Przekaźniki (DC): 99,9% mniej mocy i opcja zatrzasku: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Przełączanie przekaźników jest podstawowym elementem elektrycznych systemów sterowania. Co najmniej od 1833 r. opracowano wczesne przekaźniki elektromagnetyczne dla systemów telegraficznych. Przed wynalezieniem lamp próżniowych, a później półprzewodników, przekaźniki były używane jako wzmacniacze. Oznacza to, że w przypadku konwersji sygnałów o małej mocy na sygnały o większej mocy lub gdy zdalne przełączanie obciążenia było korzystne lub konieczne, przekaźniki były najnowocześniejszą opcją. Stacje telegraficzne były połączone kilometrami miedzianego drutu. Rezystancja elektryczna w tych przewodach ograniczała odległość, na jaką sygnał mógł być przesyłany. Przekaźniki pozwalały na wzmocnienie lub „powtarzanie” sygnału po drodze. Dzieje się tak, ponieważ wszędzie tam, gdzie podłączony jest przekaźnik, można było wprowadzić inne źródło zasilania, wzmacniając sygnał na tyle, aby wysłać go dalej w dół linii.

Przełączanie przekaźników elektromagnetycznych może nie być już najnowocześniejszą technologią, jednak nadal jest szeroko stosowane w sterowaniu przemysłowym i tam, gdzie pożądane lub wymagane jest prawdziwe izolowane galwanicznie przełączanie. Przekaźniki półprzewodnikowe, druga z dwóch podstawowych kategorii przełączników przekaźnikowych, mają pewne zalety w porównaniu z przekaźnikami elektromagnetycznymi. SSR mogą być bardziej kompaktowe, wydajniejsze energetycznie, szybciej pracować i nie mają ruchomych części.

Celem tego artykułu jest pokazanie prostej metody zwiększenia sprawności energetycznej i funkcjonalności standardowych przekaźników elektromagnetycznych uruchamianych prądem stałym.

Przejdź do instrukcji budowania

Krok 1: 3 popularne typy przekaźników elektromagnetycznych

1. Standardowy bez zatrzasku (monostabilny):

• Pojedyncza cewka z drutu magnetycznego otaczająca rdzeń o niskiej przenikalności magnetycznej (namagnesowany tylko wtedy, gdy cewka jest pod napięciem).
• Zwora przełącznika utrzymywana w stanie stabilnym (nie wciągnięta) przez sprężynę.
• Wymaga przyłożenia napięcia stałego do cewki, w dowolnej polaryzacji, aby wciągnąć zworę przełącznika.
• Wymaga ciągłego prądu do tymczasowego namagnesowania nabiegunnika na tworniku i utrzymania tego stanu.
• Do wciągnięcia twornika wymagany jest większy prąd niż do jego utrzymania.

Zastosowania: ogólnego przeznaczenia.

2. Zatrzaskowe (bistabilne):

Typ pojedynczej cewki:

• Pojedyncza cewka z drutu magnetycznego otaczająca rdzeń półmagnetycznie przepuszczalny (pozostaje lekko namagnesowany).
• Zwora przełącznika utrzymywana w stanie niezatrzaśniętym (nie wciągnięta) przez sprężynę.
• Wymaga tylko krótkiego impulsu prądu stałego, który zostanie przyłożony do cewki w jednej biegunowości, aby wciągnąć i zatrzasnąć magnetycznie zworę przełącznika w tym stanie.
• Wymaga jedynie przyłożenia do cewki krótkiego impulsu o odwrotnej polaryzacji w celu odblokowania.

Typ podwójnej cewki:

• Dwie cewki drutu magnetycznego otaczające półmagnetycznie przepuszczalny rdzeń (pozostaje lekko namagnesowany).
• Zwora przełącznika utrzymywana w stanie niezatrzaśniętym (nie wciągnięta) przez sprężynę.
• Wymaga podania tylko krótkiego impulsu prądu stałego do jednej cewki, w jednej biegunowości, aby wciągnąć i zatrzasnąć magnetycznie zworę przełącznika w tym stanie
• Wymaga tylko krótkiego impulsu prądu stałego, który zostanie przyłożony do drugiej cewki, w jednej polaryzacji, w celu odblokowania.

Zastosowania: Poza kontrolą przemysłową, najczęściej używany do przełączania sygnałów RF i audio.

3. Rodzaj trzciny:

• Pojedyncza cewka z drutu magnetycznego otaczająca rdzeń o niskiej przenikalności magnetycznej (namagnesowany tylko wtedy, gdy cewka jest pod napięciem).
• Ściśle rozmieszczone metalowe styki sprężynowe hermetycznie zamknięte w szklanej rurce (trzcinnik).
• Reed jest umieszczony blisko cewki.
• Styki są utrzymywane w stanie stabilnym dzięki ich naprężeniu sprężynowemu.
• Wymaga przyłożenia napięcia stałego do cewki, w dowolnej polaryzacji, w celu otwarcia lub zamknięcia styków.
• Wymaga ciągłego prądu do magnetycznego utrzymywania styków w stanie niestabilnym.

Zastosowania: Prawie wyłącznie używany do przełączania małych sygnałów.

Krok 2: Plusy i minusy 3 typów

1. Standardowy bez zatrzasku (monostabilny):

Plusy:

• Zwykle najłatwiej dostępne.
• Prawie zawsze najtańsza opcja.
• Wszechstronny i niezawodny.
• Nie wymaga żadnych obwodów sterownika.

Cons:

• Niewydajny energetycznie, gdy jest napędzany konwencjonalnie.
• Wytwarzaj ciepło, gdy jest pod napięciem przez długi czas.
• Głośno podczas przełączania.

2. Zatrzaskowe (bistabilne):

Plusy:

• Energooszczędny, czasami bardziej niż SSR.
• Po uruchomieniu utrzymuj dowolny stan, nawet gdy nie ma zasilania.

Cons:

• Mniej dostępne niż standardowe przekaźniki.
• Prawie zawsze droższe niż standardowe przekaźniki.
• Zwykle mniej opcji konfiguracji przełącznika w porównaniu ze standardowymi przekaźnikami.
• Wymagaj obwodów sterownika.

3. Stroik:

Plusy:

Zwykle najbardziej kompaktowy z 3 typów

Cons:

Bardziej wyspecjalizowane, mniej dostępne, mniej opcji

Krok 3: Wyciśnij ten sok jak skąpiec

Konwencjonalnym sposobem zmniejszenia prądu podtrzymania standardowego przekaźnika jest podłączenie cewki przez szeregowy rezystor z kondensatorem elektrolitycznym o dużej wartości połączony równolegle z rezystorem. Większość przekaźników bez zatrzasku potrzebuje tylko około 2/3 (lub mniej) prądu aktywacji, aby utrzymać stan.

Po włączeniu zasilania przez cewkę przepływa prąd wystarczający do pobudzenia przekaźnika, gdy kondensator się ładuje.

Po naładowaniu kondensatora prąd podtrzymania jest ograniczany i dostarczany przez równoległy rezystor.

Krok 4: Zmaksymalizuj swoje skąpe psoty

Druga nagroda w konkursie Electronics Tips & Tricks Challenge