ولتاژ کششی و رهاسازی رله به چه معناست؟

به راهنمای کامل ما در مورد پارامترهای الکتریکی رله کلیدی خوش آمدید. ما مفاهیم اصلی عملیات رله را که برای طراحی سیستم قابل اعتماد مهم است، پوشش خواهیم داد.

به ولتاژ کششی، ولتاژ «باید عمل» نیز گفته می‌شود. این حداقل ولتاژ سیم پیچ مورد نیاز برای انرژی دادن به رله است. این کنتاکت های آن را از موقعیت عادی به موقعیت فعال می برد.

ولتاژ آزاد، ولتاژ "باید آزاد" است. این ماکزیمم ولتاژی است که در آن یک رله برق‌دار قطعاً- برق نمی‌گیرد. این به مخاطبین آن اجازه می‌دهد به حالت عادی و استراحت خود بازگردند.

شما باید این دو پارامتر را برای طراحی مدارهای الکترونیکی قابل پیش بینی، مستحکم و مقاوم در برابر شکست- درک کنید. این راهنما فراتر از تعاریف ساده است. ما مفاهیم عملی، عوامل محیطی که بر این مقادیر تأثیر می‌گذارند و نحوه صحیح خواندن آنها از برگه‌های داده را بررسی خواهیم کرد.

در این راهنما به موارد زیر خواهیم پرداخت:

تعاریف و فیزیک اساسی پشت{0} ولتاژ کششی و آزادسازی.

مفهوم انتقادی هیسترزیس و چرایی تضمین سوئیچینگ پایدار.

عوامل واقعی-مانند دما و تغییرات منبع تغذیه که عملکرد رله را تغییر می‌دهند.

نحوه خواندن و تفسیر مشخصات برگه داده برای طراحی مدار قابل اعتماد.

قوانین طراحی عملی و مطالعه موردی عملی.

اصول

کشش-در ولتاژ چیست؟

کشش{0}} ولتاژ باعث تحریک عمل مکانیکی رله می شود. هنگامی که ولتاژ در سیم پیچ رله اعمال می شود، جریان جریان می یابد و یک میدان الکترومغناطیسی ایجاد می کند.

کشش-ولتاژ نقطه خاصی است که نیروی مغناطیسی به اندازه کافی قوی می شود. باید بر نیروهای ترکیبی مخالف غلبه کند. اینها شامل کشش فنر برگشتی آرمیچر و فشار استاتیکی کنتاکت های معمولی بسته می شود.

در این ولتاژ، آرمیچر به سمت هسته سیم پیچ کشیده می شود. این باعث می شود که کنتاکت های متحرک حالت خود را تغییر دهند. مخاطبین معمولی باز بسته می شوند و مخاطبین معمولی بسته باز می شوند.

مقدار در یک دیتاشیت حداکثر تضمین شده است. کشش واقعی-ولتاژ هر واحد رله جداگانه ممکن است کمتر باشد. برگه اطلاعات تضمین می کند که رله با یا کمتر از این ولتاژ مشخص کار می کند. برای مثال، "ولتاژ باید کمتر یا مساوی 9.6 ولت باشد".

برای اکثر رله‌های DC استاندارد، ولتاژ کشش{0}}به عنوان درصدی از ولتاژ اسمی سیم‌پیچ مشخص می‌شود. این معمولاً 70٪ یا 80٪ است. برای یک رله 12VDC مشترک، کشش تضمین شده در ولتاژ کمتر یا مساوی 9.6VDC (80% از 12V) مشخص می شود.

ولتاژ آزاد چیست؟

ولتاژ آزاد نشان دهنده آستانه فعال سازی است. با کاهش ولتاژ در یک سیم پیچ برق دار، جریان جریان کاهش می یابد. میدان مغناطیسی ضعیف می شود.

ولتاژ آزادسازی نقطه ای است که نیروی مغناطیسی خیلی ضعیف می شود. دیگر نمی تواند آرمیچر را در برابر نیروی مکانیکی فنر برگشت نگه دارد.

در این ولتاژ، نیروی بازگرداندن فنر بر جاذبه مغناطیسی باقیمانده غلبه می کند. این آرمیچر را از هسته دور می کند. این عمل مخاطبین را به حالت عادی و بدون انرژی باز می‌گرداند.

