Заменяем электромеханическое реле на электронное
Чем заменить электромеханические реле. Так вот, мы уже говорили, механические коммутаторы довольно ненадежны. Все по причине контактов, которые со временем изнашиваются и обгорают. Токи, которые протекают при коммутации, достигает десятков ампер.
В результате контакты изнашиваются, их срок службы значительно сокращается. К недостаткам следует отнести и сравнительно низкое быстродействие, которое может отличаться от электронных на несколько порядков. Из вышесказанного можно понять.
Поэтому, если у Вас стоят обычные реле, будет намного лучше, если Вы их замените электронными. Это все притом, что схема устройства проста и доступна для повторения даже начинающему радиолюбителю:
Принципиальная электрическая схема электронного реле.
Если решили повторить схему, обратите внимание на следующие детали. Уточняем параметры устройства. На самом деле детали не занимают много места, устройство получится небольшим – смотрите рисунок 2.
Вот такое компактное устройство должно получиться у Вас в итоге. Коммутационный ток зависит от используемого Вами полевого транзистора. Указанный на схеме (с использованием IRFZ44) позволит нормально функционировать с нагрузкой до 150 Ватт.
Если его заменить ключевик на IRF3205, нагрузка можно увеличить до 200 Ватт. Но и это еще не все. При нагрузке более 80 Ватт лучше дополнить небольшим радиатором, так как он начнет греться. Частота переключения (мигания) зависит от емкости конденсатора С2.
Все просто, выше емкость – ниже частота. Наконец, корпус для данного устройства можно использовать как готовый, так и сделать самостоятельно. Повторяем, при больших нагрузках от силовых деталей необходимо отводить тепло. Говоря строго, особых требований нет.
Корпус не должен быть очень большим. В багажник должен поместиться. Шутка. Следовательно, он не должен быть полностью герметичным – отверстия устройству будут просто необходимы. Впрочем, можно сделать вообще без корпуса, но эстетический вид будет утерян.
А Вам то что? Вид его достаточно приличный:
Самодельное электронное реле в сборе – отличная замена традиционному.
Подводя итоги, отметим. Механика и контакты в большинстве случаев — плохо. И чтобы увеличить надежность и значительно увеличить быстродействие устройства необходимо избавляться от контактов и от механических движущих частей.
Полезные конструкции из обычного реле
Приветствую, Самоделкины!Сегодня поговорим про обычное электромагнитное реле. Простое в исполнении не очень долговечное и с виду ничем не примечательное реле. Автор YouTube канала «AKA KASYAN» расскажет где и для каких целей его можно использовать и какие простые, но весьма полезные конструкции можно собрать на его базе. Кстати, данный материал заточен для начинающего радиолюбителя. Ну что же, давайте начнем.
Наша первая схема построена на основе реле и электролитического конденсатора.
Для того чтобы понять для чего она предназначена, сперва давайте поймем, как все это дело работает. Питание, например, 12В по силовым контактом реле поступает на плюсовую обкладку конденсатора и одновременно на катушку. Минус или масса питания поступает напрямую, минуя контакты.
Первоначально, до подачи питания, указанные контакты реле замкнуты.
Как только подается питание, реле срабатывает, контакты 1 и 2 размыкаются, взамен замыкаются контакты 1 и 3.
Но к тому моменту в нашем конденсаторе накопилось достаточно энергии, и питание на катушку подается именно запасенная в конденсаторе энергия. Пока напряжение на конденсаторе достаточно для питания обмотки реле, контакты будут находиться в этом состоянии.
Со временем из-за разряда конденсатора соленоид в составе реле становится неспособным удерживать контакты в таком состоянии. Реле выключается, а контакты снова возвращаются в исходное состояние. Опять происходит заряд конденсатора, срабатывание реле и процесс снова повторяется, то есть реле периодически меняет свое состояние, то включено, то выключено.
Интервалы вкл/выкл зависят исключительно от емкости конденсатора. Чем большая емкость, тем дольше соленоид будет удерживать контакты и наоборот. Подключать нагрузку к нашему прерывателю можно несколькими способами: 1) в разрыв одного из проводов питания;
2) использовать 3-ий контакт реле;
3) использовать реле с 2-мя контактными группами.
Первые 2 варианта имеют несколько недостатков. Во-первых, нельзя подключать нагрузки большой мощности и, во-вторых, эти решения повлияют на рабочую частоту схемы. Третий же вариант самый правильный, так как контакты, которые будут осуществлять коммутацию нагрузки, никак не связаны с контактами управления, что дает возможность подключать к схеме любые нагрузки, в том числе и сетевые. Мощность подключаемой нагрузки зависит исключительно от пропускной способности реле, то есть от тока допустимого через его контакты. Этот параметр указывается на корпусе реле, как и напряжение соленоида.
Эта схема, как и все последующие, настолько проста, что нет смысла делать ее на печатной плате. А так, если вы увлекаетесь электроникой и хотите чтобы ваши самоделки выглядели как заводской продукт, то можно заказать плату у китайцев.
Вторая схема чуть сложнее.
Тут помимо конденсатора добавлено еще 2 компонента – резистор и транзистор.
Транзистор практически любой, малой или средней мощности, обратной проводимости. Эта схема представляет из себя систему задержки при включении, что-то наподобие реле времени. При подаче питания на схему реле включается не сразу, а по истечению некоторого времени. В начальный момент через ограничительный резистор медленно заряжается конденсатор.
Как только напряжение на этом конденсаторе доходит до некоторого значения (где-то 0,6-0,7В), срабатывает транзистор. По его открытому переходу, питание поступает на обмотку реле. Реле срабатывает, коммутируя нагрузку.
