Impulzní relé pro řízení osvětlení: jak funguje, typy, značení a zapojení

Pro splnění moderních požadavků na osvětlení bytů, kancelářských prostor a podniků se používají složité elektrizační systémy. Při jejich navrhování se k řešení jednotlivých úkolů používá řada zařízení, která se neustále zdokonalují.

Takže impulsní relé pro ovládání osvětlení z několika míst se začalo používat poměrně nedávno. Postupně vytlačuje standardní schémata s průchozími vypínači.

Kde lze impulsní relé použít?

Zavedení tohoto zařízení do domácího užívání je vysvětleno jednoduchým pohodlím. Umožňuje totiž ovládat osvětlení alespoň ze dvou míst.

V bytě to může být ložnice, kde zapnutí proběhlo u vchodu a vypnutí vedle postele. V kancelářích jsou to dlouhé chodby, schodišťová ramena a velké konferenční sály.

Použití dvou vypínačů pro osvětlení schodiště se stalo nutností. Rozsvícením světla v prvním patře je zcela logické jej zhasnout druhým vypínačem nahoře.

S úkolem třípolohového ovládání si poradí průchozí a křížové spínače. Toto schéma má stále široké použití. Jsou v něm však i zřejmé nedostatky.

Za prvé, je to poměrně složitý systém montáže, ve kterém elektřina prochází cestou přes hlavní jistič, rozvodnou krabici, samotné vypínače a poté na osvětlovací lampy. Při jeho instalaci často vznikají chyby. Pokud je potřeba více než tři místa ovládání, schéma se komplikuje.

Schéma názorně ukazuje přetíženost dráty: od prvního vypínače – pět, od druhého – šest, od prvního a druhého podsvícení – po třech kabelech.

Za druhé, všechny vodiče mají stejný průřez, protože používají proud stejného napětí, což se odráží na celkových nákladech. Je v nich také zahrnuta cena průchozích vypínačů, která několikanásobně převyšuje cenu obyčejných.

Potřeba použití impulsního relé však nevyplývá pouze z důvodů pohodlí. Používá se také pro signalizaci a ochranu.

Například v průmyslovém podniku umožňuje tento přístroj při spouštění výrobních procesů vyžadujících vysoký elektrický výkon chránit obsluhu. Funguje totiž na malé napětí nebo je zcela ovládán na dálku.

Zařízení a princip činnosti

V obecném smyslu slova je relé elektrotechnický mechanismus, který sepne nebo rozepne elektrický obvod na základě určitých elektrických nebo jiných parametrů, které na něj působí.

Jeho nekomutační konstrukce byla vynalezena již v roce 1831 J. Henrym. O dva roky později se začala používat k zajištění provozu telegrafu S. Morseho.

Lze rozlišit dvě hlavní skupiny: elektromechanická a elektronická. U prvního typu zařízení vykonává práci mechanismus, zatímco u druhého za vše zodpovídá deska plošných spojů s mikrokontrolérem. Jeho činnost je vhodné prozkoumat na příkladu elektromechanického relé, které je impulsní.

Při volbě provozního režimu relé je nutné se řídit frekvencí spínání, druhem a velikostí proudu a charakterem zatížení, kterému je podrobeno.

Konstrukčně si jej lze představit následovně:

1. Cívka – měděný drát navinutý na základnu z nemagnetického materiálu. Může být v textilní izolaci nebo pokrytý lakem, který nepropouští elektřinu.
2. Jádro obsahující železo, které se uvádí do činnosti při průchodu elektrického proudu závity cívky.
3. Pohyblivá kotva – deska, která je upevněna ke kotvě a působí na spínací kontakty.
4. Kontaktní systém – přímo přepínač stavu obvodu.

Základem činnosti relé je jev elektromagnetické síly. Ta vzniká ve feromagnetickém jádru cívky, když jí prochází proud. Cívka je v tomto případě přitahovacím zařízením.

Jádro v ní je spojeno s pohyblivou kotvou, která uvádí do činnosti silové kontakty a provádí spínání. Kontakty mohou být normálně otevřeného/normálně uzavřeného typu. Někdy může blok kontaktů obsahovat současně rozpojené i sepnuté druhy spojení.

Při sepnutí obvodu mechanismus fixuje tuto polohu, která se změní při opětovném přivedení impulsu a je opět fixována až do další změny.

K cívce může být dodatečně připojen rezistor zvyšující přesnost sepnutí a také polovodičová dioda omezující přepětí na vinutí. Kromě toho může být v konstrukci přítomen kondenzátor zapojený paralelně ke kontaktům pro snížení jiskření.

