Здравствуйте мои уважаемые читатели!
Этот материал был задуман давно…
И в интернете много публикаций на тему: РЕЛЕ. Очень много схем, ещё больше справочных материалов. В справочной и учебной литературе подробно указаны параметры реле и нет пояснений, как их подключать и применять! Причина очень простая – в оборудовании во время разработки проекта, инженер-конструктор закладывает в схему реле с соответствующими параметрами: рабочее напряжение обмотки и рабочий ток через контакты. И ни кому из конструкторов не придёт в голову применение реле с другим рабочим напряжением катушки! А почему? Ответ кроется в работоспособности оборудования и все прекрасно понимают это…
А вот в жизни есть очень интересная категория людей – РАДИОЛЮБИТЕЛИ или если Вам угодно – ЛЮБИТЕЛИ САМОДЕЛОК!!!
Реле при применении «по стандарту» работает и обеспечивает надёжную работу, но у реле есть ещё и скрытые параметры – они есть во всех справочных материалах и для конструкторов они предназначены для расчёта надежности работы реле.
И вот ЛЮБИТЕЛИ САМОДЕЛОК очень внимательно изучают именно эти параметры! Почему они это делают и самое главное, для каких целей? Правильно! Для экономии!!! Экономии потребляемой мощности, для экономии денег – если есть подходящее реле на другое напряжение, а купить не позволяет бюджет, особенно если аппарат или приспособление в единственном экземпляре и смысла покупать и ждать нет.
И вот, большинство любителей успешно применяют реле в нестандартном включении. Здесь надо оговориться, что такое включение должно быть в разумных пределах! Включать реле с рабочим напряжением 36В на работу от 5В смысла не имеет, вот запустить реле с обмоткой 12В от 5В или наоборот, можно смело пробовать. Чтобы делать такие схемы надо подробнее разобраться, как устроено реле и что влияет на параметры его работы.
Рис. 1. Упрощённый вариант конструкции реле с основными элементами.
Приведенный вариант конструкции практически полностью соответствует конструкции реле РП-21, только не показаны крепление, корпус и соединительные провода от катушки и подвижных контактов ( СОМ ).
В большинстве конструкций отличия бывают в устройствах толкателей, заставляющих перемещаться подвижные контакты из выключенного положения во включенное…
Но на данном примере, легче рассмотреть какие элементы реле влияют на ток срабатывания.
В первую очередь надо отметить, что главным фактором здесь является обмотка, а точнее количество витков и диаметр обмоточного провода. Диаметр обмоточного провода совместно с количеством витков определяет величину сопротивления обмотки и вот как раз эти два параметра являются главными. Подавая на обмотку напряжение определённой величины, мы создаём ток в обмотке, и вот теперь в работу включается главный фактор АМПЕР ВИТКИ. Что же это такое? Это произведение числа витков на ток в обмотке. Вот это произведение как раз и определяет силу притяжения, для обеспечения срабатывания реле! Надо особо отметить, что когда реле обесточено ( или открыто ) магнитопровод разомкнут, и для его замыкания ( с подвижной частью ) требуется преодолеть несколько препятствий: величина зазора магнитопровода; усилие пружины; трение. Пружина контакта в данном варианте конструкции помогает этому процессу, но когда магнитопровод почти уже замкнулся, появляется дополнительное препятствие – это подвижный контакт, который с определённым усилием должен прижаться к неподвижному контакту.
Теперь усилию прижатия препятствует пружина и подвижный контакт, но так как магнитопровод замкнут можно смело уменьшить величину АМПЕР ВИТКОВ и, следовательно, усилие.
Ток срабатывания реле определяют на заводе изготовителе исходя их необходимого напряжения срабатывания. Не буду приводить всех подробностей, но напряжение срабатывания ( или рабочее напряжение ) определяет не только уверенное срабатывание реле, а ещё и температуру, до которой нагреется обмотка при номинальном токе и длительном времени включения реле.
Здесь можно сделать выводы: после срабатывания реле можно уменьшить напряжение питания цепи, питающей реле, или уменьшить ток в обмотке реле любым удобным способом. Вот как раз об этом и пойдет дальнейшее повествование.
Как включают реле в промышленном оборудовании? Очень просто, какое напряжение написано в справочнике для этого реле – такое и подают!!!
Но для самоделок иногда такой вариант не подходит: или реле требует напряжения 24В, а есть только 12В; или для реле надо 5В, а есть опять же 12В. Вот и рассмотрим несколько вариантов
Рис. 2. Включение реле на напряжение в два раза меньше паспортного.