Время задержки зависит от емкости конденсатора и сопротивления резистора. Чем больше емкость и сопротивление, тем большая задержка и наоборот.
Следующая схема:
Может показаться, что автор забыл нарисовать некоторые компоненты, но для сборки этой конструкции нам помимо реле ничего другого не нужно. Принцип работы тот же, что у первой схемы. Питание по замкнутым контактом поступает на соленоид, тот срабатывает, контакты размыкаются, подача питания прекращается, и так как соленоид обесточен, контакты опять возвращаются в исходное состояние. Такой преобразователь практически неуправляемый. Срабатывание происходит с довольно высокой частотой и надо сказать, что штатные реле долго не протянут в таком режиме. Но смысл данной схемы все-таки есть. Дело в том, что для индуктивных нагрузок свойственно явление самоиндукции, а наш соленоид как раз таки является индуктивностью. В чем прикол? В тот момент, когда на соленоид поступает питание он как бы накапливает некоторую энергию. Когда питающая цепь размыкается, соленоид отдает накопленную энергию, при том ЭДС самоиндукции гораздо выше напряжения питания.
Даже с питанием от 9-вольтовой батарейки «крона» напряжение самоиндукции соленоида доходит до нескольких десятков, а то и сотен вольт.
Но не бойтесь, это не опасно, но получить неприятный удар током еще как возможно. Если добавить в нашу схему выпрямительный диод и накопительный конденсатор, то получим что-то похожее на электрошокер.
Тут все просто. Прерыватель обеспечивает периодическую подачу питания на соленоид, после отключения питания напряжения самоиндукции через выпрямитель накапливается в конденсаторе. Конденсатор обязательно нужен на 250 либо на 400В. Благодаря малой емкости, нескольких секунд работы схемы достаточно чтобы конденсатор зарядился.
Накопленная в конденсаторе энергия может совершать полезное действие, ну или не совсем полезное. Конечно же такую штуку нельзя использовать в качестве шокера, но бьёт довольно неприятно.
Интересный вариант фотореле можно построить всего на 2-ух компонентах: фоторезисторе и реле.
Фотореле, которые можно встретить в сети, даже самые простые варианты в своем составе имеют транзистор и пару резисторов.
Оно и правильно, такие схемы более практичны, но представленный вариант тоже имеет право на жизнь. Фоторезистор самый обычный, его сопротивление в темноте очень большое, при дневном освещении снижается до нескольких сотен Ом.
Принцип работы следующий. Днем, когда светло, сопротивление фоторезистора минимально и реле срабатывает, размыкая контакты 1 и 2. Нагрузка, например лампа, отключается.
С приходом темноты, сопротивление фоторезистора начинает увеличиваться, следовательно уменьшается и ток в катушке реле, и в какой-то момент тока будет недостаточно, и контакты реле отключатся. В таком случае контакты 1 и 2 замкнуться, и нагрузка (та же лампочка) сработает, осветив дворик или тропинку.
Недостатком данной схемы, в отличие от тех, которые имеют в своем составе хотя бы 1 управляющий транзистор, заключается в том, что этот вариант не имеет возможности регулировки. Данный материал подготовлен исключительно для ознакомительных целей. На этом пора закругляться. Благодарю за внимание. До новых встреч!
Видео:
Источник
Доставка новых самоделок на почтуПолучайте на почту подборку новых самоделок. Никакого спама, только полезные идеи!
*Заполняя форму вы соглашаетесь на обработку персональных данных
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.Твердотельное реле своими руками
В последнее время набрали популярность твёрдотельные реле. Для очень многих устройств силовой электроники твёрдотельные реле стали просто необходимы. Их преимущество в несоизмеримо большем количестве срабатываний, по сравнению с электромагнитными реле и большой скоростью переключений. С возможностью подключения нагрузки в момент перехода напряжения через ноль, тем самым избегая тяжёлых пусковых токов. В некоторых случаях их герметичность тоже играет свою положительную роль, но одновременно лишая владельца такого реле преимущества в возможности ремонта с заменой некоторых деталей. Твёрдотельное реле, в случае выхода из строя, не ремонтируется и подлежит замене целиком, это его отрицательное качество. Цены на такие реле несколько кусаются, и получается расточительно.
Схема
Посмотрим схему этого очень полезного и нужного устройства.
Основу схемы составляют силовой симистор Т1 — BT138-800 на 16 Ампер и управляющий им оптрон МОС3063. На схеме выделены чёрным цветом проводники, которые нужно проложить медным проводом повышенного сечения, в зависимости от планируемой нагрузки.
Управление светодиодом оптрона мне удобнее запитать от 220 Вольт, а можно от 12 или 5 Вольт, кому как нужно.
Для управления от 5 Вольт, нужно гасящий резистор 630 Ом поменять на 360 Ом, остальное всё одинаково.
Номиналы деталей рассчитаны на МОС3063, если примените другой оптрон, то номиналы нужно пересчитать.
Варистор R7 защищает схему от бросков напряжения.
Цепочку индикаторного светодиода можно совсем убрать, но с ней получается нагляднее, что аппарат работает.
Резисторы R4, R5 и конденсаторы C3, C4 служат для предотвращения выхода из строя симистора, их номиналы рассчитаны на ток не выше 10 Ампер. Если потребуется реле на большую нагрузку, то номиналы нужно пересчитывать.
Радиатор охлаждения для симистора впрямую зависит от нагрузки на него. При мощности триста Ватт, радиатор не нужен вовсе, и соответственно – чем больше нагрузка, тем больше площадь радиатора. Чем меньше будет симистор перегреваться, тем дольше проработает и поэтому даже кулер охлаждения не будет лишним.
