Управление бистабильным поляризованным реле с двумя обмотками постоянным (логическим) уровнем
Как следует из названия, эти реле имеют два стабильных положения якоря. Это означает, что для перевода реле в другое стабильное состояние, на соответствующую обмотку необходимо подать короткий переключающий импульс. В промежутке между переключающими импульсами реле обесточено и энергии не потребляет.Это относится к реле с двумя обмотками, существуют поляризованные реле с одной обмоткой. У них для перевода реле в другое стабильное состояние требуется кратковременно подать импульс противоположной полярности. Это требует усложнения схемы (применение Н-моста), и в данной статье не рассматривается.
Общим для всех бистабильных поляризованных реле является то, что это реле импульсные. Т.е. управлять ими нужно короткими импульсами. Подача постоянного напряжения на обмотку импульсного реле в течении достаточно долгого времени способна вывести его из строя. Обычно это зафиксировано в паспорте реле. Импульсное же управление зачастую приводит к неоправданому переусложнению схемы устройства.
Можно заметить, что элементы DD1 включены по схеме «исключающее ИЛИ-НЕ» с выводами от промежуточных элементов и интегрирующей цепью R1C1 на входе обратной связи. Элемент DD1.4 в работе схемы не участвует и служит только о сигнализации о нештатных (аварийных) ситуациях.
Не буду здесь приводить таблицу истинности элемента «исключающее ИЛИ-НЕ», приложу проект Proteus (XOR-NOT.zip), желающие могут составить ее самостоятельно.
О назначении интегрирующей цепи R1C1. На время переключения контактов реле один вход составного элемента «повисает» в воздухе. Это может привести к неработоспособности схемы или паразитной генерации. Поэтому на время переключения этот вход «исключающее ИЛИ-НЕ» удерживается в предыдущем состоянии за счет инерционности С1. Постоянная времени цепи R1C1 влияет только на время перезарядки через контакты реле. А вот постоянная времени С1+«Входное сопротивление двух логических элементов» должна превышать время переключения контактов. Расчитать его проблематично, нужно подбирать на макетке. Но и завышать его не нужно, от него зависит время токопотребления реле. Нагрузочная способность выходов примененных логических элементов тут не влияет, т.к. зарядка/разрядка конденсатора С1 производится через контакты реле.
Если же модулей несколько, сигнал ошибки можно обьединить (Рис. 2).
Наглядный пример как это работает в Proteus, на входе логический 0:
На входе логический 1:
Хорошо видно, что в обоих случаях обмотки реле обесточены, токопотребление схемы определяется ничтожным статическим током КМОП микросхемы.
Недостаток данной схемы в требовании применения двухкатушечного бистабильного реле с «лишним» переключающим контактом для обратной связи.
Приложены (примеры для Proteus 7):
Xor-not.zip — учебный пример для понимания логики работы элемента «исключающее ИЛИ-НЕ»;
PLBI_Direct.zip — пример применения бистабильного реле в данной схеме;
P.S.
Схема была применена с реле РПС20 паспорт РС4.521.754
Аналогичные реле использовались в блоке памяти истребителей МИГ-15, МИГ-17.
P.P.S.
Из двухобмоточного поляризованного реле легко сделать однообмоточное, соединив обмотки последовательно в правильной полярности. Пример (классика), Радио, 1986 г. №8, стр.19. Квазисенсорный сетевой выключатель:
we.easyelectronics.ru
коммутация мощных нагрузок / Unwired Devices LLC corporate blog / Habr
Привет, Geektimes!Управление мощными нагрузками — достаточно популярная тема среди людей, так или иначе касающихся автоматизации дома, причём в общем-то независимо от платформы: будь то Arduino, Rapsberry Pi, Unwired One или иная платформа, включать-выключать ей какой-нибудь обогреватель, котёл или канальный вентилятор рано или поздно приходится.
Традиционная дилемма здесь — чем, собственно, коммутировать. Как убедились многие на своём печальном опыте, китайские реле не обладают должной надёжностью — при коммутации мощной индуктивной нагрузки контакты сильно искрят, и в один прекрасный момент могут попросту залипнуть. Приходится ставить два реле — второе для подстраховки на размыкание.
Вместо реле можно поставить симистор или твердотельное реле (по сути, тот же тиристор или полевик со схемой управления логическим сигналом и опторазвязкой в одном корпусе), но у них другой минус — они греются. Соответственно, нужен радиатор, что увеличивает габариты конструкции.
Я же хочу рассказать про простую и довольно очевидную, но при этом редко встречающуюся схему, умеющую вот такое:
- Гальваническая развязка входа и нагрузки
- Коммутация индуктивных нагрузок без выбросов тока и напряжения
- Отсутствие значимого тепловыделения даже на максимальной мощности
Но сначала — чуть-чуть иллюстраций. Во всех случаях использовались реле TTI серий TRJ и TRIL, а в качестве нагрузки — пылесос мощностью 650 Вт.
Классическая схема — подключаем пылесос через обычное реле. Потом подключаем к пылесосу осциллограф (Осторожно! Либо осциллограф, либо пылесос — а лучше оба — должны быть гальванически развязаны от земли! Пальцами и яйцами в солонку не лазить! С 220 В не шутят!) и смотрим.
Включаем:
Пришлось почти на максимум сетевого напряжения (пытаться привязать электромагнитное реле к переходу через ноль — задача гиблая: оно слишком медленное). В обе стороны бабахнуло коротким выбросом с почти вертикальными фронтами, во все стороны полетели помехи. Ожидаемо.
Выключаем:
Резкое пропадание напряжения на индуктивной нагрузке не сулит ничего хорошего — ввысь полетел выброс. Кроме того, видите вот эти помехи на синусоиде за миллисекунды до собственно отключения? Это искрение начавших размыкаться контактов реле, из-за которого они однажды и прикипят.
Итак, «голым» реле коммутировать индуктивную нагрузку плохо. Что сделаем? Попробуем добавить снаббер — RC-цепочку из резистора 120 Ом и конденсатора 0,15 мкФ.
Включаем:
Лучше, но не сильно. Выброс сбавил в высоте, но в целом сохранился.
Выключаем:
Та же картина. Мусор остался, более того, осталось искрение контактов реле, хоть и сильно уменьшившееся.
Вывод: со снаббером лучше, чем без снаббера, но глобально проблемы он не решает. Тем не менее, если вы желаете коммутировать индуктивные нагрузки обычным реле — ставьте снаббер. Номиналы надо подбирать по конкретной нагрузке, но 1-Вт резистор на 100-120 Ом и конденсатор на 0,1 мкФ выглядят разумным вариантом для данного случая.
Литература по теме: Agilent — Application Note 1399, «Maximizing the Life Span of Your Relays». При работе реле на худший тип нагрузки — мотор, который, помимо индуктивности, при старте имеет ещё и очень низкое сопротивление — добрые авторы рекомендуют уменьшить паспортный ресурс реле в пять раз.
А теперь сделаем ход конём — объединим симистор, симисторный драйвер с детектированием нуля и реле в одну схему.
Что есть на этой схеме? Слева — вход. При подаче на него «1» конденсатор C2 практически мгновенно заряжается через R1 и нижнюю половину D1; оптореле VO1 включается, дожидается ближайшего перехода через ноль (MOC3063 — со встроенной схемой детектора нуля) и включает симистор D4. Нагрузка запускается.
Конденсатор C1 заряжается через цепочку из R1 и R2, на что уходит примерно t=RC ~ 100 мс. Это несколько периодов сетевого напряжения, то есть, за это время симистор успеет включиться гарантированно. Далее открывается Q1 — и включается реле K1 (а также светодиод D2, светящий приятным изумрудным светом). Контакты реле шунтируют симистор, поэтому далее — до самого выключения — он в работе участия не принимает. И не греется.
