YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. undersöker varförElektromagnetiskt reläär fortfarande vanligt i industriella styrsystem trots tillväxten av solid-state och digital switching-teknik.
Industriella styrsystem har förändrats avsevärt med PLC:er, sensorer, frekvensomriktare, fjärrövervakning och nätverksanslutna styrenheter. Ändå innehåller många styrskåp fortfarande konventionella elektromekaniska reläer. Deras fortsatta användning är inte bara en fråga om äldre utrustningsdesign. I många applikationer ger den grundläggande relästrukturen fortfarande en praktisk kombination av elektrisk isolering, enkel omkoppling och flexibel kretskontroll.
Den grundläggande funktionen hos ett relä har inte förändrats: en relativt liten styrsignal driver kontakter i en annan krets. Denna separation är användbar när regulatorn och den styrda lasten har olika elektriska egenskaper.
Till exempel kanske en PLC-utgång inte är avsedd att direkt koppla om en motorkontaktor, solenoid, larmkrets eller annan belastning. Ett relä kan sitta mellan regulatorn och lasten, vilket ger ett extra kopplingsgränssnitt.
Tre egenskaper är särskilt relevanta:
Dessa egenskaper gör reläer användbara även när det omgivande styrsystemet är mycket automatiserat.
Modern automationsutrustning kombinerar ofta elektroniska styrkretsar med låg spänning med högre spänningsbelastningar. Dessa kretsar måste interagera utan att nödvändigtvis vara direkt anslutna.
Ett elektromagnetiskt relä använder en spole och kontaktmekanism för att skapa denna separation. När spolen är aktiverad, flyttar dess magnetfält en armatur, vilket ändrar kontakternas tillstånd.
Styrkretsen driver därför reläet utan att direkt överföra belastningsströmmen genom styrenhetens utgång.
| Kontrollkrav | Reläfunktion |
|---|---|
| Separata styr- och belastningskretsar | Använder spole-till-kontakt isolering |
| Byt en annan spänningsnivå | Kontakterna fungerar oberoende av spolspänningen |
| Styr flera kretsvägar | Olika kontaktkonfigurationer finns tillgängliga |
| Ange ett fysiskt kopplingstillstånd | Kontakter motsvarar synligt ett elektriskt tillstånd |
Detta arrangemang är fortfarande användbart i styrskåp där olika spänningsnivåer och kretsfunktioner kombineras.
Solid-state switching har fördelar i tillämpningar som kräver extremt snabb drift eller mycket hög switchfrekvens. Fysiska kontakter förblir dock användbara för många konventionella industriella belastningar.
En mekanisk kontakt ger ett klart definierat öppet eller stängt tillstånd. Den kan också väljas enligt den elektriska belastningen och kretskonfigurationen.
Vanliga kontaktarrangemang inkluderar:
Denna flexibilitet gör att ett relä kan utföra olika kontrolluppgifter utan att ändra den grundläggande driftprincipen.
För utrustningskonstruktörer handlar valet därför mindre om huruvida mekanisk eller elektronisk omkoppling är universellt bättre och mer om vilken teknik som passar kretsen.
Industriella maskiner kräver sällan endast en typ av kopplingsåtgärd. En styrsignal kan behöva starta en krets samtidigt som en annan kopplas bort, eller ge en statussignal till en separat styringång.
Ett relä med växlingskontakter kan utföra denna typ av omkoppling genom en mekanisk rörelse.
Till exempel:
| Krav | Eventuellt kontaktarrangemang |
|---|---|
| Slå på en krets när den är strömsatt | Normalt öppet |
| Bryt en krets när den är spänningssatt | Normalt stängd |
| Överföring mellan två kretsar | Övergång |
| Tillhandahåll separata kontrollvägar | Flera kontaktuppsättningar |
Detta är en anledning till att konventionella reläer fortsätter att dyka upp i maskinens kontrollpaneler och elskåp.
En viktig begränsning av mekaniska reläer är att deras kontakter och rörliga delar utsätts för fysiskt slitage. Varje kopplingscykel involverar rörelse av ankaret och kontaktytorna.
För applikationer med relativt måttlig växlingsfrekvens kanske detta inte skapar en betydande begränsning. För utrustning som växlar extremt snabbt eller kontinuerligt kan designers överväga solid state-alternativ.
Verksamhetsprofilen har därför betydelse.
Ett relä kan vara lämpligt när ett system kräver:
Den faktiska livslängden beror på faktorer som belastningstyp, kopplingsström, spänning, driftfrekvens, kontaktmaterial och miljöförhållanden.