Если вы планируете управлять повышенной мощностью, то наилучшим выходом будет поставить симистор большей мощности, например, ВТА41, который рассчитан на 40 Ампер, или подобный ему. Номиналы деталей подойдут без пересчёта.
Детали и корпус
Нам потребуется:
- F1 — предохранитель на 100 мА.
- S1 — любой маломощный переключатель.
- C1 – конденсатор 0.063 мкФ 630 Вольт.
- C2 – 10 — 100 мкФ 25 Вольт.
- C3 – 2.7 нФ 50 Вольт.
- C4 – 0.047 мкФ 630 Вольт.
- R1 – 470 кОм 0.25 Ватт.
- R2 – 100 Ом 0.25 Ватт.
- R3 – 330 Ом 0.5 Ватт.
- R4 – 470 Ом 2 Ватта.
- R5 – 47 Ом 5 Ватт.
- R6 – 470 кОм 0.25 Ватт.
- R7 – варистор TVR12471, или подобный.
- R8 – нагрузка.
- D1 – любой диодный мост на напряжение не менее 600 Вольт, или собрать из четырёх отдельных диодов, например — 1N4007.
- D2 – стабилитрон на 6.2 Вольта.
- D3 – диод 1N4007.
- T1 – симистор ВТ138-800.
- LED1 – любой сигнальный светодиод.
Изготовление твердотельного реле
Сначала намечаем размещение радиатора, макетной платы и прочих деталей в корпусе и закрепляем их на места.
Симистор нужно изолировать от радиатора охлаждения специальной теплопроводной пластиной с применением теплопроводной пасты. Паста должна слегка вылезти из-под симистора при закручивании крепёжного винта.
Далее размещаем следующие детали в соответствии со схемой и припаиваем их.
Припаиваем провода для подключения питания и нагрузки.
Помещаем устройство в корпус, предварительно испытав его при минимальной нагрузке.
Испытание прошло успешно.
Смотрите видео
Смотрите видео испытания устройства совместно с цифровым регулятором температуры.
Инструкция по сборке твердотельного реле своими руками
Твердотельное реле (ТТР) – прибор из серии электронных компонентов немеханического действия. Отсутствие механики открывает больше возможностей любителям электроники сделать твердотельное реле своими руками для личного пользования.
Рассмотрим такую возможность подробнее.
Содержание статьи:
Конструкция и принцип действия ТТР
Если большая часть подобной электроники традиционно содержит подвижные детали контактных групп, твердотельное реле таких деталей не имеет совсем. Коммутация цепи схемой устройства осуществляется по принципу электронного ключа. А роль электронных ключей обычно исполняют встроенные в тело реле полупроводники – силовые транзисторы, симисторы, тиристоры.
Прежде чем пытаться изготовить твердотельное реле самостоятельно, логично ознакомиться с базовой конструкцией подобных устройств, понять принцип их функционирования.
Промышленным производством выпускаются реле твердотельные различной конфигурации, предназначенные под самые разные условия практического применения. Выбор модификаций обширный
В рамках плотного изучения прибора сразу же следует выделить преимущественные стороны ТТР:
- коммутация мощной нагрузки;
- высокая скорость переключения;
- идеальная гальваническая развязка;
- способность кратковременно держать высокие перегрузки.
Среди механических конструкций найти реле с подобными параметрами реально не представляется возможным. Вообще, преимущества относительно механических собратьев у твердотельных реле выражаются внушительным списком.
Два электронных прибора, функционально обеспечивающих коммутацию цепей: слева сделан на основе твердотельной конструкции, справа – традиционная механическая система переключения
Условия эксплуатации для ТТР практически не ограничивают применение этих устройств. К тому же отсутствие подвижных механических деталей благоприятно сказывается на продолжительности службы приборов. Так что есть все основания, чтобы заняться твердотельным реле – собрать устройство своими руками.
Однако, справедливости ради, наряду с положительными моментами следует отметить свойства реле, характеризуемые как недостатки. Так, для эксплуатации мощных приборов, как правило, требуется дополнительный компонент конструкции, который предназначен отводить тепло.
На случай коммутации мощной нагрузки реле твердотельного исполнения практически всегда дополняются мощными радиаторами охлаждения. Этот момент несколько усложняет применение ТТР
Радиаторы охлаждения твердотельных реле имеют габаритные размеры в несколько раз превосходящие габариты ТТР, что снижает удобство и рациональность монтажа.
Приборы ТТР в процессе эксплуатации (в закрытом состоянии) дают обратный ток утечки и показывают нелинейную вольт-амперную характеристику. Не все твердотельные реле допустимо использовать без ограничений в характеристиках коммутируемых напряжений.
Конструкция для применения только в схемах, где питание осуществляется постоянным током. Обычно эти приборы отличают малые габариты и небольшая мощность коммутации
Отдельные виды устройств предназначены коммутировать только постоянный ток. Внедрение твердотельных реле в схему обычно требует обращения к дополнительным мерам, направленным на блокировку ложных срабатываний.
Твердотельные реле часто можно встретить в общем .
Как работает твердотельное реле?
Управляющий сигнал (обычно напряжение низкого уровня, исходящее, к примеру, от контроллера управления) подаётся на светодиод оптоэлектронной пары, присутствующей в схеме ТТР. Светодиод начинает излучать свет в сторону фотодиода, который в свою очередь открывается и начинает пропускать ток.
