YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. bada, dlaczegoPrzekaźnik elektromagnetycznypozostaje powszechny w przemysłowych systemach sterowania pomimo rozwoju technologii przełączania półprzewodnikowego i cyfrowego.
Przemysłowe systemy sterowania uległy znaczącym zmianom dzięki sterownikom PLC, czujnikom, napędom o zmiennej częstotliwości, zdalnemu monitorowaniu i sterownikom sieciowym. Jednak wiele szaf sterowniczych nadal zawiera konwencjonalne przekaźniki elektromechaniczne. Ich dalsze użytkowanie nie jest jedynie kwestią starszej konstrukcji sprzętu. W wielu zastosowaniach podstawowa struktura przekaźnika nadal zapewnia praktyczną kombinację izolacji galwanicznej, prostego przełączania i elastycznego sterowania obwodami.
Podstawowa funkcja przekaźnika nie uległa zmianie: stosunkowo niewielki sygnał sterujący uruchamia styki w innym obwodzie. To oddzielenie jest przydatne, gdy sterownik i kontrolowane obciążenie mają różne właściwości elektryczne.
Na przykład wyjście PLC może nie być przeznaczone do bezpośredniego przełączania stycznika silnika, cewki, obwodu alarmowego lub innego obciążenia. Przekaźnik może znajdować się pomiędzy sterownikiem a obciążeniem, zapewniając dodatkowy interfejs przełączający.
Trzy cechy są szczególnie istotne:
Te cechy sprawiają, że przekaźniki są przydatne nawet wtedy, gdy otaczający system sterowania jest wysoce zautomatyzowany.
Nowoczesne urządzenia automatyki często łączą elektroniczne obwody sterujące niskiego napięcia z obciążeniami o wyższym napięciu. Obwody te muszą ze sobą współdziałać, niekoniecznie będąc bezpośrednio połączonymi.
Przekaźnik elektromagnetyczny wykorzystuje mechanizm cewki i styku, aby stworzyć tę separację. Gdy cewka jest pod napięciem, jej pole magnetyczne porusza zworą, zmieniając stan styków.
Dlatego obwód sterujący steruje przekaźnikiem bez bezpośredniego przenoszenia prądu obciążenia przez wyjście sterownika.
| Wymóg kontroli | Funkcja przekaźnika |
|---|---|
| Oddzielne obwody sterujące i obciążeniowe | Wykorzystuje izolację cewki od styku |
| Przełącz inny poziom napięcia | Styki działają niezależnie od napięcia cewki |
| Kontroluj wiele ścieżek obwodów | Dostępne są różne konfiguracje styków |
| Podaj fizyczny stan przełączania | Styki w widoczny sposób odpowiadają stanowi elektrycznemu |
Układ ten pozostaje przydatny w szafach sterowniczych, gdzie łączone są różne poziomy napięcia i funkcje obwodów.
Przełączanie półprzewodnikowe ma zalety w zastosowaniach wymagających wyjątkowo szybkiej pracy lub bardzo dużej częstotliwości przełączania. Jednakże styki fizyczne pozostają przydatne w przypadku wielu konwencjonalnych obciążeń przemysłowych.
Styk mechaniczny zapewnia jasno określony stan otwarty lub zamknięty. Można go również wybrać w zależności od wymaganego obciążenia elektrycznego i konfiguracji obwodu.
Typowe ustalenia dotyczące kontaktu obejmują:
Ta elastyczność pozwala jednemu przekaźnikowi wykonywać różne zadania sterujące bez zmiany podstawowej zasady działania.
Dlatego projektanci sprzętu mają wybór w mniejszym stopniu od tego, czy przełączanie mechaniczne czy elektroniczne jest uniwersalnie lepsze, a bardziej od tego, która technologia pasuje do obwodu.
Maszyny przemysłowe rzadko wymagają tylko jednego rodzaju działania przełączającego. Sygnał sterujący może wymagać uruchomienia jednego obwodu podczas odłączania innego lub dostarczenia sygnału stanu do oddzielnego wejścia sterującego.
Przekaźnik ze stykami przełącznymi może wykonywać tego typu przełączanie jednym ruchem mechanicznym.
Na przykład:
| Wymóg | Możliwość ustalenia kontaktu |
|---|---|
| Włącz obwód, gdy jest pod napięciem | Normalnie otwarte |
| Przerywa obwód, gdy jest pod napięciem | Normalnie zamknięte |
| Transfer pomiędzy dwoma obwodami | Zmiana |
| Zapewnij oddzielne ścieżki sterowania | Wiele zestawów kontaktowych |
Jest to jeden z powodów, dla których konwencjonalne przekaźniki nadal pojawiają się w panelach sterowania maszyn i szafkach elektrycznych.
Jednym z ważnych ograniczeń przekaźników mechanicznych jest to, że ich styki i części ruchome ulegają fizycznemu zużyciu. Każdy cykl przełączania obejmuje ruch twornika i powierzchni stykowych.
W przypadku zastosowań o stosunkowo umiarkowanej częstotliwości przełączania może to nie powodować znaczących ograniczeń. W przypadku sprzętu, który przełącza się niezwykle szybko lub w sposób ciągły, projektanci mogą rozważyć alternatywy półprzewodnikowe.
Dlatego profil operacyjny ma znaczenie.
Przekaźnik może być odpowiedni, gdy system wymaga:
Rzeczywista żywotność zależy od takich czynników, jak rodzaj obciążenia, prąd przełączania, napięcie, częstotliwość robocza, materiał styków i warunki środowiskowe.
