Klasyczny przekaźnik elektromagnetyczny (cewkowy) to niewielkie urządzenie, dzięki któremu można za pomocą słabego sygnału sterującego (np. z układu elektronicznego) przełączyć obwód przenoszący znacznie większy prąd lub napięcie. Pod względem działania przypomina zdalnie sterowany przełącznik: gdy do cewki dopłynie prąd sterujący, wytwarza się pole magnetyczne, które przyciąga metalową kotwiczkę i powoduje zestykanie lub rozwieranie styków prądowych. Po odcięciu prądu kotwiczka wraca (za pomocą sprężyny) do pozycji wyjściowej, przywracając pierwotny stan styków. Przekaźniki zapewniają galwaniczną izolację między obwodem cewki a obwodem styków, co chroni układy sterujące przed wysokim napięciem.

Relatywnie prosta budowa i niezawodność sprawiły, że przekaźniki cewkowe zdobyły ogromną popularność. Wykorzystuje się je praktycznie wszędzie: w automatyce przemysłowej (sterowanie maszynami, silnikami), w elektronice użytkowej (np. przełączanie obwodów zasilania w sprzęcie RTV/AGD), w pojazdach (uruchamianie świateł, pomp, wentylatorów za pomocą drobnych sygnałów z komputera pokładowego) oraz w projektach DIY (np. moduły przekaźnikowe do Arduino umożliwiające włączanie urządzeń 230 V). Wadą w porównaniu z urządzeniami półprzewodnikowymi (SSR) jest ograniczona żywotność styków (zużywają się mechanicznie po setkach tysięcy cykli) oraz dźwięk i niewielkie iskrzenie podczas przełączania.

Rodzaje przekaźników cewkowych

Mimo wspólnej zasady działania, przekaźniki elektromagnetyczne występują w wielu odmianach dostosowanych do różnych zastosowań:

• Miniaturowe przekaźniki PCB: Niewielkie kostki przeznaczone do montażu na płytkach drukowanych (ang. Printed Circuit Board). Mają zazwyczaj cewki na 5 V, 12 V lub 24 V i styki zdolne przełączać od 5 do 15 A. Używane są w płytkach elektroniki i modułach – np. popularny niebieski przekaźnik Songle 10A znajdziemy w wielu zestawach Arduino.
• Przekaźniki instalacyjne (na szynę DIN): Większe przekaźniki w obudowach do montażu w rozdzielnicach elektrycznych. Mają wyprowadzone zaciski śrubowe i często zdejmowane podstawki (gniazda). Występują w wersjach jedno- lub wielopolowych (kilka par styków) oraz z cewkami zarówno na niskie napięcia DC, jak i na 230 V AC. Stosowane do automatyki budynkowej, systemów oświetleniowych itp.
• Przekaźniki samochodowe: Przystosowane do pracy w pojazdach – standardowo posiadają cewkę 12 V DC i styki o dużej obciążalności (30–40 A), z konektorami do wsuwek (kostka). Służą m.in. do włączania świateł, rozrusznika, grzałek i innych układów wymagających dużego prądu.
• Przekaźniki bistabilne: Szczególny rodzaj, który zmienia stan styków impulsowo i utrzymuje go bez stałego zasilania cewki. Występują wersje z jedną cewką (zmiana stanu przy każdym impulsie, zmiana kierunku pola magnetycznego np. za pomocą magnesu trwałego) lub z dwiema cewkami (osobna cewka do załączania i osobna do wyłączania). Przekaźniki bistabilne oszczędzają energię i nie nagrzewają się, bo cewka nie pobiera prądu w stanie ustalonym.
• Układy przekaźnikowe gotowe do użycia: Wiele przekaźników oferuje się na gotowych modułach z tranzystorem, diodą zabezpieczającą i optoizolacją – są to tzw. moduły przekaźnikowe dla hobbystów. Mogą być sterowane bezpośrednio z mikrokontrolera (wystarczy podłączyć sygnał sterujący do wejścia modułu). Dostępne są wersje 1-,2-,4- i 8-kanałowe, ułatwiające budowę własnych układów automatyki.

Jak wybrać przekaźnik cewkowy?

