Elektrické relé možno rozdeliť do dvoch kategórií, a to elektromechanické relé a polovodičové relé.
Elektromechanické relé
Elektromechanické relé sú zariadenia, ktoré sú svojou povahou elektromagnetické a premieňajú magnetický tok, ktorý je generovaný signálom DC alebo AC s nízkym príkonom okolo relé, na mechanickú silu, ktorá sa používa na ovládanie elektrických kontaktov v relé. Najčastejšie používané elektromechanické relé majú obvod; navinutý okolo absorpčného železného jadra; ktorý je známy ako primárny okruh.
Železné jadro má pevnú časť nazývanú strmeň a kotvu, ktorá je pohyblivou pružinou zaťaženou časťou, ktorá uzatvára vzduchovú medzeru medzi pohyblivou kotvou a pevnou elektrickou cievkou, čím dopĺňa obvod magnetického poľa. Kotva uzatvára kontakty, ktoré sú k nej pripevnené, a môže sa voľne pohybovať medzi generovaným magnetickým poľom vďaka svojej otočnej alebo kĺbovej polohe. Pružina alebo pružiny sú zapojené medzi kotvu a strmeň na generovanie spätného zdvihu, aby sa obnovili ich pôvodné polohy, keď je cievka relé bez napätia alebo je vo vypnutom stave.
Konštrukcia elektromechanického relé
Vyššie uvedený obrázok znázorňuje jednoduché relé, ktoré má dve sady elektricky vodivých kontaktov. Relé môžu byť „normálne otvorené“ alebo „normálne zatvorené“. Pár kontaktov je charakterizovaný ako normálne otvorené alebo zapínacie kontakty a jeden pár je charakterizovaný ako normálne zatvorené alebo rozpojené kontakty. V normálne otvorených kontaktoch sú kontakty otvorené, keď nie je napájanie, sú zatvorené iba vtedy, keď je prítomný budiaci prúd, zatiaľ čo v normálne zatvorených kontaktoch sú kontakty zatvorené, keď nie je napájanie, sú otvorené iba vtedy, keď je poľný prúd. Tieto výrazy sa štandardne používajú pre obvody bez napätia, ktoré sú vo vypnutom stave.
Kontakty relé sú elektricky vodivé kusy kovu, pri vzájomnom kontakte uzatvárajú obvod a vedú tok prúdu obvodom rovnako ako spínače. V otvorenom stave majú veľmi vysoký odpor v megaohmoch a fungujú ako otvorený obvod, zatiaľ čo v zatvorenom stave fungujú ako zopnutý spínač a v ideálnom prípade by mali mať nulový odpor, ale vždy existuje určitý prechodový odpor ktorý sa označuje ako „ON odpor“.
Nové kontakty a relé majú veľmi nízky odpor zapnutia, pretože ich hroty sú čisté a nové, ale časom sa tento odpor zvýši. V kontaktoch je pozorovaný vyklenutý efekt, ktorý sa označuje ako poškodenie hrotov kontaktov, ak nie sú správne chránené pred vysokou kapacitnou a indukčnou záťažou. Pretože prúd bude pretekať cez kontakty, keď sú spojené, a ak nie je kontrolovaný, efekt oblúka sa bude neustále zvyšovať, čím sa zvyšuje veľký odpor, čo nakoniec vedie k roztrhnutiu a nevodivým kontaktom, aj keď sú v zatvorenom stave.
Na zníženie vyklenutia a vysokého odporu „ON“ vo vodičoch a na zlepšenie ich životnosti sú moderné hroty vodičov vyrobené z rôznych zliatin striebra alebo nimi potiahnuté. Niektoré z nich zahŕňajú Ag (jemné striebro), AgCu (strieborná meď), AgCdO (oxid strieborný kadmia), AgW (strieborný volfrám), AgNi (strieborný nikel), platinu, zlato a zliatiny striebra a AgPd (strieborné paládium).
Dlhú životnosť reléových kontaktov je možné dosiahnuť použitím filtračnej techniky, ktorá sa vykonáva pridaním siete odporových kondenzátorov známej ako tlmiaci obvod paralelne s kontaktnými hrotmi relé. Tento RC obvod bude skratovať vysoké napätie, čo nakoniec potlačí akýkoľvek oblúkový efekt.
