Co je to relé?
Relé jsou součástky určené pro spínání větší zátěže. Jejich název je odvozen od přepřahací stanice na kurýrních cestách. Dříve byly používány jako zesilovače na telegrafních linkách, telegraf ale už delší dobu nefunguje a jako elektronický spínač ho ve většině úkonů nahrdily tranzistory. Na rozdíl od jiných předchůdců tranzistorů si relé zachovalo, díky některým svým stále užitečným kvalitám, místo i v dnešní běžné elektronice.
Jeho největší výhodou je malý odpor na výstupu. To je způsobeno tím, že kontakty jsou ze dvou kusů kovu a ne polovodičových součástek. Díky tomu může relé jednoduše spínat i extrémně velké zátěže bez toho, aby se nějak moc přehřívalo, nebo by snížilo výstupní napětí. Relé lze identifikovat velice snadno. Pokud uvidíte na desce plošných spojů větší plastový kvádr, s největší pravděpodobností to je relé.
Jako zajímavost můžu zmínit, že z důvodu jeho mnohem větší odolnosti proti ionizujícímu záření, se často používá v ochranné technice pro skladiště jaderného odpadu.
Jak relé funguje?
Relé má dvě galvanicky izolované strany – spínaná a spínací. Spínací strana se skládá z cívky s měkkým feromagnetickým jádrem. Na druhé straně jsou ohebné kovové kontakty připojené na kotvu, která je pružinou držena v klidové pozici. Když se přivede napětí na spínací stranu, tak tekoucí proud způsobí, že se v cívce vytvoří magnetické pole, které překoná sílu pružiny a přitáhne kotvu. Tím změní stav relé. V případě, že přestaneme cívce dodávat proud, magnetické pole zanikne a pružina vrátí kontakty do původní pozice.
Jaké jsou druhy relé?
Relé, jako každá elektronická komponenta, existuje v mnoha variantách. Běžné relé se také jmenuje elektromagnetické relé. Jeho název je odvozen od toho, že ho spíná elektromagnet.
Variace na EM relé je bistabilní relé. To funguje na podobném principu, ale není nutné přivádět neustále proud do ovládací cívky. Stačí pouze pulz a relé si samo udrží změněnou pozici. Bistabilní relé se vyrábějí ve dvou verzích. V jednocívkové a dvoucívkové. U jednocívkového se mění stav pomocí pulzů různých polarit a u dvoucívkových za pomocí aplikování pulzů na dvě cívky. Přivedením pulzu na jednu cívku relé sepne a přivedením pulzu na cívku druhou, relé rozepne.
Další verzí je časové relé. To je téměř stejné jako normální relé, ale spínání je zpožděno mechanickým nebo elektronickým časovačem.
Jistým druhem relé jsou i jazýčková relé. Ty využívají jazýčkových kontaktů, které jsou dva kovové dráty z magneticky měkkého materiálu a ke kterým když přiložíme magnet se sami zmagnetizují, přitáhnou a propojí.
Poslední typ relé které zmíním je SSR tedy solid state relé. To je relé, které pro spínání používá místo mechanických prvků polovodičové součástky. Na rozdíl od normálního relé netrpí problémy zmíněnými níže, ale rychleji se zahřívá a trpí poklesem napětí na výstupu.
Když vybíráme jakékoliv relé je nutné zvážit několik parametrů: normálně rozepnuté, nebo sepnuté kontakty (moderní relé nabízejí většinou oba typ kontaktů – relé přepínací), maximální spínaný proud a napětí a spínací napětí a proud. Pro některé aplikace i frekvenci na spínané straně.
Jak relé používat?
Teoreticky jde relé použít velice snadno, prostě se přivede požadované napětí na spínací stranu a kontakty se sepnou. Když se napětí odstraní, tak se rozepnou. V praxi to není ale tak jednoduché.
Prvním problémem je, že relé používá pro sepnutí relativně velké množství energie, takže běžný datový pin Arduino desky nemá dostatečný maximální proud na jeho napájení a je nutné přivést proud třeba z 5V pinu a ovládat ho tranzistorem.
Druhý problém je, že elektromagnet je induktor a tak skladuje energii ve formě magnetického pole a ve chvíli kdy ho přestaneš napájet, tak toto pole zkolabuje a napětí z cívky může vystřelit nad napětí ze zdroje a zničit spínací tranzistor. K ochraně proti tomuto se používá dioda zapojená paralelně s relé, které se také říká flyback dioda.
Další problém může nastat u spínané strany. Hlavní problém bývá vznik obloukového výboje na spínacích kontaktech, které poškozuje. Ten je způsoben velkým proudem při rozepnutí kontaktů. Obloukové výboje nejsou takový problém u střídavého proudu, který se periodicky vypíná, ale u stejnosměrného proudu a zejména u indukční zátěže jako transformátor nebo elektromotor. Z výše zmíněných důvodů, je tento problém tak velký že je občas nutné použít nějaký RC Snubber. RC Snubber je elektronický obvod složený z rezistoru a kondenzátoru, který odfiltrovává vzniklé špičky a snižuje tím riziko tvorby obloukového výboje na rozepínajících se kontaktech.
Zátěže jako žárovky s wolframovým vláknem, zářivky a kondenzátory mohou mít velký náběhový proud, což naopak povede ke spečení kontaktů, a jejich neschopnosti se rozpojit.
Jednoduchý návod
Pro jednoduchost je lepší použít přímo relé modul, zjednoduší to vybírání komponent a zabrání poškození desky. Relé modul je deska s plošnými spoji, na které je osazeno samotné relé a další pomocné obvody. Např. právě tranzistor, který spíná relé na základě signálu od nějakého mikrokontroleru. Pro ukázku můžeme použít třeba tento modul. Má hned několik kanálů což se bude do budoucna hodit.
Nejprve připojíme GND pin desky na GND pin modulu, 5V pin desky na VCC pin modulu a některý z digitálních pinů na některý z I/O pinů desky.
Uděláme jednoduchý program, který pouze dá pin připojený k modulu na HIGH a program nahrajeme. Poté co se program nahraje, měl by jsi slyšet cvaknutí relé. Jestli jsi ho slyšel je vše v pořádku.
Teď už je nutné, to otestovat s nějakou větší zátěží. Pozor pokud pracuješ s napětím ze sítě! Měl by jsi dávat pozor a nezapomínat, že spodní strana modulu má odhalené vývody ze spínané strany a může tedy na nich být přítomno nebezpečné napětí! Je dost možné, že váš spotřebič má oboustranné zástrčky u nichž je jedno, na který drát relé dáte, protože je stejně v průběhu používání otočíte, ale pokud má zástrčku s zemnícím drátem, pak je nejlepší dát relé na nulový vodič je bezpečnější. Nulový kontakt je v síťové zásuvce umístěn v pravém otvoru při pohledu na síťovou zásuvku zvenku.
Pak se třeba můžeš podívat na tento tutoriál a ovládat relé z mobilu pomocí bluetooth.
