Mitä releen sisään- ja vapautusjännite tarkoittaa?

Tervetuloa täydelliseen oppaaseemme avainreleen sähköparametreista. Käsittelemme reletoiminnan ydinkäsitteet, jotka ovat tärkeitä luotettavan järjestelmän suunnittelun kannalta.

Sisäänvetojännitettä kutsutaan myös pakolliseksi jännitteeksi. Se on minimikelan jännite, joka tarvitaan releen käynnistämiseen. Tämä siirtää sen koskettimet normaaliasennostaan ​​käyttöasentoon.

Vapautusjännite on "pakkovapautusjännite". Se on maksimijännite, jossa jännitteinen rele varmasti -katkaisee virran. Näin sen koskettimet palaavat normaaliin lepotilaan.

Sinun on ymmärrettävä nämä kaksi parametria, jotta voit suunnitella ennustettavia, kestäviä ja vioittumattomia{0}}elektroniikkapiirejä. Tämä opas ylittää yksinkertaiset määritelmät. Tutkimme käytännön seurauksia, ympäristötekijöitä, jotka vaikuttavat näihin arvoihin, ja kuinka lukea ne oikein tietolomakkeista.

Tässä oppaassa käsittelemme:

Perusmääritelmät ja fysiikka jännitteen{0}}sisäänvedon ja vapauttamisen takana.

Hystereesin kriittinen käsite ja miksi se takaa vakaan kytkennän.

Todelliset tekijät, kuten lämpötilan ja virtalähteen vaihtelut, jotka muuttavat releen suorituskykyä.

Kuinka lukea ja tulkita tekniset tiedot luotettavaa piirisuunnittelua varten.

Toimivat suunnittelusäännöt ja käytännön tapaustutkimus.

Perusteet

Mikä on vetojännite-?

Vetojännite{0}} laukaisee releen mekaanisen toiminnan. Kun jännite syötetään releen kelaan, virta kulkee ja muodostaa sähkömagneettisen kentän.

Jännitteen veto{0}}on se kohta, jossa magneettinen voima tulee riittävän vahvaksi. Sen on voitettava yhdistetyt vastavoimat. Näitä ovat ankkurin palautusjousen jännitys ja normaalisti suljettujen koskettimien staattinen paine.

Tällä jännitteellä ankkuri vedetään kohti kelan sydäntä. Tämä saa liikkuvat koskettimet vaihtamaan tilaansa. Normaalisti avoimet koskettimet sulkeutuvat ja normaalisti suljetut koskettimet avautuvat.

Tietolomakkeen arvo on taattu enimmäisarvo. Minkä tahansa yksittäisen releyksikön todellinen vetojännite{1}}voi olla pienempi. Datalehti takaa, että rele toimii tällä määritetyllä jännitteellä tai sen alapuolella. Esimerkiksi "on käytettävä jännite, joka on pienempi tai yhtä suuri kuin 9,6 V".

Useimmissa tavallisissa tasavirtareleissä vetojännite{0}}määritetään prosenttiosuutena kelan nimellisjännitteestä. Tämä on yleensä 70 % tai 80 %. Tavalliselle 12 VDC releelle taatun syöttöjännitteen-arvo määritetään enintään 9,6 VDC:ksi (80 % 12 V:sta).

Mikä on vapautusjännite?

Vapautusjännite edustaa de{0}}aktivoinnin kynnystä. Kun jännitteisen kelan jännite pienenee, virran virtaus pienenee. Magneettikenttä heikkenee.

Vapautusjännite on kohta, jossa magneettinen voima tulee liian heikoksi. Se ei voi enää pitää ankkuria palautusjousen mekaanista voimaa vasten.

Tällä jännitteellä jousen palautusvoima voittaa jäännösmagneettisen vetovoiman. Tämä vetää ankkurin pois ytimestä. Tämä toiminto palauttaa yhteystiedot normaaliin -virrattomaan tilaan.

Kuten vetojännitteessä{0}}, laukaisujännite tietolomakkeessa on taattu minimi. Rele on taatusti vapautunut, kun kelan jännite laskee tälle tasolle tai sen alle. Tyypillinen spesifikaatio voi lukea "täytyy vapauttaa jännite, joka on suurempi tai yhtä suuri kuin 1,2 V".

Tämä arvo ilmaistaan ​​usein myös prosentteina nimellisjännitteestä. Tasavirtareleissä vapautusjännite määritetään yleensä 10 %:ksi tai enemmän nimellisarvosta. 12 VDC:n releen taattu vapautusjännite olisi suurempi tai yhtä suuri kuin 1,2 VDC.

