Принцип действия фотореле: Устройство и виды фотореле

Содержание

устройство, принцип действия и назначение

Современные светочувствительные устройства или проще – фотореле являются компонентами автоматических систем, разрабатываемых для уличного освещения. Благодаря их применению удается упорядочить световой режим и сэкономить на потреблении электроэнергии. Чтобы было понятней, зачем нужно использовать фотореле, отметим следующее. Управление освещением в этом случае не зависит от человеческого фактора, поскольку прибор самостоятельно включает объект с наступлением темноты и отключает уличный свет утром. Именно поэтому другое его название – датчик «день ночь». В этой статье мы рассмотрим, как устроено фотореле, как работает и для чего служит.

Устройство и принцип действия

Устройство и принцип действия световых реле проще понять после знакомства с составляющими их элементами. Современные образцы фотореле содержат следующие основные части:

Чувствительный фотоэлемент.
Пороговый компаратор, имеющий модульное исполнение, обычно в виде отдельной микросхемы с обвязкой, реже на дискретных элементах.

Коммутирующий или, как его еще называют, силовой элемент (само реле или симистор, который включает нагрузку).

В качестве сенсора или фотоэлемента используются фоторезисторы, фототранзисторы или типовые фотодиоды. В схемах обычно предусмотрено их аналоговое включение с возможностью реагирования на градации уровня окружающего освещения (чувствительности). Чтобы понять, как работает этот прибор – достаточно ознакомиться с его внутренним устройством. Конструкция фотоэлементов такова, что при попадании света на чувствительную зону меняется их электрическая проводимость.

Понять принцип работы фотореле поможет описание тех изменений, которые происходят в схеме прибора в каждом конкретном случае. Они выглядят так:

Отклонение проводимости от нормального значения фиксируется электронным модулем, настроенным на работу со светочувствительным датчиком.
Этот узел выполняет функцию компаратора, включающегося лишь при достижении освещением определенного уровня (порога срабатывания).

После этого управляющий узел (компаратор) выдает управляющий сигнал на исполнительный модуль, который отключает осветительные приборы от источника питания.

В качестве исполнительного узла применяются электронные схемы, собранные на основе транзисторных ключей и питающиеся от пониженного напряжения 12 Вольт. Но в каждом конкретном приборе схемотехника может отличаться.

После срабатывания фотореле переходит в выключенное состояние, которое сохраняется до наступления темноты. С ее приходом сопротивление проводящей части чувствительного элемента вновь изменяется, что приводит к повторному включению компаратора и подаче управляющего сигнала на исполнительный модуль. Устройство подключает 220 Вольт к осветительной линии и переходит в режим ожидания времени следующего срабатывания.

В этом видеоролике наглядно показано как сделать фотореле своими руками, также мы писали об этом отдельную статью: https://samelectrik.ru/kak-sdelat-fotorele.html. Ознакомьтесь, для лучшего понимания темы:

Схемы подключения

Порядок включения фотореле в силовую цепь зависит от конкретных условий его эксплуатации. Известно два варианта подсоединения прибора к действующей электросети:

через распределительную коробку;
напрямую в линию нагрузки, защищенную автоматом.

Схема электрическая принципиальная первого из этих подключений ничем не отличается от аналогичного подхода при организации коммутации выключателя света. Фазный провод от фотореле заводится на свободную клемму распределителя, а затем перемычкой переключается на соответствующую ветвь подачи напряжения на осветительный прибор.

Если в однолинейной схеме объекта отсутствует распределительная коробка – устройство подключается напрямую к нулю и фазе. При этом возможны следующие варианты его расключения:

На прибор заводится только «фаза», а «ноль» прокладывается в обход.
К клеммам фотореле подключаются и нулевой и фазный проводники, используемые в цепи коммутации освещения.

Первый вариант удобен при прокладке новой электрической проводки, когда ее трасса выбирается на свое усмотрение. Применение второго способа оправдано в ситуациях, когда ремонт уже завершен и обустраивать новую линию нежелательно (для этого придется штробить стену). В этом случае провода укладываются в отдельном пластиковом канале, проложенном от прибора контроля света.

Виды реле и их условное обозначение

Порядок монтажа фоточувствительного прибора зависит от типа изделия, выбранного для управления освещением. Перед началом работ важно определиться с тем, какие бывают реле в осветительных цепях, и какое из них оптимально подходит для заявленных целей.

По способу установки различают следующие виды фотореле (перечислены согласно порядку на рисунке ниже):

Бытовые устройства для крепления на прочной горизонтальной поверхности.

Модели, устанавливаемые на DIN-рейку в распределительном шкафу (с выносным датчиком).
Модульные приборы, монтируемые в подъезде многоквартирного дома.

Основное предназначение приборов в модульном исполнении – использование в муниципальных хозяйствах, а также при обслуживании сетей освещения автомагистралей и других объектов. Они устанавливаются в электрощит, что позволяет как подключить нагрузку напрямую, так и подключить освещение через контактор, если мощности фотореле не хватает на предполагаемую нагрузку.

