Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

https://iautomatyka.pl/wp-content/uploads/2019/08/Przekazniki-1-iautomatyka-wyroznione-na-bloga.jpg

Przekaźnik elektromagnetyczny – co to jest i jak działa?


Artykuł z serii: Kurs podstaw automatyki


Przekaźnik jest to niewątpliwie jedno z najbardziej popularnych urządzeń, jakie możesz spotkać po przekręceniu klucza od szafy sterowniczej, dlatego warto, żebyś wiedział, czym właściwie jest. Zastanawiasz się, jak działa przekaźnik? Jeżeli właśnie zacząłeś pracę przy projektowaniu lub serwisowaniu układów sterowania albo może po prostu chcesz odświeżyć sobie wiedzę, która mogła gdzieś umknąć, to serdecznie zapraszam Cię do obejrzenia filmu, który przygotowaliśmy wraz z firmą Relpol. Po takim seansie świat przekaźników nie będzie miał przed Tobą żadnych tajemnic! 😉

Logo Relpol

Co to jest przekaźnik?

Przekaźnik to takie urządzenie, które otwiera i zamyka obwód elektryczny. Dzięki temu umożliwia wpływanie na pracę innych urządzeń znajdujących się w układzie sterowania. Najprościej mówiąc – może realizować funkcję włącz – wyłącz.

Przekaźniki znajdziesz wszędzie. Uwierz mi, że naprawdę ciężko o maszynę czy system sterowania bez przekaźnika. Urządzenia te stosuje się głównie w przemyśle, ale spotkasz je również w budownictwie, branży wod-kan, a nawet w instalacjach inteligentnych domów.

Budowa i zasada działania przekaźnika

Skupmy się na razie na najbardziej popularnym przekaźniku przemysłowym, czyli na przekaźniku elektromagnetycznym. Uogólniając, przekaźnik taki składa się z dwóch podstawowych części: z cewki oraz ze styków.

Żeby sprawić, by styki takiego przekaźnika zamknęły się bądź otworzyły, trzeba najpierw wysterować cewkę elektromagnesu… A znaczy to tyle, że należy podać na nią napięcie. Prąd płynący w zwojach cewki wywołuje pole magnetyczne, dzięki czemu przyciągana jest stalowa zwora, która zamyka lub otwiera odpowiedni styk bądź też zespół styków.

Jeżeli napięcie wejściowe cewki zniknie, wówczas sprężyna zwrotna odepchnie styki od siebie, powodując rozwarcie zestyków, a tym samym rozłączając obwód.

Rodzaje styków

Wg normy PN-EN 61810-1 wyróżnia się następujące rodzaje styków:

  1. Styki zwierne, oznaczane literą Z,
  2. styki rozwierne, oznaczane literą R,
  3. styki przełączne, oznaczane literą P.

Ważne, abyś pamiętał, że styk zwierny nie przewodzi prądu przed podaniem napięcia na cewkę, a po wysterowaniu cewki zamyka się. Styk rozwierny domyślnie przewodzi prąd. Żeby przerwać obwód, należy podać zasilanie na cewkę.

Tak naprawdę, w praktyce najczęściej spotkasz się jednak ze stykiem przełącznym. Jest to styk, który zawiera funkcję zarówno styku rozwiernego, jak i zwiernego. Po wysterowaniu cewki, styk ten przełącza się pomiędzy dwoma stanami.

Zakres napięcia pracy cewki

Najistotniejszym parametrem cewki przekaźnika jest jej napięcie zasilania, którego wartość zwykle podawana jest przez producenta na obudowie urządzenia. Szukaj jej zawsze przy symbolu cewki. Mogą to być naprawdę różne wartości, zaczynając od 12 V DC, przez najbardziej popularne 24 V DC czy 230 V AC (często spotkasz się także z wartością 250 V AC). Zdarzają się też cewki mniej typowe, np. na 110 V DC.

Główne funkcje przekaźnika w układzie sterowania

Po pierwsze – separacja galwaniczna. Jest to absolutnie podstawowa i najważniejsza funkcja przekaźnika w układzie sterowania, którą musisz dobrze znać. Polega to na tym, że przekaźnik ma za zadanie stworzyć separację galwaniczną pomiędzy obwodem sterującym małej mocy a obwodem wykonawczym dużej mocy, chroniąc w ten sposób wejścia/wyjścia sterownika przed przypadkowym zwarciem, błędami w łączeniu jak i przed przepięciami, które mogą wystąpić po stronie obwodu obciążenia. Przepięcia te mogą mieć swoje źródło na przykład w sieci zasilającej obwód obciążenia. Inną przyczyną może być występowanie wysokich pików napięciowych spowodowanych rozłączaniem obwodów silnie indukcyjnych.