Hystereesin käsite

Mitä releen sisään- ja vapautusjännite tarkoittaa vakaalle toiminnalle? Releen vetojännite{0}}on aina huomattavasti suurempi kuin sen vapautusjännite. Tämä ero näiden kahden kynnyksen välillä tunnetaan hystereesinä.

Tämä ominaisuus ei ole vika. Se on perustavanlaatuinen ja välttämätön ominaisuus vakaan reletoiminnan kannalta. Hystereesi estää relettä "värähtelemästä"-nopeasti päälle ja pois päältä-, kun ohjausjännite leijuu yhden kytkentäpisteen lähellä.

Kuvittele, jos sisään--sisään- ja vapautusjännitteet olisivat samat. Mikä tahansa pieni kohina tai vaihtelu ohjaussignaalissa tuon yksittäisen kynnyksen ympärillä saattaisi releen käynnistymään ja sammumaan nopeasti. Tämä johtaa kontaktikaariin, ennenaikaiseen kulumiseen ja arvaamattomaan järjestelmän toimintaan.

Hystereesisilmukka tarjoaa kuolleen kaistan. Kun rele on vetänyt sisään, jännitteen on laskettava merkittävästi ennen kuin se vapautuu. Tämä varmistaa puhtaan ja päättäväisen kytkentätoiminnan.

Voimme visualisoida tämän yksinkertaisella kaaviolla, joka piirtää releen tilan kelan jännitteen funktiona.

Tämä kaavio näyttää selvästi kaksi erillistä polkua päälle- ja poiskytkentää varten. Ne muodostavat silmukan, joka edustaa releen hystereesiä.

Todelliset-maailmaan vaikuttavat tekijät

Kelan lämpötilan rooli

Vaikuttavin yksittäinen tekijä, joka vaikuttaa releen sisään--sisään- ja vapautusjännitteisiin todellisessa-piirissä, on sen kelan lämpötila.

Fysiikka on suoraviivaista. Relekäämi on kierretty kuparilangalla, jolla on positiivinen lämpötilavastuskerroin. Kuparille tämä arvo on noin +0.4 % celsiusastetta kohden.

Kun käämin lämpötila nousee, sen tasavirtavastus kasvaa. Tämä johtuu joko korkeasta ympäristöstä tai jatkuvan toiminnan aiheuttamasta itsestään-lämpenemisestä. Ohmin lain (V=IR) mukaan, jos vastus (R) kasvaa, tarvitaan suurempi jännite (V), jotta saadaan aikaan sama virran (I) taso, joka tarvitaan aktivoivan magneettikentän muodostamiseen.

Kun kela kuumenee, sen tehokas veto{0}}jännitteen kasvaa. Rele, joka vetää luotettavasti 9 V jännitteellä 25 asteen laboratoriossa, saattaa vaatia 11 V tai enemmän, kun se toimii kuumassa kotelossa 80 asteessa.

Vaikutus vapautusjännitteeseen on samanlainen. Kuumempi kela, jolla on suurempi vastus, tarkoittaa, että jännitteen on pudotettava alemmalle tasolle, jotta magneettikenttä pienenee riittävästi, jotta ankkuri vapautuu. Siksi myös tehollinen vapautusjännite kasvaa lämpötilan myötä.

Tutkimme kerran kenttävikaa, jossa ohjausyksikkö toimi täydellisesti laboratoriossa (25 astetta), mutta ei kyennyt aktivoimaan kriittistä turvarelettä ulkokotelossa kesäauringossa (70 astetta). Suunnittelu toimitti jännitteen, joka oli juuri määrittelyn kylmäveto-ylempi. Se ei ottanut huomioon vetojännitteen{5}}merkittävää nousua korkeissa lämpötiloissa. Ratkaisu vaati ohjainpiirin uudelleensuunnittelua korkeamman taatun lähtöjännitteen saamiseksi kaikissa lämpöolosuhteissa.

Virtalähteen variaatiot

Piirin virtalähde ei ole koskaan täydellinen. Sen vaihtelut vaikuttavat suoraan releen toimintaan. Suunnittelijoiden on otettava huomioon nämä tosiasiat.

Ensimmäinen on itse tarjonnan toleranssi. "12V"-teholähde on usein 12V ±5% tai jopa ±10%. Suunnittelijan on työskenneltävä pahimman-skenaarion mukaan. Jos syöttö voi pudota 11,4 V:iin (-5 %), tämän vähimmäisjännitteen on silti oltava mukavasti releen suurimman mahdollisen sisäänvetojännitteen yläpuolella, kun otetaan huomioon täydet lämpötilavaikutukset.

