Схемы управления бистабильными поляризованными реле
Что такое бистабильное поляризованное, оно же импульсное реле? Чем отличаются бистабильные реле с одной либо двумя катушками? Принцип работы реле и
схемы управления ими
Бистабильные поляризованные реле – это разновидность электромагнитных реле, в которых якорь имеет два стабильных положения. Это означает, что для перевода
реле в другое стабильное состояние на соответствующую обмотку необходимо подать короткий переключающий импульс. В промежутке между переключающими импульсами
поляризованное реле обесточено и энергии не потребляет.
Это относится к реле с двумя обмотками. В однообмоточных конструкциях бистабильных реле – переключение состояний
осуществляется путём изменения направления тока через единственную обмотку, то есть изменением полярности её подключения.
Основной принцип работы бистабильного поляризованного реле с одной обмоткой показан на Рис.1.
Управление положением якоря реле осуществляется за счёт взаимодействия двух магнитных потоков: поляризующего (Фп), который создается постоянным магнитом,
и рабочего (тока катушки Фк), возникающего при прохождении тока по обмотке реле 2.
Направление магнитного потока Фп всегда одинаково – от полюса N к полюсу S постоянного магнита 3.
Направление магнитного потока Фк меняется в зависимости от направления тока в обмотке реле.
Рис.1 Конструкция поляризованного реле с одной обмоткой
Якорь будет перебрасываться в ту сторону, где магнитные потоки Фп и Фк будут складываться (то есть иметь одно направление). При направлении потока Фк,
показанном на Рис.1, якорь 5
притягивается к левому полюсному наконечнику. При отключении обмотки от источника тока, якорь никуда не девается и надежно удерживается в последнем
положении под действием поляризующего магнитного потока Фп.
Сказанное относится к однообмоточным поляризационным реле. В реле с двумя обмотками для перевода в другое стабильное состояние
переключающий импульс подаётся на соответствующую (одну из двух, обозначенных в документации) обмотку.
Схемы управления бистабильными поляризованными реле несколько сложнее, чем схемы управления классическими реле, особенно это касается конструкций с одной
обмоткой, требующей биполярного сигнала управления. Хотя, если внимательно присмотреться, то можно заметить и достаточно простые решения с применением
переключателей без фиксации, работающих по алгоритму ON-OFF-ON (Рис.2).
Рис.2 Управление поляризованными реле переключателем ON-OFF-ON без фиксации (двухобмоточным слева, однообмоточным справа)
Как видно на рисунке, для управления однообмоточным реле необходим сдвоенный переключатель, для двухобмоточного достаточно одиночного. Короткими нажатиями
вверх/вниз на рычаг переключателя формируются импульсы управления для замыкания или размыкания контактной группы реле. Бояться, что длительность этих импульсов
окажется слишком высокой не стоит, так как подача постоянного рабочего напряжения на обмотку любого импульсного реле в течении нескольких секунд (а
для некоторых даже часов) не приведёт к выводу его из строя.
При подключении бистабильного поляризованного реле к микроконтроллеру либо какому-либо цифровому устройству всё довольно сильно усложняется (Рис.3).
Рис.3 Использование микроконтроллера для управления поляризованным реле (двухобмоточным слева, однообмоточным справа)
МК или любая другая цифровая цепь формируют на своих выходах поочерёдно два импульса длительностью 50...200 мсек (положительной полярности для двухобмоточных
реле и отрицательной – для однообмоточных). Эти импульсы и являются управляющими для поляризованных реле: верхний импульс замыкает контактные клеммы, нижний –
размыкает.
Схема управления двухобмоточными поляризованными реле (Рис.3 слева) значительно проще и представляет собой два простых ключевых элемента на полевых
транзисторах, обеспечивающих необходимый для срабатывания реле рабочий ток.
Для управления двухобмоточными устройствами необходимо применение мостовой схемы (Рис.3 справа), формирующей 2-полярный сигнал на обмотке реле.
Цепочки R3,D3...R6,D6 создают так называемое «мёртвое время», необходимое для того, чтобы избежать сквозных токов, т. е. наложения открытых
состояний ключей при их переключении.
Полевые MOSFET транзисторы выбираются любого типа, исходя из проводимости и максимального рабочего тока,
однако для устройств с низким напряжением питания они также должны обладать достаточно низкими напряжениями отсечки
(см. страницу). Именно такие типы транзисторов указаны на схеме (Рис.3).
Если управляющие сигналы для переключения бистабильного поляризованного реле необходимо получить от одного выхода МК или логического
устройства, то можно воспользоваться формирователями импульсов на основе ждущих мультивибраторов (Рис.4).
Рис.4 Формирователи импульсов управления поляризованным реле от одного выхода МК или логического устройства
В изображённых на Рис.4 схемах формирование импульса замыкания реле происходит по фронту входного сигнала, а импульса размыкания – по спаду. Длительность
импульсов управления – около 100 мсек.
Приведённые на схеме логические ИМС, содержащие шесть инверсных элементов с триггером Шмитта, вполне можно заменить на обычные инверторы типа: К561ЛН2,
CD4049 и т. д.
Сформированные импульсы подаются на входы ключей, схемы которых приведены на Рис.3.
Для управления однообмоточным поляризованным реле существует ещё одна не совсем "правильная", но вполне себе работоспособная схема, приведённая на Рис.5.
Данный формирователь, как и все приведённые выше, потребляет ток только в момент переключения и содержит минимум деталей.
Приведённые на схеме диаграммы напряжений в разных точках поясняют логику работы формирователя.
При проектировании необходимо иметь в виду, что напряжение, поступающее на реле, всегда будет на 0,6...0,7 вольт меньше напряжения источника питания.
При чрезмерно низком сопротивлении обмотки реле может потребоваться увеличение номинала конденсатора С1.
Рис.5 Схема управления однообмоточным поляризованным реле
Логика работы такая же, как и в предыдущих схемах – замыкание реле происходит по фронту входного сигнала, размыкание – по спаду.
|
