Impulsrelä för belysningsstyrning: hur det fungerar, typer, märkning och anslutning

För att möta de moderna kraven på belysning i lägenheter, kontorslokaler och företag används komplexa elektrifieringssystem. Vid deras konstruktion används en rad utrustningar som ständigt förbättras för att lösa enskilda uppgifter.

Således har impulsrelä för belysningsstyrning från flera platser börjat användas relativt nyligen. Det ersätter gradvis standardkretsar med trappomkopplare.

Var kan impulsrelä användas?

Införandet av denna anordning i hemmabruk förklaras av enkel bekvämlighet. Den gör det ju möjligt att styra belysningen från minst två punkter.

I en lägenhet kan det vara sovrummet, där tändning sker vid ingången och släckning bredvid sängen. På kontor är det långa korridorer, trapphus och stora konferensrum.

Att använda två strömbrytare för belysning i trappan har blivit en nödvändighet. Efter att ha tänt ljuset på bottenvåningen är det helt logiskt att släcka det med den andra strömbrytaren uppe.

Uppgiften med trepunktsstyrning kan lösas med trappomkopplare och korskopplare. Denna krets används fortfarande i stor utsträckning. Men den har också uppenbara nackdelar.

För det första är det ett ganska komplicerat system att installera, där elen går via huvudbrytaren, kopplingsboxen, själva strömbrytarna och sedan till belysningslamporna. Vid installation uppstår ofta fel. Om fler än tre styrplatser behövs, blir kretsen mer komplicerad.

Kretsen visar tydligt överbelastningen av ledningar: från den första strömbrytaren – fem, från den andra – sex, från den första och andra bakgrundsbelysningen – tre kablar vardera.

För det andra har alla ledningar samma tvärsnitt eftersom de använder ström med samma spänning, vilket påverkar de totala kostnaderna. I dessa ingår även priset på trappomkopplare, som är flera gånger högre än priset på vanliga strömbrytare.

Men behovet av att använda ett impulsrelä kommer inte bara från komfortskäl. Det används också för signalering och skydd.

Till exempel, på en industrianläggning för att starta produktionsprocesser som kräver hög elektrisk effekt, gör denna enhet det möjligt att skydda operatören. Eftersom den arbetar med lågspänningsströmmar eller styrs helt på distans.

Konstruktion och funktionsprincip

I allmän bemärkelse är ett relä en elektroteknisk mekanism som sluter eller bryter en elektrisk krets baserat på vissa elektriska eller andra parametrar som påverkar den.

Dess icke-kopplande konstruktion uppfanns redan 1831 av J. Henry. Och två år senare började den användas för att driva S. Morses telegraf.

Man kan urskilja två huvudgrupper: elektromekaniska och elektroniska. I den första typen utförs arbetet av en mekanism, och i den andra sköts allt av ett kretskort med en mikrokontroller. Dess funktion är lätt att studera med exemplet av ett elektromekaniskt relä som är impulsrelä.

Vid val av reläets arbetsläge måste man vägledas av kopplingsfrekvensen, strömart och strömstyrka samt typen av belastningar som utsätts.

Konstruktionsmässigt kan det representeras på följande sätt:

1. Spole – det är en koppartråd lindad på en bas av icke-magnetiskt material. Den kan vara i tygisolation eller täckt med lack som inte leder elektricitet.
2. Kärna, som innehåller järn och aktiveras när elektrisk ström passerar genom spolens lindningar.
3. Rörligt ankare – det är en platta som är fäst vid ankaret och påverkar slutkontakterna.
4. Kontaktsystem – direkt omkopplare av kretsens tillstånd.

Grunden för reläets funktion är fenomenet elektromagnetisk kraft. Den uppstår i spolens ferromagnetiska kärna när ström leds genom den. Spolen är i detta fall en dragande anordning.

Kärnan i den är förbunden med det rörliga ankaret, som i sin tur aktiverar kraftkontakterna och utför omkoppling. De kan vara av normalt öppen/normalt stängd typ. Ibland kan kontaktdon innehålla både öppna och slutna anslutningar samtidigt.

När kretsen slås på låser mekanismen detta läge, som ändras vid nästa impuls och låses igen tills nästa förändring.

Till spolen kan ytterligare ett motstånd anslutas som ökar precisionen, samt en halvledardiod som begränsar överspänning på lindningen. Dessutom kan konstruktionen innehålla en kondensator parallellkopplad med kontakterna för att minska gnistbildning.