Toinen on jännitehäviö tai I*R-pudotus. Virtalähteen relekäämiin yhdistävillä johdoilla ja piirilevyjäljillä on vastus. Pienikin resistanssi pitkän johdon aikana voi aiheuttaa merkittävän jännitehäviön, kun käämi ottaa virtaa. Relekäämin jännite on pienempi kuin jännite virransyöttöliittimissä. Tämä kerroin on laskettava ja kompensoitava suunnittelussa.

Lopuksi jännitteen aaltoilu on huolenaihe, etenkin yksinkertaisemmissa AC-DC-virtalähteissä. Jos tasajännitteen aaltoilu on riittävän suuri, jännitekouru voi pudota releen pito- tai vapautusjännitteen alapuolelle. Tämä saa releen tärisemään tai vapautumaan odottamatta. Tämä on erityisen ongelmallista piireissä, jotka toimivat lähellä vapautusjännitteen kynnystä.

Kelan vaimennusvaikutus

Kun transistori katkaisee virran induktiiviseen kuormaan, kuten relekelaan, romahtava magneettikenttä indusoi suuren jännitepiikin (V=-L * di/dt). Tämä piikki voi helposti tuhota ajotransistorin, jos sitä ei tukahduta.

Yleisin vaimennusmenetelmä on yksinkertainen flyback-diodi, joka on sijoitettu rinnakkain kelan kanssa. Kun transistori sammuu, diodi tarjoaa turvallisen reitin indusoidulle virralle kiertää ja haihtua. Tämä suojaa kuljettajaa.

Tällä menetelmällä on kuitenkin{0}}merkittävä kompromissi. Kiertävä virta pidentää magneettikentän olemassaoloa. Tämä pitää releen ankkurin jännitteisessä tilassa pidempään. Tämä pidentää dramaattisesti releen vapautusaikaa.

Tätä viivettä ei voida hyväksyä sovelluksissa, jotka edellyttävät nopeaa vaihtoa. Lisäksi magneettikentän hidas vaimeneminen voi myös tehokkaasti nostaa jännitettä, jolla rele lopulta vapautuu.

Sovelluksissa, joissa julkaisuaika on kriittinen, tarvitaan parempia estomenetelmiä. Normaalin diodin kanssa sarjassa oleva Zener-diodi tai vastus-kondensaattori (RC) snubber-verkko voi tarjota nopeamman vaimenemisreitin käämin virralle.

Tässä on vertailu yleisistä tukahdutustekniikoista:

Oikean vaimennusmenetelmän valinta on tasapaino ajurikomponentin suojaamisen ja vaaditun releen vapautumissuorituskyvyn saavuttamisen välillä.

Käytännön sovellus ja suunnittelu

Datasheetin lukeminen

Teorian kääntäminen käytäntöön alkaa releen tietolomakkeen oikeasta tulkinnasta. Käämin tiedot -osio sisältää kriittiset jännitetiedot, jotka ohjaavat ohjainpiirin suunnittelua.

Puretaan tärkeimmät parametrit, jotka löydät.

Nimellinen kelan jännite:Tämä on vakiokäyttöjännite jatkuvaan käyttöön. Rele on suunniteltu optimaaliseen suorituskykyyn ja käyttöikään tällä jännitteellä.

Täytyy toimia (veto{0}}sisään) jännite:Tämä on määritetty enimmäisarvoksi (esim. pienempi tai yhtä suuri kuin 9,6 V). Piirin on syötettävä vähintään tämä jännite kaikissa olosuhteissa (pahimmassa tapauksessa-alhainen syöttö, maksimilämpötila) aktivoinnin takaamiseksi.

Vapautettava jännite:Tämä on määritetty vähimmäisarvoksi (esim. suurempi tai yhtä suuri kuin 1,2 V). Releen -virrankatkaisun takaamiseksi piirisi "off"-tilan jännitteen on oltava tämän tason alapuolella.

Suurin jatkuva jännite:Tämä on korkein jännite, jonka kela voi kestää loputtomasti ilman ylikuumenemista tai vaurioita. Tämän ylittäminen voi lyhentää releen käyttöikää huomattavasti.

Alla on esimerkki tyypillisestä kelatietotaulukosta 12 VDC:n "sokeripala"-releelle.

Huolellinen lukeminen on välttämätöntä. Huomaa, että nämä ydintiedot annetaan usein vertailulämpötilassa, yleensä 25 asteessa. Kuten olemme keskustelleet, nämä arvot muuttuvat eri käyttölämpötiloissa.

