Электрические реле можно разделить на две категории: электромеханические реле и твердотельные реле.
Электромеханические реле
Электромеханические реле — это устройства, которые являются электромагнитными по своей природе и преобразуют магнитный поток, который генерируется сигналом постоянного или переменного тока малой входной мощности вокруг реле, в механическую силу, которая используется для управления электрическими контактами в реле. Наиболее часто используемые электромеханические реле имеют схему; намотана на поглощающий железный сердечник; который известен как первичный контур.
Железный сердечник имеет как фиксированную часть, называемую ярмом, так и якорь, который представляет собой подвижную подпружиненную часть, которая закрывает воздушный зазор между подвижным якорем и неподвижной электрической катушкой, тем самым замыкая цепь магнитного поля. Якорь замыкает закрепленные на нем контакты и может свободно перемещаться между создаваемыми магнитными полями благодаря своему поворотному или шарнирному положению. Пружина или пружины соединены между якорем и ярмом для создания обратного хода и восстановления соединений в исходное положение, когда катушка реле обесточена или находится в выключенном состоянии.
Конструкция электромеханического реле
На приведенном выше рисунке показано простое реле с двумя наборами электропроводящих контактов. Реле могут быть «нормально открытыми» или «нормально закрытыми». Пара контактов характеризуется как нормально разомкнутые или замыкающие контакты, а одна пара характеризуется как нормально замкнутые или размыкающие контакты. В нормально разомкнутых контактах контакты разомкнуты при отсутствии входной мощности, они замыкаются только при наличии тока возбуждения, а в нормально закрытых контактах контакты замкнуты при отсутствии входной мощности, они размыкаются только при наличии тока возбуждения. ток поля. Эти термины по умолчанию используются для обесточенных цепей, находящихся в выключенном состоянии.
Контакты реле представляют собой электропроводящие кусочки металла, при контакте друг с другом замыкают цепь и проводят ток через цепь, как переключатели. В разомкнутом состоянии они имеют очень высокое сопротивление в мегаомах и действуют как разомкнутая цепь, а в закрытом состоянии действуют как замкнутый переключатель, и в идеале они должны иметь нулевое сопротивление, но всегда присутствует определенная величина контактного сопротивления. которое называется «сопротивление включения».
Новые контакты и реле имеют очень низкое сопротивление включения, поскольку их наконечники аккуратные и новые, но со временем это сопротивление будет увеличиваться. В контактах наблюдается эффект дугообразования, который называется повреждением кончиков контактов, если они не защищены должным образом от высоких емкостных и индуктивных нагрузок. Поскольку ток будет течь через контакты, когда они подключены, и эффект образования дуги, если его не контролировать, будет продолжать увеличиваться, увеличивая сопротивление, что в конечном итоге приводит к разрыву и непроводимости контактов, даже когда они находятся в закрытом состоянии.
Чтобы уменьшить эффект дугообразования и высокое сопротивление включению проводов, а также увеличить срок их службы, современные наконечники проводов изготавливаются из различных серебряных сплавов или покрываются ими. Некоторые из них включают Ag (чистое серебро), AgCu (серебряная медь), AgCdO (серебряный оксид кадмия), AgW (серебряный вольфрам), AgNi (серебряный никель), сплавы платины, золота и серебра и AgPd (серебряный палладий).
Длительный срок службы контактов реле может быть достигнут путем использования метода фильтрации, который осуществляется путем добавления сети резисторов-емкостей, известной как снабберная цепь, параллельно с контактными наконечниками реле. Эта RC-цепь закоротит высокое напряжение, что в конечном итоге подавит любой эффект образования дуги.