Образцы модульных реле нередко устанавливаются на DIN-рейки в шкафах частных объектов.

По наличию дополнительных опций реле может быть:

Регулируемое и нерегулируемое, что означает возможность выставления его чувствительности.
Устройство с таймером, задающим определенное время включения (выключения) света.
Совмещенным с датчиком движения, срабатывающим при перемещении человека в поле его чувствительности.

С задержкой времени, программируемой по необходимости.

Регулировка чувствительности и других параметров производится посредством органов, имеющихся на корпусе прибора.

Кроме того, образцы реле контроля освещения отличаются маркой производителя, в соответствии с которой выделяются такие модели как ФР-601 и подобные им. На практике нередко встречаются изделия старых годов выпуска (ФР-2, например). Помимо того, что каждый образец фотореле имеет свое буквенное обозначение – они представляются в схемах в виде условных графических символов (УГО).

Все перечисленные приборы имеют свое условное обозначение на схеме, представленное в виде типовых значков. Обычно это – символ самого чувствительного элемента (резистора, диода или транзистора), с направленными в его сторону стрелками. Несколько иным образом представляется его условное обозначение на плане (в виде квадрата со стрелками).

Независимо от своего предназначения (для светодиодных светильников, например или других целей) перед покупкой фотореле потребуется тщательно изучить их устройство. Это поможет понять, что это такое с технической точки зрения и заметно облегчит их эксплуатацию. Несведущим в технике людям знакомство со всеми тонкостями работы реле позволит разобраться в том, что оно делает при реализации своих функций.

Надеемся, теперь вы знаете, как работает фотореле и для чего предназначено. Если остались вопросы, задавайте их в комментариях под записью!

Материалы по теме:

как организовано освещение улиц, дорог и витрин

Уличное освещение играет огромную роль в жизни человека. Благодаря фонарям передвижение людей и машин в темноте становится более безопасным и комфортным. Условием эффективной работы уличных светильников является наличие особого устройства, включающего и выключающего их в соответствии с заданным режимом. Чаще всего роль такого устройства выполняет фотореле ФР-601 или аналогичные модели.

Уличное освещение

Для организации освещения на улицах городов используются лампы, закреплённые на опорах. Они приводятся в действие двумя способами: ручным и автоматическим. Ручное управление осуществляется специалистами, которые постоянно дежурят в диспетчерском пункте.

Автоматическая регулировка более удобна, поскольку позволяет контролировать уровень освещённости с помощью таймеров или датчиков. Постоянное участие человека в таком случае необязательно.

К установленным на улицах светильникам предъявляются очень серьёзные требования. Они должны быть качественными, надёжными и безопасными для окружающих. Срок службы таких приборов должен быть довольно долгим. Этим условиям полностью отвечают LED-лампы. Достойной альтернативой им могут служить галогенные, люминесцентные светильники и лампы накаливания.

Наружное освещение, установленное в разных местах, имеет определённые особенности.

Фонари используют, чтобы осветить:

Крупные автодороги и магистрали. Для этого приборы оснащаются рефлектором, концентрирующим световые пучки в одном направлении. С целью экономичности осветительные конструкции монтируют на большой высоте и значительном удалении друг от друга.
Дороги второстепенного значения. Для увеличения видимости применяются лампы с рефлекторами или фонари рассеянного света. Прозрачное покрытие плафона способствует рассеиванию лучей на большие расстояния.
Тротуары для пешеходов, велосипедные дорожки и парки. Они освещаются только рассеянным светом. Фонари имеют плафоны в виде цилиндра либо шара с прозрачными рельефными кольцами. Мощность определяется дистанцией, на которой располагаются опоры.

При монтаже разных информационных объектов (вывесок, баннеров, рекламных щитов и пр.) также применяется искусственное освещение с помощью прожекторов и ламп специального назначения. Таким же методом подсвечиваются дорожные знаки и номера домов.

Источники света

Свет, которым освещаются улицы, дороги и дома, должен обладать высокой яркостью и степенью рассеивания. Существует несколько вариантов светильников с такими характеристиками:

Масляные. Применялись довольно давно, работали за счёт горящего масла.
Керосиновые. В них используется принцип сжигания керосина. Присутствующий в фонаре фитиль одним концом помещен в ёмкость с топливом, другим — зажат механизмом горелки.
Газовые. Дают свет в процессе горения светильного газа, а также водорода, метана, пропана и др. Раньше часто применялись для освещения улиц, сейчас их используют туристы в качестве переносных светильников.
Лампы накаливания. Свечение исходит от тела накала, нагревающегося до очень высокой температуры за счёт электричества. Частью такой лампы является вольфрамовая спираль, защищённая от внешнего воздействия стеклянной колбой. Ранее использовались вакуумные колбы, сейчас для минимизации тепловых потерь их заполняют инертным газом.