Po drugie – przełączanie obciążeń dużej mocy przy użyciu niewielkiej mocy. Wysterowanie cewki zasilaniem 24 V DC, o mocy znamionowej 0,4 W i pobierającej prąd 16,6 mA w zupełności wystarcza, by załączyć obwód na napięcie 230 V AC, który wymaga prądu wartości kilku lub nawet kilkunastu amperów! Należy rozróżniać obwód cewki i obwód styków, ponieważ są to dwa oddzielne, odseparowane obwody i napięcia jakie można na nie podać mogą być różne.

Po trzecie – możliwość wprowadzenia do układu odbiorników zasilanych ze źródeł o różnych napięciach, mimo że w tym układzie występuje tylko jeden poziom napięcia. Dzięki temu mając do dyspozycji wyjścia jedynie o 24 V DC możemy bez problemu wysterować urządzenia wymagające wyższych – 230 V AC, bądź niższych poziomów napięć – np. 12 V DC.

Przekaźniki wielostykowe – jedno/dwu/czterostykowe

Przekaźniki elektromagnetyczne można podzielić ze względu na wiele kategorii, ale zajmijmy się teraz podziałem dotyczącym ilości ich styków. Wyróżnia się przekaźniki:

1. Jednostykowe, posiadające jeden styk przełączny,

2. Dwustykowe, mające dwa styki przełączne,

3. Czterostykowe – z czterema niezależnymi torami prądowymi.

W tego typu przekaźnikach wysterowanie cewki będzie powodowało przełączenie wszystkich styków jednocześnie. Oczywiście należy przy tym pamiętać, że każdy z tych styków jest niezależny! Mamy możliwość podłączenia różnych poziomów napięć, np. w jednym polu załączymy grzałkę na 230 V AC, a w drugim polu załączymy podświetlenie lampki LED 24 V DC, która będzie nas ostrzegała przed tym, że grzałka może być gorąca.

Oznaczenia zacisków zestyków i zacisków cewki

Żeby prawidłowo podłączyć przekaźnik, musisz rozumieć oznaczenia zestyków pod które podepniesz przewody. Zaciski styków i cewki opisuje się według zasad ściśle określonych w normie PN-EN 50005.

Oznaczenia zacisków zestyków

Jedną z głównych zasad oznaczania jest to, że zaciski zestyków opisuje się zawsze przy użyciu liczb dwucyfrowych, gdzie cyfra jednostek jest liczbą funkcji, a cyfra dziesiątek jest liczbą kolejności.

Tutaj widać, że dla pierwszego toru zacisk nr 11 będzie zawsze punktem wspólnym. Zacisk nr 12 zawsze będzie zaciskiem styku rozwiernego, natomiast nr 14 odpowiada zaciskowi styku zwiernego. Zmieniając cyfrę dziesiątek na 2, z łatwością otrzymasz oznaczenia dla toru drugiego. Zacisk wspólny będzie miał wtedy nr 21, natomiast nr 22 będzie odpowiadał zaciskowi styku rozwiernego. Numer 24 przypadnie zaciskowi styku zwiernego.

Może zdarzyć się jednak tak, że spotkasz inne oznaczenia, dlatego warto przed podłączeniem przekaźnika sprawdzić na obudowie opis jego zacisków! Wtedy na pewno unikniesz pomyłki.

Oznaczenia zacisków cewki

W tym przypadku najważniejsze co musisz zapamiętać to to, że zaciski cewki oznacza się w sposób literowo-cyfrowy.

Dla cewek przeznaczonych na napięcie stałe stosuje się oznaczenia A1 i A2. Z reguły polaryzacja jest tutaj dowolna, co w praktyce oznacza tyle, że napięcie możemy podać jak chcemy – 24 V DC na A1, a 0 V DC na A2 lub odwrotnie. Oba sposoby podłączenia spowodują prawidłowe zadziałanie przekaźnika.

Jednak są pewne wyjątki! Jeżeli w gnieździe przekaźnika zainstalowane są dodatkowe moduły przeciwprzepięciowo-sygnalizacyjne bądź też jeśli przekaźnik posiada wewnątrz diody przeciwprzepięciowe, wówczas polaryzacja ma znaczenie! Wtedy musisz zwrócić uwagę na oznaczenia na modułach lub poszukać informacji na ten temat w karcie katalogowej.