مانند کشش{0}}ولتاژ، ولتاژ آزادسازی در برگه داده حداقل تضمین شده است. پس از کاهش ولتاژ سیم پیچ به این سطح یا کمتر، رله تضمین می شود که آزاد شود. یک مشخصات معمولی ممکن است به عنوان "ولتاژ آزاد باید بزرگتر یا مساوی 1.2 ولت" باشد.

این مقدار نیز اغلب به صورت درصدی از ولتاژ نامی بیان می شود. برای رله‌های DC، ولتاژ آزاد معمولاً 10% یا بیشتر از امتیاز اسمی مشخص می‌شود. برای رله 12VDC، ولتاژ آزادسازی تضمین شده بیشتر یا مساوی 1.2VDC خواهد بود.

مفهوم هیسترزیس

ولتاژ کششی و رهاسازی رله برای عملکرد پایدار چه معنایی دارد؟ کشش-ولتاژ یک رله همیشه به طور قابل توجهی بالاتر از ولتاژ آزادسازی آن است. این تفاوت بین دو آستانه به عنوان هیسترزیس شناخته می شود.

این ویژگی عیب نیست. این یک ویژگی اساسی و ضروری برای عملکرد پایدار رله است. وقتی ولتاژ کنترل نزدیک یک نقطه سوئیچ معلق است، هیسترزیس از "گفتگو" کردن رله جلوگیری می کند-روشن و خاموش شود-.

تصور کنید که ولتاژهای کشش و آزاد کردن یکسان باشند. هر نویز کوچک یا نوسان در سیگنال کنترل در اطراف آن آستانه باعث می شود رله به سرعت روشن و خاموش شود. این منجر به قوس تماسی، سایش زودرس و رفتار سیستم غیرقابل پیش بینی می شود.

حلقه هیسترزیس یک مرده باند فراهم می کند. هنگامی که رله به داخل کشیده شد، قبل از آزاد شدن ولتاژ باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد. این یک عمل تعویض تمیز و قاطع را تضمین می کند.

ما می توانیم این را با یک نمودار ساده که وضعیت رله را در برابر ولتاژ سیم پیچ ترسیم می کند، مجسم کنیم.

این نمودار به وضوح دو مسیر مجزا برای روشن و خاموش کردن را نشان می دهد. آنها یک حلقه تشکیل می دهند که نشان دهنده پسماند رله است.

واقعی-عوامل تأثیرگذار بر جهان

نقش دمای سیم پیچ

تنها تأثیرگذارترین عاملی که بر ولتاژ-کشش و رهاسازی رله در یک مدار{1} دنیای واقعی تأثیر می‌گذارد، دمای سیم‌پیچ آن است.

فیزیک ساده است. سیم پیچ رله با سیم مسی پیچیده می شود که دارای ضریب مقاومت دمایی مثبت است. برای مس، این مقدار تقریباً +0.4% در درجه سانتیگراد است.

با افزایش دمای سیم پیچ، مقاومت DC آن افزایش می یابد. این امر یا از محیطی با محیط بالا یا در اثر گرمایش خود به دلیل عملکرد مداوم اتفاق می افتد. طبق قانون اهم (V{3}}IR)، اگر مقاومت (R) افزایش یابد، ولتاژ بالاتر (V) برای تولید همان سطح جریان (I) مورد نیاز برای تولید میدان مغناطیسی فعال مورد نیاز است.

با گرمتر شدن سیم پیچ، کشش مؤثر-ش در ولتاژ افزایش می یابد. رله ای که به طور قابل اعتمادی با ولتاژ 9 ولت در آزمایشگاه 25 درجه وارد می شود، ممکن است به 11 ولت یا بیشتر در هنگام کار در یک محفظه گرم در 80 درجه نیاز داشته باشد.

تأثیر روی ولتاژ آزادسازی مشابه است. سیم پیچ داغتر با مقاومت بالاتر به این معنی است که ولتاژ باید به سطح پایین تری کاهش یابد تا میدان مغناطیسی به اندازه کافی کاهش یابد تا آرمیچر آزاد شود. بنابراین، ولتاژ آزادسازی موثر نیز با دما افزایش می یابد.