Man kan tydligare föreställa sig enhetens funktion genom att dela upp den i flera block:

• Utförande – en kontaktgrupp som sluter/öppnar den elektriska kretsen;
• Mellanliggande – spolen, kärnan och det rörliga ankaret aktiverar utförandeblocket;
• Styrande – i detta relä omvandlar den elektriska signalen till ett magnetfält.

Eftersom en enstaka elektrisk impuls krävs för att växla kontakternas läge, kan man dra slutsatsen att dessa apparater endast förbrukar spänning vid växlingsögonblicket. Detta sparar avsevärt elenergi, till skillnad från vanliga brytare.

Den andra typen av impulsrelä är den elektroniska typen. En mikrokontroller ansvarar för dess funktion. Den mellanliggande blocket här är en spole eller en halvledarbrytare. Användningen av komponenter som programmerbara logiska styrenheter i kretsen gör det möjligt att komplettera reläet med exempelvis en timer.

I en anordning av denna typ finns inga mekaniska rörliga delar. Funktionen utförs av en sensor som känner igen styrsignalen och av solid state-elektronik som kopplar kretsen.

Typer, märkning och fördelar

Huvudtyperna av impulsreläer är elektromekaniska och elektroniska. De elektromekaniska i sin tur klassificeras efter funktionsprincip.

Varianter av impulsanordningar

Detta innebär att omkoppling av kraftkontakterna kan ske med krafter som skiljer sig från magnetens kraft.

De indelas i:

• elektromagnetiska;
• induktions-;
• magnetoelektriska;
• elektrodynamiska.

Elektromagnetiska anordningar används oftast i automationssystem. De är tillräckligt pålitliga på grund av den enkla arbetsmetoden, som bygger på verkan av elektromagnetiska krafter i en ferromagnetisk kärne förutsatt att det finns ström i spolen.

Påverkan på kontakterna i elektromagnetiska reläer utförs av en ram, som i ena läget attraheras av kärnan och i det andra återförs av en fjäder.

Ankaret, dvs. en platta med magnetiska egenskaper, attraheras av elektromagneten, som är en koppartråd lindad på en spole med ok.

Induktionsreläer har en funktionsprincip som bygger på kontakt av strömmar – växelström med inducerade magnetflöden och med själva flödena. Denna växelverkan skapar ett vridmoment som sätter en kopparskiva i rörelse, placerad mellan två elektromagneter. Genom att rotera sluter och öppnar den kontakterna.

Funktionen hos magnetoelektriska anordningar utförs genom växelverkan mellan strömmen i en vridram och magnetfältet som skapas av en permanentmagnet. Styrning av slutning/öppning av kontakterna sker tack vare dess rotation.

Relativt sin typ är sådana reläer mycket känsliga. Men de har inte fått stor spridning på grund av en svarstid på 0,1–0,2 s, vilket anses vara långsamt.

Elektrodynamiska reläer fungerar genom kraften som uppstår mellan den rörliga och den fasta strömspolen. Sättet att sluta kontakterna är samma som i en magnetoelektrisk anordning. Skillnaden är bara att induktionen i arbetsgapet skapas elektromagnetiskt.

Elektroniska modeller är nästan identiska i konstruktion med elektromekaniska. De har samma block: utförande, mellanliggande och styrande. Skillnaden finns bara i det sista. Omkopplingsstyrningen sker med en halvledardiod i en mikrokontroller på ett kretskort.

I detta relä fungerar transistorer och tyristorer som halvledare. Även om de tål svåra damm- och vibrationsförhållanden, är de känsliga för korta överbelastningar i ström och spänning.

Denna typ av relä är utrustad med extra moduler. Till exempel kan en timer utföra ett program för belysningsstyrning efter en viss tidsperiod. Det är praktiskt för att spara energi när utrustningen inte behöver vara igång. Om du behöver stänga av ljuset kan du trycka på knappen två gånger.

Fördelar och nackdelar med huvudtyperna av reläer

Till skillnad från halvledarbrytare har elektromekaniska omkopplare följande fördelar:

1. Relativt låg kostnad på grund av billiga komponenter.
2. Liten värmeutveckling på slutna kontakter på grund av lågt spänningsfall.
3. Närvaro av kraftfull isolering på 5 kV mellan spolen och kontaktgruppen.
4. Obenägenhet för skadlig påverkan från överspänningspulser, störningar från blixtnedslag och omkopplingsprocesser i kraftiga elinstallationer.
5. Styrning av linjer med belastning upp till 0,4 kV i en liten enhet.

När en krets med 10 A ström sluts i ett relä med liten volym fördelas mindre än 0,5 W över spolen. Medan samma värde på elektroniska motsvarigheter kan vara mer än 15 W. Tack vare detta uppstår inga kylningsproblem eller skada på miljön.

