Снижение энергопотребления реле - ток удержания в сравнении с током срабатывания: 3 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

Большинству реле для первоначального срабатывания требуется больший ток, чем требуется для удержания реле во включенном состоянии после замыкания контактов. Ток, необходимый для удержания реле включенным (ток удержания), может быть существенно меньше начального тока, необходимого для его срабатывания (ток срабатывания). Это означает, что можно значительно сэкономить электроэнергию, если мы сможем разработать простую схему для уменьшения тока, подаваемого на реле после его включения.

В этом руководстве мы экспериментируем (успешно) с простой схемой для выполнения этой задачи для одной модели реле 5 В постоянного тока. Очевидно, что в зависимости от типа реле некоторые значения компонентов, возможно, придется изменить, но описанный метод должен работать для большинства реле постоянного тока.

Шаг 1: охарактеризуйте реле

Для начала я измерил ток, потребляемый реле при различных напряжениях, а также выяснил, при каком напряжении реле выпадет при понижении напряжения. Из этого мы также можем вычислить импеданс катушки реле при различных напряжениях, используя R = V / I. Он остается довольно постоянным в диапазоне приблизительно от 137 Ом до 123 Ом. Вы можете увидеть мои результаты для этого реле на картинке.

Поскольку реле выпадает при напряжении около 0,9 вольт или при протекании тока от 6 до 7 мА, мы стремимся к тому, чтобы на катушке было около 1,2 вольт или от 9 до 10 мА тока, протекающего в состоянии удержания. Это даст небольшой запас выше точки выпадения.

Шаг 2: принципиальная схема

Изображение схемы прилагается. Принцип работы схемы заключается в том, что при подаче напряжения 5 В C1 на мгновение представляет собой короткое замыкание, и ток свободно течет через C1 и R3 в базу Q1. Q1 включается и на мгновение замыкает R1. Таким образом, на катушку K1 подается напряжение 5 В, поскольку контакт 1 реле будет иметь почти нулевой потенциал из-за того, что Q1 на мгновение полностью включен.

В этот момент реле срабатывает. Следующий C1 разряжается через R2 и будет примерно на 63% разряжен через 0,1 секунды, потому что 100 мкФ x 1000 Ом дают постоянную времени тау или RC 0,1 секунды. (Вы также можете использовать конденсатор меньшего размера и резистор большего номинала, чтобы получить тот же результат, например, 10 мкФ x 10 кОм). В какой-то момент примерно через 0,1 секунды после включения цепи Q1 выключится, и теперь ток будет течь через катушку реле и через R1 на землю.

Из нашего упражнения по определению характеристик мы знаем, что хотим, чтобы ток удержания через катушку составлял от 9 до 10 мА, а напряжение на катушке было около 1,2 В. Отсюда мы можем определить значение R1. При 1,2 В на катушке ее импеданс составляет около 128 Ом, что также определено во время определения характеристик. Так:

Rcoil = 128 Ом Rtotal = 5 В / 9,5 мА = 526 Ом

Rtotal = R1 + Rcoil R1 = Rtotal - Rcoil

R1 = 526 - 128 = 398 Ом Нам нужно использовать ближайшее стандартное значение 390 Ом.

Шаг 3: Сборка макета

Схема хорошо работает с постоянной времени 0,1 с для C1 и R2. Реле немедленно срабатывает и отключается при подаче и снятии напряжения 5В и срабатывает при подаче напряжения 5В. При значении R1 в 390 Ом удерживающий ток через реле составляет около 9,5 мА, в отличие от измеренного тока срабатывания 36,6 мА с полными 5 В, приложенными к реле. Экономия энергии составляет примерно 75% при использовании тока удержания для удержания реле включенным.