Дуговые. Освещение в них возникает благодаря электрической дуге, занимающей место между двумя электродами. Ёмкость дуговой лампы может быть заполнена инертным газом, металлическими или соляными парами. В зависимости от свойств наполнителя световой спектр бывает разным.
Индукционные. Источником светового излучения в них служит плазма. Её образование происходит за счёт ионизации газа под действием высокочастотного магнитного поля. Лампы индукционного типа могут работать от 60 до 150 тысяч часов, количество включений/выключений в них неограниченно. Они показывают высокую степень светопередачи даже после длительной эксплуатации, включаются и выключаются молниеносно. После завершения срока службы их обязательно нужно утилизировать.

Самым современным источником уличного света являются приборы нового поколения — LED-лампы. С их помощью удаётся добиться ощутимой экономии, сократив объёмы потребляемого электричества от 2 до 10 раз. Такие светильники компактны, устойчивы к механическим повреждениям и изменениям погоды, долговечны.

В конструкции осветительного уличного прибора важная роль отводится опоре. Она выполняется в виде бетонного, металлического (реже — деревянного) столба, мачты, троса или крепёжного кабеля.

Устройство фотореле

В конструкции современных уличных фонарей предусмотрено устройство, позволяющее автоматически регулировать их работу. Такие приборы называются фотореле. В их основе лежит встроенный в электрощиток или выносной датчик. Последний располагается в отдельном герметичном корпусе, характеризующемся повышенной защищённостью от неблагоприятного действия внешних факторов.

Большинство реле имеет функцию программирования. Она позволяет отключать и включать светильники в разное время в зависимости от сезона. Благодаря установленным программам летом освещение автоматически выключается раньше, чем зимой.

Кроме автоматического режима работы, аппараты имеют ручной способ управления. С помощью встроенного выключателя специалист, обслуживающий оборудование, может самостоятельно управлять им при возникновении нештатных ситуаций либо в целях профилактической проверки.

Разные фотореле имеют неодинаковую чувствительность, которая при подключении регулируется с помощью разных сопротивлений. Регулирование порога отключения происходит с помощью резистора, управляющего начальным напряжением.

Область применения аппаратов на основе фотодатчиков очень широка. В разных сферах используются фотореле с определёнными свойствами.

Устройство, содержащее фоточувствительный элемент внутри корпуса, автоматически включает освещение при наступлении сумерек и отключает его на рассвете. Имеет прозрачный и прочный корпус, который позволяет реагировать на солнечный свет и одновременно предохраняет от повреждений.

Некоторые реле такого типа дополнительно комплектуются таймером. На нём можно зафиксировать конкретный временной промежуток, по истечении которого механизм будет срабатывать, включая либо выключая освещение. Таймеры могут иметь разные запрограммированные промежутки. В одних моделях — час или день, в других — неделя, в третьих — год. Это позволяет выделять разные периоды (не только день или ночь, но также праздничные и выходные дни).

В отдельных приборах предусмотрено регулирование порога срабатывания с помощью специального переключателя. Когда он установлен на плюс, фотоэлемент сработает от малейшего затемнения (в грозу, пасмурную погоду). При переключении на минус он активируется только в ночное время.

Характеристики разных моделей IEK

Производители устройств, предназначающихся для регулирования освещения, выпускают различные модели фотореле, отличающиеся техническими характеристиками и свойствами. Широкое распространение получил прибор марки ФР-601 диаметром 63 мм и высотой 77 мм. Он предназначается для использования в однофазной электросети переменного тока с напряжением 230 В и частотой 50 Гц, потребляет 0,45 Вт. Освещённость в нём регулируется в диапазоне от 5 до 50 лк.

По отзывам пользователей, ФР 601, также называемый сумеречным выключателем, прост в установке и эксплуатации, стоит недорого, подходит для управления внутренним освещением, а также подсветки витрин, рекламы и пр.

Другая разновидность фотореле для уличного освещения — IEK ФР-602 — имеет аналогичный принцип действия. Его корпус, изготовленный из негорючего пластика, содержит плату с функциональными элементами — переменным резистором, диодом, реле управления, фоторезистором и двумя транзисторами. Оболочка прибора с выносным датчиком отличается герметичностью и повышенной прочностью. ФР-602 применяется для освещения подъездов многоэтажных домов, общественных зданий, предприятий, входов на частную территорию.

что это, принцип работы, классификация и области применения

Фотореле представляют собой разновидность электронных приборов, которые предназначены для дистанционного контроля и управления разнообразными исполнительными устройствами малой и средней мощности. Достоинства современных фотореле (как устройств) — это компактность и простота настройки, поэтому подобная аппаратура широко используется в промышленности и быту. В частности, они управляют системами включения и защиты крупного металлообрабатывающего оборудования (листоштамповочных прессов, сварочных автоматизированных комплексов или радиально-сверлильных станков), используются для контроля внешнего освещения и тому подобное.

