Releji

Čemu služi relej

Signalni element kao što je tipkalo ili granična sklopka ima obično jedan ili dva kontakta i podnosi malu struju. Upravljanje, međutim, često treba isti signal na nekoliko mjesta odjednom: da uključi svitak ventila, zapali žarulju, blokira drugi korak i javi stanje PLC-u. Tu zadaću preuzima relej — elektromagnetska sklopka kod koje struja kroz svitak pokreće kotvu, a kotva zatvara ili otvara više kontakata istodobno.

Relej u elektropneumatici ima četiri uloge. Umnožava signal: jedan ulaz, više kontakata. Pojačava: svitak od nekoliko desetaka miliampera sklapa kontakt od nekoliko ampera. Galvanski odvaja: upravljački i sklopni krug nisu vodljivo povezani, pa relej od 24 V može sklapati i 230 V. I, možda najvažnije, izvodi logiku: spojem kontakata u nizu i usporedno dobivaju se funkcije I, ILI i NE, a vlastitim kontaktom relej se može zadržati uključenim i time pamtiti stanje (krug samodržanja, jedinica 4.6).

U suvremenim strojevima veći dio te logike izvodi PLC, ali releji nisu nestali. Ostaju kao sprežni releji između PLC izlaza i trošila, kao sigurnosni releji u krugovima zaustavljanja u nuždi i kao cijela logika jednostavnih naprava kod kojih se PLC ne isplati. Razumijevanje relejne logike osim toga temelj je čitanja ljestvičastog dijagrama.

Građa i rad elektromagnetskog releja

Elektromagnetski relej ima svitak namotan na željeznu jezgru, jaram koji zatvara magnetski krug, pomičnu kotvu i kontaktni sustav. Kad svitak dobije napon, struja stvara magnetski tok koji kroz jezgru, jaram i kotvu nastoji skratiti zračni raspor. Kotva se privuče na jezgru i preko izolacijskog prenosnika pomakne pokretne kontakte. Kad napon nestane, povratna opruga vraća kotvu i kontakte u mirovanje.

Nekoliko pojmova opisuje ponašanje releja. Napon privlačenja najmanji je napon pri kojem kotva pouzdano privuče; za relej od 24 V DC obično je oko 70 do 80 % nazivnog napona. Napon otpuštanja znatno je niži, jer privučena kotva nema zračnog raspora i magnetski krug je bolji; relej zato otpušta tek pri desetak postotaka nazivnog napona. Ta razlika čini relej neosjetljivim na manja kolebanja napona. Vrijeme privlačenja i vrijeme otpuštanja kod malih pomoćnih releja iznose nekoliko do dvadesetak milisekundi, a kod kontaktora i više.

Svitak releja od 24 V DC s nazivnom snagom od npr. 0,8 W troši I = 0,8 / 24 ≈ 33 mA i ima otpor oko 720 Ω. Svitci za izmjenični napon imaju u jezgri kratkospojni prsten koji sprečava da kotva titra dvaput u svakoj periodi, a pri privlačenju troše višestruko veću struju nego u privučenom stanju, jer im je impedancija s otvorenim zračnim rasporom manja.

Kontakti releja i tablica kontakata

Relej može imati radne (NO), mirne (NC) i preklopne kontakte, a pomoćni releji najčešće imaju dva do četiri preklopna kontakta. Preklopni je kontakt najpraktičniji jer ga se može rabiti i kao radni i kao mirni, ovisno o tome koji se kraj spoji. Oznake slijede pravilo iz jedinice 4.1: prva znamenka redni broj, druga funkcija. Relej s četiri preklopna kontakta ima priključke 11–12–14, 21–22–24, 31–32–34 i 41–42–44 te A1 i A2 svitka.

Kontakti releja u shemi strujnih krugova ne crtaju se kraj svitka nego u stazama u kojima djeluju, pa je tablica kontakata ispod svitka nužna. U njoj se, obično pod crtežima simbola NO i NC, upisuju brojevi staza. Pri projektiranju tablica ima još jednu korist: odmah se vidi koliko kontakata relej treba. Ako je potrebno pet radnih kontakata, a odabrani relej ima četiri preklopna, treba dodati drugi relej koji se uključuje usporedno ili kontakte rasporediti drukčije.

Kod releja s prisilno vođenim kontaktima (upotrebljavaju se u sigurnosnim krugovima) radni i mirni kontakti mehanički su povezani tako da nikad ne mogu biti istodobno zatvoreni. Ako se radni kontakt zavari, mirni ostaje otvoren i upravljanje to prepozna. Obični pomoćni relej to ne jamči i ne smije se rabiti kao jedini element sigurnosne funkcije.

Vremenski releji

Vremenski relej preklapa svoje kontakte s namještenim kašnjenjem. Danas su gotovo uvijek elektronički: vrijeme broji elektronika, a izlaz je mali relej. Vrijeme se namješta potenciometrom ili izbornikom, u području od desetinke sekunde do nekoliko sati. Dvije su osnovne funkcije.

Kašnjenje privlačenja (kašnjenje ukapčanja, engl. on-delay): kad upravljački signal dođe, relej počne brojiti vrijeme t i tek tada preklopi kontakte. Kad signal nestane, kontakti se odmah vrate. Ako signal traje kraće od t, kontakti se uopće ne preklope. Takav relej rabi se kad cilindar mora zadržati položaj određeno vrijeme, npr. kad cilindar B mora držati lim savijenim 1 s da se smanji povratno opružanje.