Činnost zařízení lze lépe pochopit, když jej rozdělíme na několik bloků:

• výkonné – je to kontaktní skupina, která spojuje/rozpojuje elektrický obvod;
• mezipolohové – cívka, jádro a pohyblivá kotva aktivují výkonný blok;
• řídicí – v tomto relé převádí elektrický signál na magnetické pole.

Protože pro přepnutí polohy kontaktů je nutný jednorázový elektrický impuls, lze dojít k závěru, že tato zařízení odebírají napětí pouze v okamžiku přepnutí. To výrazně šetří elektrickou energii na rozdíl od běžných přepínačů.

Druhým typem impulsního relé je elektronický typ. Jeho činnost řídí mikrokontrolér. Meziblokem je zde cívka nebo polovodičový spínač. Použití prvků, jako jsou programovatelné logické automaty, umožňuje relé doplnit například časovačem.

V zařízení tohoto typu nejsou žádné mechanické pohyblivé části. Činnost zajišťuje senzor rozpoznávající řídicí signál a polovodičová elektronika, která spíná obvod.

Druhy, značení a výhody

Hlavními druhy impulsních relé jsou elektromechanická a elektronická. Elektromechanická se dále dělí podle principu činnosti.

Odrůdy impulsních zařízení

To znamená, že přepínání silových kontaktů může být prováděno silami odlišnými od síly magnetu.

Dělí se na:

• elektromagnetická;
• indukční;
• magnetoelektrická;
• elektrodynamická.

Elektromagnetická zařízení se v automatizačních systémech používají častěji než ostatní. Jsou dostatečně spolehlivá díky jednoduchému principu činnosti založenému na působení elektromagnetických sil ve feromagnetickém jádře za předpokladu, že cívkou prochází proud.

Na kontakty elektromagnetických relé působí rám, který je v jedné poloze přitahován jádrem a do druhé polohy je vracen pružinou.

Kotva, tj. destička s magnetickými vlastnostmi, je přitahována elektromagnetem, kterým je měděný vodič navinutý na cívce s třmenem.

Indukční mají princip činnosti založený na kontaktu proudů – střídavého s indukovanými magnetickými toky a s těmito toky samotnými. Tato interakce vytváří točivý moment, který uvádí do pohybu měděný disk umístěný mezi dvěma elektromagnety. Otáčením spojuje a rozpojuje kontakty.

Činnost magnetoelektrických zařízení je prováděna interakcí proudu v otočném rámu s magnetickým polem vytvářeným permanentním magnetem. Řízení spojování/rozpojování kontaktů se provádí díky jeho otáčení.

Vzhledem ke svému typu jsou tato relé velmi citlivá. Nicméně se nerozšířila kvůli době sepnutí 0,1–0,2 s, která je považována za dlouhou.

Elektrodynamická relé pracují díky síle vznikající mezi pohyblivou a pevnou cívkou proudu. Způsob sepnutí kontaktů je stejný jako u magnetoelektrického zařízení. Rozdíl je pouze v tom, že indukce v pracovní mezeře je vytvářena elektromagnetickým způsobem.

Elektronické modely konstrukčně téměř kopírují elektromechanické. Mají stejné bloky: výkonný, mezilehlý a řídicí. Rozdíl spočívá pouze v posledním. Řízení spínání je prováděno polovodičovou diodou v rámci mikrokontroléru na desce plošných spojů.

V roli polovodičů v tomto zařízení vystupují tranzistory a tyristory. Ačkoli vydrží složité podmínky zaprášení a vibrací, jsou náchylné ke krátkodobým přetížením proudu a napětí.

Tento typ relé je vybaven dalšími moduly. Například časovač umožňuje provádět program pro ovládání osvětlení v zadaném časovém intervalu. To je vhodné pro úsporu elektrické energie, když není potřeba zařízení provozovat. V případě potřeby vypnout světlo je možné dvojitým stisknutím tlačítka.

Přednosti a nedostatky hlavních typů relé

Na rozdíl od polovodičových spínačů mají elektromechanické přepínače následující výhody:

1. Relativně nízká cena díky levným součástem.
2. Vznik malého množství tepla na sepnutých kontaktech kvůli nízkému úbytku napětí.
3. Přítomnost silné izolace 5 kV mezi cívkou a kontaktní skupinou.
4. Odolnost vůči škodlivému vlivu impulsů přepětí, rušení od blesků, procesům spínání výkonných elektrických zařízení.
5. Řízení vedení se zátěží do 0,4 kV při malém objemu zařízení.

Při sepnutí obvodu s proudem 10 A v relé malého objemu se na cívce rozptýlí méně než 0,5 W. Zatímco u elektronických analogů může tento ukazatel činit více než 15 W. Díky tomu nevzniká problém s chlazením a poškozením atmosféry.

