«Автоматичний пристрій, стрибкоподібно змінює двох або трьохпозиційне електрофізичних стан контактного або безконтактного виходу, внаслідок безперервного або дискретного керуючого впливу» Необізнана людина ніколи не здогадається, що мова йде про звичайний реле Стає шкода студентів, яким доведеться заучувати настільки незрозумілий набір слів, який претендує на право увійти в підручники ..

Електричне реле – це одне з найпростіших і логічно зрозумілих пристроїв Якщо напруга на реле подано, то його контакти замикаються, якщо напруга відсутня, то розмикаються (або навпаки) Варто зазначити, що існують так звані «поляризовані» або «імпульсні» реле, які перемикаються подачею на керуючу обмотку НЕ постійної напруги, а знакозмінного імпульсу струму, але про це розмова піде пізніше

Перше в світі комутаційне реле розробив знаменитий СМорзе і застосував його у своєму телеграфному апараті зразка 1837 До цього вже були відомі конструкції «некоммутаціонного» типу Зокрема, ДжГенрі трохи раніше створив електромагнітний контакторних комутатор (релейний підсилювач) для звукового телеграфу, але в ньому не було якоря і замикаючих контактів

Слово «реле» походить від англійського «relay», що передбачає заміну (тобто посилення) ослабленого струму в електромагнітному підсилювачі Генрі за аналогією з заміною втомлених поштових коней або спортсменів, передавальних естафету

З класифікацією електричних реле виникають труднощі, оскільки різні фірми-виробники ставлять в основу різні маркетингові ознаки, вважаючи їх найбільш цінними для споживача Як приклад в Табл 217 приведено поділ, прийняте на фірмі ZETTLER Electronics

Таблиця 217 Параметри механічних реле загального призначення

Для порівняння, у фірмі OMRON дотримуються іншої класифікації реле: сигнальні (струм до 3 А), силові (струм до 30 А), автомобільні (струм до 70 А), високочастотні, реле для промислової автоматики Ще один варіант поділу реле можна знайти в каталогах фірми Relpol: мініатюрні, малогабаритні, сигнальні, інтерфейсні, автомобільні

У радіоаматорських конструкціях найчастіше застосовуються малопотужні низьковольтні реле з робочою напругою 3 .. 12 В і зі струмом комутації до 2 А Зрідка буває потреба у використанні автомобільних реле, а також потужних реле, розрахованих на роботу з змінною напругою 220 В

Строго кажучи, реле управляється не напруга, а струмом, тому в даташіте регламентуються два головних параметри: струм спрацьовування і струм відпускання Перший з них за абсолютною величиною більше другого з різницею в 5 .. 10 разів

Для орієнтиру, опір обмотки типового реле з робочою напругою 5 В становить 100 .. 110 Ом, з напругою 12 В – 400 .. 600 Ом

Число комутацій сучасних мініатюрних реле досягає 105..106 при максимальному струмі і 106..108 при малих робочих токах Перший показник характеризує електричний, а другий – механічний ресурс служби Найважчий режим для будь-яких реле настає при комутації індуктивних навантажень, при цьому зносостійкість знижується приблизно в 2 рази

За типом і числу груп контактів розрізняють чотири різновиди реле, які позначаються також, як і механічні перемикачі (Мал 2110)

Рис 2110 Літерні та графічні позначення груп контактів реле

Схеми підключення механічних реле до MK можна умовно розділити на «низьковольтні» (Мал 2111, а .. з) і «високовольтні» (Мал 2112, a .. n), Окремо на Рис 2113, a .. H показані різні варіанти «Обвязки» реле, застосовні як до «низьковольтним», так і до «високовольтним» схемами

Рис 2111 Схеми підключення «низьковольтних» механічних реле до MK (початок):

а) пряме підключення реле K1 до МК допускається, якщо струм його спрацьовування не перевищує 20 .. 25 мА Резистор R1 знижує амплітуду коливань, що виникають у момент комутації Діод VD1 пригнічує ЕРС самоіндукції обмотки реле Він повинен мати допустима зворотна напруга, в 3 .. 4 рази перевищує напруга живлення, а також запас по струму

б) резистори R1 .. R4равномерно розподіляють навантаження по всіх чотирьох виходів MK Тут і далі діод VD1 краще ставити з барєром Шоттки для зниження амплітуди кидків напруги у мережі живлення Необовязковий конденсатор C1 зменшує ВЧ-перешкоди (радіоперешкоди)

Рис 2111 Схеми підключення «низьковольтних» механічних реле до MK (закінчення):

