Điện áp kéo và điện áp giải phóng của rơle có ý nghĩa gì?

Chào mừng bạn đến với hướng dẫn đầy đủ của chúng tôi về các thông số điện rơle chính. Chúng tôi sẽ đề cập đến các khái niệm cốt lõi về hoạt động của rơ-le quan trọng đối với thiết kế hệ thống đáng tin cậy.

Điện áp kéo-vào còn được gọi là điện áp 'phải hoạt động'. Đó là điện áp cuộn dây tối thiểu cần thiết để cung cấp năng lượng cho rơle. Thao tác này sẽ di chuyển các tiếp điểm của nó từ vị trí bình thường sang vị trí được kích hoạt.

Điện áp giải phóng là điện áp 'phải giải phóng'. Đó là điện áp tối đa mà rơ-le đang cấp điện chắc chắn sẽ-cắt điện. Điều này cho phép các liên hệ của nó trở lại trạng thái nghỉ ngơi bình thường.

Bạn phải hiểu hai thông số này để thiết kế các mạch điện tử có khả năng dự đoán, mạnh mẽ và chống hỏng-. Hướng dẫn này vượt xa các định nghĩa đơn giản. Chúng ta sẽ khám phá những ý nghĩa thực tế, các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến các giá trị này và cách đọc chúng một cách chính xác từ bảng dữ liệu.

Trong hướng dẫn này, chúng tôi sẽ đề cập đến:

Các định nghĩa cơ bản và vật lý đằng sau điện áp kéo{0}}vào và nhả.

Khái niệm quan trọng về độ trễ và lý do nó đảm bảo chuyển mạch ổn định.

Các yếu tố-trong thế giới thực như sự thay đổi nhiệt độ và nguồn điện làm thay đổi hiệu suất của rơle.

Cách đọc và giải thích các thông số kỹ thuật của bảng dữ liệu để thiết kế mạch đáng tin cậy.

Quy tắc thiết kế có thể hành động và nghiên cứu trường hợp thực tế.

Nguyên tắc cơ bản

Kéo{0}}Điện áp là gì?

Điện áp kéo-vào sẽ kích hoạt hoạt động cơ học của rơle. Khi điện áp được đặt vào cuộn dây của rơle, dòng điện sẽ chạy và tạo ra trường điện từ.

Điện áp kéo vào là điểm cụ thể nơi lực từ trở nên đủ mạnh. Nó phải vượt qua các lực lượng đối lập tổng hợp. Chúng bao gồm lực căng của lò xo hồi vị của phần ứng và áp suất tĩnh của các tiếp điểm thường đóng.

Ở điện áp này, phần ứng bị kéo về phía lõi cuộn dây. Điều này làm cho các tiếp điểm di động chuyển đổi trạng thái của chúng. Các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, các tiếp điểm thường đóng sẽ mở.

Giá trị trên biểu dữ liệu được đảm bảo ở mức tối đa. Điện áp kéo-thực tế của bất kỳ bộ chuyển tiếp riêng lẻ nào cũng có thể thấp hơn. Bảng dữ liệu đảm bảo rằng rơle sẽ hoạt động ở mức hoặc thấp hơn điện áp được chỉ định này. Ví dụ: "điện áp hoạt động phải nhỏ hơn hoặc bằng 9,6V".

Đối với hầu hết các rơle DC tiêu chuẩn, điện áp kéo vào được chỉ định dưới dạng phần trăm của điện áp cuộn dây danh nghĩa. Tỷ lệ này thường là 70% hoặc 80%. Đối với rơle 12VDC thông thường, điện áp kéo-được đảm bảo sẽ được chỉ định là nhỏ hơn hoặc bằng 9,6VDC (80% của 12V).

Điện áp phát hành là gì?

Điện áp giải phóng biểu thị ngưỡng khử kích hoạt. Khi điện áp trên cuộn dây mang điện giảm, dòng điện giảm. Từ trường yếu đi.

Điện áp giải phóng là điểm mà lực từ trở nên quá yếu. Nó không còn có thể giữ phần ứng chống lại lực cơ học của lò xo hồi vị.