K jejich nevýhodám patří:

1. Opotřebení a problémy při spínání indukčních zátěží a vysokých napětí při stejnosměrném proudu.
2. Zapínání a vypínání obvodu je doprovázeno vznikem rádiového rušení. To vyžaduje instalaci stínění nebo zvětšení vzdálenosti k zařízení náchylnému na rušení.
3. Relativně dlouhá doba sepnutí.

Další nevýhodou je přítomnost nepřetržitého mechanického a elektrického opotřebení při spínání. Patří sem oxidace kontaktů a jejich poškození jiskrovými výboji, deformace bloků pružin.

Při montáži je třeba vzít v úvahu, že elektromechanické provedení stykačů může pracovat nesprávně, pokud je v horizontální poloze.

Na rozdíl od elektromechanických, elektronická relé řídí meziblok pomocí mikrokontroléru.

Výhody a nevýhody elektroniky lze rozebrat na příkladu přístrojů firmy F&F v porovnání se značkou ABB, která vyrábí mechaniku.

Z výhod prvního typu přepínačů lze uvést:

• větší bezpečnost;
• vysoká rychlost přepínání;
• dostupnost na trhu;
• indikační upozornění o režimu práce;
• rozšířená funkčnost;
• bezhlučný provoz.

Kromě toho nesporná výhoda spočívá v několika možnostech montáže – instalace je možná nejen na DIN lištu rozvaděče, ale také do podzásuvky.

Nevýhody elektroniky F&F v porovnání s mechanikou ABB:

• porucha funkce při výpadcích dodávky elektřiny;
• přehřívání při spínání velkých proudů;
• možné závady bez zjevné příčiny;
• vypnutí přístroje při krátkodobém výpadku napětí v síti;
• velký odpor v sepnuté poloze;
• některá relé pracují pouze na stejnosměrný proud;
• polovodičový obvod nepropouští proud zpět do běžného směru okamžitě.

Navzdory uvedeným nevýhodám se elektronické spínače neustále vyvíjejí a díky většímu potenciálu funkčnosti oproti elektromechanickým se očekává jejich převažující použití.

Aby se předešlo zmatkům, výrobce poskytuje maximálně podrobné charakteristiky výrobku v katalozích obchodu a v technickém pasportu zařízení.

Základní charakterizující parametry

V závislosti na účelu a oblasti použití lze relé klasifikovat podle několika znaků:

• návratový koeficient – poměr hodnoty proudu výstupu kotvy k proudu přitažení;
• výstupní proud – jeho maximální hodnota na svorkách cívky při výstupu kotvy;
• přitažný proud – jeho minimální hodnota na svorkách cívky při návratu kotvy do výchozí polohy;
• nastavená hodnota – úroveň velikosti sepnutí v daných mezích, nastavená v relé;
• velikost sepnutí – hodnota vstupního signálu, na kterou zařízení automaticky reaguje;
• jmenovité hodnoty – napětí, proud a další veličiny, které jsou základem činnosti relé.

Elektromagnetická zařízení lze také rozdělit podle doby sepnutí. Nejdelší zpoždění mají časová relé – více než 1 s, s možností nastavení tohoto parametru. Pak následují zpožděná – 0,15 s, normální – 0,05 s, rychloběžná – 0,05 s. A nejrychlejší bezinerční – méně než 0,001 s.

Rozluštění značení výrobků

Kód značení stykače lze často najít v katalozích obchodů a na samotném zařízení. Poskytuje úplný popis konstrukčních vlastností, účelu a podmínek jejich použití.

Rozbor složení označení lze provést na elektromagnetickém mezilehlém relé REP-26. Používá se v obvodech střídavého proudu do 380 V a stejnosměrného do 220 V.

Abychom se vyznali v označení, je nutné rozdělit nápis na bloky a použít popisné tabulky, které lze najít ve specializovaných příručkách.

V takové podobě může vypadat označení výrobku v obchodě: REP 26-004A526042-40UCHL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Tento typ označení lze rozebrat následujícím způsobem:

• 26 – číslo série;
• XXX – typ kontaktů a jejich počet;
• X – třída odolnosti při spínání;
• X – typ zapínací cívky, typ návratu relé a druh proudu;
• XX – konstrukce podle způsobu montáže a spojení vodičů;
• XX – hodnota proudu nebo napětí cívky;
• X – doplňkové konstrukční prvky;
• 40 – úroveň krytí podle normy IP nebo GOST 14254;
• XXX4 – klimatická zóna použití podle GOST 15150.

