Przekaźnik przełączający

Przekaźnik przełączający jest jednym z najbardziej fundamentalnych i wszechobecnych komponentów w świecie automatyki, elektroniki i elektrotechniki. To precyzyjny przełącznik elektromechaniczny, którego genialność tkwi w prostej, lecz niezwykle skutecznej zasadzie działania: za pomocą niewielkiego sygnału elektrycznego w jednym obwodzie, jest on w stanie w sposób bezpieczny i całkowicie odizolowany sterować przepływem znacznie większej energii w drugim, niezależnym obwodzie. Stanowi on fizyczny most między delikatnym światem sterowania (np. wyjściem sterownika PLC, mikrokontrolera) a światem wykonawczym dużej mocy (silnikami, grzałkami, oświetleniem).

Zasada działania: siła elektromagnetyzmu w służbie sterowania

Sercem każdego przekaźnika jest cewka nawinięta na rdzeniu ferromagnetycznym, tworząca elektromagnes. W stanie spoczynku, gdy przez cewkę nie płynie prąd, ruchomy element zwany kotwicą lub zworą jest utrzymywany w pozycji spoczynkowej przez siłę sprężyny. W tej pozycji, styk ruchomy (COM – wspólny) jest mechanicznie zwarty ze stykiem normalnie zamkniętym (NC – Normally Closed), tworząc zamknięty obwód.

W momencie podania na zaciski cewki odpowiedniego napięcia znamionowego (sterującego), płynący przez nią prąd generuje pole magnetyczne. Gdy siła tego pola staje się większa od siły mechanicznej sprężyny, przyciąga ono gwałtownie kotwicę. Ruch kotwicy powoduje natychmiastowe przełączenie styków: połączenie między stykiem wspólnym (COM) a stykiem normalnie zamkniętym (NC) zostaje przerwane, a jednocześnie zostaje utworzone nowe połączenie między stykiem wspólnym (COM) a stykiem normalnie otwartym (NO – Normally Open). W ten sposób obwód roboczy zostaje przełączony. Po zaniku napięcia sterującego, pole magnetyczne znika, a sprężyna powrotna przywraca kotwicę i styki do ich pierwotnej, spoczynkowej pozycji.

Kluczowa zaleta: separacja galwaniczna

Najważniejszą cechą przekaźnika, która decyduje o jego niezastąpionej roli, jest separacja (izolacja) galwaniczna. Nie istnieje żadne fizyczne, metaliczne połączenie między obwodem cewki (sterującym) a obwodem styków (roboczym). Sprzężenie ma charakter czysto magnetyczny. Ta izolacja, wytrzymująca napięcia rzędu kilku tysięcy woltów, gwarantuje, że jakiekolwiek zakłócenia, przepięcia czy awarie w obwodzie dużej mocy nie zostaną przeniesione na delikatny i wrażliwy obwód sterujący, chroniąc go przed zniszczeniem.

Parametry techniczne i kryteria doboru

Dobór przekaźnika to proces inżynierski, który wymaga analizy obu obwodów – sterującego i roboczego.

Dla obwodu cewki kluczowe jest napięcie znamionowe sterujące (np. 12 V DC, 24 V DC, 230 V AC), które musi być dopasowane do sygnału wyjściowego urządzenia sterującego, oraz pobór mocy przez cewkę, który determinuje obciążalność tego wyjścia.

Dla obwodu styków fundamentalnym parametrem jest obciążalność prądowa, wyrażana w amperach (A). Określa ona, jaki maksymalny prąd mogą bezpiecznie przewodzić i przełączać styki bez ryzyka ich uszkodzenia czy zespawania. Należy przy tym rozróżnić obciążalność dla obciążeń rezystancyjnych (np. grzałki) i znacznie trudniejszych dla styków obciążeń indukcyjnych (silniki, cewki styczników), gdzie pojawia się łuk elektryczny. Równie ważne jest maksymalne napięcie przełączane oraz materiał styków. Najczęściej stosuje się stopy srebra (np. AgNi, AgSnO₂) do aplikacji mocy, natomiast do przełączania bardzo małych prądów i napięć (sygnałów logicznych) stosuje się styki pokrywane złotem, aby zapobiec utlenianiu i zapewnić niezawodność kontaktu.

O trwałości przekaźnika świadczą dwa parametry: trwałość mechaniczna (liczba cykli przełączeń bez obciążenia) oraz trwałość elektryczna (liczba cykli przy znamionowym obciążeniu), która jest zawsze od niej niższa.

Formy i zastosowanie

Przekaźniki przełączające występują w różnych formach: od miniaturowych, hermetycznych komponentów do lutowania bezpośrednio na płytkach drukowanych (PCB), przez popularne przekaźniki przemysłowe instalowane w dedykowanych gniazdach na szynie DIN, aż po kompletne, zintegrowane moduły przekaźnikowe. Znajdują one zastosowanie w niemal każdej dziedzinie techniki: w szafach sterowniczych maszyn, systemach automatyki budynkowej (BMS), układach sterowania oświetleniem, systemach alarmowych, aparaturze medycznej i motoryzacji.