Kašnjenje otpuštanja (kašnjenje iskapčanja, engl. off-delay): kad signal dođe, kontakti se odmah preklope; kad signal nestane, ostaju preklopljeni još vrijeme t i tek se tada vrate. Rabi se kad nešto mora raditi i nakon prestanka naredbe, primjerice ispuhivanje strugotina ili ventilator nakon isključenja.

Kontakti vremenskog releja koji djeluju s kašnjenjem crtaju se s posebnim znakom (lukom ili „padobranom" na aktuatoru) i u tablici kontakata posebno se označavaju. Neki vremenski releji imaju i trenutne kontakte koji preklapaju bez kašnjenja. Višefunkcijski elektronički releji nude još taktni rad (naizmjenično uključeno i isključeno), impulsni izlaz zadanog trajanja i druge funkcije, a bira ih se sklopkom na kućištu.

Kontaktor

Kontaktor je relej građen za sklapanje velikih struja i snaga, prije svega elektromotora, grijača i transformatora. Ima tri glavna kontakta za trofazni krug (priključci 1–2, 3–4, 5–6 ili L1–T1, L2–T2, L3–T3) i nekoliko pomoćnih kontakata za upravljanje (13–14, 21–22 i dalje). Glavni kontakti imaju komore za gašenje luka i dvostruki prekid, a kotva je veća i sporija nego kod pomoćnog releja.

Kontaktori se razvrstavaju po kategorijama uporabe. Za uključivanje i isključivanje kaveznih asinkronih motora u radu mjerodavna je kategorija AC-3. Uzmimo elektromotor od 7,5 kW koji pogoni crpku hidrauličke preše HP-1: pri 400 V, faktoru snage 0,85 i stupnju djelovanja 0,88 nazivna mu je struja oko 14,5 A, a pri pokretanju višestruko veća. Kontaktor mora biti za tu struju u AC-3. U elektropneumatici kontaktor susrećete pri upravljanju kompresorom, crpkom agregata ili ventilatorom, dok svitke ventila uključuju pomoćni releji ili PLC izlazi.

Zaštita svitka diodom

Svitak releja ili ventila je induktivitet: struja kroz njega ne može se trenutno prekinuti. Kad kontakt ili tranzistor koji ga napaja otvori krug, energija pohranjena u magnetskom polju stvori prenapon samoindukcije suprotnog polariteta, koji može doseći nekoliko stotina volti. Taj napon pali luk na kontaktu, skraćuje mu vijek, ometa elektroniku i može uništiti tranzistorski izlaz PLC-a.

Najjednostavnija zaštita je povratna dioda spojena usporedno sa svitkom, katodom prema plusu. Dok je svitak pod naponom, dioda je zaporno polarizirana i ne vodi. Kad se krug otvori, prenapon je okrene u propusni smjer i struja svitka nastavi kružiti kroz diodu te se polako ugasi na otporu svitka. Napon na svitku ograniči se na napon vođenja diode, oko 0,7 do 1 V. Dioda se spaja samo na istosmjerni svitak i pazi se na polaritet: dioda spojena obrnuto kratko spaja napajanje i pregara.

Dioda ima i nedostatak: struja se sporije gasi, pa se vrijeme otpuštanja releja ili ventila produlji, ponekad i dvostruko ili trostruko. Kad je to važno, rabi se dioda u nizu sa Zenerovom diodom, varistor ili RC-član, koji prenapon ograničavaju na višu vrijednost i struju gase brže. Mnogi releji i utikači ventila imaju zaštitu već ugrađenu, a na kućištu je tada označen polaritet A1 (+) i A2 (−). Na napravi SL-3 svi pomoćni releji K1–K6 i utikači ventila Y1–Y4 imaju, uzmimo, ugrađenu diodu sa svjetlećom diodom za pokazivanje stanja.

Računski prikaz: kašnjenje signala u ciklusu

U elektropneumatskom slijedu svaki korak počinje signalom senzora, prolazi kroz jedan ili više releja i završava preklapanjem ventila, a tek onda cilindar krene. Električno-ventilsko kašnjenje jednog koraka je t_k = n · t_rel + t_v, gdje je n broj releja kroz koje signal prolazi. Za cijeli ciklus to se množi brojem koraka i dodaje namješteno vrijeme vremenskih releja.

t_el = z · (n · t_rel + t_v) + t_zad

Na napravi SL-3 slijed ima šest koraka (A+ B+ B− A− C+ C−). Uzmimo da signal u svakom koraku prolazi kroz dva releja po 10 ms i da ventil preklapa za 20 ms: kašnjenje je 40 ms po koraku i 240 ms po ciklusu, što je samo 2 % takta od 12 s. Kad se doda vremenski relej koji drži lim savijenim 1,0 s, ukupno je 1,24 s ili 10,3 % takta. Zaključak: kašnjenja releja i ventila u ovom su taktu zanemariva, a vrijeme zadržavanja nije. Ako bi se takt skraćivao, najprije treba skratiti vrijeme zadržavanja i hod cilindara, a ne tražiti brže releje.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V16 Indirektno upravljanje dvoradnim cilindrom — monostabilni ventil · 2 sata
• V21 Krug samodržanja · 2 sata
• V22 Vremenski relej s kašnjenjem ukapčanja · 2 sata