Ở điện áp này, lực phục hồi của lò xo sẽ ​​thắng lực hút từ dư. Điều này kéo phần ứng ra khỏi lõi. Hành động này sẽ đưa các liên hệ về trạng thái bình thường,{2}}không còn năng lượng.

Giống như điện áp kéo{0}}vào, điện áp giải phóng trên biểu dữ liệu được đảm bảo ở mức tối thiểu. Rơle được đảm bảo sẽ giải phóng khi điện áp cuộn dây giảm xuống mức này hoặc thấp hơn. Thông số kỹ thuật điển hình có thể ghi "phải giải phóng điện áp Lớn hơn hoặc bằng 1,2V".

Giá trị này cũng thường được biểu thị bằng phần trăm của điện áp danh định. Đối với rơle DC, điện áp giải phóng thường được chỉ định là 10% trở lên so với định mức danh nghĩa. Đối với rơle 12VDC, điện áp giải phóng được đảm bảo sẽ lớn hơn hoặc bằng 1,2VDC.

Khái niệm về độ trễ

Điện áp kéo và điện áp giải phóng của rơle có ý nghĩa gì để hoạt động ổn định? Điện áp kéo{0}}của rơle luôn cao hơn đáng kể so với điện áp giải phóng của nó. Sự khác biệt giữa hai ngưỡng này được gọi là độ trễ.

Đặc điểm này không phải là một lỗ hổng. Đây là tính năng cơ bản và cần thiết để rơle hoạt động ổn định. Độ trễ ngăn rơ-le "rung lắc"-dao động nhanh và tắt-khi điện áp điều khiển dao động gần một điểm chuyển mạch duy nhất.

Hãy tưởng tượng nếu điện áp kéo{0}}vào và điện áp giải phóng giống hệt nhau. Bất kỳ tiếng ồn hoặc dao động nhỏ nào trong tín hiệu điều khiển xung quanh ngưỡng đơn đó sẽ khiến rơle bật và tắt nhanh chóng. Điều này dẫn đến hiện tượng hồ quang tiếp xúc, mài mòn sớm và hoạt động của hệ thống không thể đoán trước.

Vòng trễ cung cấp một dải chết. Khi rơle đã kéo vào, điện áp phải giảm đáng kể trước khi nó nhả ra. Điều này đảm bảo một hành động chuyển đổi rõ ràng và quyết đoán.

Chúng ta có thể hình dung điều này bằng một biểu đồ đơn giản vẽ trạng thái của rơle theo điện áp cuộn dây.

Biểu đồ này hiển thị rõ ràng hai đường dẫn riêng biệt để bật và tắt. Chúng tạo thành một vòng lặp biểu thị độ trễ của rơle.

Các yếu tố ảnh hưởng đến thế giới-thực tế

Vai trò của nhiệt độ cuộn dây

Yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất ảnh hưởng đến điện áp kéo-vào và giải phóng của rơle trong mạch-thế giới thực là nhiệt độ cuộn dây của nó.

Vật lý rất đơn giản. Một cuộn dây rơle được quấn bằng dây đồng, có hệ số điện trở nhiệt độ dương. Đối với đồng, giá trị này xấp xỉ +0.4% mỗi độ C.

Khi nhiệt độ của cuộn dây tăng lên, điện trở DC của nó tăng lên. Điều này xảy ra do môi trường xung quanh có nồng độ cao hoặc do tự -làm nóng do hoạt động liên tục. Theo Định luật Ohm (V=IR), nếu điện trở (R) tăng thì cần có điện áp (V) cao hơn để tạo ra cùng mức dòng điện (I) cần thiết để tạo ra từ trường kích hoạt.

Khi cuộn dây nóng hơn, điện áp kéo -hiệu dụng của nó sẽ tăng lên. Rơle kéo vào 9V một cách đáng tin cậy trong phòng thí nghiệm 25 độ có thể cần 11V trở lên để kéo vào khi hoạt động bên trong vỏ nóng ở 80 độ.

Hiệu ứng trên điện áp giải phóng là tương tự. Cuộn dây nóng hơn có điện trở cao hơn có nghĩa là điện áp phải giảm xuống mức thấp hơn để giảm từ trường đủ để phần ứng giải phóng. Do đó, điện áp giải phóng hiệu quả cũng tăng theo nhiệt độ.