Выключение — в обратном порядке. Как только на входе появляется «0», C1 быстро разряжается через верхнее плечо D1 и R1, реле выключается. А вот симистор остаётся включённым примерно 100 мс, так как C2 разряжается через 100-килоомный R3. Более того, так как симистор удерживается в открытом состоянии током, то даже после отключения VO1 он останется открытым, пока ток нагрузки не упадёт в очередном полупериоде ниже тока удержания симистора.
Включение:
Выключение:
Красиво, не правда ли? Причём при использовании современных симисторов, устойчивых к быстрым изменениям тока и напряжения (такие модели есть у всех основных производителей — NXP, ST, Onsemi, etc., наименования начинаются с «BTA»), снаббер не нужен вообще, ни в каком виде.
Более того, если вспомнить умных людей из Agilent и посмотреть, как меняется потребляемый мотором ток, получится вот такая картинка:
Стартовый ток превышает рабочий более чем в четыре раза. За первые пять периодов — то время, на которое симистор опережает реле в нашей схеме — ток падает примерно вдвое, что также существенно смягчает требования к реле и продлевает его жизнь.
Да, схема сложнее и дороже, чем обычное реле или обычный симистор. Но часто она того стоит.
habr.com
Автоматика: Импульсные (бистабильные) реле (ABB / F&F) на CS-CS.Net: Лаборатория Электрошамана
Импульсные реле ABB E257 с централизованным управлением в ассортименте
Продолжаем начатый расказ про автоматику. На этот раз действительно будет интереснее, потому что сегодня я буду рассказывать про штуку, которая давно есть, но про которую многие незаслуженно забывают. Это импульсные (бистабильные) реле. Эти устройства берут своё начало от обычных реле, которые, как известно, представляют собой катушку с контактной группой. Если на катушку подать напряжение, то возникающее магнитное поле притянет якорь (металлическую железку), который подвинет контакты и изменит их состояние. Например, замкнёт, разомкнёт или переключит. Самая главная фишка реле вообще — это то, что напряжение или ток, которыми надо питать катушку, могут быть достаточно маленькими, а токи, на которые будут рассчитаны контакты реле — огромными. Ну а если напряжение с катушки убрать, то под действием пружинки (которая обязательно там есть;) контакты вернутся в исходное состояние, как и было.
ВНИМАНИЕ! С осени 2015 года импульсные реле серии E250 (E251, E257 C) сняты с производства. Вместо них надо использовать Новые импульсные реле серии E290. Читайте про них новый пост с обзором и ссылкой на каталог.
Хитрая информация. Оказывается, кнопки для импульсных реле покупать не обязательно. Достаточно сделать (или найти подходящие) под них пружинки. Я написал про это отдельный пост: http://cs-cs.net/impulse-relay-buttons-ferum-ks.
Хорошо. А что ж такое импульсное реле и чем оно отличается от обычного? Ха! А вот чем. Оно умеет запоминать своё состояние: включенное или выключенное, даже если убрать напряжение с его катушки. А ещё оно работает по немного другому принципу. Если обычное реле при подаче напряжения на катушку принимает заранее известное состояние (включено, выключено или переключено), то импульсное — меняет своё состояние. Что-то вроде бумажки, на которой с одной стороны написано «Вкл», а с другой «Выкл», и кто-то эту бумажку каждый раз переворачивает, когда подаётся напряжение.
Из этого можно сказать, что самый главный плюс этого реле в том, что напряжение оно жрёт только в момент его переключения. А в другие моменты — вообще ничего не потребляет. Но это одновременно и минус, так как особо предугадать в каком оно сейчас положении будет — нельзя. Для какого-нибудь термостата это будет плохо. Вдруг напряжение пропадало, электроника ещё не успела запуститься, а реле так включенным и осталось? А вот для освещения — это огромное раздолье. Далее по тексту мы будем рассматривать импульсные реле применительно для управления освещением квартиры, дома, дачи и т.д., потому что конкретно ABBшные именно для этого и созданы.
Импульсное реле F&F BIS-402 в подрозетнике
Начнём экскурс с того, что импульсные реле у разных производителей называются по разному. У одних оно импульсное, у других — бистабильное, у третьих — блокировочное (потому что само себя блокирует в одном из положений). Импульсные реле бывают электромеханические и электронные. В электромеханических внутри будут находиться катушка с проволокой и контакты. Ну и пара рычажков с пружинками. К сожалению, я был бы рад ради статьи разобрать ABBшное электромеханическое импульсное реле, но оно сцуко дорогое и лишнего у меня нет. Если вдруг попадётся брак — обязательно разберу, мне ж самому интересно. В электронных импульсных реле внутри будет схема, которая считывает состояние входов и управляет обычным электромагнитным реле по какому-нибудь алгоритму.Самый главный недостаток у электромеханических реле — только тот, что они не светятся красивыми индикаторными светодиодами и выполняют всего лишь одну функцию. Скажем, выключаются или включаются попеременно. Хотите что-то другое? Милости просим в каталог, заказывайте, оплачивайте, ждите недель так 10. С другой стороны, электромеханика имеет одно главное преимущество перед электроникой — там НЕЧЕМУ ГЛЮЧИТЬ (об этом чуть позже)! Ну а главный плюс электроники в том, что функционал внутри неё можно реализовать любой. Кто мешает поставить какой-нибудь переключатель режимов и выбирать разные варианты у одного и того же изделия?
Управление освещением при помощи импульсных реле
Импульсные реле ABB E251 в ассортименте (в кучке)
А теперь переходим к самому вкусному. Почему же так часто управление освещением и импульсные реле стали одним целым и в последнее время одно без другого не может? Давайте посмотрим внимательно и подумаем. Как будет работать наше импульсное реле? Так как напряжение на него надо подавать кратковременно, то возьмём обычную кнопку и соберём простую схемку: кнопка будет подавать напряжение на катушку (включим её в разрыв одного из питающих проводов катушки реле). Что у нас будет? Нажали на кнопку один раз — реле, скажем, включилось. Нажали ещё раз — отключилось. А теперь если повесить на контакты реле питание лампочки — она и будет включаться и выключаться по кнопке.Хорошо. Но вопрос — нахрена? Для одной лампочки можно и обычный выключатель поставить. Парируем, можно сказать, споря с воображаемой аудиторией. А вот вы часто ночью в туалет просыпались? Если вы ещё и творческий человек (или просто распиздяй), то в темноте пока до выключателя света дойдёшь, который обычно при входе в комнату, можно и об какие-нибудь джинсы или книги грохнуться об пол. Было бы круто сделать так, чтобы свет в комнате можно было включать с двух мест: у кровати и при входе. Круто! Опытные электрики сразу же скажут: а поставим-ка мы сюда проходной выключатель! Он как раз и создан для того, чтобы одной лампочкой управлять с двух мест!
Но мы и на это найдём ответ. А если у нас места три? Скажем, мать его Г-образный коридор, или просто длинный. И например хочется включать свет с трёх мест: у его начала, конца и середины, где как раз удобная дверь в комнату. Ну так для этого есть более навороченная схема: два проходных выключателя и один перекрёстный выключатель в середине цепочки. И тут начинается геморрой. Чтобы это всё посчитать, купить, и, главное, подключить, надо явно употреблять тяжёлые глюкогенные средства, чтобы контактировать с космосом напрямую. Потому что между этими выключателями в лучшем случае кладётся трёхпроводный кабель. На концах он подключается одним способом, на перекрёстном другим, а с той стороны где в подрозетнике будет коммутация самого светильника — третьим. И причём каждый электрик делает по-своему. Например я в один подрозетник подвожу питание 220 на свет, концы от лампы и от цепочки проходных выключателей. Кто-то любит фазу подавать на начало цепочки, ноль — на другой конец, а лампу вообще хрен знает где ставить. Ещё кто-то — питание с одного конца, лампу — с другого. А если вся эта хренота ещё и двухклавишная, то это можно сразу умереть.