Обобщённая схема ТТР, наглядно показывающая, каким образом функционирует электронный прибор: 1 – источник напряжения управления; 2 – оптопара внутри корпуса реле; 3 – источник тока нагрузки; 4 – нагрузка
Проходящий через фотодиод ток приходит на управляющий электрод ключевого транзистора или тиристора. Ключ открывается, замыкает цепь нагрузки.
Так работает функция коммутации прибора. Вся электроника традиционно заключена в монолитный корпус. Собственно, поэтому устройство и получило название твердотельного реле.
А о том, как подключить твердотельное реле можно прочесть в .
Разновидности твердотельных переключателей
Весь существующий ассортимент приборов условно можно разделить по группам, исходя из категории подключаемой нагрузки, особенностей контроля и коммутации напряжений.
Таким образом, в общей сложности наберётся три группы:
- Устройства, действующие в цепях постоянного тока.
- Устройства, действующие в цепях переменного тока.
- Универсальные конструкции.
Первая группа представлена приборами с параметрами рабочих управляющих напряжений 3 – 32 вольта. Это относительно малогабаритная электроника, наделённая светодиодной индикацией, способная функционировать без перебоев при температурах -35 / +75 ºС.
Широко распространённое исполнение электронного прибора для применения в однофазной электрической сети. Также встречаются иные варианты конструкций, но значительно реже
Вторая группа – устройства, предназначенные под установку в сетях переменного напряжения. Здесь представлены конструкции ТТР для установки в сетях переменного тока, управляемые напряжением 24 – 250 вольт. Есть устройства, способные коммутировать нагрузку высокой мощности.
Третья группа – приборы универсального назначения. Схемотехника этого вида устройств поддерживает ручную настройку на использование в тех или иных условиях.
Если отталкиваться от характера подключаемой нагрузки, следует выделить два вида твердотельных реле переменного тока: однофазные и трёхфазные. Оба вида рассчитаны на коммутацию достаточно мощной нагрузки при токах 10 – 75 А. При этом пиковые кратковременные значения тока могут достигать величины 500 А.
Широко распространённый вариант исполнения для применения в трёхфазной электрической сети. Часто используется в качестве линейного регулятора мощных электрических нагревателей (ТЭН)
В качестве нагрузки, коммутируемой твердотельными реле, могут выступать ёмкостные, резистивные, индукционные цепи. Конструкции переключателей позволяют без лишнего шума, плавно управлять, к примеру, нагревательными элементами, лампами накаливания, электродвигателями.
Надёжность работы в достаточной степени высока. Но во многом стабильность и долговечность твердотельных реле зависит от качества производства изделий. Так, устройства, выпускаемые под некой торговой маркой «Impuls», часто отмечаются непродолжительным сроком службы.
С другой стороны, изделия фирмы «Schneider Electric» не оставляют повода для критики.
Как сделать ТТР своими руками?
Учитывая конструкционную особенность прибора (монолит), схема собирается не на текстолитовой плате, как это принято, а навесным монтажом.
Вот такой выглядит самодельная конструкция твердотельного реле. Сделать нечто подобное несложно. Нужны лишь базовые навыки электронщика и электрика. Материальные затраты небольшие
Схемотехнических решений в этом направлении можно отыскать множество. Конкретный вариант зависит от требуемой коммутируемой мощности и прочих параметров.
Электронные компоненты для сборки схемы
Перечень элементов простой схемы для практического освоения и построения твердотельного реле своими руками следующий:
- Оптопара типа МОС3083.
- Симистор типа ВТ139-800.
- Транзистор серии КТ209.
- Резисторы, стабилитрон, светодиод.
Все указанные электронные компоненты спаиваются навесным монтажом согласно следующей схеме:
Принципиальная схема маломощного твердотельного реле для сборки своими руками. Небольшое количество деталей и простой навесной монтаж позволяют спаять схему без труда
Благодаря использованию оптопары МОС3083 в схеме формирования сигнала управления величина входного напряжения может изменяться от 5 до 24 вольт.
А за счёт цепочки, состоящей из стабилитрона и ограничительного резистора, снижен до минимально возможного ток, проходящий через контрольный светодиод. Такое решение обеспечивает долгий срок службы контрольного светодиода.
Проверка собранной схемы на работоспособность
Собранную схему нужно проверить на работоспособность. Подключать при этом напряжение нагрузки 220 вольт в цепь коммутации через симистор необязательно. Достаточно подключить параллельно линии коммутации симистора измерительный прибор – тестер.
Проверка работоспособности твердотельного реле с помощью измерительного прибора. Если на вход устройства подано управляющее напряжение, переход симистора должен быть открыт
Режим измерений тестера нужно выставить на «мОм» и подать питание (5-24В) на схему генерации напряжения управления. Если всё работает правильно, тестер должен показать разницу сопротивлений от «мОм» до «кОм».
Устройство монолитного корпуса
Под основание корпуса будущего твердотельного реле потребуется пластина из алюминия толщиной 3-5 мм. Размеры пластины некритичны, но должны соответствовать условиям эффективного отвода тепла от симистора при нагреве этого электронного элемента.
Каркас под заливку корпуса будущего прибора. Делается из картонной полосы или других подходящих материалов. На алюминиевой подложке закрепляется универсальным клеем
Поверхность алюминиевой пластины должна быть ровной. Дополнительно необходимо обработать обе стороны – зачистить мелкой шкуркой, отполировать.
На следующем этапе подготовленная пластина оснащается «опалубкой» – по периметру приклеивается бордюр из плотного картона или пластика. Должен получиться своеобразный короб, который в дальнейшем будет залит эпоксидной смолой.
Внутрь созданного короба помещается собранная «навесом» электронная схема твердотельного реле. На поверхность алюминиевой пластины укладывается только симистор.