Suunnittelutapaustutkimus: UVLO

Sovelletaan näitä käsitteitä käytännön suunnitteluongelmaan: akun alijännitteen lukituspiirin (UVLO) luomiseen.

Tavoitteena on suojata 12 V:n lyijy-happoakku syväpurkaukselta. Piirin tulee automaattisesti katkaista kuorma, kun akun jännite putoaa kriittiselle tasolle, esimerkiksi 11,5 V. Sen tulisi kytkeä kuorma uudelleen vasta sen jälkeen, kun akku on ladattu terveellisempään jännitteeseen, kuten 12,5 V:iin.

Haasteena on valita sopiva rele ja suunnitella ohjauslogiikka. Releen luonnollinen hystereesi näyttää täydelliseltä tähän tehtävään.

Analyysimme edellyttää, että rele suorittaa kaksi toimintoa jännitekynnysten perusteella:

Releen täytyyvapauttaa(irrota kuorma), kun järjestelmän jännite putoaa 11,5 V:iin.

Releen täytyyvedä sisään-(kytke kuorma uudelleen), kun järjestelmän jännite nousee 12,5 V:iin.

Valintaprosessissa aloitamme etsimällä tavallista 12 VDC nimellisrelettä. Tekniset tiedot ovat ensisijainen oppaamme. Vapautusjännitteen on oltava selvästi alle 11,5 V:n irtikytkentärajan. Käyttöjännitteen on oltava alle 12,5 V:n uudelleenkytkentärajan.

Ammattimainen insinööri ei kuitenkaan osaa suunnitella suoraan näiden{0}}laajatoleranssivaatimusten mukaan. Käytännössä emme koskaan luottaisi releen omiin epätarkkoihin sisään- ja vapautusjännitteisiin asettaaksemme kriittisiä UVLO-kynnyksiä. Releen vetojännitteellä ja vapautusjännitteellä on luontainen hystereesi, joka on liian vaihteleva ja voimakkaasti lämpötilasta riippuvainen.

Sen sijaan käytämme releen teknisiä tietoja turvallisen toimintaikkunan luomiseen paljon tarkemmalle ulkoiselle laukaisupiirille. Suunnittelemme vertailupiirin (käyttäen op-vahvistinta tai erityistä valvoja-IC:tä), jossa on tarkka resistiivinen jakaja 11,5 V:n ja 12,5 V:n kynnysten asettamiseksi. Tämä komparaattori käyttää sitten transistoria, joka puolestaan ​​käyttää relekelaa.

Tässä mallissa relevalintaamme ohjaa varmistamalla, että se ei häiritse tarkkuuspiiriämme. Valitsimme releen, jonka vapautusjännite on esimerkiksi suurempi tai yhtä suuri kuin 1,2 V ja jonka käyttöjännite on pienempi tai yhtä suuri kuin 9,6 V. Tämä leveä, taattu ikkuna (1,2 V - 9,6 V) antaa meille runsaasti tilaa. Tarkkuuspiirimme voi sitten toimia luotettavasti 11,5 V:n ja 12,5 V:n jännitteillä, täysin immuuni releen omille leveille toleransseille ja lämpöpoikkeamiselle.

Tämä tapaustutkimus osoittaa, kuinka releen ominaisuudet ovat olennainen osa järjestelmän suunnittelua. Mutta ulkoinen äly hallitsee ja ohjaa niitä sen sijaan, että he itse luottaisivat tarkkuuteen.

Suunnittelun nyrkkisäännöt

Vahvan releajon saavuttamiseksi noudatamme tässä tarkistuslistassa esitettyjä ydinperiaatteita.

Sääntö 1: Huomioi aukot.Varmista aina, että ohjainpiirin taattu vähimmäislähtöjännite on suurempi kuin releen suurin määritetty vetojännite-. Ota huomioon korkein mahdollinen käyttölämpötila.

Sääntö 2: Alhaisuudella on merkitystä.Varmista, että kuljettajan "off{0}}state" -vuotojännite yhdistettynä mahdolliseen järjestelmämeluun on aina pienempi kuin releen vähimmäismäärätty vapautusjännite. Tämä estää releen katkeamisen-.

Sääntö 3: Lämpötila ei ole ystäväsi.Vähennä jännitelaskelmasi aina pahimman -lämpötilan mukaan. Hyvä käytäntö on budjetoida vähintään 20-25 %:n lisäys syöttöjännitteeseen siirryttäessä 25 asteen laboratorioympäristöstä kuumaan 85 asteen teollisuussovellukseen.

