Miniaturowe przekaźniki elektromagnetyczne

fot. Relpol

Przekaźniki elektromagnetyczne to jedne z najstarszych elementów umożliwiających wzmacnianie sygnałów. Ich działanie jest najczęściej dwustanowe – sygnał sterujący powoduje przełączenie styku lub grupy styków. Zależnie od wykonania przekaźnika umożliwia to zamknięcie lub rozwarcie obwodu sterowanego.

Fizyczna zasada działania przekaźnika jest nieskomplikowana. Elektromagnes zasilany sygnałem sterującym powoduje przyciągnięcie żelaznej lub stalowej kotwicy/popychacza, która dzięki sprzężeniu mechanicznemu przełącza styki. Rysunek nr 1 przedstawia uproszczoną budowę przekaźnika. W praktyce często stosuje się jeszcze sprężynę odciągającą popychacz, co zwiększa szybkość wyłączania po zaniku prądu cewki.

Obecnie przekaźniki elektromechaniczne coraz częściej zastępuje się elementami półprzewodnikowymi. Jednak, dzięki szeregowi zalet, są nadal produkowane i powszechnie wykorzystywane. Wśród najważniejszych plusów przekaźników elektromechanicznych znajdują się:

• niski koszt,
• łatwa implementacja,
• izolacja galwaniczna między obwodem sterowania a stykami wykonawczymi,
• odporność na przeciążenia i przepięcia,
• bardzo mały spadek napięcia na zwartych stykach.

Do wad przekaźników elektromechanicznych można zaliczyć:

• generowanie przepięcia przez cewkę przy wyłączaniu prądu,
• niedużą żywotność (przeciętnie od kilkudziesięciu tysięcy do miliona cykli łączenia)
• często głośną pracę,
• niewielką częstotliwość przełączania,
• znaczące moce potrzebne do załączenia przekaźnika,
• możliwość iskrzenia styków przy przełączaniu.

Rys. 1. Uproszczona budowa przekaźnika

Aktywacja cewki przekaźnika najczęściej odbywa się poprzez doprowadzenie napięcia stałego DC lub przemiennego AC (gdy przekaźnik posiada wewnętrzny prostownik). Zależnie od ich przeznaczenia, można dobrać przekaźniki sterowane różnymi napięciami, np.: 5, 12, 24, 48, 110, lub 230V. Oczywiście są dostępne też elementy o innych parametrach.

Cewka przekaźnika posiada dużą indukcyjność, co w momencie przerywania jej prądu powoduje zaindukowanie przepięcia o znacznej amplitudzie, które może uszkodzić współpracujące elementy. W celach ochrony współpracujących obwodów, do cewki przekaźnika podłącza się równolegle diodę krzemową (o prądzie znamionowym około 0,2…1A), która podczas normalnej pracy jest spolaryzowana zaporowo.

Żywotność styków przekaźnika szybko maleje wraz ze wzrostem przełączanego prądu. Z tego powodu nie jest zalecane eksploatowanie przekaźników z ich maksymalnym prądem. Dodatkowo różne rodzaje obciążeń mogą powodować chwilowe przeciążenia, co może wpłynąć na przyspieszone zużycie styków. W Tabeli nr 1 zamieszczono przybliżone dane pomocne przy dobieraniu przekaźnika w zależności od rodzaju obciążenia.

Tab. 1. Dobór przekaźnika w zależności od rodzaju obciążenia:

Należy również zwracać uwagę na minimalny łączony prąd, konieczny do prawidłowego działania styków. Ułatwia on przebicie elektryczne warstwy tlenków powstającej na stykach i zmniejsza ich rezystancję. Jego wartość jest podawana w katalogach i z reguły wynosi od kilku do kilkuset mA. Czasami zamiast prądu podaje się moc minimalną.

Istotnym problemem jest przełączanie prądów stałych o znacznej wartości. Przerwanie prądu może spowodować zapalenie łuku elektrycznego między stykami przekaźnika. Jego gaszenie powinno następować samoistnie po pewnym czasie. Jednak, żeby chronić przekaźnik, często stosuje się obwody gaszące lub niedopuszczające do powstania łuku elektrycznego. W skład takich obwodów mogą wchodzić: diody, warystory, transile, dwójniki RC. W przypadku prądów przemiennych problem jest znacznie mniejszy, ponieważ łuk z reguły gaśnie przy przejściu prądu przez zero.

Oznaczenia dotyczące konfiguracji styków są znormalizowane. Najczęściej spotyka się normę amerykańską (rys. 2). Czasami zamiast liter S (single - pojedynczy) lub D (double - podwójny) stosuje się cyfrę oznaczającą liczbę par styków. Dodatkowo stosuje się oznaczenia NO (normally open), jeśli styki są otwarte w stanie spoczynkowym, lub NC (normally closed), gdy spoczynkowo styki są zwarte.

Rys. 2. Oznaczenia dotyczące konfiguracji styków wg normy amerykańskiej

W praktyce elektronicy najczęściej wykorzystują przekaźniki miniaturowe, przeznaczone do lutowania w obwodach drukowanych. W celu prezentacji kilku grup przekaźników posłużę się danymi z katalogów wybranych producentów (Tabela nr 2):

*) zależnie od modelu

Więcej informacji na ten temat można znaleźć na stronach producentów: firm Omron, Relpol i Rayex. Noty katalogowe dostępne są także na stronie Transfer Multisort Elektronik, gdzie można znaleźć setki typów przekaźników wielu znanych producentów.