Jelzőrelék – az alapok megértése

A relék széles körben használt és becses elektronikus eszközök, amelyek 1835 óta léteznek. Koruk ellenére továbbra is fontos szerepet játszanak a különböző iparágakban. Lehetővé teszik az áramkörök távvezérlését, ami számos felhasználási területen teszi őket hasznossá. Még a korai számítógépekben is rengeteg relét használtak a matematikai logikai (Boole-logikai) funkciókhoz. A relék egyik nagyobb alkategóriáját a jelzőrelék alkotják, amelyeknek sajátos felhasználási módjuk van, és gyakran fontos szerepet töltenek be a híradástechnikában. Ez a cikk röviden bemutatja a jelzőreléket, beleértve azok mibenlétét, a különbözőségeiket más relékhez képest, a legfontosabb kiválasztási szempontjaikat és még sok mást.

Jelzőrelék – alapismeretek

A jelzőrelék lényegében villamos úton működtetett elektromechanikus kapcsolók, amelyek az áram folyását vezérlik az áramkörökben. Úgy működnek, hogy az érintkezők közelében lévő tekercsen átfolyó vezérlőáram által létrehozott mágneses erő segítségével belső mozgó alkatrészeket vagy érintkezőket kapcsolnak nyitott vagy zárt helyzetbe. Ez lehetővé teszi, hogy egy kis jel egy nagyobbat vezéreljen. A jelzőrelék hasonlóak a teljesítményrelékhez, de úgy vannak kialakítva, hogy kis feszültségeket és kis, jellemzően 2 A alatti áramokat kezeljenek, és kis teljesítményű, általában 5–30 V egyenfeszültség (V_DC) közötti névleges feszültségű jeleket kapcsoljanak. Emiatt kisjelű reléknek is nevezik őket.

Amint fentebb említettük, a jelzőrelék elektromechanikus relétípusok, amelyek leginkább kis feszültségű és áramerősségű eszközökbe alkalmasak, és amelyek érintkezőit kifejezetten kis teljesítményre tervezték. Míg bizonyos területeken gazdaságosabbak lehetnek a nagyobb áramot és feszültséget kezelni képes teljesítményrelék, a hang- és videotechnikai áramkörökben ronthatják a kis teljesítményű jelek minőségét, így ott a jelzőrelék megfelelőbb választásnak bizonyulnak. A jelzőrelék kis méretűek, tökéletesen alkalmasak nyomtatott áramköri lapra szerelésre, és rövidebb a kapcsolási idejük. Általában olcsóbbak, mint a szilárdtestrelék (félvezetős relék), nem befolyásolják őket a feszültség- és áramlökések, és nem érzékenyek az elektromágneses és rádiófrekvenciás zavarásra sem. Kis teljesítményük miatt kevesebb hőt termelnek, mint a szilárdtestrelék, ezért jellemzően nincs szükség hűtési megoldásokra az áramkörben.

1. ábra: A kis és nagy jelszintű relék alapvető összehasonlítása (kép: Same Sky)

A jelzőrelék előnyei

A jelzőrelék, akárcsak más elektromechanikus jelfogók, számos előnyt kínálnak az egyes feladatokhoz, többek között az alábbiakat:

• A tervezés egyszerűsége
• Villamos leválasztás
• Hatékony működés
• Költségmegtakarítás a nagy távolságú kábeleken
• Többféle tokozás és funkciók
• Védettség az elektromágneses és rádiófrekvenciás zavarással (EMI/RFI) szemben

Ha megfelelően vannak az áramkör teljesítményigényéhez illesztve, a jelzőrelék további előnyöket is nyújtanak, például a következőket:

• Könnyű kezelhetőség
• Kis méret
• Megfizethető költségek
• Mechanikai ütésekkel szembeni ellenállás
• Erős szigetelés a belső tekercs és az érintkezők között

A legfontosabb műszaki adatok és a jelzőrelék kiválasztása

Amikor jelzőrelétípust választunk egy készülékhez, számos tényezőt kell figyelembe vennünk, többek között a következőket:

