Содержание
Коммутация – это включение или выключение электроприбора в сеть. Для этого используют разъединители, выключатели, автоматические выключатели, реле, контакторы, пускатели. Последние три (реле, контактор и магнитный пускатель) подобны по своему строению, но предназначены для разных мощностей нагрузки. Это электромеханические коммутационные устройства. У новичков часто возникают вопросы типа:
«Для чего у реле столько контактов?»;
«Как заменить реле, если нет подобного по расположению выводов?»;
«Как подобрать реле?».
Я постараюсь ответить на все эти вопросы в статье.
Для чего нужно реле?
Чтобы включить нагрузку нужно подать на её выводы напряжение, оно может быть постоянным и переменны, с разным количеством фаз и полюсов.
Напряжение можно подать несколькими способами:
Разъёмное соединение (вставить вилку в розетку или штекер в гнездо);
Разъединителем (как вы включаете свет в комнате, например);
Через реле, контактор, пускатель или полупроводниковый коммутационный прибор.
Первые два способа ограничены как по максимальной коммутационной мощности, так и по расположению точки подключения. Это удобно, если свет или прибор вы включаете выключателем или автоматом при этом и они расположены рядом друг с другом.
Для примера, приведу ситуацию, например водонагревательный бак (бойлер) – это достаточно мощная нагрузка (1 – 3 и более кВт). Ввод электроэнергии в коридоре, и там же на электрощите у вас расположен автомат включения бойлера, тогда вам нужно протянуть кабель сечением 2.5 кв. мм. На 3-5 метров. А если вам нужно включить такую нагрузку на большом расстоянии?
Для удаленного управления можно использовать такой же разъединитель, но чем больше расстояние – тем большим получится сопротивление кабеля, значит, нужно будет использовать кабеля с большим сечением, а это дорого. Да и если кабель оборвется – непосредственно на месте включить прибор уже не получится.
Для этого можно использовать реле, которое установлено непосредственно возле нагрузки, а включать его удаленно. Для этого не нужен толстый кабель, ведь сигнал управления обычно от единиц до десятков ватт, при этом может включаться нагрузка в несколько киловатт.
Выключатели и разъединители – нужны для ручного включения нагрузки, для того, чтобы управлять ею автоматически, нужно использовать реле или полупроводниковые приборы.
Сферы применения реле:
Схемы защиты электроустановок. Для автоматического ввода энергии защиты от низких и высоких напряжений, Реле тока – для срабатывания токовых защит, разрешения пуска электрических машин и пр.;
Для удаленного включения.
Как работает реле?
Электромагнитное реле состоит из катушки, якоря и набора контактов. Набор контактов может быть разным, например:
Реле с одной парой контактов;
С двумя парами контактов (нормально-замкнутые – NC, и нормально-разомкнутые – NO);
С несколькими группами (для управления нагрузкой в независимых друг от друга цепях).
Катушка может быть рассчитана на разную величину постоянного и переменного тока, вы можете подобрать под свою схему, чтобы не использовать дополнительный источник для управления катушки. Контакты могут коммутировать как постоянный, так и переменный ток, величина тока и напряжения обычно указана на крышке реле.
Мощность нагрузки зависит от коммутационной способности аппарата обусловленного его конструкцией, на мощных электромагнитных коммутационных устройствах присутствует дугогасительная камера, для управления мощной резистивной и индуктивной нагрузкой, например электродвигателем.
Работа реле основана на работе магнитного поля. Когда на катушку подаётся ток, то силовые линии магнитного поля пронизывают её сердечник. Якорь изготовлен из материала, который магнитится и он притягивается к сердечнику катушки. На якоре может быть размещена контактная медная пластика и гибкая подводка (провод), тогда якорь находится под напряжением и по медным шинам подаётся напряжение на неподвижный контакт.
Напряжение подключается к катушке, магнитное поле притягивает якорь, он замыкает или размыкает контакты. Когда напряжение пропадает – якорь возвращается в нормальное состояние возвратной пружиной.
Могут быть и другие конструкции, например, когда якорь толкает подвижный контакт, и он переключается от нормального состояния к активному, это изображено на картинке ниже.
Итог: Реле позволяет малым током через катушку управлять большим током через контакты. Величина управляющего и коммутируемого (через контакты) напряжения может быть разная и не зависит друг от друга. Таким образом мы получаем гальванически развязанное управление нагрузкой. Это даёт существенное преимущество перед полупроводниками. Дело в том, что сам по себе транзистор или тиристор он не развязан гальванически, даже более того непосредственно связан.