Klasifikácia elektromechanických relé na základe typov kontaktov
Keďže NO a NC popisujú, ako sú kontakty spojené, môžu byť klasifikované aj na základe ich činnosti. Môžu byť vyrobené spojením jedného alebo viacerých spínacích kontaktov, ktoré sa tiež označujú ako póly, ktoré je možné ďalej spájať napájaním cievok relé, čím vznikajú štyri rôzne typy kontaktov označené ako:
| Typ | Popis | Aplikácia |
| Single Pole Single Throw (SPST) | Má jeden pól a jeden výstup. Buď bude zatvorený alebo úplne odpojený, nič medzi tým neexistuje. | Sú ideálne na zapínanie a vypínanie. |
| Dvojitý hod jednou tyčou (SPDT) | Má jeden vstup a dva rozdielne výstupy. Môže ovládať dva rozdielne okruhy cez jeden vstup. | Používajú sa v riadiacich obvodoch a výstupných spínačoch PLC systému. |
| Dvojitý hod jedným pólom (DPST) | Má dva vstupy a dva výstupy. Každá z jej svoriek môže byť buď vo vypnutej polohe (otvorená) alebo v zapnutej polohe (zatvorená). | Používajú sa ako termostaty na riadenie elektrických vykurovacích záťaží. |
| Dvojitý hod dvojitou tyčou (DPDT) | Má dva vstupy a štyri výstupy. Každý zo vstupov zodpovedá dvom výstupom. Môže ovládať dva rôzne okruhy súčasne. | Používajú sa pri výbere napájania a ovládaní osvetlenia atď. |
Polovodičové relé
Polovodičové relé nemajú žiadne pohyblivé časti, ale využívajú optické a elektrické vlastnosti polovodičových polovodičov na vytvorenie izolácie a vykonávanie spínacích funkcií. Keďže na rozdiel od elektromechanických relé nemajú žiadne pohyblivé časti, nedochádza k opotrebovaniu komponentov. Poskytujú tiež úplnú izoláciu medzi výstupnými a vstupnými kontaktmi, pričom majú veľmi vysoký odpor v otvorenom stave a veľmi nízky vo vodivom stave. Funkčnosťou sú podobné elektromechanickým relé, pretože tiež vykonávajú spínacie operácie. Sú kompatibilné s väčšinou rodín IC logiky bez použitia ďalších zosilňovačov, ovládačov alebo vyrovnávacích obvodov, kvôli ich nízkym požiadavkám na vstupný riadiaci výkon. Vyžadujú však, aby boli vhodne namontované na chladičoch, aby sa predišlo prehriatiu.
Polovodičové relé
V bode prechodu nulou sínusového tvaru vlny striedavého prúdu sa polovodičové relé typu striedavého prúdu zapne a zabráni vysokým prichádzajúcim prúdom. Pri spínaní vysokokapacitných a indukčných záťaží sa obvod RC Snubber používa na elimináciu šumu a prechodových špičiek napätia. Keďže výstupné spínacie zariadenie je polovodičové relé v pevnej fáze, pokles napätia na výstupe je veľmi vysoký, čo spôsobuje potrebu tepla pokožky, aby sa zabránilo prehriatiu a poškodeniu obvodu.
Moduly vstupno-výstupného rozhrania
Moduly vstupno/výstupného rozhrania sú špeciálnym dizajnom polovodičových relé na pripojenie mikrokontrolérov, počítačov a PIC k prepínačom a záťažám v reálnom svete. Existujú štyri základné typy I/O modulov, výstup logickej úrovne CMOS alebo vstupné napätie AC/DC pre TTL, logický vstup CMOS pre výstupné napätie AC alebo DC a TTL. Tieto moduly obsahujú všetky povinné obvody na zabezpečenie izolácie a kompletného rozhrania v rámci jedného malého zariadenia. Sú prístupné ako samostatné polovodičové moduly, alebo sú integrované do zariadení so 4, 8 alebo 16 kanálmi.
Porovnávacia tabuľka medzi elektromechanickými a polovodičovými relé
Elektromechanické relé používajú na spínanie mechanické kontakty a majú pohyblivé časti, zatiaľ čo polovodičové relé využívajú na spínanie polovodičové zariadenia a nemajú žiadne pohyblivé časti.
| Elektromechanické relé | Polovodičové relé v pevnej fáze |
| Na spínanie využívajú magnetické polia, cievky, pružiny a mechanické kontakty. | Nepoužívajú žiadne pohyblivé časti, namiesto toho využívajú optické a elektrické vlastnosti polovodičov v tuhom stave. |
| V dôsledku pohyblivých častí dochádza k poškodeniu komponentov. | Nepodliehajú opotrebovaniu komponentov. |
| Majú obmedzený životný cyklus kontaktov a zaberajú veľkú miestnosť. Tiež majú pomalú rýchlosť prepínania. | Neexistujú žiadne také obmedzenia väčšieho priestoru a nízkej rýchlosti. |
| Napätie s malým vstupom možno použiť na ovládanie veľkého výstupného napätia. | Napätie s malým vstupom možno použiť na ovládanie veľkého výstupného napätia. |
| Sú nákladovo efektívne. | Sú drahé. |
| Môžu prepínať malé napäťové záťaže a vysokofrekvenčné signály, ako sú audio a video signály. | Nemôžu prepínať vysokofrekvenčné a nízkonapäťové záťažové signály, ako sú video a audio signály. |
| Majú najbežnejšie aplikácie v automobiloch a domácich elektronických spotrebičoch atď. | Majú najbežnejšie aplikácie pri spínaní striedavých záťaží, ako je stmievanie svetla, riadenie otáčok motora atď. |
Záver
Elektrické relé je spínač, ktorý zapína a vypína elektrický obvod prostredníctvom externého elektrického signálu. Môžu ovládať vysoký elektrický prúd prostredníctvom signálu s nízkym výkonom, ktorý sa tiež klasifikuje ako prevodníky, pretože majú schopnosť meniť jednu fyzikálnu veličinu na druhú. Elektromechanické relé využívajú na spínanie magnetické polia, cievky, pružiny a mechanické kontakty. V dôsledku pohyblivých častí dochádza k poškodeniu komponentov.
Majú obmedzený životný cyklus kontaktov a zaberajú veľa miesta, majú tiež pomalú rýchlosť spínania, zatiaľ čo polovodičové relé nepoužívajú žiadne pohyblivé časti namiesto toho, aby využívali elektrické a optické vlastnosti polovodičov v pevnej fáze. Nepodliehajú opotrebovaniu komponentov, ale sú drahé.