ما یک بار یک شکست میدانی را بررسی کردیم که در آن یک واحد کنترل به طور کامل در آزمایشگاه کار می‌کرد (25 درجه) اما نتوانست یک رله ایمنی حیاتی را در یک محفظه بیرونی زیر آفتاب تابستان (70 درجه) فعال کند. این طرح ولتاژی را درست بالاتر از کشش سرد-در مشخصات ارائه می‌کرد. افزایش قابل توجه کشش-در ولتاژ در دماهای بالا را در نظر نگرفت. این راه حل مستلزم طراحی مجدد مدار درایور برای ارائه ولتاژ خروجی تضمین شده بالاتر تحت همه شرایط حرارتی بود.

تغییرات منبع تغذیه

منبع تغذیه مدار هرگز کامل نیست. تغییرات آن مستقیماً بر عملکرد رله تأثیر می گذارد. طراحان باید پاسخگوی این واقعیت ها باشند.

اول، خود تحمل عرضه است. منبع تغذیه ای که برای "12 ولت" نامگذاری شده است، اغلب 12 ولت ± 5٪ یا حتی ± 10٪ است. یک طراح باید با بدترین سناریوی-کار کند. اگر منبع تغذیه به 11.4 ولت (-5%) کاهش یابد، با در نظر گرفتن اثرات دمای کامل، این حداقل ولتاژ همچنان باید به راحتی بالاتر از حداکثر ولتاژ خروجی ممکن رله باشد.

دوم افت ولتاژ یا افت I*R است. سیم ها و ردهای PCB اتصال منبع تغذیه به سیم پیچ رله دارای مقاومت هستند. حتی یک مقاومت کوچک در طول یک سیم طولانی می تواند باعث افت ولتاژ قابل توجهی در هنگام کشیدن سیم پیچ شود. ولتاژ سیم پیچ رله کمتر از ولتاژ پایانه های منبع تغذیه خواهد بود. این فاکتور باید در طراحی محاسبه و جبران شود.

در نهایت، ریپل ولتاژ یک نگرانی است، به خصوص در منابع تغذیه AC{0}DC ساده تر. اگر موج روی ولتاژ DC به اندازه کافی بزرگ باشد، پایین ولتاژ می تواند به زیر ولتاژ نگهدارنده یا آزاد رله برسد. این باعث می شود که رله به طور غیرمنتظره ای پچ کند یا رها شود. این به ویژه برای مدارهایی که نزدیک به آستانه ولتاژ آزاد هستند مشکل ساز است.

تاثیر مهار سیم پیچ

هنگامی که یک ترانزیستور جریان را به یک بار القایی مانند سیم پیچ رله قطع می کند، میدان مغناطیسی در حال فروپاشی یک ولتاژ بزرگ (V=-L * di/dt) القا می کند. این سنبله در صورت عدم سرکوب می تواند به راحتی ترانزیستور محرک را از بین ببرد.

رایج ترین روش سرکوب یک دیود فلایبک ساده است که به موازات سیم پیچ قرار می گیرد. هنگامی که ترانزیستور خاموش می شود، دیود یک مسیر امن برای جریان القایی برای گردش و اتلاف فراهم می کند. این از راننده محافظت می کند.

با این حال، این روش سود قابل توجهی دارد-. جریان در گردش وجود میدان مغناطیسی را طولانی می کند. این آرمیچر رله را برای مدت بیشتری در حالت برق نگه می دارد. این به طور چشمگیری زمان انتشار رله را افزایش می دهد.

این تاخیر می تواند در برنامه هایی که نیاز به تعویض سریع دارند غیرقابل قبول باشد. علاوه بر این، فروپاشی آهسته میدان مغناطیسی همچنین می تواند به طور موثر ولتاژی را که در نهایت رله در آن آزاد می شود، افزایش دهد.

برای کاربردهایی که زمان انتشار حیاتی است، روش‌های سرکوب بهتری مورد نیاز است. یک دیود زنر به صورت سری با دیود استاندارد، یا یک شبکه مقاومتی{1}}خازن (RC) snubber، می‌تواند مسیر واپاشی سریع‌تری را برای جریان سیم‌پیچ فراهم کند.