Chúng tôi đã từng điều tra một sự cố tại hiện trường trong đó bộ điều khiển hoạt động hoàn hảo trong phòng thí nghiệm (25 độ) nhưng không thể kích hoạt rơle an toàn quan trọng trong khu vực ngoài trời dưới ánh nắng mùa hè (70 độ). Thiết kế đã cung cấp điện áp ngay trên thông số kỹ thuật kéo nguội-. Nó không giải thích được sự gia tăng đáng kể về điện áp kéo-ở nhiệt độ cao. Giải pháp yêu cầu thiết kế lại mạch điều khiển để cung cấp điện áp đầu ra được đảm bảo cao hơn trong mọi điều kiện nhiệt.

Các biến thể của nguồn điện

Nguồn điện của mạch không bao giờ hoàn hảo. Các biến thể của nó tác động trực tiếp đến hoạt động của rơle. Các nhà thiết kế phải tính đến những thực tế này.

Đầu tiên là khả năng chịu đựng nguồn cung. Nguồn điện được định mức là "12V" thường là 12V ±5% hoặc thậm chí ±10%. Nhà thiết kế phải xử lý trường hợp-xấu nhất. Nếu nguồn cung cấp có thể giảm xuống 11,4V ({10}}5%), điện áp tối thiểu này vẫn phải cao hơn điện áp kéo vào tối đa có thể có của rơle, có tính đến hiệu ứng nhiệt độ đầy đủ.

Thứ hai là sụt áp, hay giảm I*R. Các dây dẫn và vết PCB nối nguồn điện với cuộn dây rơle có điện trở. Ngay cả một điện trở nhỏ khi chạy dây dài cũng có thể gây ra sụt áp đáng kể khi cuộn dây rút dòng điện. Điện áp ở cuộn dây rơle sẽ thấp hơn điện áp ở các cực nguồn điện. Hệ số này phải được tính toán và bù đắp trong thiết kế.

Cuối cùng, gợn sóng điện áp là một vấn đề đáng lo ngại, đặc biệt là trong các bộ nguồn AC{0}}DC đơn giản hơn. Nếu độ gợn trên điện áp DC đủ lớn, máng điện áp có thể giảm xuống dưới mức điện áp giữ hoặc giải phóng của rơle. Điều này khiến rơ-le bị kêu hoặc nhả ra bất ngờ. Điều này đặc biệt có vấn đề đối với các mạch hoạt động gần ngưỡng điện áp giải phóng.

Tác động ức chế cuộn dây

Khi một bóng bán dẫn tắt dòng điện sang tải cảm ứng như cuộn dây rơle, từ trường suy giảm sẽ tạo ra một xung điện áp lớn (V=-L * di/dt). Sự tăng đột biến này có thể dễ dàng phá hủy bóng bán dẫn điều khiển nếu không bị triệt tiêu.

Phương pháp triệt tiêu phổ biến nhất là một diode flyback đơn giản được đặt song song với cuộn dây. Khi bóng bán dẫn tắt, diode cung cấp một đường dẫn an toàn cho dòng điện cảm ứng lưu thông và tiêu tán. Điều này bảo vệ người lái xe.

Tuy nhiên, phương pháp này có sự đánh đổi-đáng kể. Dòng điện tuần hoàn kéo dài sự tồn tại của từ trường. Điều này giữ phần ứng của rơle ở trạng thái có điện lâu hơn. Điều này làm tăng đáng kể thời gian nhả của rơle.

Độ trễ này có thể không được chấp nhận trong các ứng dụng yêu cầu chuyển mạch nhanh. Hơn nữa, sự phân rã chậm của từ trường cũng có thể làm tăng hiệu quả điện áp mà tại đó rơle cuối cùng sẽ giải phóng.

Đối với các ứng dụng mà thời gian phát hành là rất quan trọng thì cần có các phương pháp ngăn chặn tốt hơn. Điốt Zener mắc nối tiếp với điốt tiêu chuẩn hoặc mạng điện trở-tụ điện (RC), có thể cung cấp đường suy giảm nhanh hơn cho dòng điện trong cuộn dây.

