Kaj pomenita vlečna napetost in sprostitvena napetost releja?

Dobrodošli v našem celotnem vodniku o ključnih električnih parametrih relejev. Pokrili bomo temeljne koncepte delovanja relejev, ki so pomembni za zanesljivo načrtovanje sistema.

Vlečna-napetost se imenuje tudi napetost, ki mora delovati. To je najmanjša napetost tuljave, ki je potrebna za napajanje releja. To premakne njegove kontakte iz običajnega položaja v aktivirani položaj.

Sprostitvena napetost je napetost, ki jo je treba sprostiti. To je največja napetost, pri kateri bo rele pod napetostjo zagotovo iz-izklopljen. To omogoča, da se njegovi kontakti vrnejo v normalno stanje mirovanja.

Za načrtovanje predvidljivih, robustnih in-odpornih elektronskih vezij morate razumeti ta dva parametra. Ta vodnik presega preproste definicije. Raziskali bomo praktične posledice, okoljske dejavnike, ki vplivajo na te vrednosti, in kako jih pravilno prebrati iz podatkovnih listov.

V tem vodniku bomo obravnavali:

Temeljne definicije in fizika za vlečno-in sprostitveno napetostjo.

Kritični koncept histereze in zakaj zagotavlja stabilno preklapljanje.

Dejavniki iz resničnega- sveta, kot so variacije temperature in napajanja, ki spremenijo delovanje releja.

Kako brati in razlagati specifikacije podatkovnega lista za zanesljivo načrtovanje vezja.

Uporabna pravila oblikovanja in praktična študija primera.

Osnove

Kaj je vlečna-napetost?

Vlečna-napetost sproži mehansko delovanje releja. Ko je na tuljavi releja napetost, teče tok in ustvarja elektromagnetno polje.

Vlečna-napetost je specifična točka, kjer magnetna sila postane dovolj močna. Premagati mora združene nasprotne sile. Ti vključujejo napetost povratne vzmeti armature in statični tlak normalno zaprtih kontaktov.

Pri tej napetosti se armatura vleče proti jedru tuljave. To povzroči, da premični kontakti zamenjajo svoje stanje. Običajno odprti kontakti se bodo zaprli, normalno zaprti kontakti pa se bodo odprli.

Vrednost na podatkovnem listu je zajamčena največja vrednost. Dejanska vlečna-napetost katere koli posamezne relejne enote je lahko nižja. Podatkovni list zagotavlja, da bo rele deloval pri ali pod navedeno napetostjo. Na primer, "obvezna obratovalna napetost je manjša ali enaka 9,6 V".

Za večino standardnih enosmernih relejev je vlečna-napetost določena kot odstotek nazivne napetosti tuljave. To je običajno 70 % ali 80 %. Za običajni rele 12 VDC bi bila zajamčena vlečna-napetost navedena kot manjša ali enaka 9,6 VDC (80 % od 12 V).

Kaj je sprostitvena napetost?

Sprostitvena napetost predstavlja prag za de{0}}deaktivacijo. Ko se napetost na tuljavi pod napetostjo zmanjša, se tok zmanjša. Magnetno polje oslabi.

Sprostitvena napetost je točka, kjer magnetna sila postane prešibka. Ne more več zadržati armature proti mehanski sili povratne vzmeti.

Pri tej napetosti obnovitvena sila vzmeti premaga preostalo magnetno privlačnost. To potegne armaturo stran od jedra. To dejanje vrne kontakte v njihovo običajno,-izklopljeno stanje.

Tako kot vlečna-napetost je tudi sprostitvena napetost na podatkovnem listu zajamčen minimum. Zagotovljeno je, da se je rele sprostil, ko napetost tuljave pade na to raven ali nižje. Tipična specifikacija se lahko glasi "mora sprostiti napetost, ki je večja ali enaka 1,2 V".

Ta vrednost je pogosto izražena tudi kot odstotek nazivne napetosti. Za enosmerne releje je napetost sproščanja običajno določena kot 10 % ali več nazivne vrednosti. Za rele 12 VDC bi bila zajamčena sprostitvena napetost večja ali enaka 1,2 VDC.