در اینجا مقایسه ای از تکنیک های رایج سرکوب وجود دارد:

انتخاب روش سرکوب مناسب، تعادلی بین حفاظت از جزء درایور و دستیابی به عملکرد رله رله مورد نیاز است.

کاربرد و طراحی عملی

خواندن یک دیتاشیت

ترجمه تئوری به عمل با تفسیر صحیح دیتاشیت رله آغاز می شود. بخش داده های سیم پیچ حاوی مشخصات ولتاژ بحرانی است که بر طراحی مدار درایور شما حاکم است.

بیایید پارامترهای کلیدی را که پیدا خواهید کرد، تجزیه کنیم.

ولتاژ اسمی کویل:این ولتاژ استاندارد و در نظر گرفته شده برای استفاده مداوم است. رله برای عملکرد بهینه و طول عمر در این ولتاژ طراحی شده است.

ولتاژ باید کار کند (کششی{0}}):این به عنوان یک مقدار حداکثر مشخص می شود (به عنوان مثال، کمتر یا مساوی 9.6 ولت). مدار شما باید حداقل این ولتاژ را تحت هر شرایطی (بدترین حالت -مورد منبع کم، حداکثر درجه حرارت) تامین کند تا فعال سازی تضمین شود.

ولتاژ باید آزاد شود:این به عنوان یک مقدار حداقل مشخص می شود (به عنوان مثال، بزرگتر یا مساوی با 1.2 ولت). برای تضمین روشن شدن{4}}رله، ولتاژ حالت "خاموش" مدار شما باید کمتر از این سطح باشد.

حداکثر ولتاژ پیوسته:این بالاترین ولتاژی است که سیم پیچ می تواند به طور نامحدود بدون گرم شدن بیش از حد یا آسیب دیدگی تحمل کند. بیش از این مقدار می تواند عمر رله را به شدت کاهش دهد.

در زیر نمونه ای از جدول داده های سیم پیچ معمولی برای رله 12VDC "مکعب قند" آورده شده است.

مطالعه دقیق ضروری است. توجه داشته باشید که این مشخصات هسته اغلب در دمای مرجع، معمولاً 25 درجه ارائه می شود. همانطور که بحث کردیم، این مقادیر در دماهای عملیاتی مختلف تغییر خواهند کرد.

مطالعه موردی طراحی: UVLO

بیایید این مفاهیم را برای یک مشکل طراحی عملی اعمال کنیم: ایجاد یک مدار قفل کم ولتاژ باتری (UVLO).

هدف محافظت از باتری 12 ولتی سرب{1}}اسیدی در برابر تخلیه عمیق است. هنگامی که ولتاژ باتری به سطح بحرانی، به عنوان مثال، 11.5 ولت کاهش می یابد، مدار باید به طور خودکار یک بار را قطع کند. فقط پس از اینکه باتری به ولتاژ سالم تری مانند 12.5 ولت شارژ شد، بار را دوباره وصل کرد.

چالش انتخاب یک رله مناسب و طراحی منطق کنترل است. هیسترزیس طبیعی یک رله برای این کار عالی به نظر می رسد.

تحلیل ما به رله نیاز دارد تا دو عمل را بر اساس آستانه ولتاژ انجام دهد:

رله بایدآزاد کردن(بار را قطع کنید) زمانی که ولتاژ سیستم به 11.5 ولت کاهش یافت.

رله بایدبکشید-(بار را دوباره وصل کنید) زمانی که ولتاژ سیستم به 12.5 ولت افزایش یافت.

در فرآیند انتخاب، ما با جستجوی یک رله اسمی استاندارد 12VDC شروع می کنیم. مشخصات دیتاشیت راهنمای اصلی ما هستند. ولتاژ آزاد باید بسیار کمتر از آستانه قطع اتصال 11.5 ولت ما باشد. ولتاژ کار باید کمتر از آستانه اتصال مجدد 12.5 ولت ما باشد.