Токи базы это часть тока коммутируемой через эмиттер-коллектор цепи, в тиристоре, в принципе, ситуация подобна. Если PN-переход повреждается – напряжение включаемой цепи может попасть на цепь управления, если это кнопка – ничего страшного, а если это микросхема или микроконтроллер – они, скорее всего, тоже выйдут из строя, поэтому реализуется дополнительная гальваническая развязка через оптопару или трансформатор. А чем больше деталей – тем меньше надежность.
ремонтопригодность. вы можете провести ревизию большинства реле, например, подчистить контакты от нагара и оно заново заработает, а при определенной сноровке можно заменить катушку или подпаять её выводы если они оторвались от выходящих контактов;
полная гальваническая развязка силовой цепи и цепи управления;
низкое переходное сопротивление контактов.
Чем ниже сопротивление контактов, тем меньше теряется напряжения на них и меньше нагрев. Электронные реле выделяют тепло, чуть ниже я бегло расскажу о них.
из-за того, что конструкция по сути механическая – ограниченное число срабатываний. Хотя для современных реле оно доходит до миллионов срабатываний. Так что сомнительный момент недостаток.
скорость срабатывания. Электромагнитное реле срабатывает за доли секунды, в то время как полупроводниковые ключи могут переключаться миллионы раз в секунду. Поэтому нужно подходить с умом к выбору коммутационной аппаратуры.
при отклонениях от управляющего напряжения может быть дребезжание реле, т.е. состояние, когда ток через катушку мал, для нормального удержания якоря, и оно «жужжит» открываясь и закрываясь с большой скоростью. Это чревато скорым выходом его из строя. Отсюда вытекает следующее правило – для управления реле аналоговый сигнал должен подаваться через пороговые устройства, типа триггера Шмидта, компаратора, микроконтроллера и т.д.;
Щелкает при срабатывании.
Характеристики реле
Чтобы правильно подобрать реле нужно учесть ряд параметров, который описывает его особенности:
1. Напряжение срабатывания катушки. 12 В реле не будет устойчиво работать или не включится совсем если вы на его катушку подадите 5 В.
2. Ток через катушку.
3. Количество контактных групп. Реле может быть 1-канальным, т.е. содержать 1 коммутационную пару. А может и 3-канальным, что позволит подключать 4 полюса к нагрузке (например, три фазы 380В)
4. Максимальный ток через контакты;
5. Максимальное коммутируемое напряжение. У одного и того же реле оно различное для постоянного и переменного токов, например 220 В переменного и 30 В постоянного. Это связано с особенностями дугообразования при коммутации разных электроцепей.
6. Способ монтажа – клеммные колодки, вывод для клемм, пайка в плату или установка на DIN-рейку.
Электронные реле
Обычное электромагнитное реле при срабатывании щелкает, что может мешать вам при использовании таких приборов в бытовых помещениях. Электронное реле, или как его еще называют твердотельное реле, лишено этого недостатка, но оно выделяет тепло, т.к. в качестве ключа используется транзистор (для реле постоянного тока) или симистор (для реле переменного тока). Кроме полупроводникового ключа в электронном реле установлена обвязка для обеспечения возможности управления ключом нужным управляющим напряжением.
Такое реле для управления использует постоянное напряжение от 3 до 32, а коммутирует переменное от 24 до 380 В с током до 10 А.
малое потребление управляющего тока;
отсутствия шума при переключении;
больший ресурс (миллиард и больше срабатываний, а это в тысячу раз больше чем у электромагнитного).
может сгореть от перегрева;
если сгорит – отремонтировать не получится.
Как подключить реле?
На картинке ниже хорошо изображена схема подключения реле к сети и нагрузке. На один из силовых контактов подключают фазу, на второй нагрузку, а ноль на второй вывод нагрузки.
Так собирается силовая часть. Цепь управления собирается так: источник питания, например аккумулятор или блок питания, если реле управляемое постоянным током, через кнопку подключается к катушке. Для управления реле переменного тока схема аналогична, на катушку подается переменное напряжение нужной величины.
Здесь очевидно, что напряжение управления никак не зависит от напряжения в нагрузке, тоже и с токами. Ниже вы видите схему управления активаторами центрального замка автомобиля с двухполярым управлением.