в) класична схема підключення реле K1 до MK через буферний транзистор VT1 Робоча напруга реле K1 повинна дорівнювати напрузі джерела живлення +3 .. +5 В Діод VD1 захищає транзистор VT1 від стрибків напруги, викликаних ЕРС самоіндукції реле Діод може бути відсутнім, якщо транзистор досить високовольтний, а джерело живлення ефективно гасить імпульсні перешкоди, тобто має низький імпеданс і стабілізатор із зворотним звязком Резистор R2 закриває транзистор VT1 під час рестарту MK Конденсатор C1 ставлять за наявності потужних перешкод для виключення помилкових спрацьовувань Транзистор VT1 вибирається по струму колектора: 7KMIN[MA] = (ГСС[В] –БЕ[В])-Л21Е/ (I [кОм]-АГн), Де 1 /БЕ = 065 .. 075 В – напруга «база – емітер» відкритого транзистора Дон = 11 .. 14 – коефіцієнт насичення h213 – коефіцієнт підсилення транзистора по струму Vcc = 5 В – напруга живлення MK

г) аналогічно Ріс2111, в, але з ключем на польовому транзисторі VT1, який має більш низький опір у відкритому стані Резистор R1 низькоомним, щоб прискорити розряд вхідний ємності затвора Резистор R2 ставлять для зменшення амплітуди коливальних процесів, тобто для зниження добротності котушки індуктивності реле K1

д) резистор R3 адаптує «трехвольтовое» реле K1 до напруги харчування +5 В

е) аналогічно Ріс2111, в, але з ключем на транзисторі VT1 структури р-п-р і з Помехоподавляющие конденсаторами С /, C2 \

ж) аналогічно Рис 2111, г, але на польовому транзисторі VT1 зворотного провідності

з) реле K1 постійно включено Захисного діода спеціально немає, тому що транзистор VT1 має зворотну напругу 100 В і вимикання реле відбувається «плавно» (елементи C7, R2)

а) схема аварійної сигналізації Реле K1 буде включено коротким імпульсом від MK через тиристор KS7, який аналогічний кнопці з самоблокуванням Для відключення реле потрібно повністю зняти харчування +5 .. +24 В

б) логічна мікросхема DD1 має потужний «високовольтний» вихід з відкритим колектором, що дозволяє широко варіювати діапазон робочих напруг і струмів для реле K1 \

в) управління силовим реле K1 за допомогою звязки малопотужного емітерногоповторювача VT1 і потужного ключа на транзисторі VT2 Конденсатор C1 зменшує ВЧ-перешкоди

г) резистор R1 не обовязковий, але він зменшує рівень перешкод, які можуть проникати в лінію МК від кидків струму в котушці індуктивності реле K1 через ємнісний звязок між стоком і затвором транзистора VT1 Параметричний стабілізатор R2, VD1 обмежує напругу на реле K1 Опір резистора Я2завісіт від потужності реле та харчування +9 .. +24 В

д) застосування двох транзисторів (замість одного) може бути виправдане, якщо лінія MK має низьку здатність навантаження Інше пояснення – транзистор VT1 одночасно подає живлення і на інші ланцюги пристрої

е) MK перевіряє факт включення транзистора VT1, аналізуючи напруга на його колекторі через елементи R1, R3, VD1 Якщо це напруга має ВИСОКИЙ рівень, значить транзтор закритий і реле не спрацювало Діод VD1 підвищує завадостійкість Резистор R3 обмежує струм через внутрішній діод порту MK Замість реле K1 може застосовуватися соленоїд

ж) зменшення часу спрацьовування реле K1 шляхом короткочасної подачі на його обмотку підвищеної напруги, яке забезпечується елементами С /, VT2, VD2, R2

з) дві особливості схеми: двохполярний стабілітрон VD1 (замість діода) і ланцюжок R1, HL1, яка индицирует включення реле K1 і не дає «висіти в повітрі» затвору транзистора VT1

і) для повної опторазвязкі MK від реле K1 «землі» в лівій і правій частинах схеми повинні бути розєднані Стабилитрон VD1 обмежує напругу на затворі транзистора VT1

к) аналог оптореле, але з механічними контактами Якщо «землі» двох джерел живлення +5 В і +12 В ізолювати один від одного, то буде забезпечена подвійна гальванічна розвязка – між MK і реле A7, а також між реле та її виконавчими контактами

Рис 2112 Схеми підключення «високовольтних» механічних реле до MK (продовження):

л) якщо на реле K1 подається напруга, то транзистор VT2 закривається, при цьому індикатор HL / світиться, ЯЯ2погашен Якщо реле K1 знеструмлено, то транзистор кТ2откривается, при цьому індикатор HL1 погашений, Я12светітся, а паралельно живленню +16 В підключається навантажувальний резистор R5 Його опір повинен бути таким же, як і у обмотки реле K1 Мета – підтримувати стабільним струм, споживаний від джерела харчування, щоб не виникало імпульсних перешкод і «просідань» напруги при включенні / виключенні потужного реле Л7

м) схема ВГрейама «Високовольтне» реле K1 спрацьовує від «низьковольтного» джерела +6 В Напруга на реле підсумовується з напругою зарядженого конденсатора C2 при відкритому транзисторі VT1 Після розряду конденсатора С2реле K1 утримується у включеному стані напругою +53 В через відкритий транзистор VT2, споживаючи менше енергії