Koncept histereze

Kaj pomenita vlečna napetost in sprostitvena napetost releja za stabilno delovanje? Vlečna-napetost releja je vedno znatno višja od njegove sprostitvene napetosti. Ta razlika med obema pragoma je znana kot histereza.

Ta lastnost ni napaka. Je temeljna in nujna lastnost za stabilno delovanje releja. Histereza preprečuje, da bi rele "šklepetel"-hitro nihal vklop in izklop-ko krmilna napetost lebdi blizu ene preklopne točke.

Predstavljajte si, da bi bili v-vlečne in sprostitvene napetosti enaki. Vsak majhen šum ali nihanje krmilnega signala okoli tega posameznega praga bi povzročilo hiter vklop in izklop releja. To vodi do iskrenja kontakta, prezgodnje obrabe in nepredvidljivega obnašanja sistema.

Histerezna zanka zagotavlja mrtvi pas. Ko se rele vklopi, mora napetost znatno pasti, preden se sprosti. To zagotavlja čisto in odločno preklopno dejanje.

To lahko vizualiziramo s preprostim grafom, ki prikazuje stanje releja glede na napetost tuljave.

Ta graf jasno prikazuje dve ločeni poti za vklop in izklop. Tvorijo zanko, ki predstavlja histerezo releja.

Dejavniki-vpliva iz resničnega sveta

Vloga temperature tuljave

Najvplivnejši dejavnik, ki vpliva na vlečno-in sprostitveno napetost releja v resničnem-vezju, je temperatura njegove tuljave.

Fizika je enostavna. Relejna tuljava je navita z bakreno žico, ki ima pozitiven temperaturni koeficient upora. Za baker je ta vrednost približno +0.4 % na stopinjo Celzija.

Ko se temperatura tuljave dvigne, se poveča njen enosmerni upor. To se zgodi bodisi zaradi visoke temperature okolja bodisi zaradi samo{1}}segrevanja zaradi neprekinjenega delovanja. Po Ohmovem zakonu (V=IR) je, če se upor (R) poveča, potrebna višja napetost (V), da se proizvede enak nivo toka (I), ki je potreben za ustvarjanje prožilnega magnetnega polja.

Ko se tuljava bolj segreje, se njena efektivna vlečna-napetost poveča. Rele, ki se zanesljivo vključi pri 9 V v laboratoriju pri 25 stopinjah, lahko zahteva 11 V ali več, da se vključi, ko deluje v vročem ohišju pri 80 stopinjah.

Učinek na sprožilno napetost je podoben. Bolj vroča tuljava z večjim uporom pomeni, da mora napetost pasti na nižjo raven, da se dovolj zmanjša magnetno polje, da se armatura sprosti. Zato se s temperaturo povečuje tudi efektivna sprostitvena napetost.

Nekoč smo raziskovali napako na terenu, kjer je krmilna enota v laboratoriju delovala brezhibno (25 stopinj), vendar ni uspela sprožiti kritičnega varnostnega releja v zunanjem ohišju pod poletnim soncem (70 stopinj). Zasnova je zagotavljala napetost tik nad hladno vleko-v specifikaciji. Ni upošteval znatnega povečanja vlečne-napetosti pri visokih temperaturah. Rešitev je zahtevala preoblikovanje pogonskega vezja, da se zagotovi višja zajamčena izhodna napetost v vseh toplotnih pogojih.

Različice napajanja

Napajanje vezja ni nikoli popolno. Njegove spremembe neposredno vplivajo na delovanje releja. Oblikovalci morajo upoštevati to realnost.

Prva je sama toleranca ponudbe. Napajalnik z oznako "12V" je pogosto 12V ±5% ali celo ±10%. Oblikovalec mora delati z-najslabšim možnim scenarijem. Če lahko napetost pade na 11,4 V (-5 %), mora biti ta najmanjša napetost še vedno udobno nad največjo možno vlečno napetostjo releja, upoštevajoč polne temperaturne učinke.