Импульсные реле F&F BIS-411 в щитке
Скажу честно — я никогда больше двух проходных (основного и ответного) не ставил. И не буду. И не потому, что у меня ума или усидчивости не хватит, чтобы все провода правильно и нормально скоммутировать, а ввиду бесполезности этого занятия. Зачем извращаться, если есть импульсные реле? Давайте-ка вместе заценим их удобство. Помните недавно описанную схему? Питание катушки реле через кнопку. А если таких кнопок параллельно поставить штук 5? А если 10? А если 20? А не вопрос! Да хоть 50! Кнопки ставятся тупо параллельно, между ними можно заложить чуть ли не несчастный ШВВП (на самом деле — не стоит, потому что для стационарной проводки он не предназначен; используйте обычный моножильный кабель 3×1,5 кв.мм!) о двух проводах, и ошибиться с подключением ну никак невозможно — негде ошибаться. В итоге подключение кнопок превращается в радость. А любая кнопка включит или выключит реле.Давайте разовьём идею дальше. Откроем каталог импульсных реле и вычитаем там что-то такое мутное про «централизованное управление«. На самом деле мутного там ничего нет, главное правильно понять. Если импульсное реле имеет централизованное управление, то у него кроме выводов для катушки будут ещё несколько выводов. Выводы работают просто: независимо от того состояния, в котором реле было (вкл или выкл) они насильно включают или выключают его. Вот входов централизованного управления может быть 1 или 2. Если 1 — то он скорее всего принудительно выключает реле, а если два — то один включает, другой выключает.
ОКей. Ясно. Ну а почему управление централизованное? А тут вообще всё просто! Можно взять несколько импульсных реле. Например пусть у нас вся квартира будет иметь управление светом на импульсных реле. По одному реле на каждую комнату, а в комнате — по нескольку кнопок (у входа, кровати-дивана-телика и т.д.) Вот возьмём и соединим вместе все контакты «OFF» таких реле. Прямо тупо параллельно, без каких-то специальных схем или заморочек. Теперь если подать на этот OFF питание (обычно между одним из контактов штатной катушки и одним из централизованных конткатов), то ВСЕ наши реле сразу же отключатся, без разницы в каком они состоянии были. Чуете чем пахнет? Умный дом, ёпт! Ставим отдельную кнопку при выходе из квартиры, в прихожей. Нажал — весь свет сразу погас. «Уходя — гасите свет». И думать — не надо!
Чтобы было интересно, большинство производителей предлагают к своим импульсным реле с центральными управлением некую штуку — групповой модуль. У ABB он например зовётся E250 GM. Эта штука похожа на диод и занимается тем, что пропускает сигналы управления только с входа на выход. Нужна она вот зачем. Скажем, квартира у нас плоская, и отключать весь свет сразу — отличная идея. А если у нас двухэтаэный (или больше) дом? Было бы круто сделать отключение света по этажам такой кнопкой. «Ну так и хорошо!», — скажете вы — «Объединим реле по этажам, и на этажах сделаем кнопки». Ага. А самая главная фишка «при выходе из дома нажал — отключил весь свет» потерялась. Теперь соединить вместе все входы OFF увсех реле всех этажей не получится — они все сразу и будут отрубаться. Вот тут-то групповой модуль нам и пригодится. Его надо будет поставить на все группы реле на каждый этаж. Он не пропустит локальный сигнал отключения этажа на другие этажи (назад сигнал не идёт, только «вперёд»), а вот глобальный сигнал отключения пропустит сразу на всё. И таких групп можно делать сколько влезет. Они будут подобием некоей вложенной иерархии. И каждый раз более «главный» сигнал будет отключать всё, что ему подчиняется.
Вот такие вот фишки на проходных выключателях уже не реализуешь! Гы гы гы! Поэтому я и решил, что если где-то будет больше 2х проходных, то вот там и следует рассмотреть возможность установки импульсного реле. Пойдём дальше.
Сравнение импульсных реле ABB и F&F (электромеханика против электроники)
Сравнивать есть что, потому что я попользовался по разику одними и другими реле. Попробую аккуратно по абзацам разобрать их различия и возможности.
Первое. Удобность и надёжность. У ABB — электромеханика. Как я уже говорил, там сгорать или глючить нечему. Кратковременное перенапряжение? Да пофигу! Полярность — какая полярность на переменном токе?! Помехи или линия управления метров под 100? Установи ограничитель импульсных перенапряжений (варистор), и забей на всех! У F&F — наоборот. Ему требуется полноценное аккуратное питание. И желательно стабильное в 220-230 вольт. Фаза и ноль должны подаваться на реле всегда, а для кнопки они предусмотрели отдельный управляющий вход.
Как оказалось, у F&F электроника безбожно глючит как понос. Насчёт реле напряжения CP-721 ничего сказать не могу, а вот эти сраные импульсные реле живут себе на уме и включаются и выключаются как им хочется. Я писал об этом вот здесь: NYM + F&F = ФТопку!, а радовался — когда собирал на них щиток: Силовой щиток с автоматикой. Оказалось, что у напарничка что-то со стояком в подъезде, потому что напряжение в нём прыгает на 2-5 вольт постоянно так, что даже заметно подёргивание света. Опросили соседей этажами выше-ниже — та же фигня. Вот видимо F&F при этом думает сцуко что потенциал на управляющем входе изменился и срабатывает. Приходишь в квартиру после недельного отсуствия — ОПА! А там ёпта свет. Имитация присутствия!
Второе. Безопасность. Здесь F&F делает ABB потому что у F&F предусмотрен отдельный вход для кнопки управления, который может срабатывать при подаче на него не фазы, а нуля (N) питающего напряжения. При этом у него проблемы с помехозащищённостью (см. выше) и слишком высокая чувствительность, что ограничивает максимальную длину линии управления. Если нужна кондовость — то снова смотрим в сторону электромеханики от ABB: там по проводам идёт голое 220 как есть, всякие помехи (если это не удар молнии) реле пофигу. А безопасность — сомнительна, потому что кнопка для импульсного реле так же опасна или безопасна как обычный выключатель на стене. И, кстати, отличается от обычного выключателя наличием всего лишь одной пружинки, которая этот выключатель возвращает в исходное положение после того как на него перестали жать.
Третье. Место установки. Реле от ABB ставятся ТОЛЬКО в щиток на DIN-рейку. А у F&F есть моделька BIS-402, которую можно запихать в какой-нибудь подрозетник. С этим вот вопросом философия двоякая. В подрозетник много не наставишь, и функционала от этого более чем от проходного выключателя ждать не следует. В щитке, конечно, можно развернуться, но это чревато тем, что вам придётся тащить до щитка провод от каждой группы кнопок и каждой группы ламп, которые этими реле и управляют (поэтому в Ктулхулизации и получилось 3.2 км кабелей). Следствие — раскошеливаетесь на кабель, но получаете огромный функционал. А если захотите и будет место в щитке — потом выкините эти реле и воткнёте туда умный дом. Сейчас я перерос все эти подрозетники и всё тащу до щитка. Надо реле? Значит вот так-то и никак иначе. Извращения — это не ко мне.
Четвёртое. Доступность и цена. Что говорить, тут конечно ABB сливает. У F&F цены вкусные, доступность чуть ли не в каждом ларьке весь выбор продукции. В ABB ты должен внимательно изучить каталог, вкурить коды заказа, заказать, оплатить и ждать. Средний срок поставки каких-нибудь импульсных реле с центральным управлением у ABB — 9-10 недель. Для себя я выбираю ABB в сторону надёжности и кондовости.
