Реле (постоянный ток): на 99,9% меньше мощности и возможность фиксации: 5 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Релейное переключение - фундаментальный элемент электрических систем управления. Первые электромагнитные реле были разработаны как минимум в 1833 году для телеграфных систем. До изобретения электронных ламп, а затем полупроводников, реле использовались в качестве усилителей. То есть при преобразовании сигналов малой мощности в сигналы большей мощности или когда дистанционное переключение нагрузки было выгодным или необходимым, реле были самым современным вариантом. Телеграфные станции были соединены милями медного провода. Электрическое сопротивление в этих проводниках ограничивало расстояние, на котором мог передаваться сигнал. Реле позволяли усиливать или «повторять» сигнал по пути. Это связано с тем, что куда бы ни было подключено реле, можно было подключить другой источник питания, усиливая сигнал, достаточный для того, чтобы отправить его дальше по линии.

Электромагнитное реле переключения уже не является современной технологией, однако оно по-прежнему широко используется в промышленном управлении и там, где желательно или требуется истинное гальванически изолированное переключение. Твердотельные реле, вторая из двух основных категорий релейных переключателей, имеют некоторые преимущества перед электромагнитными реле. SSR могут быть более компактными, более энергоэффективными, с более быстрым циклом и без движущихся частей.

Цель этой статьи - показать простой метод повышения энергоэффективности и функциональности стандартных электромагнитных релейных переключателей постоянного тока.

Перейти к инструкциям по сборке

Шаг 1: 3 распространенных типа электромагнитных реле

1. Стандартный без фиксации (моностабильный):

• Одиночная катушка из магнитной проволоки, окружающая сердечник с низкой магнитной проницаемостью (намагничивается только тогда, когда катушка находится под напряжением).
• Якорь переключателя удерживается в стабильном состоянии (не втянут) пружиной.
• Требуется, чтобы на катушку подавалось постоянное напряжение любой полярности для втягивания якоря переключателя.
• Требуется постоянный ток для временного намагничивания полюсного наконечника якоря и удержания этого состояния.
• Для втягивания якоря требуется больший ток, чем для его удержания.

Использование: Общее назначение.

2. С фиксацией (бистабильный):

Тип одиночной катушки:

• Одиночная катушка из магнитной проволоки, окружающая полумагнитно проницаемый сердечник (остается слегка намагниченным).
• Якорь переключателя удерживается в незафиксированном состоянии (не втянут) пружиной.
• Требуется подать на катушку только короткий импульс постоянного тока с одной полярностью, чтобы втянуть и магнитно зафиксировать якорь переключателя в этом состоянии.
• Требуется подать на катушку только короткий импульс обратной полярности для разблокировки.

Тип двойной катушки:

• Две катушки магнитной проволоки, окружающие полумагнитно проницаемый сердечник (остается слегка намагниченным).
• Якорь переключателя удерживается в незафиксированном состоянии (не втянут) пружиной.
• Требуется подавать только короткий импульс постоянного тока на одну катушку с одной полярностью для втягивания и магнитной фиксации якоря переключателя в этом состоянии.
• Для разблокировки требуется только короткий импульс постоянного тока, подаваемый на вторую катушку с одной полярностью.

Использование: Вне промышленного управления, в основном используется для переключения радиосигналов и аудиосигналов.

3. Тип язычка:

• Одиночная катушка из магнитного провода, окружающая сердечник с низкой магнитной проницаемостью (намагничивается только тогда, когда катушка находится под напряжением).
• Близко расположенные пружинные металлические контакты герметично закрыты стеклянной трубкой (язычком).
• Рид расположен рядом с катушкой.
• Контакты удерживаются в стабильном состоянии за счет натяжения пружины.
• Требует подачи постоянного напряжения на катушку любой полярности для размыкания или замыкания контактов.
• Требуется постоянный ток для магнитного удержания контактов в нестабильном состоянии.

Использование: почти исключительно используется для коммутации слабых сигналов.

Шаг 2: плюсы и минусы трех типов

1. Стандартный без фиксации (моностабильный):

Плюсы:

• Обычно самый доступный.
• Почти всегда самый дешевый вариант.
• Универсальный и надежный.
• Схема драйвера не требуется.

Минусы:

• Неэффективен при обычном управлении.
• Вырабатывают тепло при длительном возбуждении.
• Шумно при переключении.

2. С фиксацией (бистабильный):

Плюсы:

• Энергоэффективность, иногда даже больше, чем у SSR.
• После активации удерживайте любое состояние даже при отсутствии питания.

Минусы:

• Менее доступны, чем стандартные реле.
• Почти всегда цена выше, чем у стандартных реле.
• Обычно меньше вариантов конфигурации переключателя по сравнению со стандартными реле.
• Требуется схема драйвера.

3. Рид:

Плюсы:

Обычно самый компактный из 3-х типов

Минусы:

Более специализированный, менее доступный, меньшее количество вариантов

Шаг 3: выжимайте этот сок, как скупец

Обычный способ уменьшить ток удержания стандартного реле - подключить катушку через последовательный резистор с большим электролитическим конденсатором, подключенным параллельно резистору. Большинству реле без фиксации требуется только около 2/3 (или меньше) тока срабатывания для удержания состояния.

При подаче питания через катушку проходит скачок тока, достаточный для срабатывания реле, по мере того как конденсатор заряжается.

Когда конденсатор заряжен, ток удержания ограничивается и подается через параллельный резистор.

Шаг 4: максимизируйте свое жалкое озорство

Второй приз в конкурсе "Советы и рекомендации по электронике"