• Névleges feszültség: az a legnagyobb feszültség, amelyet a relé kapcsolni tud, jellemzően egyen- (V_DC) vagy váltakozó feszültségben (V_AC) mérve.
• Névleges áramerősség: a relé által kapcsolható legnagyobb áramerősség, amperben (A) mérve.
• Az érintkezők ellenállása: a terhelő áramkörhöz hozzáadott, ohmban (Ω) mért ellenállás.
• Tekercsfeszültség: a relétekercs névleges vezérlőfeszültsége.
• Tekercsáram: az a névleges áramerősség, amelyet a tekercs a névleges tekercsfeszültség mellett felvesz.
• Érintkezőelrendezés: a relé kapcsolási elrendezése (a pólusok száma, valamint hogy az érintkezők alaphelyzetben nyitottak vagy alaphelyzetben zártak-e). Például: SPDT (1 C) (egypólusú, két áramkörös, egy váltóérintkezővel) vagy DPDT (2 C) (kétpólusú, két áramkörös, két váltóérintkezővel). Érintkezőelrendezések: A: alaphelyzetben zárt (NC, normally closed), B: alaphelyzetben nyitott (NO, normally open), C: váltóérintkező.
• Az érintkezők névleges értékei: a relék garantált teljesítményéhez szükséges áram- és feszültségérték. Ezt jellemzően az alábbi formában fejezik ki: 1 A @ 30 V_DC (30 V egyenfeszültség mellett 1 A).
• Kapcsolási idő: a relé működési sebessége a vezérlőáram rákapcsolásától az érintkezők zárásáig vagy nyitásáig.
• Szerelési típus: a relé felszerelési módja. Ez jellemzően furatszerelt vagy felületszerelt szokott lenni (a nyomtatott áramköri lapon).
• Átütési szilárdság: az a legnagyobb feszültség, amelyet a relé adott ideig károsodás nélkül elvisel.
• Működési hőmérséklet: az a hőmérséklet-tartomány, amelyben a relé biztonságosan és sikeresen képes károsodás nélkül működni.

A mérnök a fenti listát szem előtt tartva nekikezdhet az adott készülékhez szükséges jelzőrelék kiválasztásának. Első lépésként határozza meg a szükséges névleges feszültséget és áramerősséget az áramkör legnagyobb kapcsolási terhelése alapján. Nem szabad elfelejteni, hogy a jelzőrelék általában 2 A vagy annál kisebb erősségű áramot kapcsolnak.

Ezután határozza meg a szükséges vezérlőfeszültséget és feszültségtípust – váltakozó vagy egyenfeszültség –, valamint a szükséges pólusok és a kapcsolandó áramkörök számát. Ezt követen határozza meg azt, hogy az áramkörnek/érintkezőelrendezésnek alaphelyzetben nyitottnak (NO) vagy alaphelyzetben zártnak (NC) kell-e lennie.

Végül vegye figyelembe az eszköz áramkörbe történő beszerelésének módját, például panelre vagy DIN-sínre építés, felületszerelés vagy furatszerelés. A szükséges paraméterek pontos meghatározásával meg lehet találni az a relét, amely megfelel a rendszer igényeinek anélkül, hogy fölöslegesen sok paraméternek kellene megfelelnie.

2. ábra: A jelzőrelé kiválasztásának általános lépései (kép: Same Sky)

A jelzőrelék felhasználási területei

A jelzőreléket kis teljesítményű kapcsolási képességeiknek köszönhetően a fogyasztói és kereskedelmi készülékek széles körében használják. Hatékony megoldást nyújtanak olyan hálózati eszközökben, amelyeknek akkora feszültségű és áramerősségű jeleket kell nagy távolságra továbbítaniuk, amelyeket a legtöbb elektronika természetes módon nem tud kezelni. A jelzőrelék olyan gyors reagálású készülékekben is hasznosak, amelyek nem igényelnek akkora teljesítményt, amelyhez teljesítményrelékre lenne szükség. Emellett a mindennapi környezetből vett példaként a lakásokban és irodákban a termosztát kis feszültséggel és áramerősséggel működik ugyan, de jelet kell küldenie a kazánnak vagy a légkondicionáló berendezésnek. A jelzőrelé képes fogadni a kis teljesítményű vezérlőjeleket, és azt felhasználva továbbítani az üzenetet a fűtő- vagy légkondicionáló berendezésnek, lehetővé téve, hogy azok a megfelelő művelet hajtsák végre.

Összegzés

Ahogy az elektronikus rendszerek egyre fejlettebbé válnak, gyakran felmerül az igény a kapcsolójel és a kapcsolt jel teljes elektromos elkülönítésére. A jelzőrelék megoldást nyújtanak az áram és a feszültség biztonságos távvezérlésére.

Ezeket az eszközöket széles körben használják számos fogyasztói és ipari termékben és rendszerben a teljesítmény kapcsolására különböző típusú áramkörökben. A Same Sky a készülék támasztotta követelmények meghatározása után számos jelzőrelét kínál a mérnökök számára a kis teljesítményű áramkapcsolási igények kielégítésére.