Пятое. Внешний вид и рюшечки. У F&F рюшечки — это парочка индикаторных светодиодов. Зелёный означает поданное питание, а красный — сработавшее (включенное) реле. У ABB ничего такого нет. что бы светилось в щитке за прозрачной дверкой. Зато у ABB есть рычажок (прям как клитор) ручного управления контактами реле. Его можно без особого усилия передвинуть и включить или выключить реле, если вдруг автоматика, котрая им управляет, дала сбой. Электромеханика сохранит своё состояние при отключении напряжения, а F&F — отключится, и если у вас в 22 часа зимой дёрнулось напряжение по дому — будете сидеть без света. Подсветка кнопок с ABB будет работать нормально, как на обычных лампочках, а в случае F&F мне так и не удалось заставить её работать.
Синтетический пример автоматики с импульсным реле (испытания)
Схема для тестирования работы импульсного реле
Моя неоднократно упоминаемая Ктулхулизация электроэнергии (и всей страны) поставила мне, как я там и писал, конкретную задачу. Нужно создать на основе импульсных реле такую хрень, чтобы сразу включать весь свет, сразу же его весь выключать или управлять каждым светом по отдельности. А ещё прикрутить к этому датчик движения так, чтобы он всегда при движении включал светодиодную подсветку у пола. И, когда он бы выключался — то за собой гасил бы весь свет.Сразу же комментирую возникающий вопрос «а не устанет ли клиент со своим датчиком движения кнопки жать, если он у телика валяется, а свет погас?». Данная конструкция предполагается только в тех местах, где люди ходят. Типа туалета (минут 15 сидишь и двигаешься), и коридора. Коридор — самое идеальное: прошёл, включил, ушёл — всё погасло. Экономия и нанотехнологии ;).
Так вот с общим включением и выключением всех импульсных реле всё было просто — берём реле с централизованным управлением, параллелим все их входы «ON» и «OFF» и радуемся жизни. А вот с отключением по отключению датчика пришлось привлекать на помощь реле времени, которое было найдено опять же у ABB и формировало импульс при пропадании управляющего напряжения (по спаду фронта). То что у меня получилось — записано на видюшке (к сожалению, оригинала вообще нет, есть только в таком качестве). Видюшку писал весь день, потому что добрые люди мне очень вовремя то звонили на городской, то на сотовый. А пока писал — уже сам забыл что и зачем я там показываю.
Импульсное реле F&F BIS-411: Препарация
Ну а западло с глючащим F&F кончилось оооочень просто. Я задолбался, поехал и купил самые простейшие электромеханические импульсные реле от ABB: «ABB E 251-230 Реле блокировочное электромеханическое (250V 1xН.О. 16А)«, и сегодня утром мы поставили их в его щиток вместо F&F. Полёт — нормальный, и мне дико нравится! Монтаж щитка переделывать совсем не пришлось,только удлинить перемычки с выходов реле до клеммников. Заодно дополнил его щиток ограничителями на DIN-рейку и наклеечками с обозначениями автоматов. А ещё мы с ним решили поставить ему все розетки на 220 и прочие. Ставили мы их два дня, и почему-то ни разу за день не было слышно МАТА. Только тишина и вжики шуруповёрта. А потом я сообразил — потому что это UNICA =)) UNICA ставится без мата — можно прям рекламный слоган делать)
Импульсные реле ABB E251 в щитке вместо реле от F&F
Собранный щиток ABB UNIBOX на импульсных реле
А вообще его ремонт длится так долго, что у него на балконе прогнили мешки с керамзитом, а какая-то ипнутая птица в круглом мотке NYM’а свила ГНЕЗДО! Ну а с F&F я больше глобально НИКОГДА не буду работать! Только мелкие исключения. И я был чертовски прав, что не связался с их автоматикой на этом большом заказе. ABB рулит!
А вотF&F’овское реле я ради интереса вскрыл и начал ржать.
Вскрытое импульсное реле F&F BIS-411
Электронная начинка импульсного реле F&F BIS-411
Вид на силовую плату и коммутационное реле
Во-первых, у них там реально МИКРОКОНТРОЛЛЕР! Я ожидал встретить кучку транзисторов, ну типа примитивного триггера и компаратора. А тут — какой-то PIC 12fчто-то там. Питание бестрансформаторное через конденсатор. Плата — универсальная, есть заголовки сразу под три управляющих входа (центральное управление?). Ну и основной вход управления у меня сразу же отвалился: холодная пайка. Разбираться — влом. В топку! Остальные два реле сначала решил подержать про запас, а потом подумал — и тоже выкинул.
cs-cs.net
Как посчитать 2+2, используя электромагнитные реле / Habr
В прошлый раз я кратко описал то, как создавался первый модуль моего (будущего) компьютера на электромагнитных реле – арифметико-логическое устройство. Сейчас я хочу немного рассказать о принципах работы этого АЛУ, а точнее, как устроено выполнение логических и арифметических операций.
Электромагнитные реле состоят из обмотки, якоря и переключателей. При возникновении тока в обмотке, она притягивает к себе якорь, а тот переводит переключатели из одного состояния в другое. На картинке выше показано как выглядят реле, использованные в АЛУ, а на картинке ниже – назначение их контактов.
Эти реле имеют по 4 переключателя. Когда ток по обмотке не течет, переключатели соединяют между собой контакты 1-9, 2-10, 3-11 и 4-12. Если же на обмотку подать напряжение (в моем случае это 24В), то положение переключателей изменится на 5-9, 6-10, 7-11, 8-12.
Для того чтобы рисовать схемы компонентов компьютера, я использовал те же обозначения реле, что и в документации к HPRC:
Здесь нарисован только один из проводников, подведенных к катушке, потому что второй всегда заземлен, а значит обозначать его на схеме нет смысла. Так как я использовал реле со светодиодными индикаторами включения, это однозначно определило то, какой контакт катушки используется как «+», а какой – как «–».
В полупроводниковых логических схемах низкий уровень напряжения означает логический «0», а высокий – логическую «1». Например, в КМОП-схемах, заданный вход соединяется с «землей», если на него нужно подать логический «0».
В схемах на электромагнитных реле все несколько проще. Если мы принимаем за «1» уровень напряжения, включающий реле, то за «0» можно принять любое как напряжение, при котором реле выключается, так и отсутствие подключения вообще. Во втором случае реле также отключится, как и задумывалось. Таким образом, за «1» принимается напряжение питания (в моем случае это 24 В), а за «0» – отсутствие подключения к питающей цепи. Такой способ позволяет легко управлять сигналами с помощью подключения/отключения к проводникам источника питания.
Еще одно отличие электромагнитных реле от полупроводниковой логики – нагрузочная способность выходов. Она ограничена лишь мощностью блока питания, т.е. к любому выходу реле можно подключить неограниченное (в разумных пределах, конечно) число входов, что упрощает проектирование устройства.
Принципы, по которым я строил АЛУ, в большинстве своем были заимствованы из подробного описания HPRC. А этот компьютер, в свою очередь, частично основан на идеях Конрада Цузе образца 1941 года. В частности, оттуда и берет свое начало.
Сумматор
Используемый в моем АЛУ сумматор был придуман Конрадом Цузе для его машины Z3, построенной в военной Германии. Такой сумматор состоит из 8 последовательно соединенных 1-битных сумматоров. На входе каждого из них два бита операндов, а также биты переноса и инвертированного переноса. На выход каждый 1-битный сумматор выдает результат вычислений, то есть сумму входных битов с учетом переноса. Кроме этого, вычисляются перенос и инвертированный перенос, подающиеся на следующий сумматор.
Чтобы эта схема смогла закончить вычисления, необходимо, чтобы прошло время для переключения 8 последовательно соединенных реле. Полная схема сумматора показана на картинке:
Вот что происходит со схемой, если на вход сумматора подать 2 и 2 (красным обозначены проводники, на которые подано напряжение питания). Два реле, соответствующие первым битам операндов, переключились, а остальные остались в исходном состоянии:
Логический модуль
Логический модуль я также полностью скопировал из HPRC. Побитовые логические операции выполняются параллельно для всех 8 битов результата сразу. Так как все биты независимы, схема работает быстрее, чем сумматор (хотя заметить это практически невозможно). Логический модуль выполняет операции НЕ, И, ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (они же NOT, AND, OR и XOR).