Закрепление симистора на алюминиевой подложке. Главное условие – этот электронный компонент необходимо плотно прижать к металлическому основанию. Только так обеспечивается качественный теплоотвод и надёжность работы
Никакие другие детали и проводники схемы не должны касаться алюминиевой подложки. Симистор прикладывается к алюминию той частью корпуса, которая рассчитана под установку на радиатор.
Следует использовать теплопроводящую пасту на площади соприкосновения корпуса симистора и алюминиевой подложки. Некоторые марки симисторов с неизолированным анодом обязательно требуется ставить через слюдяную прокладку.
Вариант крепления симистора к подложке при помощи клёпки. С обратной стороны клёпка расплющивается заподлицо с поверхностью подложки
Симистор нужно плотно прижать к основанию каким-то грузом и залить по периметру эпоксидным клеем либо закрепить каким-то образом без нарушения глади обратной стороны подложки (например, заклёпкой).
Приготовление компаунда и заливка корпуса
Под изготовление твёрдого тела электронного устройства потребуется изготовить компаундную смесь. Состав смеси компаунда делается на основе двух компонентов:
- Эпоксидная смола без отвердителя.
- Порошок алебастра.
Благодаря добавлению алебастра мастер решает сразу две задачи – получает исчерпывающий объём заливного компаунда при номинальном расходе эпоксидной смолы и создаёт заливку оптимальной консистенции.
Смесь нужно тщательно перемешать, после чего можно добавить отвердитель и вновь тщательно перемешать. Далее аккуратно заливают «навесной» монтаж внутри картонного короба созданным компаундом.
Так выглядит готовый экземпляр твердотельного реле, собранного своими руками. Несколько необычно и не очень презентабельно, но достаточно надёжно
Заливку делают до верхнего уровня, оставив на поверхности лишь часть головки контрольного светодиода. Первоначально поверхность компаунда может выглядеть не совсем гладкой, но спустя некоторое время картинка изменится. Останется только дождаться полного застывания литья.
По сути, применить можно любые подходящие для литья растворы. Главный критерий – состав заливки не должен быть электропроводящим, плюс должна формироваться хорошая степень жёсткости литья после застывания. Литой корпус твердотельного реле является своего рода защитой электронной схемы от случайных физических повреждений.
Выводы и полезное видео по теме
Этот ролик показывает, как и на базе каких электронных компонентов можно сделать твердотельное реле. Автор доходчиво рассказывает обо всех деталях практики изготовления, с какими он столкнулся лично в процессе производства электронного коммутатора:
Видео о проблеме, с которой можно столкнуться после приобретения однофазного ТТР у продавцов из Китая. Попутно проводит своеобразный обзор устройства прибора коммутации:
Самостоятельное изготовление твердотельных реле – вполне возможное решение, но применительно к изделиям под низковольтную нагрузку, потребляющую относительно малую мощность.
Более мощные и высоковольтные приборы сделать своими руками сложно. Да и обойдётся эта затея по финансам в такую же сумму, какой оценивается заводской экземпляр. Так что в случае надобности проще купить готовый прибор промышленного изготовления.
Если у вас появились вопросы по сборке твердотельного реле, пожалуйста, задайте их в блоке с комментариями, а мы постараемся дать на них предельно понятный ответ. Там же можно поделиться опытом самостоятельного изготовления реле или сообщить ценную информацию по теме статьи.
ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ
ЭЛЕКТРОННОЕ РЕЛЕ
Недавно возникла необходимость ремонта дорожного информационного указателя. Состоит он из 10 ламп напряжением 12 вольт по 5 ватт, включенных параллельно. Итого суммарная коммутируемая мощность достигает 50 ватт. Потребовалось в замен негодному механическому реле, достаточно мощному, соорудить похожее по размерам, но уже электронное. Так как со временем контакты реле обгорают и устройство перестаёт работать. Единственная проблема, стоящая в процессе переделки, была такая, что реле должно стоять в разрыве плюсового провода, и выдерживать значительную мощность. Прототипом для создания электронного реле для этой мигалки, послужило сломанное реле поворотов из Китайского скутера. Размером 1,5х2,5 см. Изначально в качестве силового ключа в нём использовался биполярный транзистор средней мощности, аналог КТ817, стоящий без радиатора.
Оригинальная схема реле:
Но использование более мощного транзистора, например КТ819, так-же не привело к желаемому результату. Слишком большое количество тепла выделялось транзистором при коммутации 50 ватт. Спасение было только одно — использование радиатора, но из-за ограниченного пространства, затея отпала сама собой. Было принято решение использовать в качестве ключа полевой транзистор. Для этого пришлось немного доработать схему и добавить резистор R4, ввиду того, что транзистор имеет большое входное сопротивление изолированного N-канала. Подбирается данный резистор в большую или меньшую сторону, визуально контролируя чёткое переключение ламп. Схему в формате lay качаем тут. А здесь чертёж печатной платы реле.
В процессе эксплуатации было замечено, что мощность нагрузки подключенной к электронному реле, совершенно не влияла на частоту.Включается реле в разрыв с соблюдением полярности: (RED) к плюсовой клемме, (WHITE) выход к лампам. Транзистор VT1 структуры p-n-p можно добыть из компьютерного БП, стоят в обвязке шим-генератора. Используя данный принцип коммутации любой мощной нагрузки с помощью N-канального полевого транзистора, можно проектировать и изготавливать электронные реле в различных радиолюбительских конструкциях. Представляется интересным увеличение частоты переключений до 20 — 50 кГц и создание мощного ультразвукового излучателя для экспериментов. Материал предоставил -igRoman-
Вопросы — на ФОРУМ
виды, принцип действия и области применения — Рамблер/новости
Что такое реле
Реле — коммутационное устройство (КУ), соединяющее или разъединяющее цепь электрической или электронной схемы при изменении входных величин тока. Прежде чем мы перейдем к детальному рассмотрению того, что такое реле, как устроено, по какому принципу работает и где применяется, пожалуй, нужно узнать, когда это устройство впервые появилось и кто его изобретатель.
