Rele on sähkökäyttöinen kytkin, jota käytetään suurjännitteen tai suurvirran ohjaamiseen pienellä signaalilla. Se tarjoaa sähköisen eristyksen ohjaus- ja kuormituspiirien välillä, mikä parantaa turvallisuutta ja luotettavuutta. Releitä käytetään sähköjärjestelmissä, koneissa, ajoneuvoissa ja automaatiossa. Tässä artikkelissa kerrotaan yksityiskohtaisesti, miten relet toimivat, niiden osat, tyypit, luokitukset, sovellukset, viat ja suunnitteluvinkit.
Releen yleiskatsaus
Rele on sähkökäyttöinen kytkin, joka on suunniteltu sallimaan pienen, pienitehoisen virran ohjata paljon suurempaa virtaa, mikä tekee siitä peruskomponentin nykyaikaisissa sähkö- ja elektroniikkapiireissä. Tätä ominaisuutta tarvitaan sovelluksissa, joissa suurjännite- tai suurvirtalaitteiden suora ohjaus voi aiheuttaa turvallisuusriskejä tai heikentää tehokkuutta. Eristämällä ohjauspuolen virtapuolesta releet suojaavat herkkiä pienitehoisia piirejä jännitepiikkeiltä, ylijännitteiltä ja muilta mahdollisesti haitallisilta sähkörasituksilta. Turvallisuuden lisäksi releet mahdollistavat automaation, jolloin ohjaimet, mikrokontrollerit ja anturit voivat käyttää luotettavasti raskaita kuormia, kuten moottoreita, valaistusjärjestelmiä, LVI-yksiköitä ja teollisuuskoneita.
Releen toiminnot
Rele on eräänlainen kytkin, joka käyttää sähköä muiden sähköpiirien ohjaamiseen. Releen sisällä on lankakela. Kun sähkö virtaa kelan läpi, se luo magneettikentän. Tämä magneettikenttä vetää pienen metallikappaleen, jota kutsutaan ankkuriksi, joka liikkuu ja muuttaa koskettimien asentoa. Koskettimet ovat joko kiinni, jotta sähkö pääsee läpi, tai auki virtauksen pysäyttämiseksi.
Prosessi toimii vaiheittain:
• Kela vastaanottaa sähköä - magneettikenttä muodostuu.
• Ankkuri liikkuu - koskettimet kytkeytyvät päälle tai pois päältä.
• Kela sammuu - jousi siirtää ankkurin takaisin lähtöasentoonsa.
Releen komponentit
Rele on sähkökytkin, joka käyttää sähkömagneettia toimiakseen. Tärkein induktiivinen osa on Coil & Core, joka tuottaa magneettisen voiman, kun sähkövirta luo magneettikentän. Tämä kokoonpano on usein suojattu kotelolla.
Mekaaninen kytkentämekanismi sisältää ankkurin, joka liikkuu vasteena magneettiseen voimaan ja tarjoaa mekaanisen esijännityksen toimintaan. Jousi palauttaa ankkurin alkuperäiseen asentoonsa, kun magneettikenttä poistetaan; Tämä jousi on usein valmistettu hopeaseoksesta johtavuuden takaamiseksi.
Sähköinen kytkentätoiminto tapahtuu koskettimissa: ankkuri siirtää liikkuvaa kosketinta fyysisesti piirien kytkemiseksi tai katkaisemiseksi, kun taas kiinteät koskettimet (NO/NC) edustavat releen normaalisti auki (NO) tai normaalisti suljettua (NC) tilaa, mikä määrittää piirin oletusliitännän.
Relekelan tekniset tiedot
| Parametri | Mitä se tarkoittaa | Esimerkki (5 V:n rele) |
|---|---|---|
| Kelan vastus | Kelan vastus laskettuna jännitteenä jaettuna virralla. | R = 5V ÷ 0.07A = 71Ω |
| Kelan teho | Kelan käyttämän sähkötehon määrä laskettuna jännitteellä kertaa virta. | P = 5V × 0,07A = 0,35W |
| Sisäänvedon jännite | Jännite, jolla rele alkaa kytkeytyä päälle. Yleensä noin 75–80 % nimellisjännitteestä. | 3,8–4 V |
| Keskeytysjännite | Jännite, jonka alapuolella rele sammuu. Yleensä noin 10–30 % nimellisjännitteestä. | 1–1,5 V |
Relekoskettimen kytkentä
AC-kytkentä
Vaihtovirtakuormia vaihdettaessa virta kulkee luonnollisesti nollan läpi jokaisessa vaihtovirran jaksossa. Tämä auttaa pysäyttämään sähkökaaret, joita voi muodostua koskettimien avautuessa, mikä helpottaa vaihtovirtakytkentää ja vahingoittaa vähemmän releen koskettimia.
DC-kytkentä
DC on vakio eikä kulje nollan läpi. Tämä tekee todennäköisemmäksi, että kaari muodostuu, kun koskettimet avautuvat. Nämä kaaret voivat vahingoittaa tai hitsata koskettimia, joten erityistä varovaisuutta on käytettävä käytettäessä tasavirtakuormilla varustettuja releitä.
Menetelmät kipinöinnin estämiseksi
• Flyback-diodit: Käytetään yleisesti tasavirtakuormiin virran turvalliseen uudelleensuuntaamiseen.
• RC-vaimentimet: Käytetään sekä AC- että DC-liitäntöihin jännitepiikkien rajoittamiseen.
• Metallioksidivaristorit (MOV): Vaimentavat korkeajännitetransientteja ja suojaavat koskettimia.