Принципы функционирования и базовые компоненты фотореле

Что такое фотореле? Исполнительная схема устройства состоит из следующих компонентов:

Датчика, который представляет собой электронный компонент, обнаруживающий присутствие видимого света, инфракрасного излучения и/или источника ультрафиолетового излучения.
Усилителя сигнала (иногда — в комплекте с преобразователем одного вида излучаемой энергии в другой).
Исполнительного элемента — микроконтроллер, который содержит биполярный полевой фототранзистор.
Блока управления.
Блока питания.

Фотодатчики

Большинство фотодатчиков — это полупроводники, обладающие свойством, называемым фотопроводимостью. Оно заключается в изменении параметров электрической проводимости в зависимости от интенсивности светового излучения, попадающего на материал.

Как работает фотореле, ясно из рисунка. Фотоэлектрические устройства можно подразделить на две основные категории: те, которые генерируют электричество при освещении — фотоэлектрические или фотоэмиссионные излучатели — и те, которые каким-либо образом изменяют свои электрические характеристики (фоторезисторы или фотопроводники).

Типы фотоэлектрических устройств (слева — полупроводниковое, справа — фотоэмиссионное)

Таким образом, в типовую конструкцию фотореле могут входить следующие исполнения фотодатчиков:

Фотоэмиссионные ячейки — это устройства, которые выделяют свободные электроны из светочувствительного материала, для чего на световоспринимающую поверхность должен попасть фотон с достаточной энергией. Количество энергии, которое имеют фотоны, зависит от частоты света: чем выше частота, тем больше энергии у фотонов, преобразующих энергию света в электрическую энергию;
Фотопроводящие элементы, которые изменяют своё электрическое сопротивление при воздействии света. Фотопроводимость возникает в результате попадания света на полупроводниковый материал, который контролирует протекающий через него ток. Наиболее распространенным фотопроводящим материалом является сульфид кадмия, используемый в фотоэлементах LDR;
Фотоэлектрические элементы. Принцип действия основан на генерировании ЭДС пропорционально полученной энергии лучистого света, что по своему эффекту аналогично фотопроводящим компонентам. Световая энергия попадает на два полупроводниковых материала, расположенных вместе. В результате вырабатывается напряжение не менее 0.5 В. Наиболее распространенным фотоэлектрическим материалом является селен, используемый в солнечных элементах;
Фотоприёмные устройства. Это — полупроводники (фотодиоды или фототранзисторы), на которые нужно направить свет для управления потоком электронов и дырок через PN-переход. В фотореле используют электронные компоненты, специально разработанные для применения детектора и проникновения света с их спектральным откликом, который настраивается на длину волны падающего света.

Фотореле на базе LDR-элементов с блоком питания

Фоторезистор

Фотопроводящий датчик не вырабатывает электричество, а просто изменяет свои физические свойства при воздействии энергии света. Наиболее распространенным типом фотопроводящего устройства является фоторезистор, который изменяет свое электрическое сопротивление в ответ на изменения интенсивности света.

Фоторезисторы — это полупроводниковые устройства, которые используют энергию света для управления потоком электронов и, следовательно, током, протекающим через них. Обычно этот элемент называется светозависимым резистором или LDR.

Принцип работы фотореле на соответствующем фотодатчике представлен на рисунке:

Устройство и принцип действия фоторезистора

Как следует из его названия, светозависимый резистор (LDR) нужно изготовить из открытого полупроводникового материала, например, сульфида кадмия, который изменяет своё электрическое сопротивление от нескольких тысяч Ом в темноте до нескольких сотен Ом, когда на него падает свет, создавая дырочно-электронные пары в материале.

Эффект заключается в улучшении проводимости фотодатчика с уменьшением сопротивления для увеличения освещения. Фоторезистивные ячейки имеют большое время отклика, которое нужно, чтобы отреагировать на изменение интенсивности света.

Светочувствительные материалы

Материалы, используемые в качестве полупроводниковой подложки — сульфид свинца (PbS), селенид свинца (PbSe), антимонид индия (InSb), которые обнаруживают свет в широком диапазоне волн. Наиболее часто используемым из всех фоторезистивных датчиков света является сульфид кадмия (Cds), потому что его кривая спектрального отклика ближе всего соответствует кривой человеческого глаза, для чего требуется наличие любого источника света. Длина волны пиковой чувствительности для фотоэлемента из сульфида кадмия составляет от 560 до 600 нм в видимом спектральном диапазоне.

В качестве фотодатчика часто используют проводящий элемент ORP12. Этот светозависимый резистор имеет спектральный отклик около 610 нм в области света от жёлтого до оранжевого. Сопротивление элемента, когда он не освещён (темновое сопротивление), очень высокое, около 10 МОм, которое падает до 100 Ом при полном освещении (номинальное сопротивление).