Вот таких типоразмеров может быть это устройство
Содержание статьи
1 История создания
2 Устройство и принцип работы реле
3 Основные характеристики КУ 4 Классификация и для чего нужно реле
5 Основные виды реле и их назначение
5.1 Электромагнитные реле
5.2 Реле переменного тока
5.3 Реле постоянного тока
5.4 Электронное реле
6 Обозначение реле на схеме
7 Ведущие производители реле
8 Где приобрести реле и их стоимость
9 Заключение
История создания
Первенство создания реле спорно. Некоторые утверждают, что впервые это устройство было сконструировано в 1830-1832 гг. русским ученым Шиллингом П. Л. и являлось основным элементом вызывающего механизма в разработанном им же варианте телеграфа.
Другие научные историки приписывают первенство изобретения известному физику Дж. Генри, который в 1835 г. разработал контактное реле во время усовершенствования созданного им в 1831 году телеграфного аппарата. Первый соленоид работал по принципу электромагнитной индукции и был некоммутационным устройством.
Первое реле Дж. Генри
Реле, в качестве самостоятельного устройства, впервые упоминается в патенте на телеграф, выданном Самуэлю Морозе.
Первое реле Морзе
Как видим, первой сферой применения этого коммутационного устройства был телеграф и только позднее с развитием техники он стал применяться в электрическом и электронном оборудовании.
Устройство и принцип работы реле
Реле представляет собой катушку, состоящую из немагнитного основания, на которое намотан провод из меди с тканевой или синтетической изоляцией, но чаще всего с диэлектрическим лаковым покрытием. Внутри катушки установленной на нетокопроводящее основание, размещается металлический сердечник. Также в устройстве имеются пружины, якорь, соединительные элементы и пары контактов.
При подаче тока на обмотку электромагнита (соленоида) сердечник притягивает якорь, который соединяется с контактом и электрическая или электронная цепь замыкается. При снижении силы тока до определенного значения, якорь, под действием пружины, возвращается на исходную позицию, вследствие чего происходит размыкание цепи.
Более плавная и точная работа достигается благодаря использованию резисторов, а защиту от скачков напряжения и искрения обеспечивает установка конденсаторов.
У большинства электромагнитных реле имеется не одна, а несколько пар контактов, что позволяет управлять несколькими цепями одновременно.
Простейшая схема устройства электромагнитного соленоида
Если в двух словах, то этот вид коммутационного устройства работает по принципу электромагнитной индукции. Благодаря довольно простому принципу действия реле имеют высокую надежность в эксплуатации.
В видеоролике ниже разъясняется принцип действия электромагнитного КУ:
Основные характеристики КУ К основным характеристикам, на которые следует обратить внимание при выборе данного вида коммутационного устройства, относят:
чувствительность — срабатывание от подаваемого на обмотку тока определенной силы, достаточной для включения устройства;
сопротивление обмотки электромагнита;
напряжение (ток) срабатывания — минимально допустимое значение, достаточное для переключения контактов;
напряжение (ток) отпускания — значение параметра, при котором происходит отключение КУ;
время притягивания и отпускания якоря;
частота срабатывания с рабочей нагрузкой на контактах.
Классификация и для чего нужно реле
Поскольку реле являются высоконадежными коммутационными устройствами, то не удивительно, что они нашли широкое применение в самых различных областях человеческой деятельности. Они используются в промышленности для автоматизации рабочих процессов, а также в быту в самой различной технике, например в привычных всех холодильниках и стиральных машинах.
Разнообразие видов реле очень велико и каждый предназначен для выполнения определенной задачи
Реле имеют сложную классификацию и делятся на несколько групп:
По сфере применения:
управление электрическими и электронными системами;
защита систем;
автоматизация систем.
По принципу действия:
тепловые;
электромагнитные;
магнитолектические;
полупроводниковые;
индукционные.
По поступающему параметру, вызывающему срабатывание КУ:
от тока;
от напряжения;
от мощности;
от частоты.
По принципу воздействия на управляющую часть устройства:
контактные;
бесконтактные.
На фото (обведено красным) показано, где находится одно из реле в стиральной машине
В зависимости от вида и классификации реле применяются в бытовой технике, автомобилях, поездах, станках, вычислительной технике и т.д. Однако, чаще всего этот вид коммутирующего устройства используется для управления токами большой величины.
Основные виды реле и их назначение
Производители настраивают современные коммутационные устройства таким образом, чтобы срабатывание происходило только при определенных условиях, например, при увеличении силы тока, поступающего на входные клеммы КУ. Ниже мы вкратце рассмотрим основные виды соленоидов и их назначение.
Электромагнитные реле
Электромагнитное реле — это электромеханическое коммутационное устройство, принцип действия которого основан на воздействии магнитного поля, созданного током в статичной обмотке, на якорь. Этот вид КУ разделяется собственно на электромагнитные (нейтральные) устройства, которые реагируют лишь на значение тока, подаваемого на обмотку, и поляризованные, работа которых зависит как от токовой величины, так и от полярности.
