Elektrická relé lze rozdělit do dvou kategorií, a to elektromechanická relé a polovodičová relé.
Elektromechanická relé
Elektromechanická relé jsou zařízení, která jsou elektromagnetické povahy a převádějí magnetický tok, který je generován signálem nízkého vstupního výkonu DC nebo AC kolem relé, na mechanickou sílu, která se používá k ovládání elektrických kontaktů v relé. Nejčastěji používaná elektromechanická relé mají obvod; navinuté kolem absorpčního železného jádra; který je známý jako primární okruh.
Železné jádro má jak pevnou část zvanou jho, tak kotvu, což je pohyblivá pružinová část, která uzavírá vzduchovou mezeru mezi pohyblivou kotvou a pevnou elektrickou cívkou, čímž doplňuje obvod magnetického pole. Kotva uzavírá kontakty, které jsou k ní připojeny, a může se volně pohybovat mezi generovaným magnetickým polem díky své poloze čepu nebo kloubu. Pružina nebo pružiny jsou připojeny mezi kotvu a třmen pro generování zpětného zdvihu pro obnovení spojení do jejich původní polohy, když je cívka relé bez napětí nebo je ve vypnutém stavu.
Konstrukce elektromechanického relé
Výše uvedený obrázek ukazuje jednoduché relé, které má dvě sady elektricky vodivých kontaktů. Relé mohou být „normálně otevřená“ nebo „normálně sepnutá“. Dvojice kontaktů je charakterizována jako normálně rozepnuté nebo spínací kontakty a jeden pár je charakterizován jako normálně sepnutý nebo rozpínací kontakty. V normálně otevřených kontaktech jsou kontakty rozepnuté, když není žádné vstupní napájení, jsou sepnuté, pouze když je buzení, zatímco u normálně sepnutých kontaktů jsou kontakty sepnuté, když není žádné vstupní napájení, jsou otevřené pouze když je polní proud. Tyto termíny se standardně používají pro obvody bez napětí, které jsou ve vypnutém stavu.
Kontakty relé jsou elektricky vodivé kusy kovu, při vzájemném kontaktu doplňují obvod a vedou tok proudu obvodem stejně jako spínače. V otevřeném stavu mají velmi vysoký odpor v megaohmech a fungují jako otevřený obvod, zatímco v sepnutém stavu fungují jako sepnutý spínač a v ideálním případě by měly mít nulový odpor, ale vždy existuje určitý přechodový odpor který se nazývá „ON odpor“.
Nové kontakty a relé mají velmi nízký odpor zapnutí, protože jejich hroty jsou čisté a nové, ale časem se tento odpor zvýší. V kontaktech je pozorován obloukový efekt, který se označuje jako poškození špiček kontaktů, pokud nejsou řádně chráněny před vysokou kapacitní a indukční zátěží. Protože proud bude protékat kontakty, když jsou připojeny, a vyklenutí, pokud není řízeno, bude stále narůstat, čímž se odpor zvětší, což nakonec vede k roztržení a nevodivým kontaktům, i když jsou v uzavřeném stavu.
Pro snížení vyklenutí a vysokého odporu „ON“ vodičů a prodloužení jejich životnosti jsou moderní hroty vodičů vyrobeny z různých slitin stříbra nebo jimi potaženy. Některé z nich zahrnují Ag (jemné stříbro), AgCu (stříbrná měď), AgCdO (oxid kadmia stříbra), AgW (wolfram stříbro), AgNi (nikl stříbro), slitiny platiny, zlata a stříbra a AgPd (palladium stříbra).
Dlouhé životnosti reléových kontaktů lze dosáhnout použitím filtrační techniky, která se provádí přidáním sítě odporových kondenzátorů známé jako odlehčovací obvod paralelně s kontakty reléových kontaktů. Tento RC obvod zkratuje vysoké napětí, což případně potlačí jakýkoli obloukový efekt.