När kontakter öppnar eller stänger under belastning kan de elektriska förhållandena vid kontaktytan producera värme, ljusbågar och materialöverföring. Upprepad omkoppling påverkar gradvis kontaktytorna.
Av denna anledning är kontaktmaterial en viktig del av relädesign.
Silverbaserade kontaktmaterial används vanligtvis vid elektrisk omkoppling på grund av deras elektriska ledningsförmåga och lämplighet för kontaktapplikationer. Det lämpliga materialet beror dock på den elektriska belastningen och driftsförhållandena snarare än bara på materialnamnet.
Kontaktprestanda påverkas av flera faktorer:
| Faktor | Effekt |
|---|---|
| Nuvarande nivå | Påverkar kontaktuppvärmning |
| Spänning | Påverkar ljusbågsbildning vid separation |
| Belastningstyp | Induktiva belastningar kan skapa större kopplingsspänning |
| Växlingsfrekvens | Bestämmer hur ofta kontakter upplever slitage |
| Kontaktmaterial | Påverkar konduktivitet och slitagebeteende |
Detta är särskilt relevant i industriell utrustning som fungerar upprepade gånger under långa perioder.
En annan anledning till deras fortsatta användning är enkel integration. Industriella styrsystem innehåller ofta etablerade ledningsarkitekturer som använder plintar, kontaktorer, strömbrytare, PLC:er, timers och reläer.
Ett relä kan installeras som ett mellankopplingselement utan att det krävs större förändringar av det övergripande styrkonceptet.
Detta är användbart när:
Den välbekanta driftprincipen gör också felsökningen relativt direkt. Tekniker kan inspektera spolkretsen, kontakttillstånd, ledningar och ansluten last separat.
Den fortsatta användningen av mekaniska reläer är särskilt synlig i utrustning där enkel elektrisk omkoppling är viktigare än drift med extremt hög hastighet.
Reläer kan koppla styrenhetsutgångar med motorer, ventiler, indikatorer, larm och andra elektriska belastningar.
De kan tillhandahålla ett mellanliggande växlingssteg mellan elektroniska styrenheter och fältenheter.
Reläer kan hantera hjälpkretsar och ge elektrisk separation mellan olika delar av ett styrsystem.
Befintliga maskiner kan använda reläbaserade styrarkitekturer som förblir praktiska att underhålla snarare än att vara helt omgjorda.
Den ökande tillgängligheten av halvledarreläer har inte eliminerat mekaniska reläer. Istället väljs de två teknikerna ofta ut efter olika driftskrav.
| Hänsyn | Elektromagnetiskt relä | Solid State-relä |
|---|---|---|
| Växlingsmekanism | Mekaniska kontakter | Halvledarenheter |
| Fysisk kontakt slitage | Ja | Inget mekaniskt kontaktslitage |
| Elektrisk isolering | Tillgänglig genom relästruktur | Tillgänglig genom elektronisk isoleringsdesign |
| Växlingshastighet | Generellt måttlig | Generellt snabbare |
| Värmebeteende | Beror främst på kontakter och belastning | Halvledarvärmeavledning kan vara viktig |
| Bäst passform | Konventionell industriell omkoppling | Högfrekvent eller snabb elektronisk omkoppling |
Ingen av dessa är automatiskt lämplig för varje applikation. Belastningsegenskaper, kopplingsfrekvens, isoleringskrav, installationsförhållanden och förväntad livslängd bör beaktas tillsammans.
Industriell automation kräver inte alltid den senaste kopplingstekniken. Utrustning behöver ofta komponenter som är lätta att integrera, förstå, testa och byta ut.
Det elektromagnetiska reläet fortsätter att uppfylla dessa krav i många styrtillämpningar eftersom dess funktionsprincip är enkel: aktivera en spole, flytta ett mekaniskt kontaktsystem och ändra kretsens tillstånd.
Den enkelheten gör också dess begränsningar lättare att identifiera. Kontaktslitage, ljusbågsbildning, omkopplingsfrekvens, spoleffekt och belastningsegenskaper kan alla utvärderas under kretsdesign.
Eftersom industriella styrsystem fortsätter att införliva PLC:er, digital kommunikation och elektroniska styrenheter, förblir mekaniska reläer användbara där fysisk kontaktomkoppling och kretsisolering krävs. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. tillverkar industriella styrkomponenter inklusive reläer, AC-kontaktorer, tryckknappsbrytare, signallampor och relaterade produkter. Den fortsatta närvaron av det elektromagnetiska reläet i moderna styrskåp återspeglar ett praktiskt tekniskt val: när applikationen kräver isolerad, konfigurerbar mekanisk omkoppling, kan ett konventionellt relä fortfarande utföra den nödvändiga uppgiften utan onödig komplexitet.