W przypadku cewki na 230 V AC sytuacja jest banalnie prosta – należy po prostu podać zasilanie 230 V AC między zaciski A1 i A2, gdyż jak zapewne dobrze wiesz, w przypadku napięcia przemiennego kolejność ta nie ma żadnego znaczenia.

Jak widzisz, jest to całkiem proste. Pełen opis zacisków dla przekaźnika 4-stykowego będzie zatem wyglądał tak jak na rysunku powyżej.

Obwody zabezpieczające

Podczas wyłączania zasilania cewki następuje na niej gwałtowny wzrost napięcia. Spowodowane jest to przez fakt, że cewka w stanie zadziałania charakteryzuje się dużą indukcyjnością.  Takie przepięcie od cewki przekaźnika może uszkadzać elementy elektroniczne znajdujące się w układzie, np. tranzystor, lub negatywnie wpływać na pracę innych układów elektronicznych znajdujących się w pobliżu.

Aby zapobiegać uszkodzeniom powodowanym przez przepięcia, wykorzystuje się obwody zabezpieczające, które obniżają przepięcia generowane przez cewkę.

Najpopularniejszy element zabezpieczający jaki możesz spotkać, to chociażby dioda prostownicza wpięta równolegle do cewki w kierunku zaporowym. Takie rozwiązanie stosuje się w przypadku cewki zasilanej napięciem stałym. W przypadku cewek zasilanych napięciem przemiennym stosuje się inne zabezpieczenia. Przeważnie są to dwa typy zabezpieczeń – warystor, który pełni funkcję przeciwprzepięciową lub też dwójnik RC – pełniący funkcję przeciwzakłóceniową.

Zastosowanie elementów przeciwprzepięciowych daje użytkownikowi pewność, że obwód sterujący cewką jak również inne, pozostałe obwody elektroniczne lub elektryczne będą chronione przed powstającymi przepięciami.

Przekaźniki półprzewodnikowe

Drugą najbardziej powszechną grupą przekaźników są przekaźniki półprzewodnikowe, zwane inaczej SSR-ami – od Solid State Relay. SSR-y, w przeciwieństwie do przekaźników elektromagnetycznych, w całości są urządzeniami elektronicznymi i nie posiadają w swojej budowie części ruchomych, a elementami przełączającymi są w nich tyrystory, triaki bądź tranzystory.

Jak działa taki przekaźnik? Prąd wejściowy przepływa przez układ optoelektroniczny, który dodatkowo zapewnia separację obwodu wejść/wyjść i wysterowuje obwód mocy. Efekt końcowy jest taki sam jak w przypadku przekaźnika elektromagnetycznego – po podaniu napięcia na wejściu styki przełączają się. Różnica jest jedynie taka, że w przypadku przekaźnika SSR obciążenie przełączane jest przez element elektroniczny.

W tego typu przekaźnikach do oddzielenia obwodu wejściowego od wyjściowego służy transoptor, który zamienia sygnały elektryczne na optyczne. Następnie przekazuje otrzymany sygnał optyczny przez odległość stanowiącą izolację galwaniczną między sekcjami wejścia oraz wyjścia.

Cechy charakteryzujące przekaźniki półprzewodnikowe i elektromagnetyczne

Jeżeli masz już lekki mętlik w głowie i zastanawiasz się nad tym, czy do swojej aplikacji wybrać przekaźnik elektromagnetyczny czy też może półprzewodnikowy, przyda Ci się trochę wiedzy na temat ich cech charakterystycznych. Zróbmy więc porównanie.

Występowanie części ruchomych

Dzięki temu, że przekaźniki SSR nie posiadają w swojej budowie części ruchomych, pracują bezgłośnie, toteż świetnie sprawdzą się w biurach i pomieszczeniach mieszkalnych. Poza tym, są bardzo odporne nawet na duże wibracje i niestraszny im jest kurz, który często powoduje sklejanie się styków przekaźników elektromagnetycznych. Co więcej, przekaźniki półprzewodnikowe są bardziej trwałe i niezawodne od swoich elektromagnetycznych odpowiedników. Trwałość przekaźników elektromagnetycznych uzależniona jest od ich budowy (wytrzymałość mechaniczna jest bardzo dobra), ale także od obciążenia elektrycznego (wytrzymałość elektryczna wypada trochę gorzej). Co więcej, w przypadku przekaźników półprzewodnikowych nie ma mowy o zjawisku drgania styków, które to możemy spotkać w przekaźnikach elektromagnetycznych.