Sääntö 4: Aja valtuuden kanssa.Älä koskaan käytä relekelaa suoraan tavallisesta mikro-ohjaimen I/O-nastasta. Näillä nastoilla on rajoitettu virranottokyky ja korkea lähtöimpedanssi. Käytä erityistä ohjainta, kuten BJT:tä tai MOSFETiä, joka voi tarjota puhtaan, alhaisen-impedanssin kelalle.

Sääntö 5: Tukahduta viisaasti.Flyback-diodi kelan poikki on vähimmäisvaatimus kuljettajan suojaamiseksi. Jos sovelluksesi on herkkä julkaisuajalle, hanki lisäkomponentit Zener-diodi- tai RC-snubber-ratkaisuun.

Lisätietoa

Lukitusreleet

On tärkeää erottaa tavalliset ei-{0}}salvatut releet lukitusreleistä, jotka toimivat eri mallilla.

Toisin kuin ei--salpaava rele, joka vaatii jatkuvaa kelavirtaa pysyäkseen tilassaan, salparele on bistabiili. Se vaihtaa tilaa lyhyellä jännitepulssilla ja pysyy sitten uudessa tilassa ilman virrankulutusta.

Näissä releissä ei ole perinteistä sisään--syöttö- tai vapautusjännitettä. Sen sijaan heidän teknisissä tiedoissaan määritetään Set Voltage -pulssi, joka siirtää koskettimet jännitteiseen asentoon, ja Reset Voltage -pulssi (usein erillisessä kelassa) palauttamaan ne normaaliasentoon.

Ensisijainen etu on valtava virransäästö. Tämä tekee lukitusreleistä ihanteellisia akkukäyttöisissä-tai energia{2}}herkissä sovelluksissa, joissa tilaa on ylläpidettävä pitkiä aikoja.

AC vs. DC kelat

Tässä oppaassa käsitellyt periaatteet koskevat ensisijaisesti DC-kelareleitä. AC-kelareleet on suunniteltu eri tavalla.

Tasavirtakelan toimintaa ohjaavat sen tasavirtavastus ja siitä aiheutuva virta. Vaihtovirtakelan toiminta perustuu kuitenkin sen impedanssiin määritellyllä linjataajuudella (esim. 50 Hz tai 60 Hz).

AC-kelat sisältävät usein varjostusrenkaan tai varjostuskelan. Tämä on yksi, oikosuljettu kuparikierros, joka on upotettu sydämen etupuolelle. Se luo viivästetyn magneettivuon, joka pitää ankkurin paikallaan AC-siniaallon nolla{2}}risteyksissä. Tämä estää kuuluvan surinan ja kontaktin puheen.

Niiden sisään--sisään- ja vapautusjännitteen tiedot on näin ollen annettu voltteina AC (VAC), ja ne on arvioitava vaihtovirtalähteen vakauden perusteella.

Johtopäätös: Luotettavan valvonnan perusta

Sisään--ja vapautusjännite ovat enemmän kuin vain numeroita tietolomakkeessa. Ne määrittelevät sähkömekaanisen releen perustoimintaikkunan. Näiden kahden kynnyksen välisen aukon luoma hystereesi on avain puhtaan, vakaan ja-vapaan vaihdon varmistamiseen.

Onnistuneen suunnittelun on kuitenkin katsottava näiden staattisten huone{0}}lämpötila-arvojen ulkopuolelle. Tämän oppaan keskeinen viesti on, että vankan piirin on otettava huomioon dynaamiset, todelliset tekijät, jotka vaikuttavat suoraan releen suorituskykyyn. Tämä koskee erityisesti patterin lämpötilan ja tehonsyötön vaihteluiden merkittäviä vaikutuksia.

Suunnittelijat voivat hallita näitä kriittisiä parametreja oikein siirtymällä komponenttien tietotaulukkoa pidemmälle ja tarkastelemalla koko järjestelmää-virtalähteestä ja ajuripiiristä ympäröivään lämpöympäristöön-. Tämän lähestymistavan avulla voimme hyödyntää releiden perusominaisuuksia rakentaaksemme ohjauspiirejä, jotka eivät toimi vain laboratoriopenkissä, vaan ovat todella luotettavia kentällä.

Katso myös

Releen tuotantoprosessi ja testauskulku

Releiden käyttö aurinkoenergian tuotantojärjestelmissä

Kuinka erottaa releen normaalisti avoimet ja normaalisti suljetut koskettimet

Kuinka valita oikeat autoreleet ja sulakekotelot