Dưới đây là so sánh các kỹ thuật đàn áp phổ biến:

Việc chọn phương pháp triệt tiêu phù hợp là sự cân bằng giữa việc bảo vệ thành phần trình điều khiển và đạt được hiệu suất nhả rơle cần thiết.

Ứng dụng và thiết kế thực tế

Đọc một bảng dữ liệu

Việc chuyển đổi lý thuyết sang thực hành bắt đầu bằng việc diễn giải chính xác bảng dữ liệu của rơle. Phần dữ liệu cuộn dây chứa các thông số điện áp tới hạn chi phối thiết kế mạch điều khiển của bạn.

Hãy chia nhỏ các thông số chính bạn sẽ tìm thấy.

Điện áp cuộn dây danh nghĩa:Đây là điện áp hoạt động tiêu chuẩn, dự định để sử dụng liên tục. Rơle được thiết kế để có hiệu suất và tuổi thọ tối ưu ở điện áp này.

Phải vận hành điện áp (Kéo{0}}vào):Giá trị này được chỉ định là giá trị tối đa (ví dụ: Nhỏ hơn hoặc bằng 9,6V). Mạch của bạn phải cung cấp ít nhất điện áp này trong mọi điều kiện (trường hợp xấu nhất là nguồn cung cấp thấp, nhiệt độ tối đa) để đảm bảo hoạt động.

Phải giải phóng điện áp:Giá trị này được chỉ định làm giá trị tối thiểu (ví dụ: Lớn hơn hoặc bằng 1,2V). Để đảm bảo rơle ngắt điện, điện áp ở trạng thái "tắt" của mạch phải ở dưới mức này.

Điện áp liên tục tối đa:Đây là điện áp cao nhất mà cuộn dây có thể chịu được vô thời hạn mà không bị quá nhiệt hoặc hư hỏng. Vượt quá mức này có thể rút ngắn đáng kể tuổi thọ của rơle.

Dưới đây là ví dụ về bảng dữ liệu cuộn dây điển hình cho rơle "khối đường" 12VDC.

Đọc kỹ là cần thiết. Lưu ý rằng các thông số kỹ thuật cốt lõi này thường được đưa ra ở nhiệt độ tham chiếu, thường là 25 độ. Như chúng ta đã thảo luận, những giá trị này sẽ thay đổi ở các nhiệt độ hoạt động khác nhau.

Nghiên cứu điển hình về thiết kế: UVLO

Hãy áp dụng những khái niệm này cho một bài toán thiết kế thực tế: tạo ra mạch khóa điện áp thấp của pin (UVLO).

Mục tiêu là bảo vệ ắc quy axit chì 12V{1}}không bị phóng điện sâu. Mạch phải tự động ngắt tải khi điện áp pin giảm xuống mức tới hạn, chẳng hạn như 11,5V. Nó chỉ nên kết nối lại tải sau khi pin đã được sạc lại ở điện áp khỏe hơn, chẳng hạn như 12,5V.

Thách thức là chọn một rơle thích hợp và thiết kế logic điều khiển. Độ trễ tự nhiên của rơle dường như hoàn hảo cho nhiệm vụ này.

Phân tích của chúng tôi yêu cầu rơle thực hiện hai hành động dựa trên ngưỡng điện áp:

Rơle phảigiải phóng(ngắt tải) khi điện áp hệ thống giảm xuống 11,5V.

Rơle phảikéo-vào(kết nối lại tải) khi điện áp hệ thống tăng lên 12,5V.

Trong quá trình lựa chọn, chúng tôi sẽ bắt đầu bằng cách tìm kiếm rơle danh định 12VDC tiêu chuẩn. Các thông số kỹ thuật của bảng dữ liệu là hướng dẫn chính của chúng tôi. Điện áp giải phóng phải thấp hơn ngưỡng ngắt kết nối 11,5V của chúng tôi. Điện áp hoạt động phải ở dưới ngưỡng kết nối lại 12,5V của chúng tôi.