Drugi je padec napetosti ali padec I*R. Žice in sledi tiskanega vezja, ki povezujejo vir napajanja s tuljavo releja, imajo upor. Celo majhen upor pri dolgi žici lahko povzroči znaten padec napetosti, ko tuljava črpa tok. Napetost na tuljavi releja bo nižja od napetosti na napajalnih sponkah. Ta faktor je treba izračunati in kompenzirati pri načrtovanju.

Nazadnje je zaskrbljujoče valovanje napetosti, zlasti pri enostavnejših napajalnikih AC-DC. Če je valovanje na enosmerni napetosti dovolj veliko, lahko napetostni niz pade pod napetost zadrževanja ali sprostitve releja. To povzroči šklepetanje ali nepričakovano sprostitev releja. To je še posebej problematično za vezja, ki delujejo blizu praga napetosti sproščanja.

Učinek zaviranja tuljave

Ko tranzistor izklopi tok na induktivno obremenitev, kot je tuljava releja, magnetno polje, ki se zruši, inducira velik napetostni skok (V=-L * di/dt). Ta konica lahko zlahka uniči pogonski tranzistor, če je ne zatremo.

Najpogostejša metoda zatiranja je preprosta povratna dioda, nameščena vzporedno s tuljavo. Ko se tranzistor izklopi, dioda zagotovi varno pot za kroženje in razpršitev induciranega toka. To ščiti voznika.

Vendar pa ima ta metoda precej-kompromis. Krožni tok podaljša obstoj magnetnega polja. To zadrži armaturo releja dlje časa v napajanem stanju. To dramatično poveča čas sprostitve releja.

Ta zakasnitev je lahko nesprejemljiva v aplikacijah, ki zahtevajo hitro preklapljanje. Poleg tega lahko počasno upadanje magnetnega polja tudi učinkovito dvigne napetost, pri kateri se rele končno sprosti.

Za aplikacije, kjer je čas sproščanja kritičen, so potrebne boljše metode zatiranja. Zenerjeva dioda v seriji s standardno diodo ali dušilno omrežje z upor-kondenzatorjem (RC) lahko zagotovita hitrejšo pot upada za tok tuljave.

Tukaj je primerjava običajnih tehnik zatiranja:

Izbira prave metode zatiranja je ravnovesje med zaščito gonilne komponente in doseganjem zahtevane zmogljivosti sprostitve releja.

Praktična uporaba in oblikovanje

Branje podatkovnega lista

Prenos teorije v prakso se začne s pravilno interpretacijo podatkovnega lista releja. Razdelek s podatki o tuljavah vsebuje specifikacije kritične napetosti, ki urejajo zasnovo vezja gonilnika.

Razčlenimo ključne parametre, ki jih boste našli.

Nazivna napetost tuljave:To je standardna, predvidena delovna napetost za neprekinjeno uporabo. Rele je zasnovan za optimalno delovanje in življenjsko dobo pri tej napetosti.

Obvezna delovna (v-napetost) napetost:To je določeno kot največja vrednost (npr. manj kot ali enako 9,6 V). Vaše vezje mora zagotavljati vsaj to napetost v vseh pogojih (v najslabšem-primeru nizke napetosti, najvišja temperatura), da se zagotovi aktiviranje.

Napetost, ki jo je treba sprostiti:To je določeno kot najmanjša vrednost (npr. Večja ali enaka 1,2 V). Da bi zagotovili, da se rele -odklopi, mora biti napetost v stanju "izklopljeno" vašega vezja pod to ravnjo.

Največja neprekinjena napetost:To je najvišja napetost, ki jo lahko tuljava vzdrži za nedoločen čas, ne da bi se pregrela ali poškodovala. Prekoračitev tega lahko drastično skrajša življenjsko dobo releja.

Spodaj je primer tipične podatkovne tabele tuljave za rele 12 VDC "sladkorne kocke".

Nujno je natančno branje. Upoštevajte, da so te osnovne specifikacije pogosto podane pri referenčni temperaturi, običajno 25 stopinj. Kot smo razpravljali, se te vrednosti spreminjajo pri različnih delovnih temperaturah.