Принцип работы электромагнитного соленоида
Используемые в промышленном оборудовании электромагнитные реле находятся на промежуточной позиции между сильноточными устройствами (магнитными пускателями, контакторами и т.д.) и слаботочным оборудованием. Наиболее часто данный вид реле применяется в цепях управления.
Реле переменного тока
Срабатывание этого вида реле, как видно из названия, происходит при подаче на обмотку переменного тока определенной частоты. Данное коммутирующее устройство для переменного тока с контролем перехода фазы через ноль или без такового, представляет собой блок из тиристоров, выпрямительных диодов и управляющих схем. Реле переменного тока могут быть выполнены в виде модулей на основе трансформаторной или оптической развязки. Данные КУ применяются в сетях переменного тока с максимальным напряжением 1,6 кВ и средним током нагрузки до 320 A.
Промежуточное реле 220 В Иногда работа электросети и приборов не возможна без использования промежуточного реле на 220 В. Обычно КУ данного типа применяется, если необходимо разомкнуть или разомкнуть разнонаправленные контакты цепи. К примеру, если используется осветительный прибор с датчиком движения, то один проводник присоединяется к сенсору, а другой подводит электроэнергию к светильнику.
Реле переменного тока широко применяются в промышленном оборудовании и бытовой технике
Работает это таким образом:
подача тока на первое коммутационное устройство;
от контактов первого КУ ток поступает на следующее реле, которое имеет более высокие характеристики, чем у предыдущего и способно выдерживать токи с высокими значениями.
С каждым годом реле становятся эффективней и компактней
Функции малогабаритного реле переменного тока с напряжением 220 В весьма разнообразны и широко используются в качестве вспомогательного устройства в самых различных областях. Данный вид КУ применяется в тех случаях, когда основное реле не справляется со своей задачей или же при большом количестве управляемых сетей которые уже не в состоянии обслужить головное устройство.
Промежуточное коммутационное устройство применяется в промышленном и медицинском оборудовании, транспорте, холодильном оборудовании, телевизорах и прочей бытовой технике.
Реле постоянного тока
Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Отличие между ними состоит в том, что поляризованные КУ постоянного тока чувствительны к полярности подаваемого напряжения. Якорь коммутационного устройства меняет направление движения в зависимости от полюсов питания. Нейтральные электромагнитные реле постоянного тока не зависят от полярности напряжения.
Электромагнитные КУ постоянного тока в основном используют, когда нет возможности подключения к электрической сети переменного тока.
Четырехконтактное автомобильное реле
К недостаткам соленоидов постоянного тока относят необходимость использования блока питания и более высокую стоимость в сравнении с КУ переменного тока.
Данное видео демонстрирует схему подключения и объясняет принцип работы 4 контактного реле:
Электронное реле
Электронное реле управления в схеме прибора
Разобравшись с тем, что такое токовое реле, рассмотрим электронный тип этого устройства. Конструкция и принцип действия электронных реле практически те же, что и в электромеханических КУ. Однако, для выполнения необходимых функций в электронном устройстве используется полупроводниковый диод. В современных транспортных средствах большинство функций реле и переключателей выполняют электронные релейные блоки управления и на данный момент невозможно полностью от них отказаться. Так, например, блок электронных реле позволяет контролировать расход энергии, величину напряжения на клеммах аккумуляторных батарей, управлять системой освещения и т.д.
Обозначение реле на схеме
Чтобы отремонтировать или создать новое электрооборудование, мало знать как работает реле, нужно знать как оно выглядит на схемах. В приведенной ниже таблице показаны самые основные буквенно-графические обозначения КУ принятые в международном классификаторе.
Основные обозначения
Изображение
Описание
Схематически обмотка соленоида выглядит как прямоугольник, от наибольших сторон которого отходят выводы питания электромагнита — А и А1. Также на схеме это коммутационное устройство может обозначаться буквой К.
Контакты КУ на схеме изображаются точно так же как и контакты переключателей.
Поляризованное реле на схеме изображается в виде прямоугольника с жирной точкой на одном из выводов контакта. Буквенное обозначение P внутри прямоугольника также говорит о полярности устройства.
Иногда внутри прямоугольника указывают параметры или конструктивные особенности. Так, например, две наклонные линии могут обозначать, что в устройстве имеется 2 обмотки.
Подробнее, с символическим обозначением реле и других элементов электрических и электронных схем, можно ознакомиться, заглянув в специальные справочники, которых в интернете довольно много.
Ведущие производители реле
Производитель
Изображение
Описание
Finder (Германия)Компания Финдер производит реле и таймеры и занимает среди европейских производителей третье место. Производитель выпускает реле:
общего назначения;
твердотельные;
силовые;
РСВ;
времени;
интерфейсные и многие другие.
Продукция компании имеет сертификаты ISO 9001 и ISO 14001.
АО НПК «Северная заря» (Россия)Основная продукция российского производителя — якорные электромагнитные коммутационные устройства для специального и индустриального использования, а также слаботочные реле времени с контактными и бесконтактными выходами.
Японская компания производит высоконадежные радиоэлектронные компоненты, среди которых:
твердотельные и электромеханические реле;
низковольтные КУ;
кнопочные переключатели;
устройства контроля и управления цепи.
COSMO Electronics (Тайвань)
Корпорация производит радиотехнические компоненты, среди которых можно выделить релейные компоненты, которые с 1994 года получили сертификат по стандарту ISO 9002.
Продукция компании широко применяется в телекоммуникации, промышленном и медицинском оборудовании, бытовой технике и автомобильном оборудовании.
American Zettler
Более 100 лет компания Zettler держит лидерство и устанавливает стандарты работы и качества электротехнических элементов. Этот производитель выпускает более 40 видов КУ, которые удовлетворяют потребности самых различных проектов.