Tuy nhiên, một kỹ sư chuyên nghiệp biết rằng không nên thiết kế trực tiếp theo các thông số kỹ thuật có-dung sai rộng rãi này. Trong thực tế, chúng tôi sẽ không bao giờ dựa vào điện áp kéo vào và giải phóng không chính xác-của rơle để đặt ngưỡng UVLO quan trọng. Điện áp kéo và điện áp giải phóng của rơle có độ trễ vốn có, quá thay đổi và phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.

Thay vào đó, chúng tôi sử dụng thông số kỹ thuật của rơle để tạo cửa sổ vận hành an toàn cho mạch kích hoạt bên ngoài chính xác hơn nhiều. Chúng tôi sẽ thiết kế một mạch so sánh (sử dụng op{1}}amp hoặc IC giám sát chuyên dụng) có bộ chia điện trở chính xác để đặt ngưỡng 11,5V và 12,5V. Bộ so sánh này sau đó điều khiển một bóng bán dẫn, từ đó điều khiển cuộn dây rơle.

Đối với thiết kế này, việc lựa chọn rơle của chúng tôi được hướng dẫn bằng cách đảm bảo nó không ảnh hưởng đến mạch chính xác của chúng tôi. Ví dụ: chúng tôi sẽ chọn một rơle có Điện áp giải phóng phải lớn hơn hoặc bằng 1,2V và Điện áp phải hoạt động nhỏ hơn hoặc bằng 9,6V. Cửa sổ rộng, đảm bảo này (từ 1,2V đến 9,6V) mang lại cho chúng ta không gian rộng rãi. Khi đó, mạch chính xác của chúng tôi có thể hoạt động đáng tin cậy ở điện áp 11,5V và 12,5V, hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi dung sai rộng và độ trôi nhiệt của rơle.

Nghiên cứu điển hình này cho thấy các đặc tính của rơle đóng vai trò quan trọng như thế nào trong thiết kế hệ thống. Nhưng chúng được quản lý và kiểm soát bởi trí thông minh bên ngoài thay vì dựa vào độ chính xác của chúng.

Quy tắc thiết kế của ngón tay cái

Để truyền động tiếp sức mạnh mẽ, chúng tôi tuân theo một bộ nguyên tắc cốt lõi được tóm tắt trong danh sách kiểm tra này.

Quy tắc 1: Chú ý đến những khoảng trống.Luôn đảm bảo điện áp đầu ra được đảm bảo tối thiểu của mạch điều khiển của bạn lớn hơn điện áp kéo-được chỉ định tối đa của rơle. Tính đến nhiệt độ hoạt động cao nhất có thể.

Quy tắc 2: Những vấn đề cấp thấp.Đảm bảo điện áp rò rỉ "trạng thái tắt" của trình điều khiển, kết hợp với bất kỳ nhiễu hệ thống nào, luôn nhỏ hơn điện áp giải phóng tối thiểu được chỉ định của rơle. Điều này giúp rơle không bị-ngắt điện.

Quy tắc 3: Nhiệt độ không phải là bạn của bạn.Luôn giảm bớt các phép tính điện áp của bạn trong trường hợp-nhiệt trong trường hợp xấu nhất. Một phương pháp hay là dự trù ngân sách để tăng ít nhất 20-25% điện áp kéo vào khi chuyển từ môi trường phòng thí nghiệm 25 độ sang ứng dụng công nghiệp nóng 85 độ.

Quy tắc 4: Lái xe có thẩm quyền.Không bao giờ điều khiển cuộn dây rơle trực tiếp từ chân I/O của bộ vi điều khiển tiêu chuẩn. Các chân này có khả năng cung cấp dòng điện hạn chế và trở kháng đầu ra cao. Sử dụng trình điều khiển chuyên dụng, chẳng hạn như BJT hoặc MOSFET, có thể cung cấp nguồn điện sạch, có trở kháng thấp- cho cuộn dây.

Quy tắc 5: Đàn áp một cách khôn ngoan.Một diode flyback chạy qua cuộn dây là yêu cầu tối thiểu để bảo vệ bộ điều khiển. Nếu ứng dụng của bạn nhạy cảm với thời gian phát hành, hãy đầu tư các thành phần bổ sung cho giải pháp điốt Zener{1}}hoặc RC snubber.