Študija primera oblikovanja: UVLO

Uporabimo te koncepte pri praktičnem načrtovalskem problemu: ustvarjanje vezja za zaklepanje pod napetostjo baterije (UVLO).

Cilj je zaščititi 12-voltno svinčeno-kislinsko baterijo pred globoko izpraznitvijo. Vezje mora samodejno odklopiti breme, ko napetost baterije pade na kritično raven, na primer 11,5 V. Obremenitev mora ponovno priključiti šele, ko je baterija ponovno napolnjena na bolj zdravo napetost, na primer 12,5 V.

Izziv je izbrati ustrezen rele in oblikovati krmilno logiko. Naravna histereza releja se zdi popolna za to nalogo.

Naša analiza zahteva, da rele izvede dve dejanji glede na napetostne pragove:

Rele morasprostitev(odklopite breme), ko sistemska napetost pade na 11,5 V.

Rele morapotegni-noter(ponovno priključite breme), ko sistemska napetost naraste na 12,5 V.

V postopku izbire bi začeli z iskanjem standardnega nominalnega releja 12 VDC. Specifikacije podatkovnega lista so naše glavno vodilo. Napetost, ki jo je treba sprostiti, mora biti precej pod našim pragom odklopa 11,5 V. Obvezna delovna napetost mora biti pod našim pragom ponovne povezave 12,5 V.

Vendar se poklicni inženir zaveda, da ne sme načrtovati neposredno po teh -specifikacijah široke tolerance. V praksi se za nastavitev kritičnih pragov UVLO nikoli ne bi zanašali na lastne nenatančne vlečne-in sprostitvene napetosti releja. Vlečna napetost in napetost sprostitve releja imata inherentno histerezo, ki je preveč spremenljiva in močno odvisna od temperature.

Namesto tega uporabljamo specifikacije releja za ustvarjanje varnega delovnega okna za veliko natančnejše zunanje prožilno vezje. Zasnovali bi primerjalno vezje (z operacijskim -ojačevalnikom ali namenskim nadzornim IC) z natančnim uporovnim delilnikom za nastavitev pragov 11,5 V in 12,5 V. Ta primerjalnik nato poganja tranzistor, ta pa poganja tuljavo releja.

Pri tej zasnovi je naša izbira releja vodena tako, da zagotovi, da ne moti našega natančnega vezja. Izbrali bi rele z napetostjo, ki jo je treba sprostiti, na primer večjo ali enako 1,2 V in napetostjo delovanja, ki je manjša ali enaka 9,6 V. To široko, zajamčeno okno (od 1,2 V do 9,6 V) nam daje dovolj prostora. Naše natančno vezje lahko nato zanesljivo deluje pri 11,5 V in 12,5 V, popolnoma odporno na lastne široke tolerance releja in toplotni odmik.

Ta študija primera prikazuje, kako so lastnosti releja ključni del zasnove sistema. Vendar jih upravlja in nadzoruje zunanja inteligenca, namesto da bi se sami zanašali na njihovo natančnost.

Oblikovalska pravila

Za robustno krmiljenje releja sledimo nizu temeljnih načel, povzetih na tem kontrolnem seznamu.

1. pravilo: upoštevajte vrzeli.Vedno se prepričajte, da je najmanjša zajamčena izhodna napetost vašega gonilnika višja od največje navedene vlečne-napetosti releja. Upoštevajte najvišjo možno delovno temperaturo.

2. pravilo: nižje vrednosti so pomembne.Prepričajte se, da je napetost uhajanja vašega gonilnika v »iz-stanju« v kombinaciji s kakršnim koli šumom sistema vedno manjša od minimalne določene sprostitvene napetosti releja. To preprečuje, da bi se rele -izklopil.

3. pravilo: Temperatura ni vaš prijatelj.Vedno zmanjšajte svoje izračune napetosti za najslab-primer toplotnega okolja. Dobra praksa je predvideti vsaj 20-25-odstotno povečanje vlečne napetosti pri prehodu iz laboratorijskega okolja 25 stopinj v vročo industrijsko aplikacijo pri 85 stopinjah.