Схема очень простая. Реле включатся чётко, но для такой схемы требуется две кнопки управления и ещё дополнительный контакт реле для «самоподхвата». Нажали кнопку SB1, зарядили конденсатор и отпустили. Реле сработало и контактами К1.1 «обеспечило» себя питающим напряжением и ещё разрядило конденсатор, подготовив его для повторного включения. Для выключения необходимо нажать кнопку SB2. Просто, но у реле надо забрать одну контактную группу, если таковая имеется, а как быть если у реле только одна контактная группа или такая «жертва» недопустима?
Рис. 3. Более продвинутый вариант запуска реле удвоенным напряжением.
Такой вариант очень оригинальный, но требуется кнопка с самофиксацией. Но при этом не требуется ещё одна кнопка, для выключения достаточно, повторно нажать кнопку и реле отключится, и конденсатор будет заряжаться.
В интернете много различных вариантов удвоения напряжения при помощи механических контактных групп, есть и с утроением, и даже с учетверением напряжения!
Но у всех таких «умножителей» есть главный недостаток – реле невозможно включить электрическим сигналом! Умельцы и здесь нашли выход
Рис. 4. Включение реле повышенным напряжением с электронным управлением.
Очень оригинальное решение! При отсутствии сигнала управления, конденсатор заряжается через обмотку реле и диоды VD2 и VD3. При подаче сигнала управления транзистор VT1 открывается и подключает конденсатор плюсом к минусовой шине питания, при этом минус, заряженного конденсатора, подключенный к эмиттеру транзистора VT2, открывает транзистор, включенный по схеме с общей базой. В итоге на реле подаётся напряжение питания плюс напряжение заряженного конденсатора, реле срабатывает, и конденсатор начинает разряжаться. После разряда конденсатора транзистор VT2 закрывается, но транзистор VT1открыт и теперь реле оказывается подключено через открытый транзистор к номинальному напряжению. При отключении команды управления, этот транзистор закрывается и конденсатор заряжается.
Рис. 5. Ещё один вариант включение реле повышенным напряжением и электронным управлением.
В первом варианте транзистор VT2 может не выдержать напряжения на конденсаторе, приложенное к переходу база-эмиттер транзистора, и была придумана схема, где реле питается через P – N – P транзистор. И теперь транзистор VT1 одновременно, подключая конденсатор, открывает транзистор VT2. И после разряда конденсатора, удерживает второй транзистор в открытом состоянии. Сняли команду управления – оба транзистора закрылись, а конденсатор заряжается. Всё очень просто. Но эти схемы для включения реле «умноженным» напряжением, а как быть, если напряжение питания выше номинального напряжения реле?
И здесь умельцы САМОДЕЛКИНЫ нашли выход и не один…
Рис. 6. Питание реле повышенным напряжением. Самый простой вариант. Он же подходит и для номинального напряжения.
Как видно из схемы реле запитано через транзистор и резистор, включенные параллельно. При подаче питающего напряжения, конденсатор С1 через резистор R2 открывает транзистор и реле включается. Но в этом варианте очень важно открыть транзистор, так чтобы ток через обмотку реле был равен паспортному. Ток транзистора определяется током базы, а он определяется величиной сопротивления резистора R2 и коэффициентом усиления транзистора. Так же надо учитывать ток, протекающий через резистор R3. Обычно вместо этих резисторов включают подстроечные и подбирают ток включения реле, а после закрывания транзистора ток удержания. Ёмкость конденсатора определяет только время открытого состояния транзистора, а резистор R1 служит для разряда конденсатора. Ещё один фактор надо учесть – это рассеиваемая мощность резистора R3, так как он гасит лишнее напряжение! Данный вариант подходит для случаев, когда реле должно сработать при подаче питающего напряжения. Но электронное управление в таком варианте возможно только для включения, выключить реле можно только отключив питающее напряжение – «виновник» резистор R3. Как же быть, если требуется электронное управление? Правильно! Надо убрать этот резистор!
Рис. 7. Электронный ключ управления, но с определёнными требованиями…
Резистор R3 мы убрали, но теперь надо подумать, как включить реле номинальным током, а потом уже ток уменьшить для «экономии энергии» и облегчения «жизни» транзистора.
Зная напряжения управления, определяем величину резистора R2 по необходимому току транзистора для включения реле, здесь требуется измерить коэффициент усиления транзистора! Величина сопротивления резистора R3 выбирается много выше суммы сопротивлений резисторов R1 и R2, так как он предназначен для «привязки» базы транзистора к общей шине.
Определив величину сопротивления R2, определяем величину резистора R1, для этого в расчёт берем ток удержания реле по коэффициенту усиления. Ёмкость конденсатора определят время в течение которого транзистор открыт до тока срабатывания. Так же всё очень просто, но транзисторы должны быть с нормальным или даже хорошим коэффициентом усиления, иначе у источника подачи команд может не хватить мощности для открытия транзистора. И есть ещё один вариант как разделить ток срабатывания и ток удержания только транзистором
Рис. 8. Вариант электронного ключа с разделением тока срабатывания и тока удержания.