Классификация электромеханических реле по типам контактов
Поскольку НО и НЗ описывают способ соединения контактов, их также можно классифицировать по их действию. Они могут быть изготовлены путем соединения одного или нескольких контактов переключателя, также называемых полюсами, которые могут быть дополнительно соединены путем подачи питания на катушки реле, что приводит к четырем различным типам контактов, а именно:
| Тип | Описание | Приложение |
| Однополюсный, однонаправленный (SPST) | Он имеет один полюс и один выход. Он будет либо закрыт, либо полностью отключен, среднего нет. | Они идеально подходят для включения и выключения. |
| Однополюсный двойной ход (SPDT) | Он имеет один вход и два разнородных выхода. Он может управлять двумя разнородными цепями через один вход. | Они используются в цепях управления и выходных переключателях системы ПЛК. |
| Двухполюсный однонаправленный (DPST) | Он имеет два входа и два выхода. Каждая из его клемм может находиться либо в выключенном положении (открыто), либо во включенном положении (закрыто). | Они используются в качестве термостатов для управления электрическими нагревательными нагрузками. |
| Двухполюсный двойной бросок (DPDT) | Он имеет два входа и четыре выхода. Каждый из входов соответствует двум выходам. Он может управлять двумя разными цепями одновременно. | Они используются при выборе электропитания, управлении освещением и т. д. |
Твердотельные реле
Твердотельные реле не имеют движущихся частей, но используют оптические и электрические характеристики твердотельных полупроводников для создания изоляции и выполнения функций переключения. Поскольку в отличие от электромеханических реле они не имеют движущихся частей, компоненты не изнашиваются. Они также обеспечивают полную изоляцию между выходными и входными контактами, имея очень высокое сопротивление в открытом состоянии и очень низкое в проводящем состоянии. По функциональности они аналогичны электромеханическим реле, так как также выполняют операции переключения. Они совместимы с большинством семейств логических микросхем без использования дополнительных усилителей, драйверов или буферных схем из-за низких требований к входной управляющей мощности. Однако их необходимо правильно монтировать на радиаторах, чтобы избежать перегрева.
Твердотельное реле
В точке пересечения нуля синусоидального сигнала переменного тока твердотельное реле переменного тока включается и предотвращает возникновение высоких входящих токов. При переключении высоких емкостных и индуктивных нагрузок используется схема RC-снаббера для устранения шума и переходных скачков напряжения. Поскольку выходное коммутационное устройство представляет собой твердотельное полупроводниковое реле, падение напряжения на выходе очень велико, что приводит к необходимости использования тепловой кожи во избежание перегрева и повреждения схемы.
Интерфейсные модули ввода/вывода
Интерфейсные модули ввода/вывода представляют собой специальную конструкцию твердотельных полупроводниковых реле для подключения микроконтроллеров, компьютеров и PIC к реальным переключателям и нагрузкам. Существует четыре основных типа модулей ввода-вывода: выход логического уровня CMOS или входное напряжение переменного/постоянного тока для TTL, логический вход CMOS для выходного напряжения переменного или постоянного тока и TTL. Эти модули содержат все необходимые схемы для обеспечения изоляции и полноценного интерфейса в одном небольшом устройстве. Они доступны как отдельные твердотельные модули или интегрированы в устройства с 4, 8 или 16 каналами.
Таблица сравнения электромеханических и твердотельных полупроводниковых реле
Электромеханические реле используют механические контакты для переключения и имеют движущиеся части, тогда как твердотельные полупроводниковые реле используют полупроводниковые устройства для переключения и не имеют движущихся частей.
| Электромеханические реле | Твердотельные полупроводниковые реле |
| Для переключения они используют магнитные поля, катушки, пружины и механические контакты. | В них нет движущихся частей, вместо этого используются оптические и электрические свойства твердотельных полупроводников. |
| Из-за движущихся частей они подвергаются повреждению компонентов. | Они не подвергаются износу компонентов. |
| Они имеют ограниченный жизненный цикл контактов и занимают большую комнату. Кроме того, у них медленная скорость переключения. | Нет таких ограничений большего пространства и медленной скорости. |
| Напряжение с небольшим входным напряжением можно использовать для управления большим выходным напряжением. | Напряжение с небольшим входным напряжением можно использовать для управления большим выходным напряжением. |
| Они экономически эффективны. | Они дорогие. |
| Они могут коммутировать нагрузки небольшого напряжения и высокочастотные сигналы, такие как аудио- и видеосигналы. | Они не могут коммутировать сигналы высокочастотных и маловольтных нагрузок, такие как видео- и аудиосигналы. |
| Они наиболее распространены в автомобилях, бытовой электронике и т. д. | Они наиболее часто применяются при переключении нагрузок переменного тока, таких как затемнение света, управление скоростью двигателя и т. д. |
Заключение
Электрическое реле — это переключатель, который включает и выключает электрическую цепь посредством внешнего электрического сигнала. Они могут управлять сильным электрическим током посредством сигнала малой мощности и также классифицируются как преобразователи из-за их способности превращать одну физическую величину в другую. Электромеханические реле используют магнитные поля, катушки, пружины и механические контакты для переключения. Из-за движущихся частей они подвергаются повреждению компонентов.
Они имеют ограниченный жизненный цикл контактов и занимают много места, а также имеют низкую скорость переключения, в то время как в твердотельных полупроводниковых реле нет движущихся частей, вместо этого используются электрические и оптические свойства твердотельных полупроводников. Они не подвергаются износу комплектующих, но стоят дорого.