који калем може да издржи неограничено без прегревања или оштећења. Прекорачење овога може драстично скратити живот релеја.

Испод је пример типичне табеле података завојнице за 12ВДЦ релеј "коцка шећера".

Пажљиво читање је неопходно. Имајте на уму да су ове основне спецификације често дате на референтној температури, обично 25 степени. Као што смо већ споменули, ове вредности ће се мењати на различитим радним температурама.

Студија случаја дизајна: УВЛО

Хајде да применимо ове концепте на практични проблем дизајна: стварање кола за закључавање поднапона батерије (УВЛО).

Циљ је заштитити оловну-киселинску батерију од 12 В од дубоког пражњења. Коло мора аутоматски искључити оптерећење када напон батерије падне на критични ниво, на пример, 11,5В. Требало би да поново повеже оптерећење тек након што се батерија напуни на здравији напон, као што је 12,5 В.

Изазов је одабрати одговарајући релеј и дизајнирати контролну логику. Природна хистереза ​​релеја изгледа савршено за овај задатак.

Наша анализа захтева да релеј изврши две радње на основу прагова напона:

Штафета мораослобађање(искључите оптерећење) када напон система падне на 11,5В.

Штафета мораувући-у(поново прикључите оптерећење) када напон система порасте на 12,5В.

У процесу одабира започели бисмо тражењем стандардног номиналног релеја од 12 ВДЦ. Спецификације листа са подацима су наш примарни водич. Напон за отпуштање мора бити знатно испод нашег прага од 11,5 В. Радни напон мора бити испод нашег прага од 12,5 В за поновно повезивање.

Међутим, професионални инжењер зна да не треба дизајнирати директно према овим широким{0}}спецификацијама толеранције. У пракси, никада се не бисмо ослањали на сопствене непрецизне-напоне релеја да бисмо поставили наше критичне УВЛО прагове. Напон привлачења и напон отпуштања релеја имају инхерентну хистерезу која је превише променљива и у великој мери зависи од температуре.

Уместо тога, користимо спецификације релеја да креирамо сигуран радни прозор за много прецизније коло екстерног окидача. Дизајнирали бисмо компараторско коло (користећи операцијско-појачало или наменски надзорни ИЦ) са прецизним отпорним разделником за постављање прагова од 11,5 В и 12,5 В. Овај компаратор затим покреће транзистор, који заузврат покреће калем релеја.

За овај дизајн, наш избор релеја је вођен осигуравањем да не омета наше прецизно коло. Изабрали бисмо релеј са напоном који мора да се отпусти, на пример, већим или једнаким 1,2 В и напоном који мора да ради мањи или једнак 9,6 В. Овај широки, гарантовани прозор (од 1,2В до 9,6В) даје нам довољно простора. Наше прецизно коло тада може поуздано да ради на 11,5 В и 12,5 В, потпуно имуно на широке толеранције релеја и термални помак.

Ова студија случаја показује како су својства релеја кључни део дизајна система. Али њима управља и контролише спољна интелигенција, а не да се на њих сами ослањају за прецизност.

Десигн Рулес оф Тхумб

За робусну релејну вожњу, следимо скуп основних принципа сажетих у овој контролној листи.

Правило 1: Пазите на празнине.Увек се уверите да је минимални гарантовани излазни напон вашег управљачког кола већи од максималног наведеног напона{0}}повлачења релеја. Водите рачуна о највишој могућој радној температури.

Правило 2: Лов Енд је важан.Уверите се да је напон цурења вашег драјвера „искључено- стање, у комбинацији са било којом буком система, увек мањи од минималног наведеног напона отпуштања релеја. Ово спречава да се релеј не{2}}искључи.

Правило 3: Температура није ваш пријатељ.Увек смањите своје прорачуне напона за најгоре{0}}термално окружење. Добра пракса је планирање буџета за најмање 20-25% повећања напона привлачења при преласку са лабораторијског окружења од 25 степени на индустријску примену од 85 степени.

Правило 4: Возите са ауторитетом.Никада немојте покретати калем релеја директно са стандардног И/О пина микроконтролера. Ови пинови имају ограничену способност извора струје и високу излазну импеданцију. Користите наменски драјвер, као што је БЈТ или МОСФЕТ, који може да обезбеди чисту, ниску{2}}напонску импеданцију завојници.

Правило 5: Мудро сузбијајте.Повратна диода преко завојнице је минимални захтев за заштиту возача. Ако је ваша апликација осетљива на време објављивања, уложите додатне компоненте за Зенер{1}}диоду или решење за РЦ снуббер.

Напредна разматрања

Латцхинг Релаис

Важно је разликовати стандардне релеје без{0}}затварања од релеја са закључавањем, који раде на другачијој парадигми.

За разлику од -релеја са засуном који захтева непрекидну снагу намотаја да би одржао своје стање, релеј са закључавањем је бистабилан. Пребацује стање кратким импулсом напона, а затим остаје у том новом стању са нултом потрошњом енергије.

Ови релеји немају традиционални -напон за увлачење или отпуштање. Уместо тога, њихови листови са подацима наводе импулс за подешавање напона за померање контаката у положај под напоном и импулс за ресетовање напона (често на посебном намотају) да их врати у нормалан положај.

Примарна предност је огромна уштеда енергије. Ово чини релеје са закључавањем идеалним за апликације које-напајају батерије или{2}}осетљиве на енергију где се стање мора одржавати током дугог периода.

АЦ вс. ДЦ калемови

Принципи о којима се говори у овом водичу односе се првенствено на ДЦ{0}}кале релеје. АЦ-релеји намотаја су другачије дизајнирани.

Рад намотаја једносмерне струје зависи од његовог отпора на једносмерну струју и резултујуће струје. Међутим, рад намотаја наизменичне струје заснива се на његовој импеданси на одређеној линијској фреквенцији (нпр. 50Хз или 60Хз).

АЦ калемови често садрже прстен за сенчење или завојницу за сенчење. Ово је један, кратко спојен бакарни завој уграђен у предњу страну језгра. Он ствара одложени магнетни флукс који држи арматуру у положају током нултих-прелаза наизменичног синусног таласа. Ово спречава звучно зујање и чаврљање контаката.

Њихове{0}}напоне за увлачење и отпуштање су стога дате у волтима наизменичне струје (ВАЦ) и морају се проценити у контексту стабилности извора напајања наизменичном струјом.

Закључак: Основа поуздане контроле

Увуците{0}}напон и отпустите напон су више од бројева на табели. Они дефинишу основни радни прозор електромеханичког релеја. Хистереза ​​створена јазом између ова два прага је кључ за обезбеђење чистог, стабилног и-укључивања без брбљања.

Међутим, успешан дизајн мора да гледа даље од ових статичких,{0}}вредности собне температуре. Централна порука овог водича је да робусно коло мора да узме у обзир динамичке, стварне-светске факторе који директно утичу на перформансе релеја. Ово посебно укључује значајне ефекте варијација температуре завојнице и напајања.

Прелазећи даље од листа са подацима о компонентама и узимајући у обзир цео систем-од извора напајања и управљачког кола до амбијенталног топлотног окружења-инжењери могу правилно да управљају овим критичним параметрима. Овај приступ нам омогућава да искористимо основне карактеристике релеја за изградњу контролних кола која нису функционална само на лабораторијској клупи, већ су заиста поуздана на терену.

Види такође

Процес производње релеја и ток испитивања

Примена релеја у системима за производњу соларне енергије

Како разликовати нормално отворене и нормално затворене контакте релеја

Како одабрати праве аутомобилске релеје и кутије са осигурачима