В данной схеме резистор R1 рассчитывается по току срабатывания реле и коэффициенту усиления транзистора, а резистор R3 рассчитываем как любой резистор в цепи эмиттера для снижения тока базы при заданном токе удержания реле. Конденсатор С1 в момент включения реле блокирует резистор R3, а после срабатывания реле когда конденсатор зарядился резистор R3 определяет ток за счет вычитания падения напряжения на резисторе из управляющего напряжения и помогает ему в этом резистор R2.
У всех схем управления на транзисторах при повышенном питающем напряжении есть существенный недостаток: избыток напряжения транзистор гасит «на себя»! Возможно, даже потребуется радиатор!!!
В качестве плюса приведенных схем можно отметить, что при питании номинальным ( для реле ) напряжением можно существенно уменьшить потребляемую мощность, если после включения уменьшать ток в катушке реле до приемлемого варианта.
Теперь коротко о выборе токов, при которых реле устойчиво работают.
Номинальное напряжение, указанное в паспорте реле или в характеристиках из справочников обычно указывается не конкретно, допустим, 24В, а определённым диапазоном 24 … 30В или 5,4 … 8В. Иногда бывают более серьёзные ограничения 18+/-2В или 12+/-1,2В. По току разброс более широкий обычно ток срабатывания в несколько раз превышает ток отпускания. У очень хороших реле разница может быть в 10 раз ( например, ток срабатывания 42 мА, а ток отпускания 4 мА ), но обычно 5 … 7 раз, но встречаются с разницей в два раза!
Самое лучшее – это проверить как ведет себя реле от минимального напряжения источника ( лабораторный блок питания ) до напряжения срабатывания, а потом уменьшая напряжение до момента отпускания. И вот в этих «воротах» конструировать применение реле.
Следующий шаг – это оценить какую нагрузку должны коммутировать контакты реле и здесь очень много «подводных камней»… Обычно в самоделках реле коммутируют не очень большие токи, и практически всегда реле подходит, но вот возникла необходимость коммутировать контура или полосовые фильтры в приёмнике, а получить хорошие результаты по чувствительности не получается. И виноваты в этом контакты реле!!! Реле с минимальным сопротивлением «контакт+контакт» если и существуют, но очень-очень редко!!! Есть очень хорошие реле РЭС-47, две контактные группы на переключение, а вот сопротивление замкнутого контакта 0,6 Ом хорошо это или плохо? Хорошо, если реле не работало в цепях коммутации токов ( не выше паспортных, но значительное время ), в новом проблем с переключением полосовых фильтров и контуров практически не будет ( а по паспорту должны быть, так как минимальное напряжение коммутации из всех мне известных 50 мВ и только у одного 1 мВ!!! ).
И ещё одно условие – это само «включение-выключение» реле. Реле – это первое ЦИФРОВОЕ УСТРОЙСТВО, работающее бинарным кодом, ноль – единица = выключено включено!
И из этого можно сделать вывод: подавать напряжение на обмотку реле надо «резко» и отключать так же «резко» если необходимо коммутировать значительные токи. Обычно включение производится чётко, а выключение может «медлить» - ток в реле уменьшается плавно и контакты ещё не разомкнулись, но уже не прижаты, как положено, появляется искрение, эрозия со всеми вытекающими последствиями. Срок службы контактов резко сокращается! Такое медленное включение и выключение можно наблюдать в фотодатчиках или в термодатчиках, если нет компаратора, даже самого простого.
Для таких случаев есть специальные реле, в которых применяется механизм быстрого переключения в виде специальной пружины, она же и дополнительно усиливает прижим контактов. С таким механизмом быстрого переключения или включения все хорошо знакомы и каждый день мы им пользуемся – он стоит в каждом выключателе включения освещения. Кому приходилось ремонтировать выключатель или тумблер видели эту пружину, а иногда и долго искали на полу при неудачной разборке… В реле пружинка выглядит иначе, но смысл от этого не меняется. И даже в микроходовой кнопке или в клавиатуре есть такая «пружинка» - это сфера из пластика с токопроводящим покрытием. Когда сверху на неё нажимаем, она вначале «сопротивляется», а потом становится сферой, но вогнутой и замыкает контакт.
Вот коротко о применении реле, очень интересном и нужном устройстве.
Спасибо за прочтение материала. Если не трудно – ставьте лайк, если материал понравился или пишите в комментариях, что не понравилось и в чём я ошибся!
Подписывайтесь на мой канал, не забывайте!!!
Приближается Новый Год, уходящий был для меня и моих близких очень трудным… Желаю всем в Наступающем году мирного неба, крепкого здоровья, успехов во всех делах!!! Любителям самоделок желаю новых творческих идей и воплощения их в реальность!
Будем радоваться жизни!!!