Задача следующая, чтобы активатор совершил движение вперед нужно подключить плюс и минус к его соленоиду, чтобы сдвинуть его назад – полярность нужно сменить. Это сделано с помощью двух реле с 5-ю контактами (нормально-замкнутый и нормально-разомкнутый).
Когда напряжение подаётся на левое реле, плюс подается на нижний провод (по схеме) активатора, через нормально-замкнутые контакты правого реле верхний провод активатора подключен к отрицательному выводу (к массе).
Когда напряжение подано на катушку правого реле, а левое обесточено, полярность получается обратной: плюс через нормально-разомкнутый контакт правого реле подаётся на верхний провод. А через нормально-замкнутые контактны правого реле – нижний провод активатора соединен с массой.
Этот частный случай я привел для примера того, что с помощью реле можно не только включать напряжение на нагрузку, но и осуществлять разнообразные схемы подключения и переполюсовки.
Как подключить реле к микроконтроллеру
Чтобы управлять нагрузкой переменного тока через микроконтроллер удобно использовать реле. Но возникает небольшая проблема: ток потребления реле зачастую превышает максимальный ток через пин микроконтроллера. Чтобы её решить – нужно усилить ток.
На схеме изображено подключение реле с катушкой на 12В. Здесь транзистор VT4 обратной проводимости, он играет роль усилителя тока, резистор R нужен для ограничения тока через базу (устанавливается так, чтобы ток был не более чем максимальный ток через пин микроконтроллера).
Резистор в цепи коллектора нужен для того, чтобы задать ток катушки, подбирается по величине тока срабатывания реле, в принципе, его можно исключить. Параллельно катушке установлен обратный диод VD2 – он нужен, чтобы всплески самоиндукции не убили транзистор и выход микроконтроллера. С диодом всплески отправятся в сторону источника питания, и энергия магнитного поля прекратит свою работу.
Ардуино и реле
Для любителей Arduino есть готовые релейные шилды и отдельные модули. Чтобы обезопасить выходы микроконтроллера в зависимости от конкретного модуля может быть реализована опторазвязка управляющего сигнала, что значительно увеличит надёжность схемы.
Схема подобного модуля вот:
Мы говорили о характеристиках реле, так вот они часто указаны в маркировке на передней крышке. Обратите внимание на фото релейного модуля:
10A 250VAC – значит что способно управлять нагрузкой переменного напряжения до 250В и с током до 10 А;
10A 30VDC – для постоянного тока напряжение в нагрузке не должно превышать 30В.
SRD-05VDC-SL-C – маркировка, зависит от каждого произовдителя. В ней мы видим 05VDC – это значит, что реле сработает от напряжения в 5В на катушке.
При этом у реле есть нормально открытый контакты, всего 1 подвижный контакт. Схема подключения к ардуине изображена ниже.
Заключение
Реле это классический коммутационный прибор который используется везде: пультах управления в щитовых промышленных цехов, в автоматике, для защиты оборудования и человека, для избирательного подключения конкретной цепи, в лифтовом оборудовании.
Начинающему электрику, электронщику или радиолюбителю очень важно научиться использовать реле и составлять схемы с ними, так вы можете применять их в работе и хозяйстве, реализуя релейные алгоритмы без применения микроконтроллеров. Это хоть и увеличит габариты, но значительно улучшит надежность схемы. Ведь надежность это не только долговечность, но и безотказность и ремонтопригодность!
2 простых,но полезных,способа использования реле
1. Секретка в авто
2. Управление стеклоподъемниками или любым мотором с постоянным питанием
Сидя дома и страдая от безделья, я решил просмотреть свои старые записи поделок, когда еще работал на СТО. Нашел парочку простых но полезных в применении схем соединения реле. На авторство не претендую, но до этого додумывался сам. Итак начнемс:
1 схема это простая секретка для авто, в ней применяется геркон и реле, геркон располагается в удобном для вас месте но не видном для посторонних.
Как это работает! На схеме где указан ВХОД, минус питания идет на реле, а плюс это провод идущий например от бензонасоса или реле подающее + на форсунки и т.д. Его разрезаем, один конец подсоединяем к одному контакту замыкания, другой ко второму. Геркон прячем в доступном для вас месте но не для глаз чужих :fellow: . При поднесении магнита к геркону, он замыкается, тем самым давая плюс реле, реле тоже замыкается и контакты соединяются. Теперь уже плюс идет через контактную группу реле а не геркона, убираем магнит и все работает . Единственное что нужно помнить, что не надо ставить такую секретку на высокую нагрузку, так как контакты геркона могут обгореть. А так данную секретку можно использовать везде, главное фантазия.