Cân nhắc nâng cao

Rơle chốt

Điều quan trọng là phải phân biệt các rơle không chốt tiêu chuẩn{0}}với các rơle chốt hoạt động trên một mô hình khác.

Không giống như rơle không chốt cần có nguồn điện cuộn dây liên tục để duy trì trạng thái, rơle chốt có thể đóng được. Nó chuyển trạng thái bằng một xung điện áp ngắn và sau đó duy trì ở trạng thái mới đó với mức tiêu thụ điện năng bằng không.

Những rơ-le này không có điện áp kéo vào hoặc nhả ra-truyền thống. Thay vào đó, bảng dữ liệu của họ chỉ định xung Đặt điện áp để di chuyển các tiếp điểm đến vị trí có điện và xung Đặt lại điện áp (thường trên một cuộn dây riêng biệt) để đưa chúng về vị trí bình thường.

Lợi ích chính là tiết kiệm điện năng rất lớn. Điều này làm cho rơle chốt trở nên lý tưởng cho các ứng dụng nhạy cảm-chạy bằng pin hoặc năng lượng{2}}trong đó trạng thái phải được duy trì trong thời gian dài.

Cuộn dây AC và DC

Các nguyên tắc được thảo luận trong suốt hướng dẫn này chủ yếu áp dụng cho rơle cuộn dây DC.{0}} Rơle cuộn dây AC-được thiết kế khác nhau.

Hoạt động của cuộn dây DC bị chi phối bởi điện trở DC và dòng điện tạo ra. Tuy nhiên, hoạt động của cuộn dây AC dựa trên trở kháng của nó ở tần số dòng được chỉ định (ví dụ: 50Hz hoặc 60Hz).

Cuộn dây AC thường kết hợp một vòng che hoặc cuộn che. Đây là một vòng dây đồng ngắn mạch duy nhất được gắn vào mặt của lõi. Nó tạo ra một từ thông bị trễ giúp giữ cho phần ứng cố định trong quá trình-giao nhau bằng 0 của sóng hình sin AC. Điều này ngăn cản âm thanh buzz và liên lạc trò chuyện.

Do đó, các thông số kỹ thuật về điện áp kéo vào và nhả ra của chúng được tính bằng Vôn AC (VAC) và phải được đánh giá trong bối cảnh độ ổn định của nguồn điện AC.

Kết luận: Nền tảng của việc kiểm soát đáng tin cậy

Điện áp kéo{0}}vào và nhả không chỉ là những con số trên biểu dữ liệu. Chúng xác định cửa sổ vận hành cơ bản của rơle điện cơ. Độ trễ được tạo ra bởi khoảng cách giữa hai ngưỡng này là chìa khóa để đảm bảo chuyển đổi thông suốt, ổn định và không bị nhiễu.

Tuy nhiên, một thiết kế thành công phải vượt xa những giá trị nhiệt độ phòng{0}}tĩnh này. Thông điệp trọng tâm của hướng dẫn này là một mạch mạnh mẽ phải tính đến các yếu tố động,{2}}trong thế giới thực tác động trực tiếp đến hiệu suất chuyển tiếp. Điều này đặc biệt bao gồm các tác động đáng kể của nhiệt độ cuộn dây và sự thay đổi của nguồn điện.

Bằng cách vượt ra ngoài bảng dữ liệu thành phần và xem xét toàn bộ hệ thống-từ nguồn điện và mạch trình điều khiển đến môi trường nhiệt xung quanh-các kỹ sư có thể quản lý đúng cách các thông số quan trọng này. Cách tiếp cận này cho phép chúng tôi tận dụng các đặc tính cơ bản của rơle để xây dựng các mạch điều khiển không chỉ hoạt động trên bàn thí nghiệm mà còn thực sự đáng tin cậy trên hiện trường.

Xem thêm

Quy trình sản xuất rơle và quy trình thử nghiệm

Ứng dụng Rơle trong Hệ thống Phát điện Năng lượng Mặt trời

Cách phân biệt tiếp điểm thường mở và thường đóng của rơle

Cách chọn rơle và hộp cầu chì ô tô phù hợp