Kiedy styki otwierają się lub zamykają pod obciążeniem, warunki elektryczne na powierzchni styku mogą wytwarzać ciepło, wyładowanie łukowe i przenoszenie materiału. Powtarzające się przełączanie stopniowo wpływa na powierzchnie stykowe.
Z tego powodu materiał styków jest ważną częścią konstrukcji przekaźnika.
Materiały stykowe na bazie srebra są powszechnie stosowane w przełączaniu elektrycznym ze względu na ich przewodność elektryczną i przydatność do zastosowań stykowych. Jednakże odpowiedni materiał zależy od obciążenia elektrycznego i warunków pracy, a nie samej nazwy materiału.
Na skuteczność kontaktu wpływa kilka czynników:
| Czynnik | Efekt |
|---|---|
| Aktualny poziom | Wpływa na ogrzewanie kontaktowe |
| Woltaż | Wpływa na łuk podczas separacji |
| Typ obciążenia | Obciążenia indukcyjne mogą powodować większe naprężenia przełączające |
| Częstotliwość przełączania | Określa, jak często styki ulegają zużyciu |
| Materiał kontaktowy | Wpływa na przewodność i zachowanie podczas zużycia |
Jest to szczególnie istotne w urządzeniach przemysłowych, które działają wielokrotnie przez dłuższy czas.
Kolejnym powodem ich dalszego stosowania jest prosta integracja. Przemysłowe systemy sterowania często zawierają ustaloną architekturę okablowania wykorzystującą listwy zaciskowe, styczniki, wyłączniki automatyczne, sterowniki PLC, timery i przekaźniki.
Przekaźnik można zainstalować jako pośredni element przełączający bez konieczności wprowadzania większych zmian w ogólnej koncepcji sterowania.
Jest to przydatne, gdy:
Znana zasada działania sprawia, że rozwiązywanie problemów jest stosunkowo proste. Technicy mogą oddzielnie sprawdzić obwód cewki, stan styków, okablowanie i podłączone obciążenie.
Ciągłe stosowanie przekaźników mechanicznych jest szczególnie widoczne w sprzęcie, w którym proste przełączanie elektryczne jest ważniejsze niż praca z ekstremalnie dużą prędkością.
Przekaźniki mogą łączyć wyjścia sterownika z silnikami, zaworami, wskaźnikami, alarmami i innymi obciążeniami elektrycznymi.
Mogą stanowić pośredni stopień przełączania pomiędzy sterownikami elektronicznymi a urządzeniami obiektowymi.
Przekaźniki mogą zarządzać obwodami pomocniczymi i zapewniać separację elektryczną pomiędzy różnymi częściami systemu sterowania.
Istniejące maszyny mogą wykorzystywać architektury sterowania oparte na przekaźnikach, których utrzymanie jest praktyczne, a nie ich całkowite przeprojektowanie.
Rosnąca dostępność przekaźników półprzewodnikowych nie wyeliminowała przekaźników mechanicznych. Zamiast tego te dwie technologie są często wybierane w zależności od różnych wymagań operacyjnych.
| Namysł | Przekaźnik elektromagnetyczny | Przekaźnik półprzewodnikowy |
|---|---|---|
| Mechanizm przełączający | Styki mechaniczne | Urządzenia półprzewodnikowe |
| Zużycie przy kontakcie fizycznym | Tak | Brak mechanicznego zużycia styków |
| Izolacja elektryczna | Dostępne poprzez strukturę przekaźnikową | Dostępne poprzez konstrukcję izolacji elektronicznej |
| Szybkość przełączania | Generalnie umiarkowane | Generalnie szybciej |
| Zachowanie cieplne | Zależy głównie od styków i obciążenia | Rozpraszanie ciepła półprzewodników może być ważne |
| Najlepsze dopasowanie | Konwencjonalne przełączanie przemysłowe | Wysoka częstotliwość lub szybkie przełączanie elektroniczne |
Żaden typ nie jest automatycznie odpowiedni do każdego zastosowania. Charakterystykę obciążenia, częstotliwość przełączania, wymagania dotyczące izolacji, warunki instalacji i oczekiwaną żywotność należy rozpatrywać łącznie.
Automatyka przemysłowa nie zawsze wymaga najnowocześniejszej technologii przełączania. Sprzęt często potrzebuje komponentów, które można łatwo zintegrować, zrozumieć, przetestować i wymienić.
Przekaźnik elektromagnetyczny w dalszym ciągu spełnia te wymagania w wielu zastosowaniach sterujących, ponieważ jego zasada działania jest prosta: zasilić cewkę, poruszyć mechanicznym układem stykowym i zmienić stan obwodu.
Dzięki tej prostocie łatwiej jest zidentyfikować ograniczenia. Zużycie styków, wyładowania łukowe, częstotliwość przełączania, moc cewki i charakterystykę obciążenia można ocenić podczas projektowania obwodu.
Ponieważ przemysłowe systemy sterowania w dalszym ciągu obejmują sterowniki PLC, komunikację cyfrową i sterowniki elektroniczne, przekaźniki mechaniczne pozostają przydatne tam, gdzie wymagane jest fizyczne przełączanie styków i izolacja obwodów. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produkuje przemysłowe komponenty sterujące, w tym przekaźniki, styczniki prądu przemiennego, przełączniki przyciskowe, lampy sygnalizacyjne i powiązane produkty. Stała obecność przekaźników elektromagnetycznych w nowoczesnych szafach sterowniczych odzwierciedla praktyczny wybór inżynieryjny: gdy aplikacja wymaga izolowanego, konfigurowalnego przełączania mechanicznego, konwencjonalny przekaźnik może nadal wykonywać wymagane zadania bez niepotrzebnej złożoności.