Чтобы увеличить темновое сопротивление и, следовательно, уменьшить темновой ток, резистивный путь образует зигзагообразный рисунок на керамической подложке. Фотоэлемент CdS — это очень недорогое устройство, их часто используют для автоматического затемнения, а также для определения времени темноты или сумерек, в фотореле для уличного освещения.

Типовая схема электронного управляющего блока, где используются светопроводящие элементы из сульфида кадмия, приведена на рисунке:

Преимущества фотореле

В отличие от управляющих компонентов контактного типа, например, электромеханических или индукционных реле, описываемые устройства отличаются своей долговечностью. Кроме того, данные устройства на полевых транзисторах (так называемых MOSFEТ-транзисторах) меньше нагреваются, а потому могут быть применены в длительно эксплуатируемых управляющих схемах, например, в фотореле для уличного освещения.

Металлооксидный транзистор с полевым затвором

Применение МДП-транзисторов в качестве устройства для вывода сигнала позволяет использовать их в схемах твердотельных реле, которые функционируют как на переменном, так и на постоянном токе.

Последующее сравнение эффективности изделия с другими типами следящих устройств аналогичного предназначения может быть выполнено по следующим параметрам:

Необходимо минимальное монтажное пространство (меньше, чем у реле с подвижными элементами).
Надёжность (выше, поскольку при этом отсутствуют подвижные контакты, изнашивающиеся в процессе трения и электрической эрозии).
Потребление энергии (меньше из-за отсутствия вспомогательных компонентов; возможна работа от аккумуляторных источников питания).
Интенсивность переключения — не зависит от числа включений, ибо нет необходимости в передающих устройствах.

Фотореле выгодно характеризуются также отсутствием шума при работе, высокой скоростью переключения режимов управления, отсутствием звуковых щелчков при работе.

Компактность схемы типового фотореле для уличного освещения иллюстрирует рисунок:

Области рационального применения фотореле

Типовые ситуации, в которых требуется присутствие данного устройства:

Когда включение и выключение цепи производится при помощи сигнала малой мощности;
Когда несколько цепей должны управляться одним сигналом.

Эффективность применения фотореле обуславливается также и их универсальностью (помимо стандартной аппаратуры контроля можно использовать компьютеры или ноутбуки). Это позволяет реализовывать также и логические управляющие команды типа «если…то…».

Рассмотрим использование фотореле для уличного освещения. Технология их применения основана на использовании триггерных FEТ-переключателей.

Блок-схема фотореле с FET-переключателем

В приведенной блок-схеме используется серия К МДП-транзисторов. В отличие от твердотельных реле, схема управляет фотодиодами напрямую. Это обеспечивает гораздо более высокие скорости переключения, поскольку время отключения питания при включении светодиода некритично. Из-за отсутствия механических составляющих поддерживается высокая компактность устройства, однако физический изоляционный барьер здесь отсутствует, а потому необходимо использовать только низковольтный управляющий сигнал.

Поскольку фотореле является альтернативой уже существующей панели дистанционного управления освещением, то прежде всего стоит подумать — а так ли уж необходима подобная замена. Если существующая система полностью соответствует электрическим нормам, то перед нагрузкой достаточно просто добавить релейную панель, и полный контроль за осветительной цепью будет обеспечен. В небольшом корпусе может быть размещено до 64 фотореле вместе с источником низкого напряжения, а рядом можно расположить панель выключателя. Чем меньше число цепей, тем более экономичным становится применение релейной панели.

Фотореле можно использовать для управления однополюсными цепями 127/220 В переменного тока и двухполюсными (208…240 В) цепями переменного тока. Релейные панели наиболее экономичны при управлении меньшими нагрузками, но имеют один недостаток — они рассчитаны на ограниченное количество циклов включения/ выключения: от 20000 до 50000 (при нормальных обстоятельствах этого хватит примерно на 5 лет).

Общий вид блочной компоновки фотореле для уличного освещения и монтажная схема приведены на следующих рисунках.

Некоторые нюансы имеются в использовании фотореле совместно с датчиками движения. Как правило, уличные фонари включаются на всю ночь. Но в ночное время уличные фонари не нужны, если нет движения. Поэтому всё чаще используют схемы, которые включают уличные фонари только при перемещения транспортного средства и некоторое время после него. Используется микроконтроллер AVR 8051 и несколько пар (чем больше, тем лучше) инфракрасных (ИК) датчиков.

Подключение релейной панели управления освещением

Предлагаемая система состоит из микроконтроллера Atmega8, LDR, PIR-датчика и RTC. Эта система управляет уличным освещением, используя светозависимый резистор и ИК-датчик.

Уличные фонари включаются в зависимости от интенсивности светового потока, который воспринимается на LDR. Если такая интенсивность на фоторезисторах низкая, значение их сопротивления — высокое. С уменьшением общей освещённости это значение увеличивается, и, таким образом, определяет, когда уличные фонари должны включиться.

Ночью движение транспорта минимально. Это обстоятельство можно использовать для настройки контроллера. По наступлении пикового времени, когда трафика нет, фотореле отключит наружное освещение. При появлении единичного транспортного средства ИК-датчик подаст управляющий сигнал микроконтроллеру. Тот на 2…3 минуты включит освещение, после чего автоматически его выключит.

Блочная компоновка фотореле

Схема включения фотореле для управления наружным освещением

Установка датчиков движения

Монтажная схема управления движением на базе фотореле

Типичные неисправности фотореле

Неудачи в применении фотореле чаще всего вызваны с их неправильным выбором и/или эксплуатацией. Наиболее распространены отказы, превышение ресурса, однако можно перечислить ещё ряд причин:

Превышение значения допустимого тока и/или напряжения.
Сбои, связанные с длительностью рабочего цикла (особенно, когда реле переключает очень низкие уровни сигнала или, когда реле не срабатывает очень часто, из-за чего контакты окисляются).
Загрязнение рабочей поверхности фотодатчиков (особо характерно для фотореле, которые обслуживают промышленное оборудование).
Неудовлетворительная вентиляция релейных панелей, что вызывает, перегрев MOSFEТ-транзисторов.

При надлежащем регламентном облуживании все эти проблемы можно предотвратить. Сроки службы реле и его номинальная мощность всегда указываются производителем. Эти параметры определяются для работы фотореле в условиях переключения низкого уровня и соответствуют минимальному количеству операций, которое можно ожидать без механического отказа из-за износа контактов.

Гораздо информативнее, когда разработчик указывает в инструкции по эксплуатации срок службы реле в условиях горячего переключения нагрузки, когда значения тока и напряжения максимальны (при номинальной мощности устройства). В этих случаях реле выходит из строя по факту загрязнения материала контактов, когда для срабатывания приходится увеличивать ток и напряжение: это сопровождается резким возрастанием сопротивления при прохождении управляющего сигнала. Поэтому световоспринимающие поверхности следует очищать возможно чаще, используя для этих целей химически нейтральные очистители.

При интенсивном применении датчик фотореле никогда не работают дольше, чем указано в их технической характеристике. Даже в приложениях с низким уровнем сигнала неисправности в проверяющих устройствах могут вызывать сбои устройства. В результате пусковые токи, вызванные ёмкостными нагрузками, горячим переключением и скачками напряжения ускоряют их старение.

Видео по теме

Фотореле все о фотореле | vserele.ru

Фотореле — это устройство, снабженное выносным или встроенным фотодатчиком (фоторезистором), реагирующим на освещение, при показателе освещенности ниже или выше установленнго порога подается сигнал на схему реле, который замыкет или размыкает встроенное промежуточное реле для управления приборами освещения и другими электроустановками.
Применение фотореле.
Фотореле предназначено для автоматического управления уличным освещением, освещением мест общего пользования или индивидуальных рабочих мест в зависимости от уровня освещённости, а также может служить элементом управления различными устройствами. В каталоге представлены все основные типы фотореле уличного и щитового исполнения с возможностью установки на din-рейку с встроенным и выносным датчиком освещенности — фотоэлементом.
Принцип действия фотоэлектрического реле.
Его область применения довольно большая. С его помощью можно автоматически освещать фасады зданий/сооружений, улицы и другие места в темное время суток, зону видимости видеокамер в ночное время, освещения автостоянок, дворов и другие места в темное время суток.
При наступлении темноты они включают светильники наружного освещения. Порог срабатывания таких реле можно регулировать в зависимости от уровня освещённости. Оно содержит управляющий контакт, который позволяет управлять светильником непосредственно с реле, а при больших нагрузках, через дополнительное силовое реле (контактор/пускатель).
Все эти задачи решаются с помощью электрической схемы освещения, в которую кроме обычных ламп света и выключателей добавляется фотоэлемент и фотореле. Фотоэлемент и фотореле могут быть как в одном корпусе, так и в разных. Однокорпусные модели довольно дешевы, но не очень удобные с точки зрения настройки. Сама эта модель обычно располагают на стене. А настройки у некоторых моделей фиксированные либо приходится снимать крышку корпуса для настройки уровня освещенности. Когда он достигается, реле срабатывает и свет включается или выключается. Подобные модели обычно ставятся в загородных домах и дачах.
Примером фотореле являются: ФР-10Т, ФР-12Т,ФР-16В,LXP-02,type 10.32 (finder),ФР-602,ФР-601,ORBIS VEGA, ORBIFOT
У моделей, где фотоэлемент и фотореле находятся в разных корпусах, возможности настройки гораздо шире: настройка уровня освещенности, временной задержки срабатывания. Фотореле устанавливается в электрическом щите вместе с другими автоматами на DIN-рейке. И для его настройки нужно только открыть щит. В отличии от однокорпусных моделей, размеры такого фотореле и фотоэлемента постоянны, то есть не зависят от мощности. Эти модели обычно применяются в больших зданиях для освещения фасадов, автостоянок, зоны видимости видеокамер в ночное время и др.
Примером фотореле являются:ФР-11М, ФР-7Е, ФР-9М, ФР-М01-1-15, ФР-М02, AZ-112, SOU-1
Также существуют комбинированне фотореле (фотореле + таймер) для управления освещением на основе уровня освещенности интенсивности окружающего освещения и реального времени.
Примером фотореле с таймером являются: ФР-20М — снято с производства, полный аналог: SOU-2
Практически все фотореле имеют функцию реле управления с контактной группой номинальным током от 5 до10А, (ФР-М01-1-15 – 16А) и производители рекомендуют использовать промежуточные реле рассчитанные на определенную нагрузку, тоесть при больших нагрузках необходимо дополнительное силовое реле (промежуточное реле/ контактор/пускатель)
Пускатели типа:КМИ, КМН и другие.