Wybierając przekaźnik elektromagnetyczny, zwróć uwagę na następujące parametry:

• Napięcie i typ cewki: Przekaźnik musi mieć cewkę dostosowaną do napięcia sterującego, jakim dysponujesz. Do elektroniki (np. 5 V z mikrokontrolera) potrzebny będzie model na 5 V DC. Do układów samochodowych – 12 V DC. W instalacjach sieciowych może być konieczny przekaźnik z cewką 230 V AC. Ważny jest również pobór prądu przez cewkę – jeśli jest wysoki, do jej załączenia może być potrzebny tranzystor lub sterownik (dlatego w modułach Arduino stosuje się dodatkowe elementy).
• Konfiguracja styków: Dobierz liczbę i układ styków do potrzeb. Dostępne są przekaźniki z jednym stykiem przełącznym (1 x NO/NC), dwoma, a nawet czterema parami styków. Jeśli chcesz jednym sygnałem przełączać kilka obwodów naraz lub zmieniać topologię połączeń, wybierz odpowiednio wielopolowy przekaźnik.
• Obciążalność styków: Sprawdź, jaki prąd i napięcie są w stanie przełączać styki. Dla bezpieczeństwa dobrze mieć zapas – np. dla obciążenia 8 A wybierz przekaźnik 10 A lub więcej. Pamiętaj, że przy prądzie stałym (DC) zdolność przełączania jest niższa niż dla prądu zmiennego (AC) – tzn. ten sam przekaźnik może mieć np. 10 A dla 250 VAC, ale tylko 5 A dla 30 V DC. Jeśli zamierzasz przełączać prąd stały o wyższym napięciu, wybierz model specyfikowany do takiego zadania.
• Warunki montażu: Upewnij się, że wybrany przekaźnik da się zainstalować w Twoim projekcie. Na płytie drukowanej – czy masz odpowiedni rozstaw pinów? W skrzynce elektrycznej – czy potrzebujesz podstawki? W samochodzie – czy zmieści się w przeznaczonym miejscu i ma odpowiednie złącza? W razie potrzeby wybierz moduł przekaźnikowy już przygotowany do danego zastosowania.
• Trwałość i niezawodność: Do zastosowań profesjonalnych warto wybrać przekaźniki renomowanych marek (Finder, Omron, Relpol itp.), które gwarantują stabilne parametry i długą pracę. W projektach hobbystycznych śmiało można korzystać z popularnych, tańszych modeli – należy jednak przestrzegać ich limitów obciążenia i zapewnić poprawne sterowanie (np. dioda przy cewce, nieprzekraczanie napięcia cewki).

Przykładowe produkty z kategorii przekaźniki cewkowe

W ofercie Elektroweb znaleźć można zarówno pojedyncze przekaźniki do montażu, jak i gotowe moduły do łatwego sterowania. Oto przykłady:

• Moduł przekaźnika 1-kanałowego 5V/10A (z optoizolacją) – prosty układ do Arduino i Raspberry Pi, pozwalający załączyć obciążenia do 10 A (np. żarówki 230 V) za pomocą sygnału 5 V. Wyposażony w diodę zabezpieczającą i tranzystor sterujący (wejście może być wyzwalane stanem niskim lub wysokim).
• Moduł przekaźników 4-kanałowy 5V 10A – zestaw czterech przekaźników na jednej płytce, umożliwiający jednoczesne sterowanie czterema obwodami. Idealny do bardziej rozbudowanych projektów automatyki domowej (np. centralne sterowanie kilkoma urządzeniami). Posiada złącza do łatwego podłączenia mikrosterownika.
• Przekaźnik bistabilny impulsowy 2-kanałowy 12V – specjalny moduł, który na dwa niezależne wyjścia przekaźnikowe działa w trybie bistabilnym (pamięta stan). Każde wyjście zmienia stan po podaniu krótkiego impulsu sterującego. Sprawdza się np. w oświetleniu – jednym przyciskiem można załączyć lub wyłączyć lampę bez potrzeby trzymania przycisku.
• Przekaźnik samochodowy 12V 250A (wodoodporny) – dużej mocy przekaźnik/stycznik do zastosowań w pojazdach i nie tylko. Wytrzymuje prądy do 250 A, w obudowie odpornej na warunki zewnętrzne. Używany w wyciągarkach elektrycznych, instalacjach caravaningowych czy systemach zasilania awaryjnego.
• Przekaźnik z podstawką 230V AC 2xNO/NC – klasyczny przekaźnik instalacyjny ze stykami przełącznymi (dwie pary NO/NC) i cewką na 230 V. W komplecie z gniazdem (podstawką) do łatwego montażu na szynie DIN. Stanowi doskonały element do rozdzielni – umożliwia np. załączanie oświetlenia z kilku miejsc lub współpracę z systemem inteligentnego domu.

FAQ: Przekaźniki cewkowe

P: Jak podłączyć przekaźnik elektromagnetyczny do mikrokontrolera (Arduino)?
O: Bezpośrednie podłączenie cewki do wyjścia Arduino nie jest zalecane, ponieważ cewka pobiera zbyt duży prąd i generuje napięcia indukcyjne przy wyłączaniu. Należy użyć tranzystora lub układu drivera – np. skorzystać z gotowego modułu przekaźnikowego. Wyjście cyfrowe Arduino steruje tranzystorem, który załącza prąd do cewki. Pamiętaj też o diodzie zabezpieczającej (jest już na modułach) – chroni ona przed impulsami napięcia z cewki.