Występowanie łuku elektrycznego na stykach

Dużą zaletą przekaźników półprzewodnikowych jest brak występowania łuku elektrycznego na stykach. Dzięki temu emisja zakłóceń częstotliwości radiowych jest znacznie zmniejszona, co może być istotne w niektórych zastosowaniach.  Jeśli już jesteśmy przy zakłóceniach, to jak zapewne już pamiętasz, zastosowanie przekaźnika elektromagnetycznego wiąże się z powstawaniem siły elektromotorycznej w cewce. Siła ta może zakłócać działanie czujników/przetworników, takich jak np. termopara bądź mikrofon. Tego problemu nie będzie, jeśli użyjemy przekaźnika półprzewodnikowego. Brak występowania łuku elektrycznego na stykach jest też zaletą w przypadku środowisk, w których używa się lotnych substancji palnych.

Pobór energii

Można w przybliżeniu określić, że przekaźniki SSR mają ok. 10-krotnie niższy pobór mocy po stronie wejścia niż przekaźniki elektromagnetyczne. Są to wartości rzędu 0,5 mW – czyli tyle ile pobiera dioda LED, która wykonuje w przekaźniku półprzewodnikowym zadanie, za które w przekaźniku elektromagnetycznym odpowiedzialna jest cewka. Jednak Istotną wadą przekaźnika półprzewodnikowego jest duża rezystancja w stanie załączenia przez co zmuszeni jesteśmy do stosowania radiatorów czy też wentylatorów, co często zwiększa koszty całej aplikacji.

Izolacja galwaniczna po stronie obciążenia

Wróćmy jeszcze raz do tematu izolacji galwanicznej. Nie wiem czy wiesz, ale istnieje istotna różnica między izolacją galwaniczną między sekcją sterowania i obciążenia, a izolacją galwaniczną po stronie obciążenia. W niektórych aplikacjach, szczególnie związanych z bezpieczeństwem, kluczową sprawą jest zapewnienie przerwy pomiędzy stykami przy rozwarciu obwodu, czyli właśnie separacji po stronie obciążenia. W tym wypadku przewagę mają przekaźniki elektromagnetyczne, bo tylko one mogą zapewnić ten typ separacji.

Zdolność przełączania

Jeżeli zależy Ci na baaardzo wysokiej zdolności przełączania, rzędu 100 ps (jedna pikosekunda to jedna bilionowa część sekundy) to taką zawrotną prędkość działania zapewnią Ci przekaźniki półprzewodnikowe. Przekaźniki elektromagnetyczne działają ok. 100 razy wolniej, a ich zdolność przełączania to 5-15 milisekund, co mimo wszystko w większości aplikacji jest wystarczające.

Zdolność łączeniowa przekaźnika

Jednym z najbardziej istotnych parametrów przekaźnika jest jego zdolność łączeniowa. Ale co to takiego? Inaczej mówiąc, jest to maksymalna wartość prądu i napięcia dla danej kategorii obciążenia, którą możesz podać na styki przekaźnika. Maksymalna wartość prądu i napięcia, którą znajdziesz na obudowie przekaźników przeważnie odpowiada zdolności łączeniowej dla obciążeń typu rezystancyjnego, dlatego warto zwrócić zawsze uwagę na to, czy producent podał dodatkowo zdolność łączeniową dla innych typów obciążeń, np. indukcyjnych czy pojemnościowych. Takich informacji szukaj w kartach katalogowych.

Wartość maksymalną prądu i napięcia znajdziesz zawsze na obudowie, tuż przy symbolu styków.

Trzeba pamiętać, że przekaźnik półprzewodnikowy musimy dobrać do charakteru obciążenia (kategorii obciążenia) oraz do rodzaju napięcia (stałe lub przemienne), natomiast przekaźnik elektromagnetyczny może załączać stykami różne obciążenia (dla różnych kategorii) i wystarczy tylko wiedzieć jaką maksymalną wartość prądu i napięcia może przełączyć w danej kategorii.

Stycznik czy przekaźnik?

Myślę, że już nieraz spotkałeś się ze stycznikiem. Można powiedzieć, że stycznik to taki większy brat przekaźnika. Co prawda, oba te urządzenia pełnią funkcję łącznika, który może załączać lub wyłączać obwód elektryczny, ale różnica jest taka, że stycznik stworzony jest po to by załączać obwody główne, silnoprądowe, a przekaźnik żeby załączać obwody pomocnicze.