Продукция компании широко применяется в телекоммуникации, периферийной вычислительной технике, средствах управления и прочих типах электрического и электронного оборудования.
Где приобрести реле и их стоимость
Реле в зависимости от типа КУ, производителя, сферы применения и продавца могут стоить от 15$ до нескольких сотен. Приобрести необходимое коммутационное устройство можно непосредственно у производителя в традиционных специализированных магазинах или интернете. В настоящее время купить нужное реле любого типа и назначения не составит труда. Существуют специальные каталоги, в которых указывается маркировка, компания-производитель, параметры и стоимость изделия.
Заключение
Как следует из этого обзора, реле является неотъемлемой частью практически любой электрической и электронной схемы промышленного оборудования и бытовой техники. Полную информацию об этом виде коммутационного устройства сложно втиснуть в рамки одной статьи. Если у вас возникнут какие-либо вопросы по этой теме, то задавайте и будем вместе разбираться.
Как сделать электронный предохранитель своими руками
Р/л технология
Главная Радиолюбителю Р/л технология
Было бы преступлением не упомянуть здесь плавкие предохранители. Как и другие типы предохранительных устройств они призваны защищать участок цепи от губительных перепадов питающего тока.
Плавкие предохранители
Отличительная особенность таких предохранителей — их очевидная простота. Устройство представляет собой не что иное, как участок проволоки небольшого диаметра. Последняя легко плавится при превышении силы тока сверх заданного порога.
Конечно, у такого метода защиты есть очевидный недостаток – время реакции (плавление проволоки не происходит мгновенно). То есть от кратковременных, но от этого не менее губительных, импульсов тока он не спасет. Зато он очень эффективен при коротких замыканиях в сети или при превышении допустимой нагрузки.
Принцип работы основывается на тепловой работе, которую совершает ток при прохождении через проводники (и напряжение здесь не имеет особого значения).
Расчет:
Сила тока = Максимально допустимая мощность цепи / Напряжение
То есть максимальная сила тока, которую должен выдерживать плавкий предохранитель в цепи питания 220 В при максимальной нагрузке в 3 кВт – около 15 А.
Ввиду того, что плавкость зависит от множества факторов (диаметр проволоки, теплоотводящая способность окружающей среды, материал, из которого изготовлена проволока, и т.п.), то чаще всего сгоревший элемент меняют согласно готовым расчетам из таблицы ниже (для наиболее популярных металлов).
Таблица 1
Предохранители на реле
Как и было сказано выше, плавкие предохранители имеют серьезный недостаток – время реакции. Кроме того, сгоревший элемент необходимо полностью менять (требуется замена проволоки или всего предохранителя).
В качестве альтернативы можно рассмотреть реле.
Один из примеров реализации такой схемы ниже.
Рис. 1. Схема реле
При коротком замыкании в питаемой цепи резко возрастает ток, вследствие чего составной транзистор (VT1 VT2) запирается и всё напряжение прикладывается к первому реле, которое, в результате срабатывания, размыкает второе реле и ток остается только на закрытом составном транзисторе.
Обозначенный блок рассчитан только на цепи, ток питания которых не превышает 1,6А, что может быть неудобно для разных задач.
Её можно немного переделать так.
Рис. 2. Переделанная схема реле
Номинал R4 не прописан специально, так как он требует расчета в зависимости от параметров питаемой цепи.
В качестве основы можно использовать готовые показатели в таблице ниже.
Таблица 2
R4, Ом | 1,6 | 0,82 | 0,6 | 0,39 | 0,22 |
Сила тока срабатывания предохранителя, А | 0,9 | 1,3 | 1,7 | 2,0 | 2,4 |
Обе приведенные схемы рассчитаны на работу только в цепях питания 12 В.
Электронные предохранители без реле
Если ваша схема питается током до 5 А и напряжением до 25 В, то вам определенно понравится схема ниже. Порог срабатывания может быть настроен подстроечным резистором, а время реакции можно задать с помощью конденсатора.
Рис. 3. Схема предохранителя без реле
Ввиду того, что под постоянной нагрузкой транзистор может греться, его лучше всего разместить на теплоотводе.
В качестве альтернативной реализации, но с тем же принципом.
Рис. 4. Схема предохранителя без реле
Еще более простой электронный предохранитель с минимумом деталей на схеме ниже.
Рис. 5. Схема электронного предохранителя с минимумом деталей
При возникновении короткого замыкания транзистор блокируется на непродолжительное время. Если блокировка будет снята, а короткое замыкание останется, то «предохранитель» снова сработает и так до тех пор, пока в питаемой цепи не будет устранена проблема. То есть такой предохранитель не требует включения или выключения. Единственный его недостаток – постоянное включение прямой нагрузки в цепи в виде резистора R3.
Электронный предохранитель для 220 В
Схемы электронных предохранителей, приведенные выше, могут работать только в цепях с постоянным питанием. Но что, если вам нужен быстродействующий предохранитель для защиты питания в цепях с переменным током 220 В?
Можно использовать схему блока защиты от перегрузок ниже.
Рис. 6. Схема блока защиты от перегрузок
Максимальный ток срабатывания этой схемы, выполненной на стабилизаторе 7906 – 2А.
T1 – транзистор TIC225M, а
T2 — BTA12-600CW (замена не допустима).
В качестве более простых альтернатив для цепей с переменным током могут выступать следующие.
Рис. 7. Схемы для цепей с переменным током
Автор: RadioRadar
Дата публикации: 09.03.2018
Мнения читателей
Нет комментариев. Ваш комментарий будет первый.
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу: