YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. undersøger, hvorforElektromagnetisk relæforbliver almindelig i industrielle kontrolsystemer på trods af væksten i solid-state og digitale switching-teknologier.
Industrielle kontrolsystemer har ændret sig betydeligt med PLC'er, sensorer, frekvensomformere, fjernovervågning og netværksstyrede controllere. Alligevel indeholder mange styreskabe stadig konventionelle elektromekaniske relæer. Deres fortsatte brug er ikke blot et spørgsmål om ældre udstyrsdesign. I mange applikationer giver den grundlæggende relæstruktur stadig en praktisk kombination af elektrisk isolation, ligetil kobling og fleksibel kredsløbsstyring.
Den grundlæggende funktion af et relæ har ikke ændret sig: et relativt lille styresignal driver kontakter i et andet kredsløb. Denne adskillelse er nyttig, når regulatoren og den kontrollerede belastning har forskellige elektriske egenskaber.
For eksempel er en PLC-udgang muligvis ikke beregnet til direkte at skifte en motorkontaktor, magnetventil, alarmkredsløb eller anden belastning. Et relæ kan sidde mellem controlleren og belastningen, hvilket giver et ekstra switch-interface.
Tre karakteristika er særligt relevante:
Disse egenskaber gør relæer nyttige, selv når det omgivende styresystem er stærkt automatiseret.
Moderne automationsudstyr kombinerer ofte lavspændings elektroniske kontrolkredsløb med højere spændingsbelastninger. Disse kredsløb skal interagere uden nødvendigvis at være direkte forbundet.
Et elektromagnetisk relæ bruger en spole og kontaktmekanisme til at skabe denne adskillelse. Når spolen aktiveres, bevæger dens magnetfelt et anker, hvilket ændrer kontakternes tilstand.
Styrekredsløbet driver derfor relæet uden at føre belastningsstrømmen direkte gennem regulatorens udgang.
| Kontrolkrav | Relæ funktion |
|---|---|
| Separate styre- og belastningskredsløb | Bruger spole-til-kontakt isolering |
| Skift et andet spændingsniveau | Kontakterne fungerer uafhængigt af spolespændingen |
| Styr flere kredsløbsveje | Forskellige kontaktkonfigurationer er tilgængelige |
| Angiv en fysisk skiftetilstand | Kontakter svarer synligt til en elektrisk tilstand |
Dette arrangement er fortsat nyttigt i styreskabe, hvor forskellige spændingsniveauer og kredsløbsfunktioner kombineres.
Solid-state switching har fordele i applikationer, der kræver ekstrem hurtig drift eller meget høj switching frekvens. Imidlertid forbliver fysiske kontakter nyttige til mange konventionelle industrielle belastninger.
En mekanisk kontakt giver en klart defineret åben eller lukket tilstand. Det kan også vælges i henhold til den nødvendige elektriske belastning og kredsløbskonfiguration.
Fælles kontaktordninger omfatter:
Denne fleksibilitet gør det muligt for et relæ at udføre forskellige kontrolopgaver uden at ændre det grundlæggende driftsprincip.
For udstyrsdesignere handler valget derfor mindre om, hvorvidt mekanisk eller elektronisk kobling er universelt bedre og mere om, hvilken teknologi der passer til kredsløbet.
Industrielle maskiner kræver sjældent kun én type koblingshandling. Et styresignal skal muligvis starte et kredsløb, mens et andet afbrydes, eller give et statussignal til en separat styreindgang.
Et relæ med skiftekontakter kan udføre denne type kobling gennem en mekanisk bevægelse.
For eksempel:
| Krav | Mulig kontaktaftale |
|---|---|
| Tænd for et kredsløb, når det er strømførende | Normalt åben |
| Afbryd et kredsløb, når det er strømførende | Normalt lukket |
| Overførsel mellem to kredsløb | Omstilling |
| Angiv separate kontrolstier | Flere kontaktsæt |
Dette er en af grundene til, at konventionelle relæer fortsat dukker op i maskinens kontrolpaneler og elektriske kabinetter.
En vigtig begrænsning ved mekaniske relæer er, at deres kontakter og bevægelige dele udsættes for fysisk slid. Hver koblingscyklus involverer bevægelse af anker og kontaktflader.
For applikationer med relativt moderat omskiftningsfrekvens skaber dette muligvis ikke en væsentlig begrænsning. For udstyr, der skifter ekstremt hurtigt eller kontinuerligt, kan designere overveje solid-state alternativer.
Driftsprofilen har derfor betydning.
Et relæ kan være passende, når et system kræver:
Den faktiske levetid afhænger af faktorer som belastningstype, koblingsstrøm, spænding, driftsfrekvens, kontaktmateriale og miljøforhold.
Når kontakter åbner eller lukker under belastning, kan de elektriske forhold ved kontaktfladen producere varme, buedannelse og materialeoverførsel. Gentagen omskiftning påvirker gradvist kontaktfladerne.
Af denne grund er kontaktmateriale en vigtig del af relædesign.
Sølvbaserede kontaktmaterialer bruges almindeligvis til elektrisk kobling på grund af deres elektriske ledningsevne og egnethed til kontaktapplikationer. Det passende materiale afhænger dog af den elektriske belastning og driftsbetingelser snarere end af materialenavnet alene.
Kontaktydelsen påvirkes af flere faktorer:
| Faktor | Effekt |
|---|---|
| Nuværende niveau | Påvirker kontaktopvarmning |
| Spænding | Påvirker lysbuedannelse under adskillelse |
| Belastningstype | Induktive belastninger kan skabe større koblingsbelastning |
| Skiftefrekvens | Bestemmer, hvor ofte kontakter oplever slid |
| Kontaktmateriale | Påvirker ledningsevne og slidadfærd |
Dette er især relevant i industrielt udstyr, der fungerer gentagne gange over længere perioder.
En anden grund til deres fortsatte brug er ligetil integration. Industrielle styresystemer indeholder ofte etablerede ledningsarkitekturer ved hjælp af klemrækker, kontaktorer, afbrydere, PLC'er, timere og relæer.
Et relæ kan monteres som et mellemkoblingselement uden at det kræver større ændringer af det overordnede styringskoncept.
Dette er nyttigt, når:
Det velkendte betjeningsprincip gør også fejlfinding relativt direkte. Teknikere kan inspicere spolens kredsløb, kontakttilstand, ledninger og tilsluttet belastning separat.
Den fortsatte brug af mekaniske relæer er især synlig i udstyr, hvor simpel elektrisk kobling er vigtigere end ekstrem højhastighedsdrift.
Relæer kan forbinde controllerudgange med motorer, ventiler, indikatorer, alarmer og andre elektriske belastninger.
De kan give et mellemliggende skiftetrin mellem elektroniske controllere og feltenheder.
Relæer kan styre hjælpekredsløb og give elektrisk adskillelse mellem forskellige dele af et styresystem.
Eksisterende maskiner kan bruge relæbaserede kontrolarkitekturer, der forbliver praktiske at vedligeholde i stedet for at blive fuldstændig redesignet.
Den stigende tilgængelighed af solid-state relæer har ikke elimineret mekaniske relæer. I stedet vælges de to teknologier ofte efter forskellige driftskrav.
| Betragtning | Elektromagnetisk relæ | Solid-State relæ |
|---|---|---|
| Skiftemekanisme | Mekaniske kontakter | Halvlederenheder |
| Fysisk kontakt slid | Ja | Ingen mekanisk kontaktslid |
| Elektrisk isolation | Tilgængelig gennem relæstruktur | Tilgængelig gennem elektronisk isolationsdesign |
| Skiftehastighed | Generelt moderat | Generelt hurtigere |
| Varmeadfærd | Afhænger hovedsageligt af kontakter og belastning | Halvleder varmeafledning kan være vigtig |
| Bedste pasform | Konventionel industriel omskiftning | Højfrekvent eller hurtig elektronisk omskiftning |
Ingen af typerne er automatisk egnet til enhver applikation. Belastningsegenskaber, koblingsfrekvens, isolationskrav, installationsforhold og forventet levetid bør overvejes sammen.
Industriel automation kræver ikke altid den nyeste koblingsteknologi. Udstyr har ofte brug for komponenter, der er nemme at integrere, forstå, teste og udskifte.
Det elektromagnetiske relæ opfylder fortsat disse krav i mange kontrolapplikationer, fordi dets funktionsprincip er simpelt: Sæt strøm til en spole, flyt et mekanisk kontaktsystem og skift kredsløbstilstanden.
Den enkelhed gør også dens begrænsninger nemmere at identificere. Kontaktslid, lysbuedannelse, koblingsfrekvens, spoleeffekt og belastningskarakteristika kan alle evalueres under kredsløbsdesign.
Da industrielle kontrolsystemer fortsætter med at inkorporere PLC'er, digital kommunikation og elektroniske controllere, forbliver mekaniske relæer nyttige, hvor fysisk kontaktomskiftning og kredsløbsisolering er påkrævet. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. producerer industrielle kontrolkomponenter, herunder relæer, AC-kontaktorer, trykknapkontakter, signallamper og relaterede produkter. Den fortsatte tilstedeværelse af det elektromagnetiske relæ i moderne styreskabe afspejler et praktisk ingeniørvalg: Når applikationen kræver isoleret, konfigurerbar mekanisk kobling, kan et konventionelt relæ stadig udføre den nødvendige opgave uden unødvendig kompleksitet.
