Schemat obwodu przekaźnika zatrzaskowego: zasada działania, przewodnik okablowania i wskazówki dotyczące wyboru

Zaprojektowanie schematu obwodu przekaźnika zatrzaskowego jest jednym z tych zadań, które wydaje się skomplikowane, dopóki nie zrozumie się podstawowej idei: przekaźnik zapamiętuje swój ostatni stan bez zużywania ciągłego prądu cewki. Praktyczny wniosek jest prosty: kiedy już zdecydujesz się pomiędzy urządzeniem z pojedynczą cewką a urządzeniem z podwójną cewką, schemat okablowania stanie się przewidywalnym projektem z dwoma przyciskami, który możesz ponownie wykorzystać w inteligentnych licznikach, sterowaniu oświetleniem i zastosowaniach stosu ładowania. W tym przewodniku omawiamy zasadę działania, pokazujemy przykłady schematów, porównujemy przekaźniki zatrzaskowe z przekaźnikami standardowymi i omawiamy kryteria wyboru istotne w produkcji.

Co to jest przekaźnik zatrzaskowy?

Przekaźnik zatrzaskowy to przekaźnik elektromechaniczny, który utrzymuje swoje styki w pozycji otwartej lub zamkniętej poprzez magnetyczną strukturę zatrzaskową, bez konieczności ciągłego przepływu prądu przez cewkę. W standardowym przekaźniku niezatrzaskowym cewka musi pozostać pod napięciem, aby styki pozostały w pozycji przełączonej. Natomiast przekaźnik zatrzaskowy potrzebuje tylko krótkiego impulsu, aby zmienić stan, a następnie magnes trwały lub resztkowa siła magnetyczna utrzymuje ten stan.

Z punktu widzenia projektanta rozwiązuje to jednocześnie trzy problemy: zużycie energii, wytwarzanie ciepła i ryzyko przepalenia cewki. Zastanów się nad inteligentnym licznikiem, który działa przez całą dobę. Cewka przekaźnika niezatrzaskowego pobierająca 150 mW w sposób ciągły zużywa około 1,3 kWh rocznie, podczas gdy przekaźnik zatrzaskowy nie pobiera prawie nic pomiędzy zdarzeniami przełączania. W ciągu dziesięcioletniego okresu użytkowania różnica ta się sumuje.

Jeśli potrzebujesz odświeżenia wiedzy na temat działania kontaktów i kategorii przekaźnika, możesz zapoznać się z naszym artykułem na temat jak działa przekaźnik i rodzaje jego styków .

Jak działa przekaźnik zatrzaskowy?

Dwa stabilne stany

Przekaźnik zatrzaskowy ma dwie stabilne mechanicznie pozycje. Kiedy cewka nastawcza otrzyma impuls, zwora przesuwa się do pozycji zamkniętej, a zatrzask magnetyczny ją tam utrzymuje. Gdy cewka resetująca otrzyma impuls, zwora cofa się, a zatrzask utrzymuje ją w pozycji otwartej. Styki nie zmieniają stanu po przerwie w zasilaniu, ponieważ zatrzask magnetyczny nie zależy od prądu cewki.

Konstrukcje z pojedynczą cewką i podwójną cewką

Główną decyzją przy badaniu schematu obwodu przekaźnika zatrzaskowego jest typ cewki. Przekaźnik zatrzaskowy z pojedynczą cewką wykorzystuje odwrócenie polaryzacji: jeden przewód jest dodatni do ustawienia, ujemny do resetowania lub odwrotnie. Przekaźnik zatrzaskowy z podwójną cewką wykorzystuje dwie niezależne cewki: jedną do ustawiania i jedną do resetowania. Upraszcza to okablowanie, gdy potrzebne jest tylko proste sterowanie push-pull lub gdy układ scalony sterownika ma tylko jedno wyjście na kierunek.

W przypadku projektów, w których akceptowalna jest którakolwiek z opcji, Elektryczny przekaźnik zatrzaskowy FH31L z opcją pojedynczej i podwójnej cewki oferuje obie wersje w kompatybilnych rozmiarach, co zapewnia elastyczność bez konieczności przeprojektowywania płytki.

Przekaźnik zatrzaskowy FH31L 80A z opcją pojedynczej i podwójnej cewki Ten przekaźnik zatrzaskowy 80 A oferuje wersje z pojedynczą i podwójną cewką w kompatybilnej obudowie, co upraszcza konstrukcję płytki. Spełnia normy IEC62052-31:2005 UC2 i RoHS, dzięki czemu nadaje się do zastosowań w inteligentnych licznikach. Zobacz produkt →

Przykłady schematów obwodów przekaźnika zatrzaskowego

Okablowanie do ustawiania/resetowania podwójnej cewki

W konfiguracji z podwójną cewką cewka ustawiająca i cewka resetująca są podłączone jako oddzielne gałęzie od szyny dodatniej do masy. Naciśnięcie przycisku ustawiania chwilowo zasila cewkę ustawiania i blokuje przekaźnik. Naciśnięcie przycisku resetowania powoduje zasilenie cewki resetowania i zwolnienie zatrzasku.

Okablowanie z odwróconą polaryzacją pojedynczej cewki

W konstrukcji z pojedynczą cewką zarówno ustawianie, jak i resetowanie wykorzystują tę samą cewkę. Aby przełączyć stan, należy odwrócić polaryzację napięcia przyłożonego do cewki. Typowe podejście wykorzystuje mostek H lub dwa tranzystory ułożone w konfiguracji przeciwsobnej. Jeden impuls o polaryzacji dodatniej ustawia przekaźnik, natomiast impuls o odwróconej polaryzacji resetuje go. Ponieważ cewka jest taka sama dla obu operacji, powierzchnia PCB jest mniejsza, ale obwody sterownika są nieco bardziej złożone.

Przekaźnik zatrzaskowy sterowany MCU

Gdy mikrokontroler steruje przekaźnikiem zatrzaskowym, można użyć dwóch pinów GPIO z tranzystorami w przypadku urządzenia z podwójną cewką lub sterownika mostka H w przypadku urządzenia z pojedynczą cewką. Ponieważ przekaźnik pobiera prąd tylko podczas impulsu przełączającego, sterownik może być przystosowany do pracy z krótkim impulsem, a nie do ciągłego obciążenia. To sprawia, że ​​obwody sterowane MCU są szczególnie atrakcyjne w urządzeniach zasilanych bateryjnie i inteligentnych systemach pomiarowych, w których liczy się każdy miliwat.

Przekaźnik zatrzaskowy a przekaźnik niezatrzaskowy

Wybór zależy od tego, czy aplikacja potrzebuje funkcji pamięci, czy stanu awaryjnego. Jeśli utrata zasilania musi skutkować stanem wyłączenia, bezpieczniejszy jest przekaźnik bez zatrzasku. Jeśli urządzenie musi zachować swój stan i powrócić do prawidłowego położenia po przerwie w zasilaniu, lepszym rozwiązaniem będzie przekaźnik zatrzaskowy.

Jak wybrać odpowiedni przekaźnik zatrzaskowy

Napięcie cewki

Dopasuj napięcie cewki do szyny zasilającej. Typowe wartości to 5 V, 12 V i 24 V. Cewka o napięciu znamionowym 12 V, pracująca przy napięciu 5 V, nie zatrzaśnie się niezawodnie, a przepięcie może uszkodzić izolację. Jeśli w obwodzie zastosowano odwrócenie polaryzacji, upewnij się, że sterownik może zapewnić czyste impulsy dodatnie i ujemne.

Typ cewki

Wybór pomiędzy pojedynczą i podwójną cewką zależy od obwodu sterownika. Podwójna cewka oferuje prostszą logikę sterowania, ponieważ ustawianie i resetowanie są niezależne. Pojedyncza cewka wykorzystuje mniej zacisków, ale wymaga odwrócenia polaryzacji, co zwiększa liczbę komponentów sterownika. W przypadku projektów z ograniczoną przestrzenią na PCB często łatwiej jest poprowadzić urządzenie z podwójną cewką i kompaktowym układem pinów.

Konfiguracja kontaktu

Wybierz formularz kontaktowy w oparciu o swój ładunek. SPST jest najprostszy, ale struktury SPDT i podwójnego styku pozwalają na sterowanie dwoma obwodami jednocześnie. Styki rozwidlone zwiększają niezawodność przełączania sygnałów niskoprądowych i są przydatne, gdy zachodzi potrzeba przełączania zarówno sygnałów zasilania, jak i sygnałów pomocniczych z jednego przekaźnika.

Oceny obciążenia

Prąd przełączania, napięcie i prąd rozruchowy mają znaczenie. Obciążenia rezystancyjne są łatwiejsze w obsłudze niż obciążenia indukcyjne lub pojemnościowe, które generują stany nieustalone, które mogą zespawać styki. W przypadku zastosowań od 16 A do 20 A z wymaganiami zatwierdzeń UL i CQC, Przekaźnik zatrzaskowy FH42L zgodny z normami UL i CQC to praktyczna opcja, ponieważ została przetestowana pod kątem rynków światowych i wykorzystuje standardowy układ zacisków PCB.

Przekaźnik zatrzaskowy FH42L 16A/20A z atestami UL i CQC Ten przekaźnik zatrzaskowy 16A/20A, posiadający certyfikaty UL i CQC, zapewnia niezawodne przełączanie na rynkach światowych. Napięcie przebicia 5 KV i moc cewki 250 mW są odpowiednie dla inteligentnych domów i tablic sterujących licznikami. Zobacz produkt →

Rozwiązywanie typowych problemów z przekaźnikiem zatrzaskowym

• Przekaźnik nie zmienia stanu: Sprawdź napięcie cewki i sterownik. Upewnij się, że czas trwania impulsu wynosi co najmniej 20 ms do 50 ms, aby zwora mogła w pełni przejść.
• Przekaźnik nie utrzyma stanu: Sprawdź zatrzask magnetyczny. Zbyt krótki impuls może spowodować pozostawienie zwory w położeniu pośrednim, przez co zatrzask nie zostanie całkowicie zatrzaśnięty.
• Styki przyklejane lub spawane: Zmniejsz prąd rozruchowy lub użyj materiału styków dostosowanego do obciążenia, takiego jak AgSnO2, który jest bardziej odporny na erozję łukową niż styki wykonane wyłącznie ze srebra.
• Szum lub fałszywe przełączanie: Dodaj diody flyback do cewki, zwłaszcza w obwodach z podwójną cewką, i odfiltruj zakłócające linie zasilające za pomocą małego kondensatora w pobliżu przekaźnika.

Zastosowania, w których przekaźniki zatrzaskowe świecą

Przekaźniki zatrzaskowe są powszechne w inteligentnych licznikach energii elektrycznej, ponieważ przekaźnik musi pozostawać w danym stanie przez długi czas bez opróżniania licznika. Są również szeroko stosowane w inteligentnym sterowaniu oświetleniem domu, słupach ładujących, automatyce przemysłowej i nowych systemach energetycznych. W takich środowiskach zdolność utrzymywania stanu bez ciągłego zasilania cewki zmniejsza samonagrzewanie i wydłuża żywotność zespołu PCB.

Do zastosowań związanych z inteligentnymi licznikami i sterowaniem oświetleniem, Przekaźnik blokujący W30L przeznaczony do inteligentnego sterowania licznikami i oświetleniem oferuje kompaktowe wymiary i przełączalny mechanizm przytrzymujący, dzięki czemu idealnie pasuje do tablic licznikowych i sterujących oświetleniem. Możesz także zwiedzać jak Fanhar wspiera aplikacje inteligentnych liczników energii elektrycznej aby zobaczyć, jak te komponenty integrują się we wdrożeniach produkcyjnych.

Przekaźnik zatrzaskowy W30L 40A/50A do inteligentnego licznika i sterowania oświetleniem Ten przekaźnik zatrzaskowy obsługuje prądy do 50 A przy niewielkich rozmiarach i ręcznym przełączniku sterującym. Jest zgodny z normami UL, TUV i CQC, dzięki czemu idealnie nadaje się do zastosowań związanych z licznikami i sterowaniem oświetleniem. Zobacz produkt →

Często zadawane pytania

P1: Czy przekaźniki zatrzaskowe wymagają stałego zasilania?

Nie. Przekaźnik zatrzaskowy potrzebuje jedynie impulsu do przełączania stanów. Po przełączeniu zatrzask magnetyczny utrzymuje styki w miejscu bez ciągłego prądu cewki, więc cewka nie zużywa energii, gdy przekaźnik jest w stanie spoczynku.

P2: Co jest lepsze: pojedyncza cewka czy podwójna cewka?

To zależy od kierowcy. Podwójną cewkę łatwiej kontrolować za pomocą prostych GPIO, ponieważ ustawianie i resetowanie są niezależne. Pojedyncza cewka oszczędza zaciski, ale wymaga obwodów odwracających polaryzację, takich jak mostek H. Jeśli optymalizujesz przestrzeń PCB, zazwyczaj wygodna jest podwójna cewka z kompaktowym układem zacisków.

P3: Czy przekaźnik zatrzaskowy może nie zostać otwarty lub zamknięty?

Tak. Zużycie mechaniczne, spawane styki lub uszkodzony zatrzask magnetyczny mogą powodować oba rodzaje awarii. Właściwy dobór obciążenia, odpowiedni napęd cewki i przekaźnik o solidnej strukturze styków pomagają zapobiegać tym awariom.

P4: Jak długi powinien być impuls sterujący?

Zwykle w przypadku przekaźnika zatrzaskowego 12 V lub 24 V wystarczający jest czas od 20 ms do 50 ms. Dłuższe impulsy nie uszkadzają przekaźnika, ale marnują energię, podczas gdy wyjątkowo krótkie impulsy mogą nie poruszyć całkowicie twornika i mogą powodować zawodne przełączanie.

Wniosek

Schemat obwodu przekaźnika zatrzaskowego jest łatwy do odczytania, gdy wiadomo, czy urządzenie wykorzystuje jedną cewkę, czy dwie. Gdy typ cewki jest już znany, okablowanie przebiega według przewidywalnego schematu, a główne prace projektowe skupiają się na wyborze prawidłowego napięcia cewki, wartości znamionowej styku i elementów zabezpieczających. W przypadku inteligentnych liczników, sterowania oświetleniem i nowych urządzeń energetycznych oszczędność energii i długoterminowa niezawodność przekaźnika zatrzaskowego są trudne do porównywalne z alternatywą bez zatrzasku.