Как подключить фотореле для уличного освещения? Схемы подключения.

Что такое фотореле?

Фотореле — это устройство, снабженное с выносным или встроенным сумеречным датчиком, которое встроено в электрическую цепь для осветительых приборов. Датчик, реагирующий на освещение, подает сигнал на схему реле, замыкая – включая освещение в сумерки и размыкая — выключая освещение в светлое время суток.

Как правильно выбрать фотореле?

Для правильного выбора фотореле, нужно знать какой вид датчика будет удобней использовать в конкретных условиях, выносной или встроенный и обязательно учесть токовые характеристики фотореле. Они, как и во всяком электрическом приборе, имеют ограничение по коммутации тока в амперах.

сумеречный выключатель 10Асумеречный выключатель (таблица)сумеречный выключатель 20Асумеречный выключатель (таблица)

Принцип работы фотореле

Светочувствительное устройство, постоянно подключенное к электрическому питанию, замеряет уровень естественной освещенности контролируемого пространства. Датчик, реагирующий на освещение, подает сигнал на схему реле, замыкая – включая освещение в сумерки и размыкая — выключая освещение в светлое время суток.

замер уровня освещенности контролируемого пространства

Структурная схема фотореле

устройство датчика фотореле

В состав сумеречного выключателя могут входить:

светочувствительный элемент, реагирующий на колебания освещенности;
датчик фотоэлемента, воспринимающий изменения тока;
усилитель электрического тока;
коммутирующий прибор в виде реле.

Схемы фотореле (сумеречный выключатель)

Сумеречный выключатель (фотореле)сумеречный выключатель (день-ночь)

Схема фотореле с выносным датчиком

Особенности конструкций сумеречных выключателей

Современные простые фотореле для небольших светильников выпускаются в едином пластмассовом корпусе с возможностью крепления на стену или непосредственно на фонарь тыльной стороны.

В случае превышаемой мощности подключаемых через фотореле осветительных приборов коммутировать его в цепь следует через магнитный пускатель или контактор соответствующей нагрузки.

Сложные приборы сумеречного освещения выпускаются двумя составляющими (внешнего датчика фотоэлемента и измерительно-коммутационного устройства), расположенных в щитовой и соединяемых проводами.

Монтаж фотодатчика, реагирующего на движение, выполняется с учетом обеспечения обзора контролируемой территории.

Подключение нескольких осветительных приборов на одну выходную группу сумеречного выключателя проводится по параллельной схеме.

Большинство фотореле, защищены системой помехозащитой (выдержка времени) от ложных срабатываний. Но, все равно, датчики устройства нужно располагать в дали от возможных попаданий посторонних источников света, чтобы исключить эффект мигания ламп.

Фотодатчик замеряет естественную освещенность по одному из принципов

фоторезистора;
фотодиода;
фототранзистора;
фототиристора;
фотосимистора.

Чувствительным элементом, воспринимающим световой поток во всех этих конструкциях работает p-n переход, созданный на стыке двух различных полупроводниковых металлов с р- и n- проводимостью, который .способен вырабатывать электрический заряд при облучении светом.

Электрическое сопротивление фоторезистора зависит от интенсивности падающего светового потока.

Фотодиод формирует электрический заряд, соответствующий интенсивности света за счет фотовольтаического эффекта.

Фототранзистор устроен как оптоэлектронный полупроводник, является аналогом обычного биполярного транзистора, в котором область базы облучается светом для регулирования электрического сигнала.

Фототиристор предназначен для работы в цепях постоянного тока, сконструирован оптоэлектронным полупроводником со структурой обыкновенного тиристора, включаемого в работу током от потока света, направленного на светочувствительную матрицу,.

Фотосимистор сконструирован для работы с переменным током. Его можно представить упрощенной конструкцией из двух фототиристоров. Каждый из них реагирует на положительную или отрицательную составляющую полупериода гармоники. Синхронизацией тока для подачи на управляющий электрод занимается специальная схема.

Технические характеристики фотореле

К основным параметрам, влияющим на выбор сумеречного выключателя, относят:

номинальное напряжение питания.