Styczników używa się do załączania urządzeń takich jak silniki, grzałki czy transformatory. Przekaźnik natomiast przekazuje sygnały niskoprądowe do urządzeń, które nadzorują działanie układów silnoprądowych.

Możesz spotkać się też z innego rodzaju przekaźnikami, na przykład czasowymi lub nadzorczymi. Są to już jednak urządzenia elektroniczne, w których elementem wykonawczym jest przekaźnik elektromechaniczny. Na pewno opowiemy o tym dokładniej w innym materiale, ale ogólnie przekaźniki czasowe realizują różne funkcje czasowe, a przekaźniki nadzorcze kontrolują parametry takie jak: zmiany napięcia, natężenia prądu lub temperatury.

W praktyce jednak nic nie jest tak czarno-białe i możesz spotkać się też ze „stycznikami przekaźnikowymi”, które służą do załączania sygnałów. Są też na rynku „przekaźniki stycznikowe” umożliwiające przełączanie prądów o dużych wartościach. 😉

Podsumowanie

Zanim przystąpisz do podłączenia przekaźnika, pamiętaj o tym, żeby przede wszystkim sprawdzić na jego obudowie napięcie zasilania cewki oraz wartość obciążenia, jaką możesz podać na jego styki. Znając istotne różnice między przekaźnikami elektromagnetycznymi i półprzewodnikowymi jesteś już w stanie dobrać odpowiednie urządzenie do konkretnego zastosowania. Myślę, że po takiej dawce wiedzy będziesz już doskonale wiedział jak używać przekaźnika i nie pomylisz go ze stycznikiem.  😉 Wszystkie zaprezentowane urządzenia oraz materiały otrzymaliśmy od firmy Relpol, za co bardzo dziękujemy. Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej na temat przekaźników Relpol, serdecznie zapraszam Cię na stronę producenta.


Więcej z serii: Kurs podstaw automatyki


Data aktualizacji: 2 grudnia 2021 / / Kategoria: , , ,
  • Autor: Agata Stadnicka • iAutomatyka.pl
  • Swoje doświadczenie w branży automatyki zdobyłam pracując jako projektant układów sterowania. Obecnie jestem Redaktorem w iAutomatyka i zajmuję się pracą nad filmami oraz artykułami, a także produkcją kursów online.
  • Profil Autora

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!



PRZECZYTAJ RÓWNIEŻ



NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

Reklama



POLECANE FIRMY I PRODUKTY
  • Sterowniki kompaktowe, modułowe i zintegrowane, CODESYS V3 (programowanie, wizualizacja, komunikacja), Krótkie cykle czasowe, EtherCAT, BACnet (opcjonalnie), Modbus, CANopen, Porty szeregowe: RS232, RS485, 2 konfigurowalne karty Ethernet, W...
  • RPI-1ZI-U24A, to przekaźnik  instalacyjny wytrzymujący maksymalny prąd załączania 120A w czasie 20ms. Przekaźnik ten dedykowany jest do załączania obwodów o wysokim prądzie początkowym, w szczególności do obwodów oświetleniowych, potwierdzo...
  • To rozwiązanie oparte o technologię LoRaWAN pozwala skutecznie realizować działania ograniczające ryzyko rozprzestrzeniania się wirusa . Możliwość automatycznej kontroli dystansu z jednoczesnym monitoringiem relacji i wstecznym śledzeniem k...
  • ROUTER VPN EWON COSY 131 Zapewnia sprawny i prosty w obsłudze zdalny dostęp do dowolnego urządzenia Kompatybilność z najważniejszymi markami i protokołami sterowników PLC (m.in. Siemens, Allen-bradley, Omron…) Szybie zarządzenie roote...
  • Produkty i rozwiązania firmy SICK są równie różnorodne jak codzienność w przedsiębiorstwie. Szkolenia SICK dla użytkowników umożliwiają zdobycie wiedzy na temat zróżnicowanej oferty naszych innowacyjnych produktów w formie dostosowanej do k...
    Link: Terminy
  • Ekonomiczne monitorowanie i sterowanie, teraz także dzięki panelom 2 generacji. Dzięki odpowiedniemu doborowi funkcji HMI, panele Basic 2 generacji stanowią doskonałe rozwiązanie przy produkcji maszyn lub w małych aplikacjach przemysłowych....