Pravilo 4: Vozite z avtoriteto.Nikoli ne poganjajte tuljave releja neposredno s standardnega V/I zatiča mikrokrmilnika. Ti zatiči imajo omejeno zmogljivost izvora toka in visoko izhodno impedanco. Uporabite namenski gonilnik, kot je BJT ali MOSFET, ki lahko tuljavi zagotovi čisto napajanje z nizko-impedanco.

5. pravilo: Zatirajte modro.Povratna dioda na tuljavi je minimalna zahteva za zaščito gonilnika. Če je vaša aplikacija občutljiva na čas izdaje, vložite dodatne komponente za Zener-diodo ali rešitev za dušenje RC.

Napredni premisleki

Zaklepni releji

Pomembno je razlikovati med standardnimi ne{0}}zaskočnimi releji in zaskočnimi releji, ki delujejo po drugačni paradigmi.

Za razliko od neza{0}}zaskočnega releja, ki za vzdrževanje svojega stanja potrebuje neprekinjeno napajanje tuljave, je zaskočni rele bistabilen. Preklopi stanje s kratkim impulzom napetosti in nato ostane v tem novem stanju z ničelno porabo energije.

Ti releji nimajo tradicionalne vlečne-ali sprostitvene napetosti. Namesto tega njihovi podatkovni listi določajo impulz nastavitve napetosti za premik kontaktov v napajani položaj in impulz ponastavitve napetosti (pogosto na ločeni tuljavi), da jih vrnejo v normalni položaj.

Glavna prednost je ogromen prihranek energije. Zaradi tega so zaskočni releji idealni za aplikacije,-napajane z baterijo ali-občutljive na energijo, kjer je treba stanje vzdrževati dlje časa.

AC vs. DC tuljave

Načela, obravnavana v tem priročniku, veljajo predvsem za tuljavne releje-DC. AC{2}}tuljavni releji so zasnovani drugače.

Delovanje enosmerne tuljave je odvisno od njene enosmerne upornosti in nastalega toka. Delovanje AC tuljave pa temelji na njeni impedanci pri določeni omrežni frekvenci (npr. 50 Hz ali 60 Hz).

AC tuljave pogosto vključujejo senčni obroč ali senčno tuljavo. To je en sam, kratko sklenjen bakren zavoj, vdelan v čelno stran jedra. Ustvarja zakasnjen magnetni tok, ki drži armaturo med nič-prehodi sinusnega vala AC. To prepreči slišno brenčanje in klepetanje stikov.

Specifikacije njihove vlečne-in sprostitvene napetosti so posledično podane v voltih AC (VAC) in jih je treba ovrednotiti v kontekstu stabilnosti vira izmeničnega toka.

Zaključek: Temelj zanesljivega nadzora

Vlečna-napetost in sprostitvena napetost sta več kot le številke na podatkovnem listu. Določajo osnovno delovno okno elektromehanskega releja. Histereza, ki jo ustvari vrzel med tema dvema pragoma, je ključ do zagotavljanja čistega, stabilnega preklapljanja-brez klepetanja.

Uspešna zasnova pa mora preseči te statične vrednosti sobne{0}}temperature. Osrednje sporočilo tega vodnika je, da mora robustno vezje upoštevati dinamične dejavnike-resničnega sveta, ki neposredno vplivajo na delovanje releja. To zlasti vključuje pomembne učinke temperature tuljave in variacije napajanja.

Inženirji lahko pravilno upravljajo te kritične parametre, če presežejo podatkovni list komponent in upoštevajo celoten sistem-od vira napajanja in pogonskega vezja do okoliškega toplotnega okolja-. Ta pristop nam omogoča, da izkoristimo temeljne značilnosti relejev za izdelavo krmilnih vezij, ki ne delujejo samo na laboratorijski mizi, ampak so resnično zanesljiva na terenu.

Glej tudi

Postopek izdelave relejev in potek testiranja

Uporaba relejev v sistemih za proizvodnjo sončne energije

Kako razlikovati med normalno odprtimi in normalno zaprtimi kontakti releja

Kako izbrati prave avtomobilske releje in škatle z varovalkami