با این حال، یک مهندس حرفه‌ای نمی‌داند که مستقیماً مطابق با این مشخصات تحمل{0} گسترده طراحی نکند. در عمل، ما هرگز به ولتاژهای غیردقیق کشش و رها کردن رله برای تنظیم آستانه های UVLO بحرانی خود تکیه نمی کنیم. کشش ولتاژ و ولتاژ رهاسازی رله دارای پسماند ذاتی است که بسیار متغیر است و به شدت به دما وابسته است.

در عوض، ما از مشخصات رله برای ایجاد یک پنجره عملیاتی ایمن برای مدار ماشه خارجی بسیار دقیق تر استفاده می کنیم. یک مدار مقایسه کننده (با استفاده از یک آپ- یا یک آی سی ناظر اختصاصی) با یک تقسیم کننده مقاومتی دقیق برای تنظیم آستانه های 11.5 ولت و 12.5 ولت طراحی می کنیم. سپس این مقایسه کننده یک ترانزیستور را به حرکت در می آورد که به نوبه خود سیم پیچ رله را به حرکت در می آورد.

برای این طراحی، انتخاب رله ما با اطمینان از عدم تداخل با مدار دقیق ما هدایت می شود. رله‌ای را انتخاب می‌کنیم که ولتاژ آن باید بیشتر یا مساوی 1.2 ولت باشد و باید ولتاژ کمتر یا مساوی 9.6 ولت باشد. این پنجره عریض و تضمینی (از 1.2 ولت تا 9.6 ولت) فضای کافی را به ما می دهد. مدار دقیق ما پس از آن می تواند به طور قابل اعتماد در ولتاژهای 11.5 و 12.5 ولت کار کند و کاملاً در برابر تلرانس های گسترده خود رله و رانش حرارتی مصون باشد.

این مطالعه موردی نشان می‌دهد که چگونه ویژگی‌های رله بخش مهمی از طراحی سیستم هستند. اما آنها توسط اطلاعات خارجی مدیریت و کنترل می شوند تا اینکه خودشان برای دقت به آنها اعتماد کنند.

قوانین طراحی شست

برای راندن رله قوی، ما از مجموعه ای از اصول اصلی که در این چک لیست خلاصه شده است پیروی می کنیم.

قانون 1: به شکاف ها فکر کنید.همیشه مطمئن شوید که حداقل ولتاژ خروجی تضمین شده مدار راننده شما بیشتر از حداکثر کشش مشخص شده رله در ولتاژ- است. بالاترین دمای عملیاتی ممکن را در نظر بگیرید.

قانون 2: پایین بودن مهم است.مطمئن شوید که ولتاژ نشتی "خاموش" درایور شما، همراه با هر نویز سیستم، همیشه کمتر از حداقل ولتاژ رهاسازی مشخص شده رله باشد. این کار از قطع برق رله جلوگیری می کند.

قانون 3: دما دوست شما نیست.همیشه محاسبات ولتاژ خود را برای بدترین{0}}محیط حرارتی مورد کاهش دهید. یک روش خوب این است که هنگام انتقال از یک محیط آزمایشگاهی 25 درجه به یک برنامه صنعتی گرم 85 درجه، حداقل 20-25٪ افزایش در ولتاژ کششی بودجه اختصاص دهید.

قانون 4: با اقتدار رانندگی کنید.هرگز یک سیم پیچ رله را مستقیماً از پایه ورودی/خروجی میکروکنترلر معمولی هدایت نکنید. این پین ها قابلیت منبع یابی جریان محدود و امپدانس خروجی بالایی دارند. از یک درایور اختصاصی مانند BJT یا MOSFET استفاده کنید که می تواند قدرت امپدانس تمیز-کویل را تامین کند.

قانون 5: عاقلانه سرکوب کنید.یک دیود فلایبک در سراسر سیم پیچ حداقل نیاز برای محافظت از راننده است. اگر برنامه شما به زمان انتشار حساس است، اجزای اضافی را برای راه حل Zener{1}}دیود یا RC snubber سرمایه گذاری کنید.

ملاحظات پیشرفته

رله های چفت کننده

مهم است که رله‌های استاندارد غیر{0}}چفت‌شونده را از رله‌های ضامنی که بر اساس الگوی متفاوتی کار می‌کنند، متمایز کنیم.