н) контактор KM1 – це потужне трифазне реле Воно включається від MK через оптотиристор VU1 і симистор VS1 Керуюча напруга на контактор подається від фаз «0» і «А» після самоблокировки ланцюга живлення нижньої групою контактів KM14

Рис 2112 Схеми підключення «високовольтних» механічних реле до MK (закінчення):

о) ланцюжок R1 C1 затримує у часі момент включення реле KL тим самим усуваючи еголожние спрацьовування від коротких пускових імпульсів Таке може спостерігатися, якщо MK генерує з тією ж самої лінії порту сигнали ще й для інших вузлів пристрою

п) найнижчими рівнем з виходу MK відкривається транзистор VT1 на реле Kl подається подвоєне напруга від DC / DC-перетворювача DA1 фірми Maxim Integrated Products Через деякий час, визначений ланцюжком R2, C3, мікросхема DA1 відключається від харчування, але всередині неї залишається майже коротке замикання (5 Ом) між висновками 4 і 5 Відповідно, на реле подається знижена напруга +33 В, якого достатньо для підтримки включеного стану Гідність – економія в 4 рази потужності споживання реле Заміна DA1 – MAX1680, але при цьому треба збільшити ємність конденсаторів C7, C2 в 2 .. 5 разів

Рис 2113 Схеми підключення зовнішньої «обвязки» до механічних реле (початок):

а) реле з самоблокуванням або, по-іншому, з одноразовим включенням Резистор R1 підбирають так, щоб в закритому стані транзистора VT1 реле Kl знаходилося поблизу кордону спрацьовування Вимога до реле Kl – воно повинно мати якомога більшу різницю між струмом спрацьовування і струмом відпускання

б) діод VD1 підвищує завадостійкість Конденсатор фільтра C7 може бути відсутнім

в) резистор R1 прискорює вимикання реле Kl Транзистор VT1 повинен без пробою витримувати великі імпульсні перевантаження по струму, оскільки в перший момент часу після подачі на реле Kl живлення конденсатор C7 має дуже низький опір

Рис 2113 Схеми підключення зовнішньої «обвязки» до механічних реле (продовження):

г) конденсатор С / гасить коливальний процес в котушці індуктивності реле K1 Резистор R1 обмежує початковий струм заряду конденсатора

д) резистор RI спільно з транзистором VT1 стабілізує струм через обмотку реле K1 Це корисно при нестабільній напрузі живлення +12 .. + 16 В Робоча напруга у реле K1 повинно бути з запасом нижче, ніж напруга живлення

е) конденсатори C7, C2 усувають комутаційні перешкоди в радіодіапазоні, що виникають при включенні / виключенні реле K1 \

ж) у момент включення транзистора VT1 конденсатор C7 має низький опір і на реле K1 подається повна напруга живлення У міру заряду конденсатора C7 напруга на реле зменшується Поріг «Не відпускання », коли реле ще включено, встановлюється резистором R1 Гідність схеми – більш низька споживана потужність у статичному режимі

з) стандартний діод захисту Г7) 7дополнен послідовним низькоомним резистором R1, на якому виділяється напруга, пропорційне току через діод У цій точці можна подивитися осциллографом динаміку коливального процесу комутації реле Крім того, з цієї точки можна вивести зовнішній сигнал для синхронізації інших вузлів пристрою

і) кнопкою SB1 перевіряється справність реле K1 при закритому транзисторі VT1 Контакти кнопки повинні витримувати повний струм спрацьовування реле Резистор R1 підбирається так, щоб струм через світлодіод HL1 був менше 20 мА Світлодіод може бути відсутнім, при цьому надлишковий напруга буде гаситися на резистори R1 (необхідно тільки прорахувати його потужність розсіювання)

Рис 2113 Схеми підключення зовнішньої «обвязки» до механічних реле (закінчення):

к) завдяки конденсатору C1 на реле K1 в початковий момент часу подається підвищена напруга, потім воно знижується через падіння напруги на резистори R2 Мета – економія електроенергії Світлодіод HL1 відображає включений стан реле K1 Резистором R1 регулюється яскравість світіння і гаситься надлишок струму, щоб світлодіод не вийшов з ладу

л) світлодіод включений в ланцюг емітера, а не колектора, транзистора VT1 Резистором R1 встановлюється яскравість світіння індикатора HL1 і струм через нього не більше 20 мА

м) типова схема додавання елементів HL1, R1 паралельно існуючому реле K1 \ н) аналогічно Рис 2113, м, але з підвищеним напругою живлення Резистором R1 гаситься надмірне напруження 4 В

Джерело: Рюмік, С М, 1000 і одна мікроконтролерна схема Вип 2 / С М Рюмік – М: ЛР Додека-ХХ1, 2011 – 400 с: Ил + CD – (Серія «Програмовані системи»)