Klasifikace elektromechanických relé podle typů kontaktů
Protože NO a NC popisují, jak jsou kontakty připojeny, lze je také klasifikovat na základě jejich činnosti. Mohou být vyrobeny spojením jednoho nebo více spínacích kontaktů označovaných také jako póly, které mohou být dále spojeny přivedením napětí do cívek relé, čímž vzniknou čtyři různé typy kontaktů označené jako:
| Typ | Popis | aplikace |
| Single Pole Single Throw (SPST) | Má jeden pól a jeden výstup. Buď bude zavřená nebo úplně odpojená, nic mezi tím neexistuje. | Jsou ideální pro zapínání a vypínání. |
| Single Pole Double Throw (SPDT) | Má jeden vstup a dva různé výstupy. Může ovládat dva různé obvody přes jediný vstup. | Používají se v řídicích obvodech a výstupních spínačích PLC systému. |
| Double Pole Single Throw (DPST) | Má dva vstupy a dva výstupy. Každá z jejích svorek může být buď ve vypnuté poloze (otevřeno) nebo v poloze zapnuto (zavřeno). | Používají se jako termostaty pro regulaci elektrické topné zátěže. |
| Double Pole Double Throw (DPDT) | Má dva vstupy a čtyři výstupy. Každý ze vstupů odpovídá dvěma výstupům. Může ovládat dva různé obvody současně. | Používají se při výběru napájecího zdroje a ovládání osvětlení atd. |
Polovodičová relé
Polovodičová relé nemají žádné pohyblivé části, ale využívají optické a elektrické charakteristiky polovodičových polovodičů k vytvoření izolace a provádění spínacích funkcí. Protože na rozdíl od elektromechanických relé nemají žádné pohyblivé části, nedochází k opotřebení součástí. Poskytují také úplnou izolaci mezi výstupními a vstupními kontakty, mají velmi vysoký odpor v otevřeném stavu a velmi nízký ve vodivém stavu. Funkčně jsou podobná elektromechanickým relé, protože také provádějí spínací operace. Jsou kompatibilní s většinou logických rodin IC bez použití dalších zesilovačů, ovladačů nebo vyrovnávacích obvodů, kvůli jejich nízkým požadavkům na vstupní řídicí výkon. Vyžadují však vhodnou montáž na chladiče, aby nedošlo k přehřátí.
Polovodičové relé
V bodě průchodu nulou střídavého sinusového průběhu se polovodičové relé typu střídavého proudu zapne a zabrání vysokým příchozím proudům. Při spínání vysokokapacitních a indukčních zátěží se obvod RC Snubber používá k eliminaci šumu a napěťových přechodových špiček. Protože výstupní spínací zařízení je polovodičové relé, pokles napětí na výstupu je velmi vysoký, což způsobuje požadavek na teplo, aby se zabránilo přehřátí a poškození obvodu.
Moduly vstupního/výstupního rozhraní
Moduly vstupně/výstupního rozhraní jsou speciální konstrukcí polovodičových relé pro připojení mikrokontrolérů, počítačů a PIC k přepínačům a zátěžím v reálném světě. Existují čtyři základní typy I/O modulů, výstup logické úrovně CMOS nebo vstupní napětí AC/DC pro TTL, logický vstup CMOS pro AC nebo DC Výstupní napětí a TTL. Tyto moduly obsahují všechny povinné obvody pro zajištění izolace a kompletního rozhraní v rámci jednoho malého zařízení. Jsou přístupné jako samostatné polovodičové moduly nebo jsou integrovány do zařízení se 4, 8 nebo 16 kanály.
Srovnávací tabulka mezi elektromechanickými a polovodičovými relé
Elektromechanická relé používají pro spínání mechanické kontakty a mají pohyblivé části, zatímco polovodičová relé využívající polovodičová zařízení pro spínání a nemají žádné pohyblivé části.
| Elektromechanická relé | Polovodičová relé v pevné fázi |
| K přepínání využívají magnetická pole, cívky, pružiny a mechanické kontakty. | Nepoužívají žádné pohyblivé části, místo toho využívají optické a elektrické vlastnosti polovodičů v pevné fázi. |
| V důsledku pohyblivých částí dochází k jejich poškození součástí. | Nepodléhají opotřebení součástí. |
| Mají omezený životní cyklus kontaktů a zabírají velký prostor. Navíc mají pomalou rychlost přepínání. | Neexistují žádná taková omezení většího prostoru a pomalé rychlosti. |
| Napětí s malým vstupem lze použít k ovládání velkého výstupního napětí. | Napětí s malým vstupem lze použít k ovládání velkého výstupního napětí. |
| Jsou nákladově efektivní. | Jsou drazí. |
| Mohou spínat malé napěťové zátěže a vysokofrekvenční signály, jako jsou audio a video signály. | Nemohou přepínat vysokofrekvenční a nízkonapěťové zátěžové signály, jako jsou video a audio signály. |
| Mají nejběžnější použití v automobilech a domácích elektronických spotřebičích atd. | Mají nejběžnější aplikace při spínání střídavých zátěží, jako je stmívání světla, ovládání otáček motoru atd. |
Závěr
Elektrické relé je spínač, který zapíná a vypíná elektrický obvod prostřednictvím externího elektrického signálu. Mohou ovládat vysoký elektrický proud prostřednictvím signálu s nízkou spotřebou energie, také klasifikovaného jako převodníky, protože mají schopnost měnit jednu fyzikální veličinu na jinou. Elektromechanická relé využívají k přepínání magnetická pole, cívky, pružiny a mechanické kontakty. V důsledku pohyblivých částí dochází k jejich poškození součástí.
Mají omezený životní cyklus kontaktů a zabírají hodně místa, mají také pomalou rychlost spínání, zatímco polovodičová relé nepoužívají žádné pohyblivé části místo toho využívají elektrické a optické vlastnosti polovodičových polovodičů. Nepodléhají opotřebení součástí, ale jsou drahé.