Till deras nackdelar hör:

1. Slitage och problem vid omkoppling av induktiva laster och höga spänningar vid likström.
2. In- och urkoppling av kretsen åtföljs av generering av radiostörningar. Detta kräver installation av skärmning eller ökning av avståndet till utrustning som är känslig för störningar.
3. Relativt lång responstid.

En annan nackdel är förekomsten av kontinuerligt mekaniskt och elektriskt slitage vid omkoppling. Detta inkluderar oxidation av kontakter och skador från gnisturladdningar samt deformation av fjäderblock.

Vid montering bör man beakta att elektromekaniska kontaktorer kan fungera felaktigt om de är i horisontellt läge.

Till skillnad från elektromekaniska reläer styr elektroniska reläer mellanblocket via en mikrokontroller.

För- och nackdelar med elektronik kan analyseras med exempel från F&F-apparater jämfört med märket ABB, som tillverkar mekanik.

Bland fördelarna med den första typen av omkopplare kan nämnas:

• stor säkerhet;
• hög omkopplingshastighet;
• tillgänglighet på marknaden;
• indikatoraviseringar om driftläge;
• utökad funktionalitet;
• tyst drift.

Dessutom är en otvivelaktig fördel de flera installationsalternativen — installation är möjlig inte bara på DIN-skenan i elskåpet, utan även i underuttag.

Nackdelar med F&F-elektronik jämfört med ABB-mekanik:

• driftstörningar vid elavbrott;
• överhettning vid omkoppling av stora strömmar;
• möjliga 'buggar' utan uppenbar orsak;
• apparaten stängs av vid kortvarig spänningsbortfall i nätet;
• högt motstånd i stängt läge;
• vissa reläer arbetar endast med likström;
• halvledarkretsen släpper inte omedelbart igenom ström i den normala riktningen.

Trots de nämnda nackdelarna utvecklas elektroniska omkopplare ständigt och tack vare deras större funktionspotential jämfört med elektromekaniska, förväntas de bli dominerande.

För att undvika förvirring ger tillverkaren så detaljerade specifikationer som möjligt i butikskataloger och i enhetens tekniska datablad.

Viktiga karakteristiska parametrar

Beroende på reläets syfte och användningsområde kan det klassificeras enligt flera kriterier:

• återgångsfaktor – förhållandet mellan ankarutlösningsströmmen och inkopplingsströmmen;
• utlösningsström – dess maximala värde vid spolanslutningarna när ankaret löser ut;
• inkopplingsström – dess minimala värde vid spolanslutningarna när ankaret återgår till utgångsläget;
• börvärde – nivån på utlösningsvärdet inom de givna gränserna som ställs in i reläet;
• utlösningsstorhet – värdet på insignalen som enheten automatiskt svarar på;
• nominella värden – spänning, ström och andra storheter som ligger till grund för reläets funktion.

Även elektromagnetiska anordningar kan delas in efter utlösningstid. Den längsta fördröjningen har tidsrelä – mer än 1 sek, med möjlighet att ställa in denna parameter. Därefter kommer långsamma – 0,15 sek., normala – 0,05 sek., snabba – 0,05 sek. Och de snabbaste tröghetslösa – mindre än 0,001 sek.

Förklaring av produkternas märkning

Märkningskoden för kontaktor förekommer ofta i butikskataloger och på själva enheten. Den ger en fullständig beskrivning av konstruktionsdetaljer, syfte och användningsvillkor.

Beteckningens sammansättning kan brytas ner på det elektromagnetiska mellanreläet REP-26. Det används i växelströmskretsar upp till 380 V och likström upp till 220 V.

För att förstå märkningen måste texten delas upp i block och beskrivningstabeller från specialiserade handböcker användas.

Så här kan produktbeteckningen se ut i en butik: REP 26-004A526042-40UHL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Denna beteckning kan tolkas på följande sätt:

• 26 – serienummer;
• XXX – kontakttyp och antal;
• X – kommuteringens slitstyrkeklass;
• X – typ av inkopplingsspole, reläets återgångstyp och strömart;
• XX – konstruktion efter monteringssätt och ledningsanslutning;
• XX – spolens ström- eller spänningsvärde;
• X – extra konstruktionselement;
• 40 – skyddsnivå enligt IP-standard eller GOST 14254;
• XXX4 – klimatzon för användning enligt GOST 15150.

Klimatutförande kan vara: UHL – för kallt och tempererat klimat eller O – för tropiskt eller allmänt klimatutförande.

Enligt särskilda beteckningstabeller är den aktuella enheten ett elektromagnetiskt mellanrelä, med fyra växlingskontakter, kommuteringens slitstyrkeklass A, som använder likström. Den har ett uttag med lameller för lödning av yttre ledare, en spole med spänningen 24 V och manuell manöveranordning.

Flera typer av anslutningsscheman

Det finns flera monteringsalternativ, var och en med sina egna egenskaper, fördelar och nackdelar.

Beteckningen för relä RIO-1:s kontakter har följande tolkning:

• N – nolledare;
• Y1 – inkopplingsingång;
• Y2 – frånkopplingsingång;
• Y – in- och frånkopplingsingång;
• 11-14 – kommutationskontakter av normalt öppen typ.

Dessa beteckningar används på de flesta relämodeller, men före anslutning till kretsen bör man ytterligare bekanta sig med dem i produktens datablad.

Det presenterade elschemat används för att styra ljuset från tre platser med hjälp av ett relä och tre tryckknappsomkopplare utan positionslåsning.

I detta schema använder reläets kraftkontakter 16 A ström. Skyddet för styrkretsar och belysningssystem sköts av en 10 A automatsäkring. Därför har ledningarna en diameter på minst 1,5 mm².

Anslutningen av tryckknappsomkopplarna är parallellkopplad. Den röda ledningen är fas, går genom alla tre tryckknappsomkopplare till kraftkontakten 11. Den orangea ledningen är kommutationsfas, kommer till ingång Y. Därefter går den ut från klemman 14 och går till lamporna. Nollledaren från skenan ansluts till klemman N och till armaturerna.

Om ljuset ursprungligen var på, kommer ljuset att släckas när man trycker på valfri strömbrytare — en kortvarig omkoppling av fasledaren till klämma Y sker och kontakterna 11-14 öppnas. Samma sak kommer att hända vid efterföljande tryck på någon annan strömbrytare. Men kontakterna 11-14 ändrar läge och ljuset tänds.

Fördelen med det visade schemat jämfört med växelströmbrytare och korströmbrytare är uppenbar. Dock vid kortslutning kommer felsökning att orsaka vissa svårigheter, till skillnad från nästa alternativ.

Ett sådant schema sparar på ledningar eftersom tvärsnittet på styrkablar kan minskas till 0,5 mm². Men man måste köpa en andra skyddsapparat.

Detta är ett mindre vanligt anslutningsalternativ. Det är samma som det föregående, men styr- och belysningskretsarna har sina egna automatsäkringar på 6 respektive 10 A. Det underlättar felsökningen.

Om det finns behov av att styra flera belysningsgrupper med separat relä, ändras schemat något.

En sådan anslutningsmetod är bekväm att använda för att tända och släcka belysningen i hela grupper. Till exempel för att omedelbart släcka en flernivå ljuskrona eller belysningen av alla arbetsplatser i verkstaden.

Ett annat användningsalternativ för impulsreläer är ett system med centraliserad styrning.

Schemat är praktiskt eftersom man kan stänga av all belysning med en knapp när man lämnar hemmet. Och vid återkomst tända den på samma sätt.

I detta schema läggs två strömbrytare till för att sluta och öppna kretsen. Den första knappen kan endast tända belysningsgruppen. Då kommer fasen från strömbrytaren «PÅ» till klämmorna Y1 på varje relä och kontakterna 11-14 sluts.

Frånkopplingsbrytaren fungerar på samma sätt som den första strömbrytaren. Men omkopplingen sker till klämmorna Y2 på varje kontaktor och dess kontakter intar positionen för att öppna kretsen.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Videomaterialet berättar om konstruktion, funktion, tillämpning och historien bakom denna typ av enheter:

Nästa avsnitt beskriver i detalj arbetsprincipen för halvledar- eller elektroniska reläer:

Användningen av impulsreläer blir allt mer utbredd i moderna elektrifieringssystem. Ökade krav på funktionalitet och flexibilitet i belysningsstyrning, materialbesparing och säkerhet skapar en kontinuerlig drivkraft för att förbättra kontaktorer.

De minskar i storlek, förenklas konstruktionsmässigt och ökar tillförlitligheten. Och användningen av helt nya teknologier i grunden gör det möjligt att använda dem under svåra förhållanden i dammiga industrier, vibrationer, magnetfält och fukt.

Skriv gärna kommentarer i blocket nedan. Ställ frågor, dela användbar information om artikelns ämne som kan vara till nytta för webbplatsens besökare. Berätta om hur du valde och installerade en impulsbrytare.