Klimatické provedení může být: UChL – pro chladné a mírné klima nebo O – pro tropické nebo obecné klimatické provedení.

Podle speciálních tabulek označení představuje posuzované zařízení elektromagnetické mezilehlé relé se čtyřmi přepínacími kontakty, třídou odolnosti spínání A, používající stejnosměrný proud. Má upevnění zásuvky s lamelami pro pájení vnějších vodičů, cívku s napětím 24 V a manuální ovladač.

Několik druhů schémat zapojení

Existuje několik variant montáže, z nichž každá má své vlastnosti, výhody a nevýhody.

Označení kontaktů relé RIO-1 má následující význam:

• N – nulový vodič;
• Y1 – vstup zapnutí;
• Y2 – vstup vypnutí;
• Y – vstup zapnutí a vypnutí;
• 11-14 – spínací kontakty normálně otevřeného typu.

Tato označení se používají u většiny modelů relé, ale před připojením do obvodu je vhodné se s nimi dodatečně seznámit v pasu výrobku.

Předložené schéma elektrifikace se používá k ovládání světla ze tří míst pomocí relé a tří tlačítkových spínačů bez aretace polohy.

V tomto schématu silové kontakty relé používají proud 16 A. Ochrana řídicích obvodů a osvětlovacích systémů je zajištěna jističem 10 A. Vodiče mají tudíž průměr nejméně 1,5 mm².

Spojení tlačítkových spínačů je provedeno paralelně. Červený vodič – fáze, prochází všemi třemi tlačítkovými spínači na silový kontakt 11. Oranžový vodič – fáze spínání, přichází na vstup Y. Poté vychází ze svorky 14 a jde k žárovkám. Nulový vodič z přípojnice se spojuje se svorkou N a se svítidly.

Pokud bylo světlo původně zapnuto, při stisknutí libovolného spínače světlo zhasne – dojde ke krátkodobé komutaci fázového vodiče na svorku Y a kontakty 11-14 se rozepnou. Stejné se stane při následném stisknutí jiného spínače. Ale kontakty 11-14 změní polohu a světlo se rozsvítí.

Výhoda uvedeného schématu oproti přepínačům a křížovým spínačům je zřejmá. Při zkratu však detekce poškození způsobí určité potíže, na rozdíl od následující možnosti.

Takové schéma umožní ušetřit na vodičích, protože průřez řídicích kabelů lze zmenšit na 0,5 mm². Bude však nutné zakoupit druhý ochranný přístroj.

Toto je méně rozšířená varianta zapojení. Je stejná jako předchozí, ale řídicí a osvětlovací okruhy mají své vlastní jističe na 6 A a 10 A. To usnadňuje odhalování poruch.

Pokud vznikne potřeba ovládat několik skupin osvětlení samostatným relé, schéma se mírně změní.

Tento způsob zapojení je vhodné použít k zapínání a vypínání osvětlení po celých skupinách. Například k okamžitému zhasnutí víceúrovňového lustru nebo osvětlení všech pracovních míst v dílně.

Další možností použití impulsních relé je systém s centralizovaným ovládáním.

Schéma je výhodné v tom, že lze vypnout všechno osvětlení jedním tlačítkem při odchodu z domu. A po návratu jej stejným způsobem zapnout.

Do tohoto schématu se přidávají dva spínače pro sepnutí a rozepnutí obvodu. První tlačítko může pouze zapnout skupinu osvětlení. Fáze od spínače „ZAP“ přijde na svorky Y1 každého relé a kontakty 11-14 se sepnou.

Rozpínací spínač funguje obdobně jako první spínač. Komutace se však provádí na svorky Y2 každého přepínače a jeho kontakty zaujímají polohu rozepnutí obvodu.

Závěry a užitečné video k tématu

Video materiál popisuje konstrukci, funkci, použití a historii vzniku tohoto typu zařízení:

Další příběh podrobně popisuje princip činnosti polovodičových nebo elektronických relé:

Použití impulsních relé nachází stále širší uplatnění v moderních elektrizačních systémech. Zvyšující se požadavky na funkčnost a flexibilitu ovládání osvětlení, úsporu materiálů a bezpečnost vytvářejí neustálý impuls ke zdokonalování stykačů.

Zmenšují se, konstrukčně se zjednodušují, čímž zvyšují spolehlivost. A použití zásadně nových technologií v základu jejich činnosti umožňuje jejich nasazení v náročných podmínkách prašných provozů, vibrací, magnetických polí a vlhkosti.

Pište prosím komentáře do bloku níže. Ptejte se, sdílejte užitečné informace k tématu článku, které se budou hodit návštěvníkům webu. Povězte nám, jak jste vybírali a instalovali impulsní spínač.