Следующая схема будет полезна например кто хочет поставить стеклоподъемники или просто управлять мотором регулируя направление вращения. Это соединение тоже было придумано за кружкой "кофе" . :winked:
Схема подключения
В данном примере нужно реле пятиконтактное. обратите внимание что на мотор подано два плюса. При нажатии верхнего контакта(S3) реле замыкается, контактная группа этого реле переключается и на моторе появляется минус в верхней части (если смотреть по рисунку). При нажатии нижнего контакта(S4), контактная группа 2 реле переключается и на моторе появляется минус в нижней части. Таким образом нажимая кнопки, вы можете управлять направлением движения мотора! Такое подключение было использовано на многих стеклоподъемниках которые по сей день работают. Можно конечно поставить и концевики в разрыв питания мотора, когда стекло вверху или внизу.
От себя хочу добавить что 2 схема подключения не раз была мною опробована, в стеклоподъемниках, вакуумных центральных замках (тут нужна небольшая доработка, парочку диодов). Надеюсь эти схемы подключения будут кому то полезны.
Будут вопросы пишите в комментариях если что то будет не понятно.
Спасибо за ваше потраченное время на прочтение данной статьи.
Ниже приведу фото реле и герконов которые я использовал.
ДХО (дневные ходовые огни) – дополнительные световые устройства, устанавливаемые на автомобиль для использования в светлое время суток. Хотелось бы подчеркнуть, ДХО предназначены для обозначения вашего транспортного средства перед другими участниками дорожного движения, а не для дополнительного освещения проезжей части. В пользе использования ДХО сомневаться не приходится, ваш автомобиль станет заметен на расстоянии нескольких километров. Достигается это использованием ярких светодиодов в ДХО. В этой статье я расскажу вам о правовых аспектах установки ДХО, а также о различных схемах подключения ДХО.
Законодательство
Перед практикой установки ДХО, хотелось бы немного остановиться на правовых нормах установки ДХО, а также правилах их работы.
Самое первое и основное правило – запрещена самовольная установка дополнительных световых сигналов на автомобиль. Да, вы правы, вы не имеете права устанавливать ДХО на свой автомобиль, если он не был укомплектован ими заводом изготовителем. Это будет расцениваться как внесение изменений в конструкцию транспортного средства. На каждое изменение конструкции транспортного средства должен быть получен сертификат, что само по себе дело не быстрое и не дешевое. В противном случае, сотрудники ДПС выпишут вам штраф, либо вовсе доставить ваш автомобиль на штрафстоянку.
Как же так? Мой сосед на «Оку» поставил ДХО и спокойно ездит! – спросите вы. Ему просто везет на лояльных сотрудников ДПС, которые не обращают внимания на его ДХО – отвечу я вам.
Еще раз — запрещена самовольная установка дополнительных световых сигналов на автомобиль, если он не был укомплектован ими заводом изготовителем. Поэтому, любые изменения конструкции транспортного средства вы производите на свой страх и риск. Совсем другое дело, если комплектация вашего автомобиля не включает в себя ДХО, но в более дорогих комплектациях вашей модели ДХО имеется. В этом случае, вы имеете право установить ДХО без каких-либо согласований с сертифицирующими органами.
Первое правило установки ДХО касается их расположения на кузове автомобиля (см. рисунок). Если кратко описать этот рисунок, то мы получим следующее:
- ДХО должны быть установлены на высоте от 250 до 1500 мм;
- Расстояние между близлежащими краями ДХО должно быть не менее 600 мм;
- Расстояние от внешней боковой поверхности автомобиля до близлежащего края ДХО должно быть не более 400 мм.
Теперь кратко пройдемся по правилам работы и использования ДХО:
- ДХО должны использоваться только в светлое время суток;
- Запрещено использование ДХО совместно с габаритными огнями, с ближним и дальним светом фар, а также с противотуманными фарами.
Все что не запрещено – разрешено. Вот так все просто. Отдельно хотелось бы остановиться на важном моменте, он касается использования ДХО совместно с дальним светом фар. Правило звучит примерно так: При кратковременном подаче сигнала дальним светом, при отключенных габаритных огнях и ближнем свете фар, ДХО не должны отключаться. Расшифрую: вы едете при отключенных фарах и габаритах, ДХО включены, когда вы сигналите дальним светом встречной машине о приближении к посту ДПС, ваши ДХО не должны отключаться.