Логическое НЕ работает так: вход логического элемента подключен к обмотке реле; к одному из входов подключен источник питания; выходом элемента является нормально замкнутый контакт для этого входа. Таким образом, при подаче «1» на вход, реле переключается, и от выходного контакта отключается источник питания:
Логическое И реализуется с помощью последовательного соединения двух нормально разомкнутых контактов, каждый из которых управляется одним из входом элемента:
Используемый способ представления логических значений с помощью электрических сигналов позволяет реализовать операцию OR с помощью «монтажного ИЛИ» просто соединив соответствующие провода:
Но у такой схемы есть один недостаток – значение одного из входных сигналов может повлиять на другой (а каждый из этих проводов может быть подключен куда-то еще). Например, на рисунке ниже b=1 приведет к тому, что «1» будет не только на обоих выходах, но и на входах c и d, даже если сами c и d равняются «0».
Проблема решается с помощью дублирования сигналов нормально разомкнутыми контактами реле, к катушкам которых эти сигналы подключены:
Полностью схема логического модуля выглядит так:
Кроме перечисленных логических операций эта схема генерирует еще и входные сигналы для модуля сдвига. Это необходимо по той же причине, по которой в большинстве случаев не получается использовать простое «монтажное ИЛИ» – работа модуля сдвига может повлиять на его же входные сигналы.
Вычитатель
Модуль вычитателя мне скопировать было не с кого (так как HPRC вычитать попросту не умеет), поэтому я взял таблицы истинности для однобитных сумматоров и вычитателей, сравнил их, и переделал схему сумматора в схему вычитателя. Получилась очень похожая на сумматор конструкция:
Модуль сдвиговых операций
Модуль, выполняющий сдвиги, уникален тем, что состоит только из проводов. Мне были нужны только операции сдвига вправо (сдвиг влево легко делается с помощью операции сложения): сдвиг вправо с переносом и без, а также вращение вправо. Таким образом, чтобы выполнить эти операции, достаточно соединить входные сигналы с шины данных с выходными внутренней шины АЛУ в нужном порядке:
В заключение приведу картинку, на которой видно, какой результат вычисления всех операций получается для операндов 3 и 2 (выбранные значения видно по тумблерам в левом нижнем углу, а также по индикаторам реле в каждом из модулей). Это возможно, так как работа модулей не зависит от того, какая операция выбрана (от этого зависит только, какой именно из результатов будет защелкнут).
Здесь описаны все блоки, выполняющие логические и арифметические операции, в АЛУ, которое войдет в состав компьютера на электромагнитных реле.
Я начал эту работу с АЛУ, потому что в его состав входят очень многие вещи, которые будут использоваться в других модулях: элементарные логические операции, сумматор (операция увеличения PC будет выполняться специальным блоком инкремента), а также блоки для коммутации с шинами и регистры.
В следующей статье я планирую описать логическую структуру АЛУ, а также затронуть планируемые архитектуру и систему команд компьютера в целом.
habr.com
принцип действия, сферы применения и технические параметры
Содержание статьи:
Промежуточное реле – часть электронного устройства, используемая в электрических и электронных схемах для преобразования и усиления электрических сигналов, размыкания и замыкания цепей. Аппарат координирует работу блоков аппаратуры, отдельных элементов, мощных устройств. Используется практически во всех отраслях промышленности и бытовой технике.
Назначение промежуточного реле
Промежуточное реле – устройство, обеспечивающее работу нескольких электрических цепей
Это вспомогательное устройство, которое призвано контролировать действие различных станков и комплексов. Обеспечивает работу сразу нескольких электрических цепей, когда необходимо произвести одновременную коммутацию разных контактов.
Например, один из контактов должен выдать на экран реле аварийный сигнал, а другой – выполнить выключение. Либо с помощью одного соединения происходит запуск станка, другое производит выключение иной части устройства.
А также промежуточное реле (РП) применяют для замедления реакции при необходимых высоких нагрузках. Для контроля основного реле, которое коммутирует большие значения силы тока в условиях высокого напряжения.
Промежуточным реле называют потому, что в цепи управления оно находится между источником импульса, которым управляет, и силовыми исполнительными цепями.
Устройство РП
Конструкция промежуточного реле
Конструкция устройства зависит от производителя и может изменяться в соответствии с назначением. Стандартный прибор состоит из следующих узлов:
- электромагнитная катушка с сердечником;
- магнитопровод;
- пружинный механизм;
- группа контактов.
Обмотка катушки содержит большое количество витков изолированного медного провода. Внутри расположен металлический сердечник, который закреплен Г-образной пластиной (ярмо). Над катушкой установлена пластина или якорь. Он выполнен из металла и удерживается возвратной пружиной. Подвижные контакты закреплены на якоре. Пара неподвижных контактов расположена напротив. Сердечник и катушка вместе образуют электромагнит. Такие детали, как ярмо, сердечник, и якорь – это составные части магнитопровода.
РП могут быть рассчитаны как на постоянный, так и переменный ток, с напряжением от 12 до 220 вольт. Внешне приборы ничем не отличаются. Устройство, работающее на постоянном токе, имеет цельный магнитопровод. Если он набран из отдельных пластин, прибор предназначен для работы с переменным током не выше 10 ампер.
Для удобства монтажа устройства используют своеобразные колодки, что позволяет установить реле промежуточное на 220В на дин-рейку. В приспособлении имеются отверстия под контакты реле, а также контактные винты, чтобы подключить внешние проводники. Как входные, так и выходные контакты имеют одинаковую нумерацию.
Виды промежуточных реле
Промежуточное реле на Din-рейку
По конструкции они разделяются на реле электромагнитные промежуточные или механические и электронные приборы. Механические реле могут работать в разных условиях. Это долговечные и надежные приборы, но недостаточно точные. Поэтому чаще в цепь монтируют их аналоги – электронные реле на дин-рейку. Также реле можно установить на ровную поверхность. Для этого фиксаторы замков нужно раздвинуть.
По назначению устройства делятся на следующие категории.
- Комбинированные взаимозависимые приборы, функционирующие в группе.
- Логические устройства, которые работают на микропроцессорах в цепи с цифровыми реле.
- Измерительные, с механизмом подстройки, срабатывающие на определенный уровень сигнала.
По способу работы РП бывают прямые, которые непосредственно размыкают или замыкают цепь, и косвенные, работающие вместе с другими устройствами. Они не размыкают цепь сразу после поступившего сигнала.
Есть приборы максимального типа переключения, когда срабатывание происходит в момент увеличения порогового значения параметра цепи. Минимальный тип срабатывает во время снижения характеристик.
По способу подключения в цепь есть первичные, которые можно подключать в цепь напрямую. Вторичные устанавливают через катушки индуктивности или конденсаторы.
Есть группа реле защиты, по принципу действия похожих на промежуточные. Различают полупроводниковые приборы, индукционные, поляризационные и электромагнитные. Например, устройство контроля фаз – реле kv.
Принцип работы
Схема управления асинхронным двигателем с применением промежуточного реле
Основа функционирования – слаженное взаимодействие магнитного потока катушки и подвижного якоря, который этим потоком намагничивается. Якорь удерживается пружиной и не касается сердечника, пока на обмотку не будет подано напряжение.
Когда начинает проходить ток, магнитное поле намагничивает сердечник. Он притягивает якорь, форсируя натяжение пружины. Подвижные контакты на якоре перемещаются, замыкаясь или размыкаясь с неподвижными контактами. После отключения напряжения ток исчезает, сердечник размагничивается, возвратная пружина возвращает якорь и контакты в исходное положение.
Применительно к назначению реле контакты могут быть нормально разомкнутые, нормально замкнутые и перекидные. Один прибор может иметь сразу несколько групп контактов. Такая конструкция позволяет одновременно управлять несколькими электрическими цепями.
К контактам предъявляются особые требования. Они должны обладать хорошей электропроводностью, низким переходным сопротивлением, без склонности к привариванию, а также иметь большую износоустойчивость и длительный срок работы.
Изготавливают контакты из сплава твердых и тугоплавких металлов, металлокерамических составов. Чаще их делают из серебра. Материал имеет низкое сопротивление, высокую электропроводность, неплохие технологические свойства, к тому же он сравнительно недорогой.
На схемах катушка реле обозначается в виде прямоугольника с буквой «К» и порядковым номером. Контакты прописываются такой же буквой, но с двумя цифрами. Из них первая означает порядковый номер реле, а вторая – номер контактной группы, к которой оно относится. Цифры прописываются через точку. Контакты соединяются прямой штриховой линией, если они расположены рядом.
Контакты на схеме изображаются при условии, что на реле не поступает напряжение. Схема и обозначение выхода контактов обычно указана производителем на крышке, которая закрывает рабочую часть прибора.
Область применения
Промежуточное реле в электрощитке
РП есть почти во всех схемах питания, управления и защиты. Коммутационные аппараты используются в подстанциях, диспетчерских, котельных. На производственной линии прибор может выполнять как одновременно, так и последовательно несколько коммутаций в цепях управления или питания. РП широко используют для вычислительной техники, в телекоммуникациях, средствах управления и прочих электронных приборах.
В системах водоснабжения и подогрева при включении глубинного насоса питание поступает на катушку. При замыкании контактов начинает работать система контроля. Дисплей отображает параметры напряжения, фазные токи нагрузки, при необходимости температуру и другие данные в зависимости от сложности схемы.
В системе подогрева реле выступает как усилитель управляющего сигнала. Тепловой датчик подает сигнал, который включает РП. Контакты последнего подают напряжение на обмотку, после чего контакты замыкаются. Таким образом происходит подключение питания к тэну, кипятильнику, бойлеру и другим мощным нагревательным приборам.
Параметры изделий
РП разного типа имеют свой набор параметров в отношении технических характеристик. Необходимость в тех или иных данных возникает исходя из задач, предъявляемых прибору. Основные характеристики, ответственные за нормальную работу реле:
- чувствительность;
- ток (напряжение) срабатывания, отпускания, удержания;
- коэффициент запаса;
- рабочий ток;
- сопротивление обмотки;
- коммутационная способность;
- габариты;
- электрическая изоляция.
Необходимо знать, при какой температуре и влажности возможна эксплуатация прибора, взрывоопасность рабочей среды, допустимую концентрацию пыли. Эти параметры изложены в технических условиях или руководстве по использованию. Род тока и рабочее напряжение указан на обмотке устройства.
РП – важная и неотъемлемая составляющая большинства цепей в энергетике. Разнообразие моделей свидетельствует о том, что такой коммутационный прибор способен в полном объеме выполнять множество функций в любой схеме.
strojdvor.ru
12V программируемый модуль задержек с наличием входа для управляющих импульсов
Продолжение обзора описания релейных модулей для DIY, модуль на три кнопки -описание работы и диаграммыВ прошлом обзоре я описывал циклическое реле работающее по коду PS — в режиме LI (Асимметричный повтор цикла (начальный импульс ВКЛ)). В этом обзоре рассмотрим более навороченный модуль с набором предустановленных программ и возможностью управления дополнительными импульсами.
Ссылка в шапке на иной магазин
ЗАКАЗАН был модуль YYC-2, а получил несколько иное, вот про него ниже и будет небольшой рассказ.
На самом деле заказанное реле отличается от полученного в основном полярностью управляющих импульсов. Меня интересовало управление +12в. При проверке оказалось что оно никак не хотело управляться при подаче на управляющий контакт +12в, но управлялось подачей минуса. Была написана претензия магазину с фото разницы плат реле (заявленного и присланного).
Магазин, в котором делалась покупка (в моей практике) всегда довольно быстро и легко решает всякого рода проблемы с товарами. Этот случай не был исключением — мне вернули деньги без проблем. Повторную отправку магазин не рискнул производить, т.к. не был уверен в модификации партии имеющихся в наличии модулей.
Реле со страницы магазина и реально присланное. (Фотка которую предоставлял магазину по несоответствию)
Так как в интернете практически не встречаются детальные описания продаваемых китайцами реле(а продавцы при подобных вопросах часто вообще впадают в ступор), то покупать приходиться «на ура» и уже в процессе выяснять характеристики. Чтобы немного облегчить задачу покупателям и начал писать обзоры по подобным модулям, которые удалось протестировать.
Начну пожалуй с того, что многие подобные модули бывают нескольких вариантов напряжения питания, как правило отличаются выходным реле, на котором можно и рассмотреть вариант конкретной модификации…
Поэтому это тоже необходимо иметь ввиду при выборе.
Заявленные характеристики (на странице продавца для YYC-2)
Specifications:
рабочее Напряжение: 12 в ПОСТОЯННОГО ТОКА В/DC 24 В (Опционально)
Диапазон времени (Устанавливается): 0.1 ~ 99.9 секунд; 1 ~ 999 секунд; 1 ~ 999 минут
сигнал Напряжения: DC 4 ~ 20 В
выходная Мощность: Может Контролировать Нагрузку в пределах DC 30 В 10А или AC 220 В 10A
статический Ток: 20mA
рабочий Ток: 50mA
рабочая Температура:-40 ~ 85 ° C
Размер ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ: 64*35*18 мм/2.52*1.4 * 0.7in (L * W * H)
PCB Вес: 25 г/0.89 унц.
Размеры ПРИСЛАННОГО модуля
Сам модуль поближе. Как видим присутствуют удобные клеммники для соединения по питанию и коммутационным выходам. Имеются нормально замкнутый и нормально разомкнутый контакты с заявленным током до 10А (столько не рекомендовал бы коммутировать). 
Реле имеет 4 основных предустановленных режима работы и возможностью изменения таймингов включенного и выключенного состояний, кроме того в двух режимах имеются дополнительные «вариации» режимов.
Начнем пожалуй с «конца» 😉 — так будет проще в нашем случае… В описании будет встречаться фразы типа «контакты реле замыкаются» — поскольку наше реле имеет как нормально замкнутые, так и нормально разомкнутые контакты то можно рассматривать как «контакты реле замыкаются/размыкаются» — смотря какие рассматриваем.
Режим Р14
Классифицируется по коду PS как ВЕ (все режимы будем рассматривать исходя из этого кода)
Задержка отключения с управляющим сигналом (лестничное реле времени)
Электропитание постоянно подается на таймер. Выходные контакты замыкаются при подаче управляющего сигнала «с». При размыкании контактов управляющего сигнала, контакты выходного сигнала размыкаются с заданной задержкой по времени (при последующих импульсах сигнала период времени будет увеличен).
Режим Р13
по коду PS- LI
Асимметричный повтор цикла (начальный импульс ВКЛ)
Питание подается на таймер. Выходные контакты срабатывают немедленно и переключаются между положениями ВКЛ и ВЫКЛ до тех пор, пока подается питание. Время пребывания в замкнутом (Тa) и разомкнутом (Тr) состоянии настраивается независимо.
Режим Р12
по коду PS- GE
Импульсы с задержкой с управляющим сигналом при включении
Электропитание постоянно подается на таймер. При замыкании управляющего контакта «с» происходит отсчет временной задержки, после которой выходные контакты замкнуться на фиксированное время Tc
В этом режиме после временных задержек есть возможность выбрать канал1 или канал2 кнопкой К1.
Если выбрать канал2, то несколько изменится режим работы, теперь реле будет отрабатывать во время временных задержек на замыкание управляющего контакта. Как такового подходящего режима в описании кодов PS не нашел, отличается от предыдущего режима только тем, что при замыкании/размыкании управляющего контакта происходит сброс таймера задержки включения и происходит цикл заново.
Режим Р11
по коду PS- DE (при выборе канала 1)
Интервалы по управляющему сигналу при включении
Электропитание постоянно подается на таймер. При кратковременном или постоянном замыкании контактов управляющего сигнала «с», выходные контакты незамедлительно замыкаются на предустановленный интервал времени.
по коду PS — ВЕ(при выборе канала 2)- аналогично режиму P14
Задержка отключения с управляющим сигналом (лестничное реле времени)
Электропитание постоянно подается на таймер. Выходные контакты замыкаются при подаче управляющего сигнала «с». При размыкании контактов управляющего сигнала, контакты выходного сигнала размыкаются с заданной задержкой по времени (при последующих импульсах сигнала период времени будет увеличен).
При выборе канала 3 происходит не совсем четкая отработка (как мне показалось) замыканий/размыканий при подаче управляющего сигнала. Скорее всего режим считает количество нажатий. Поочередно включается таймер то при замкнутом управляющем сигнале (отключается реле сразу при его снятии), то при разомкнутом (отключается при подаче сигнала).
Все тайминги и режимы сохраняются в памяти при длительном отключении от питания!
Потребляемый ток при включенном реле 60мА
При отключенном 20мА
Теперь немного описания управляющих кнопок. Их всего три.
К1 — долгое нажатие вход в выбор режима (начинает мигать режим).
После этого К1 — по кругу перебор режимов (Р11-Р14) а К2-К3 настройка таймингов.
К2 — выбор знака,
К3 -выбор значения,
После выбора последнего значения К3 — выбор множителя.
В режимах Р11-Р12 в режиме настройки таймингов К1 активна, и по кругу выбирает канал (1-2, 1-2-3).
Как я думаю вполне полезная схемка, под определенные задачи — надеюсь мое тестирование сможет немного облегчить жизнь задачу выбора 🙂
mysku.ru
Практическое применение и схемы подключения твердотельного реле
Классические пускатели и контакторы постепенно уходят в прошлое. Их место в автомобильной электронике, бытовой технике и промышленной автоматике занимает твердотельное реле – полупроводниковое устройство, в котором отсутствуют какие-либо подвижные части.
Приборы имеют различные конструкции и схемы подключения, от которых зависят их сферы применения. Прежде чем использовать устройство, необходимо разобраться в его принципе действия, узнать об особенностях функционирования и подключения разных видов реле. Ответы на обозначенные вопросы подробно изложены в представленной статье.
Содержание статьи:
Устройство твердотельного реле
Современные твердотельные реле (ТТР) представляют собой модульные полупроводниковые приборы, являющиеся силовыми электропереключателями.
Ключевые рабочие узлы этих устройств представлены симисторами, тиристорами или транзисторами. ТТР не имеют подвижных частей, чем отличаются от электромеханических реле.
Размер твердотельного реле во многом зависит от максимально допустимой нагрузки и возможности отводить тепло путем теплопередачи и конвекции (+)
Внутреннее устройство этих приборов может сильно различаться в зависимости типа регулируемой нагрузки и электрической схемы.
Простейшие твердотельные реле включают такие узлы:
- входной узел с предохранителями;
- триггерная цепь;
- оптическая (гальваническая) развязка;
- переключающий узел;
- защитные цепи;
- узел выхода на нагрузку.
Входной узел ТТР представляет собой первичную цепь с последовательно подключенным резистором. Предохранитель в эту цепь встраивается опционально. Задача узла входа – принятие управляющего сигнала и передача команды на коммутирующие нагрузку переключатели.
При переменном токе для разделения контролирующей и основной цепи применяют гальваническую развязку. От её устройства во многом зависит принцип работы реле. Ответственная за обработку входного сигнала триггерная цепь может включаться в узел оптической развязки или располагаться отдельно.
Защитный узел препятствует возникновению перегрузок и ошибок, ведь в случае поломки прибора может выйти из строя и подключенная техника.
Основное предназначение твердотельных реле – замыкание/размыкание электрической сети с помощью слабого управляющего сигнала. В отличие от электромеханических аналогов, они имеют более компактную форму и не производят в процессе работы характерных щелчков.
Принцип работы ТТР
Работа твердотельного реле довольно проста. Большинство ТТР предназначено для управления автоматикой в сетях 20-480 В.
Оптическая развязка позволяет создавать управленческие сигналы минимальной мощности, что критически важно для датчиков, работающих от автономных источников питания (+)
При классическом исполнении в корпус прибора входит два контакта коммутируемой цепи и два управляющих провода. Их количество может изменяться при увеличении количества подключенных фаз. В зависимости от наличия напряжения в управляющей цепи, происходит включение или выключение основной нагрузки полупроводниковыми элементами.
Особенностью твердотельных реле является наличие небесконечного сопротивления. Если контакты в электромеханических устройствах полностью разъединяются, то в твердотельных отсутствие тока в цепи обеспечивается свойствами полупроводниковых материалов.
Поэтому при повышенных напряжениях возможно появление небольших токов утечки, которые могут негативно сказаться на работе подключенной техники.
Классификация твердотельных реле
Сферы применения реле разнообразны, поэтому и их конструктивные особенности могут сильно отличаться, в зависимости от потребностей конкретной автоматической схемы. Классифицируют ТТР по количеству подключенных фаз, виду рабочего тока, конструктивным особенностям и типу схемы управления.
По количеству подключенных фаз
Твердотельные реле используются как в составе домашних приборов, так и в промышленной автоматике с рабочим напряжением 380 В.
Поэтому эти полупроводниковые устройства, в зависимости от количества фаз, разделяются на:
- однофазные;
- трехфазные.
Однофазные ТТР позволяют работать с токами 10-100 или 100-500 А. Их управление производится с помощью аналогового сигнала.
К трехфазному реле рекомендуется подключать провода различных цветов, чтобы при монтаже оборудования можно было правильно их присоединить
Трехфазные твердотельные реле способны пропускать ток в диапазоне 10-120 А. Их устройство предполагает реверсивный принцип функционирования, который обеспечивает надежность регуляции одновременно нескольких электрических цепей.
Часто трехфазные ТТР используются для обеспечения работы асинхронного двигателя. В его электросхему управления обязательно включаются быстрые предохранители из-за высоких пусковых токов.
По виду рабочего тока
Твердотельные реле нельзя настроить или перепрограммировать, поэтому они могут нормально работать только при определенном диапазоне электропараметров сети.
В зависимости от потребностей ТТР могут управляться электроцепями с двумя видами тока:
- постоянным;
- переменным.
Аналогично можно классифицировать ТТР и по виду напряжения активной нагрузки. Большинство реле в бытовых приборах работают с переменными параметрами.
Постоянный ток не используется в качестве основного источника электроэнергии ни в одной стране мира, поэтому реле такого типа имеют узкую сферу применения
Устройства с постоянным управляющим током характеризуются высокой надежностью и используют для регуляции напряжение 3-32 В. Они выдерживают широкий диапазон температур (-30..+70°С) без значительного изменения характеристик.
Реле, регулирующиеся переменным током, имеют управляющее напряжение 3-32 В или 70-280 В. Они отличаются низкими электромагнитными помехами и высокой скоростью срабатывания.
По конструктивным особенностям
Твердотельные реле часто устанавливают в общий электрощит квартиры, поэтому многие модели имеют монтажную колодку для крепления на DIN-рейку.
Кроме того, существуют специальные радиаторы, располагающиеся между ТТР и опорной поверхностью. Они позволяют охлаждать прибор при высоких нагрузках, сохраняя его рабочие характеристики.