Yleiset reletyypit ja niiden sovellukset
| Releen tyyppi | Edut | Tyypillisiä käyttökohteita |
|---|---|---|
| Sähkömekaaninen rele (EMR) | Kustannustehokas, tarjoaa selkeän sähköisen eristyksen ohjaus- ja kuormituspiirien välillä | Käytetään teollisuuden ohjaimissa, kodinkoneissa ja autojärjestelmissä |
| Reed rele | Nopea kytkentänopeus, kompakti koko, suojattu ja sopii heikkovirtasignaaleille | Yleisesti käytetty viestintälaitteissa, testilaitteissa ja signaalinreititysjärjestelmissä |
| Puolijohderele (SSR) | Ei liikkuvia osia, hiljainen toiminta, suuri kytkentänopeus ja pitkä käyttöikä | Paras automaatioon, lämmitysjärjestelmiin ja usein vaihtamista vaativiin sovelluksiin |
| Lukitusrele | Säilyttää asentonsa myös virran katkaisun jälkeen, energiatehokas | Käytetään muistipiireissä, akkukäyttöisissä järjestelmissä ja kaukosäätimissä |
Kumpi on parempi?
Jokainen reletyyppi sopii parhaiten tiettyihin tilanteisiin piirin vaatimuksista riippuen. Sähkömekaaniset releet ovat yksinkertaisia ja edullisia, joten niistä on hyötyä monissa perusohjausjärjestelmissä. Reed-releet ovat parempia, kun tarvitaan nopeaa vastetta ja matalavirtatoimintaa, koska ne kytkeytyvät nopeasti ja on suljettu suojaamaan.
Puolijohdereleet tunnetaan hiljaisesta ja tehokkaasta suorituskyvystään, koska niissä ei ole liikkuvia osia, joten ne soveltuvat piireihin, jotka tarvitsevat usein kytkentää. Lukitusreleet auttavat säästämään energiaa, koska ne voivat pysyä yhdessä asennossa ilman jatkuvaa virtaa.
Releviat ja niiden ratkaisut
| Yleinen epäonnistuminen | Syy | Korjaus / ennaltaehkäisevä toimenpide |
|---|---|---|
| Ota yhteyttä pistetykseen tai hitsaukseen | Tapahtuu, kun liiallinen virta tai valokaari vahingoittaa relekoskettimia | Käytä koskettimia, jotka on mitoitettu oikealle kuormitukselle, ja sisällytä valokaaren sammutuslaitteet, kuten vaimennuspiirit |
| Kelan palaminen | Tapahtuu, kun kela altistuu korkeammalle jännitteelle tai jatkuvalle ylivirralle | Toimi kelan nimellisjännitteellä ja käytä suojakomponentteja ylijännitteen rajoittamiseksi |
| Ota yhteyttä Bounceen tai Chatteriin | Johtuu tärinästä, huonosta asennuksesta tai heikosta kelan magneettisesta voimasta | Varmista tukeva releasennus, oikea kelan käyttöjännite ja laadukas relerakenne |
| Hapettuminen tai korroosio | Kosteuden, pölyn tai ankarille ympäristöille altistumisen aiheuttama | Käytä suljettuja releitä tai releitä, joissa on kullatut koskettimet heikkovirtasignaaleihin |
Releiden eri sovellukset
• Ajovalot ja sumuvalot
• Käynnistysmoottorin ohjaus
• Moottorin käynnistimet
• Kuljetinhihnan ohjaus
• Älykäs valaistuksen ohjaus
• Laitteen vaihto
• Ylivirtasuojaus
• Maasulkusuojaus
• Linjan vaihto
• Signaalin reititys
• Kaiuttimien suojapiirit
• Jääkaapit (kompressorin rele)
•Pesukoneet
Johtopäätös
Releet ovat perusasioita sähköpiirien turvallisessa ja luotettavassa ohjauksessa. Niiden kyky eristää signaaleja, käsitellä erilaisia kuormia ja tukea automaatiota tekee niistä hyödyllisiä monissa järjestelmissä. Oikealla valinnalla, oikealla johdotuksella ja hyvillä suunnittelukäytännöillä releet tarjoavat pitkän käyttöiän ja vakaan suorituskyvyn. Turvallisten ja tehokkaiden piirien rakentaminen edellyttää niiden toiminnan ja teknisten tietojen ymmärtämistä.
Usein kysytyt kysymykset [FAQ]
Q1. Mikä on releen kosketusmateriaali?
Se on metallia, jota käytetään relekoskettimissa, kuten hopeaa, kultaa tai volframia. Se vaikuttaa johtavuuteen, kipinöintikestävyyteen ja kosketusikään.
Q2. Mikä on relehystereesi?
Se on ero releen kytkevän jännitteen (pull-in) ja jännitteen välillä, joka sammuttaa sen (drop-out). Se estää tärinää.
Q3. Voiko yksi rele kytkeä sekä AC- että DC-kuormia?
Kyllä, mutta AC- ja DC-luokitukset ovat erilaisia. DC-kuormia on vaikeampi kytkeä, ja ne tarvitsevat alhaisemmat jännite- ja virtarajat.
Q4. Miksi käyttää releliitäntää?
Se mahdollistaa helpon releen vaihdon, suojaa releen nastoja vaurioilta ja parantaa johdotuksen turvallisuutta.
Q5. Mitä SPDT tai DPDT tarkoittaa releissä?
Niissä kuvataan yhteystietojen määrityksiä. SPDT ohjaa yhtä piiriä, jossa on kaksi lähtöä. DPDT ohjaa kahta erillistä piiriä samanaikaisesti.
Q6. Mitä eroa on NO- ja NC-koskettimilla?
NO (normaalisti auki) -koskettimet sulkeutuvat, kun releeseen kytketään virta. NC (normaalisti kiinni) -koskettimet avautuvat, kun releeseen kytketään virta.