Просто? Я тоже думаю, что ничего сложного тут нет. Зная законодательство и правила использования ДХО, мы готовы перейти к практике их подключения. Начнем от простого и неправильного, закончим сложным и правильным. Поехали!
Схема подключения ДХО без реле
Это самая простая схема подключения ДХО, но и самая не правильная. Немного опишу ее. При такой схеме подключения вы подаете напряжение на ДХО от основной цепи питания автомобиля. Основная цепь питания включается в работу при повороте ключа в замке зажигания. Очевидно, ваши ДХО будут работать всегда, пока повернут ключ в замке зажигания, не зависимо от того, какие осветительные приборы вы используете при этом. У вас нет возможности отключить ДХО до тех пор, пока вы не вытащите ключ из замка зажигания.
Как вам уже известно, запрещено использование ДХО совместно с другими осветительными приборами. Я не рекомендую подключение ДХО по такой схеме.
Схема подключения ДХО от датчика давления масла
В этой части мы расскажем, как подключить ДХО, чтобы включались при запуске двигателя. Для подключения по такой схеме, вам потребуется 4ех контактное реле. Принцип работы схемы примерно такой. В нормальном состоянии контакты реле 30 и 87 разомкнуты, т.е. между ними не проходит ток, ДХО выключены.
Как только вы заводите двигатель, на приборной панели гаснет контрольная лампа давления масла, на контакт реле 86 приходит сигнал от датчика давления масла, этот сигнал возбуждает катушку в реле, которая управляет замыканием контактов 30 и 87. После замыкания контактов 30 и 87 ваши ДХО включаются. Данная схема тоже не является правильной т.к. ваши ДХО будут работать всегда, пока заведен двигатель вашего автомобиля.
Схема подключения ДХО через 4 контактное реле
Для подключения ДХО по такой схеме, вам так же, как и в предыдущем случае, потребуется 4ех контактное реле. Более того, схема подключения абсолютно идентична с предыдущим случаем, только вместо управляющего сигнала от датчика давления масла мы будем использовать кнопку в салоне автомобиля. Ваши ДХО будут включаться только при нажатии кнопки в салоне.
Можете добавить немного автоматизации в данную схему. Для того чтобы ДХО гасли при остановке двигателя, вы можете подать сигнал на кнопку от бензонасоса, или от того же датчика давления масла. Данная схема уже имеет право на жизнь, т.к. вы можете управлять работой ДХО в зависимости от ваших условий движения.
Единственный минус заключается в том, что вам необходимо вручную отключать ДХО (нажимать кнопку в салоне) при включении ближнего света фар, а также вручную включать ДХО при движении в светлое время суток.
Схема подключения ДХО через 5 контактное реле
Эта схема является наиболее правильной и автоматизированной, я рекомендую подключать ДХО именно по этой схеме. В этой схеме используется 5ти контактное реле. Давайте немного расскажу о принципе работы 5ти контактного реле. 5ти контактное реле имеет 2 силовых вывода. В нормальном состоянии первый из силовых выводов замкнут, второй разомкнут. После подачи на реле управляющего сигнала, первый вывод станет разомкнутым, а второй замкнутым. Это кажется сложным, но давайте разберемся на примере, и все станет ясно.
- Контакты 85 и 86 — являются управляющими контактами. В зависимости от того, есть ли на них напряжение или нет, замыкаются контакты 87 или 87А;
- Контакт 30 – силовой питающий контакт реле. Именно на него надо подавать напряжение для питания потребителей;
- Контакты 87 и 87А – контакты присоединения потребителей.
Приведу пример. Напряжения на контактах 85 и 86 нет, питание через реле идет к потребителю на контакт 87А. Напряжения на контактах 85 и 86 есть, реле переключает питание на потребителя на контакте 87.
- Питание на ДХО и фары подаем через контакт 30. Для большей автоматизации возьмите питание от основной цепи автомобиля, которая включается при включении зажигания;
- К контакту 87А присоединяем ДХО, которые будут включены всегда;
- К контакту 87 присоединяем фары, которые буду включаться только при отключении ДХО;
- На контакты 85 или 86 (не имеет значения), подаем управляющий сигнал от кнопки включения фар в салоне;
- Оставшийся контакт 85 или 86 присоединяем к корпусу автомобиля.
При таком подключении у вас могут работать или ДХО или фары. На заглушенном автомобиле и ДХО и фары отключаются.