برخلاف رله‌های غیر{0}}چفت‌شونده که برای حفظ حالت خود به نیروی سیم‌پیچ پیوسته نیاز دارند، رله‌های چفت‌شونده دو پایدار هستند. این حالت را با یک پالس ولتاژ کوتاه تغییر می دهد و سپس در حالت جدید با مصرف برق صفر باقی می ماند.

این رله‌ها ولتاژ کششی یا آزادسازی سنتی ندارند. در عوض، برگه‌های داده آن‌ها یک پالس ولتاژ تنظیم شده برای انتقال کنتاکت‌ها به موقعیت برق‌دار و یک پالس ولتاژ تنظیم مجدد (اغلب روی یک سیم‌پیچ جداگانه) برای بازگرداندن آنها به موقعیت عادی مشخص می‌کنند.

مزیت اصلی صرفه جویی در مصرف برق است. این امر باعث می‌شود رله‌های چفت‌شونده برای برنامه‌های حساس به-باطری یا انرژی{2}}که در آن حالت باید برای مدت طولانی حفظ شود، ایده‌آل است.

کویل AC در مقابل DC

اصولی که در سرتاسر این راهنما مورد بحث قرار گرفته‌اند، عمدتاً برای رله‌های سیم‌پیچ DC{0}}کاربرد دارند. رله‌های سیم پیچ AC متفاوت طراحی شده‌اند.

عملکرد یک سیم پیچ DC توسط مقاومت DC و جریان حاصل از آن کنترل می شود. با این حال، عملکرد یک سیم پیچ AC بر اساس امپدانس آن در فرکانس خط مشخص شده (مثلاً 50 هرتز یا 60 هرتز) است.

کویل های AC اغلب دارای یک حلقه سایه یا سیم پیچ سایه هستند. این یک پیچ مسی کوتاه و منفرد است که در سطح هسته جاسازی شده است. این یک شار مغناطیسی تاخیری ایجاد می کند که آرمیچر را در طول عبور صفر- موج سینوسی AC ثابت نگه می دارد. این از وزوز شنیداری و پچ پچ تماس جلوگیری می کند.

در نتیجه مشخصات ولتاژ کشش و رهایش آنها بر حسب ولت متناوب (VAC) ارائه می‌شود و باید در چارچوب پایداری منبع تغذیه AC ارزیابی شود.

نتیجه گیری: بنیاد کنترل قابل اعتماد

ولتاژ کش-و آزاد کردن آن چیزی بیش از اعداد موجود در برگه داده است. آنها پنجره عملیاتی اساسی یک رله الکترومکانیکی را تعریف می کنند. پسماند ایجاد شده توسط شکاف بین این دو آستانه، کلید اطمینان از سوئیچینگ رایگان، تمیز، پایدار و پر حرف است.

با این حال، یک طراحی موفق باید فراتر از این مقادیر ثابت و دمای اتاق باشد. پیام اصلی این راهنما این است که یک مدار قوی باید فاکتورهای دینامیکی و واقعی را که مستقیماً بر عملکرد رله تأثیر می‌گذارند، در نظر بگیرد. این به ویژه شامل اثرات قابل توجه دمای سیم پیچ و تغییرات منبع تغذیه می شود.

با حرکت فراتر از برگه داده اجزا و در نظر گرفتن کل سیستم-از منبع نیرو و مدار راه انداز تا محیط حرارتی محیط{1}}مهندسان می توانند این پارامترهای حیاتی را به درستی مدیریت کنند. این رویکرد به ما اجازه می‌دهد تا از ویژگی‌های اساسی رله‌ها برای ساخت مدارهای کنترلی استفاده کنیم که نه تنها در یک میز آزمایشگاه کاربردی هستند، بلکه در این زمینه واقعاً قابل اعتماد هستند.

همچنین ببینید

فرآیند تولید رله و جریان تست

کاربرد رله در سیستم های تولید برق خورشیدی

نحوه تشخیص بین کنتاکت های معمولی باز و معمولی بسته یک رله

نحوه انتخاب رله و جعبه فیوز مناسب خودرو