P: Dlaczego przy cewce przekaźnika trzeba stosować diodę?
O: Gdy nagle przerywamy prąd płynący przez cewkę, zgromadzona w niej energia indukuje krótkotrwały impuls wysokiego napięcia (tzw. szpilkę). Dioda (tzw. dioda zwrotna lub przeciwprzepięciowa), podłączona równolegle do cewki, zapewnia ujście dla tego impulsu – prąd rozładowuje się przez diodę, zamiast uszkodzić tranzystor sterujący czy sam mikrokontroler. W skrócie, dioda chroni układ sterujący przed skokami napięcia.

P: Co znaczy, że moduł przekaźnika ma sterowanie "stanem niskim (LL)" lub "wysokim (HL)"?
O: Określenie to informuje, jakim sygnałem aktywuje się przekaźnik. "Sterowanie stanem niskim (Low Level)" oznacza, że przekaźnik załączy się, gdy na wejściu sterującym pojawi się poziom niski (0 V, masa). Z kolei "stan wysoki (High Level)" oznacza aktywację przy sygnale wysokim (np. +5 V). Informacja ta jest ważna przy podłączaniu do mikrokontrolera – musimy wiedzieć, czy wysłanie "1" logicznej ma włączyć przekaźnik, czy go wyłączyć (w modułach z optoizolacją często spotyka się sterowanie stanem niskim).

P: Czym różni się przekaźnik bistabilny od zwykłego?
O: Zwykły (monostabilny) przekaźnik trzyma dany stan tylko przy zasilonej cewce – po odcięciu prądu wraca do pozycji wyjściowej. Bistabilny (zwany też impulsowym lub latch) zmienia stan "na stałe" po krótkim impulsie i nie potrzebuje stałego zasilania by utrzymać pozycję styków. Ma to zalety w postaci oszczędności energii i mniejszego grzania się. Konstrukcyjnie często ma dwie cewki lub specjalną magnetyczną budowę utrzymującą stan.

P: Ile cykli wytrzyma przekaźnik elektromagnetyczny? Czy ulega zużyciu?
O: Trwałość zależy od modelu i obciążenia. Typowe przekaźniki wytrzymują od 100 tysięcy do nawet miliona cykli przy obciążeniu znamionowym. Przy prądach mniejszych niż maksymalne – jeszcze więcej. Z czasem zużyciu ulegają styki (mogą się nadpalać lub odkształcać), co może pogarszać przewodzenie. Cewka i mechanizm często wytrzymują bardzo długo. Do intensywnego przełączania (tysiące razy na godzinę) lepiej jednak zastosować SSR, bo przekaźnik mechaniczny może tak szybkich cykli nie zdążyć wykonać.

P: Czy przekaźnik cewkowy może przełączać prąd stały (DC)?
O: Tak, ale należy sprawdzić jego parametry. Przy prądzie stałym nie ma momentu naturalnego przejścia przez zero (jak w AC), więc gaszenie łuku elektrycznego na stykach jest trudniejsze. W efekcie dopuszczalny prąd DC jest często niższy niż AC. Jeśli planujesz przełączać np. 12 V DC 10 A, upewnij się, że przekaźnik ma taką specyfikację dla DC (większość ma, zwłaszcza samochodowe). Dla bardzo wysokich napięć DC (kilkaset woltów) przekaźniki elektromagnetyczne mogą nie być skuteczne – stosuje się wtedy specjalne styczniki lub przekaźniki półprzewodnikowe.

P: Przekaźnik elektromagnetyczny czy SSR – co wybrać?
O: To zależy od aplikacji. Przekaźniki elektromagnetyczne są tańsze i idealne do prostych zastosowań, gdzie przełączanie nie jest bardzo częste, a obecność mechanicznego "klik" nie przeszkadza. Są też uniwersalne – radzą sobie z AC i DC, mają minimalny spadek napięcia na stykach (jak zamknięty przełącznik). SSR (przekaźniki półprzewodnikowe) nie mają części ruchomych, więc działają bezgłośnie i mogą przełączać znacznie szybciej oraz wytrzymują więcej cykli, ale wprowadzają niewielki spadek napięcia i nagrzewają się przy dużych prądach. Do bardzo częstego przełączania (np. setki razy na minutę) lepszy będzie SSR, natomiast do typowych celów – zwykły przekaźnik mechaniczny w zupełności wystarczy.