Реле крепиться на DIN-рейку преимущественно через специальный кронштейн, который имеет и дополнительную функцию – отводит излишки тепла при работе прибора
Между реле и радиатором рекомендуется наносить слой термопасты, который увеличивает площадь соприкосновения и увеличивает теплоотдачу. Существуют и ТТР, предназначенные для крепления к стене обычными шурупами.
По типу схемы управления
Не всегда принцип работы регулируемой реле техники требует его мгновенного срабатывания.
Поэтому производители разработали несколько схем управления ТТР, которые используются в различных сферах:
- Контроль «через ноль». Такой вариант управления твердотельным реле предполагает срабатывание только при значении напряжения, равном 0. Используется в устройствах с емкостной, резистивной (нагреватели) и слабой индуктивной (трансформаторы) нагрузкой.
- Мгновенное. Используется при необходимости резкого срабатывания реле при подаче управляющего сигнала.
- Фазовое. Предполагает регулирование выходного напряжения методом изменения параметров управляющего тока. Применяется для плавного изменения степени нагрева или освещения.
Твердотельные реле различаются и по многим другим, менее значимым, параметрам. Поэтому при покупке ТТР важно разобраться в схеме работы подключаемой техники, чтобы приобрести максимально соответствующее ей регулировочное устройство.
Обязательно должен быть предусмотрен запас мощности, потому что реле имеет эксплуатационный ресурс, который быстро расходуется при частых перегрузках.
Преимущества и недостатки ТТР
Твердотельные реле не зря вытесняют с рынка обычные пускатели и контакторы. Эти полупроводниковые приборы обладают множеством преимуществ перед электромеханическими аналогами, которые заставляют потребителей останавливать выбор именно на них.
Реле для микросхем имеет компактные размеры и сильно ограничены по максимально пропускаемому току. Крепятся они преимущественно путем припаивания специальных ножек
К таким достоинствам относят:
- Низкое потребление электроэнергии (на 90% меньше).
- Компактные габариты, позволяющие монтировать устройства в ограниченном пространстве.
- Высокая скорость запуска и отключения
- Пониженная шумность работы, отсутствуют характерные для электромеханического реле щелчки.
- Не предполагается техническое обслуживание.
- Длительный срок службы благодаря ресурсу в сотни миллионов срабатываний.
- Благодаря широким возможностям по модификации электронных узлов, ТТР имеют расширенные сферы применения.
- Отсутствие электромагнитных помех при срабатывании.
- Исключается порча контактов вследствие их механического удара.
- Отсутствие прямого физического контакта между цепями управления и коммутации.
- Возможность регулирования нагрузки.
- Наличие в импульсных ТТР автоматических цепей, защищающих от перегрузок.
- Возможность использования во взрывоопасных средах.
Указанных преимуществ твердотельных реле не всегда достаточно для нормальной работы оборудования. Именно поэтому они ещё не полностью вытеснили электромеханические контакторы.
Для стабильной работы мощных твердотельных реле важен эффективный отвод тепла, потому что при повышенных температурах резко искажается напряжение нагрузки (+)
ТТР имеют и недостатки, которые не позволяют им использоваться во многих случаях.
К минусам относят:
- Невозможность работы большинства устройств с напряжениями свыше 0,5 кВ.
- Высокая стоимость.
- Чувствительность к высоким токам, особенно в пусковых цепях электродвигателей.
- Ограничения по использованию в условиях повышенной влажности.
- Критическое снижение рабочих характеристик при температурах ниже 30°С мороза и выше 70°С тепла.
- Компактный корпус приводит к избыточному нагреву устройства при стабильно высоких нагрузках, что требует применения специальных устройств пассивного или активного охлаждения.
- Возможность расплавления устройства от нагрева при коротком замыкании.
- Микротоки в закрытом состоянии реле могут быть критическими для работы оборудования. Например, подключенные в сеть люминесцентные лампы могут периодически вспыхивать.
Таким образом, твердотельные реле имеют определенные сферы применения. В цепях высоковольтного промышленного оборудования их использование резко ограничено из-за несовершенных физических свойств полупроводниковых материалов.
Однако в бытовой технике и автомобильной промышленности ТТР занимают прочные позиции за счет своих положительных свойств.
Возможные схемы подключений
Схемы подключения твердотельных реле могут быть самые разнообразные. Каждая электрическая цепь строится, исходя из особенностей подключаемой нагрузки. В схему могут добавляться дополнительные предохранители, контроллеры и регулирующие устройства.
Благодаря тому, что цепи управления и нагрузки в приборе не перекрываются, их электрические характеристики могут отличаться любыми параметрами (+)
Далее будут представлены наиболее простые и распространенные схемы подключения ТТР:
- нормально-открытая;
- со связанным контуром;
- нормально-закрытая;
- трехфазная;
- реверсивная.
Нормально-открытая (разомкнутая) схема – реле, нагрузка в котором находится под напряжением при наличии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в отключенном состоянии при обесточенных входах 3 и 4.
Перед покупкой реле необходимо определиться с требуемым типом его первоначального состояния (замкнутое или разомкнутое), чтобы обеспечить правильную работу подключенной техники (+)
Нормально-замкнутая схема – подразумевается реле, нагрузка в котором находится под напряжением при отсутствии управляющего сигнала. То есть подключенная техника оказывается в рабочем состоянии при обесточенных входах 3 и 4.
Существует схема подключения твердотельного реле, в которой управляющее и нагрузочное напряжение одинаково. Такой способ можно использовать одновременно для работы в сетях постоянного и переменного тока.
Трехфазные реле подключаются несколько по иным принципам. Контакты могут соединяться в вариантах «Звезда», «Треугольник» или «Звезда с нейтралью».
Выбор трехфазной схемы подключения реле во многом зависит от особенностей работы техники, подключенной к нему в качестве нагрузки
Реверсные твердотельные реле применяются в электродвигателях в соответствующем режиме. Они изготавливаются в трехфазном варианте и включают два контура управления.
Если для реле важно соблюдение полярности подключения контактов, то на маркировке всегда будет указано, куда подключать фазу и ноль
Собирать электрические цепи с ТТР необходимо только после их предварительной прорисовки на бумаге, потому что неверно подключенные устройства могут выйти из строя из-за короткого замыкания.
Практическое применение устройств
Сфера использования твердотельных реле довольно обширна. Из-за высокой надежности и отсутствия потребности в регулярном обслуживании их часто устанавливают в труднодоступных местах оборудования.
Во многих реле подключение проводов управляющего контура требует соблюдения полярности, что необходимо учитывать в процессе монтажа оборудования
Основными же сферами применения ТТР являются:
- система терморегуляции с применением ТЭНов;
- поддержание стабильной температуры в технологических процессах;
- контроль работы трансформаторов;
- регулировка освещения;
- схемы датчиков движения, освещения, и т.п.;
- управление электродвигателями;
- .
С увеличением автоматизации бытовой техники твердотельные реле приобретают все большее распространение, а развивающиеся полупроводниковые технологии постоянно открывают новые сферы их применения.
При желании, собрать твердотельное реле можно собственноручно. Подробная инструкция представлена в .
Выводы и полезное видео по теме
Представленные видеоролики помогут лучше понять работу твердотельных реле и ознакомиться со способами их подключения.
Практическая демонстрация работы простейшего твердотельного реле:
Разбор разновидностей и особенностей работы твердотельных реле:
Тестирование работы и степени нагрева ТТР:
Смонтировать электрическую цепь из твердотельного реле и датчика может практически каждый человек.
Однако планирование рабочей схемы требует базовых знаний в электротехнике, потому что неправильное подключение может привести к удару током или короткому замыканию. Зато в результате правильных действий можно получить массу полезных в быту приборов.
Есть, что дополнить, или возникли вопросы по теме подключения и применения твердотельных реле? Можете оставлять комментарии к публикации, участвовать в обсуждениях и делиться собственным опытом использования таких устройств. Форма для связи находится в нижнем блоке.
sovet-ingenera.com