Внимание! Электронные приборы, выпускаемые за рубежом, предназначены для работы с напряжениями, стандартизированными в чужих странах. Они могут составлять величину 127 или 110 вольт, что не обеспечит их стабильную работу в электросети 220 вольт.

мощность потребления электроэнергии и тепловую нагрузку светильников, которую должны надежно выдерживать выходные контакты сумеречного выключателя;
условия эксплуатации прибора, влияющие на конструкцию и выбор степени защиты корпуса:
- работа при атмосферных осадках;
- возможность засорения пылью и посторонними предметами;
- поддержание температурного режима;
- светочувствительность датчика и настройки порога срабатывания по освещенности;
- типы коммутируемых светильников. Простые сумеречные выключатели предназначены для работы с активными нагрузками, создаваемыми разогревом нити накаливания обычных ламп Ильича и галогенных конструкций. Все остальные виды, включая люминесцентные и энергосберегающие, создают реактивную составляющую нагрузки.

У метало-галогенных, натриевых и ртутных ламп при запуске создается бросок пускового тока, который может выжечь контакты.

Конструкция фотореле

Элементная база

Первые фотоэлементы создавались исключительно на аналоговых элементах с электромеханическими реле. Такие устройства успешно работают со 2-й половины 20-го века до настоящего времени.

По мере развития науки, послужившей бурному производству робототехники, стали массово выпускаться полупроводниковые устройства, на базе которых создавались конструкции статических фотореле.

Освоение микропроцессорной техники позволило управлять сложными осветительными установками посредством контроллеров, учитывающих специфические условия местности, включать датчики, реагирующие на движение или другие факторы.

Фотореле с выносным датчиком

Оцените качество статьи:

Что такое фотореле и схема его подключения

Содержание статьи:

Фотореле является таким устройством, которое имеет выносной или встроенный сумеречный датчик, который можно подключить в цепи любых осветительных приборов. Он реагирует на степень освещения и подает сигналы в релейную схему. Когда реле замыкается освещение будет включаться, а когда размыкается – освещение будет отключаться днем. В этой статье разберем, что такое фото реле и для чего оно необходимо, принцип действия фотореле, а также какова схема подключения фотореле.

Как выбрать?

Для того, чтобы правильно подобрать и подключить устройство своими руками, например, к прожектору, необходимо знать какой вам тип датчика необходим и какой будет наиболее удобным. Они бывают встроенные и выносные. При выборе обязательно нужно будет учитывать токовые характеристики устройства. Они обладают своими ограничениями в коммутации по току, выраженные в амперах.

Как оно работает?

Устройство обладает светочувствительным элементом, который является постоянно включен в схему осветительного прибора и имеет питание. Этот элемент постоянно проводит измерение уровня освещенности (день – ночь) там, где это необходимо. Установка фотореле предполагает, что реагирующий на уровень освещения прибор будет подавать сигналы на реле: при замыкании – будет включать осветительный прибор, а во время размыкания контактов – отключать.

Структурная схема

Чтобы понять принцип работы фотореле необходимо разобраться с его составными частями. Среди конструктивных элементов могут быть следующие элементы:

Датчик (светочувствительный) – реагирует на изменения степени освещенности;
Датчик (фотоэлемента) – реагирует на изменения силы тока;
Усилитель для электрического тока;
Реле – коммутирующий элемент в устройстве.

Особенности конструкции

Обычные устройства, предназначенные для малых светильников, чаще всего производятся одним блоком в пластиковом корпусе. Они имеют возможность закрепления на стенах или подключения к светодиодному светильнику с задней стороны.

Если подключить светильники, мощность которых превышает мощность фотореле своими силами установленного, то цепь должна коммутироваться через магнитный пускатель или современные контакторы на соответствующую нагрузку.

Более сложные варианты производятся из двух составляющих – измерительно-коммутационного устройства и выносного фотоэлемента. Измерительный блок располагается непосредственно в электрическом щите.

Установка фотореле, снабженного реакцией на движение, то необходимо учитывать требуемый обзор контролируемой территории. Несколько светильников на одну выходную группу прибора можно подключить по параллельной схеме.

Основная масса моделей снабжены помехозащитой от ложных срабатываний, т.е. выдержкой времени. Однако, не смотря на это, подключение фотореле для уличного освещения следует производить подальше от других искусственных источников света во избежание эффекта мигания ламп.

Принцип работы

Простая схема фотореле проводит замеры освещенности при помощи одного из элементов:

Фототранзистора;
Фоторезистора;
Фотосимистора;
Фотодиода;
Фототиристора.

Схема фотореле для уличного освещения в качестве чувствительного элемента, воспринимающего силу света, предполагает наличие p-n переход, создаваемый на стыках разных полупроводниковых металлов, обладающих p- и n – проходимостями. Этот переход, в свою очередь, и вырабатывает электрический импульс во время попадания на него света.

Сопротивление фоторезисторов будет зависеть от силы светового потока.

Фотодиоды будут формировать электрические импульсы, которые станут соответствовать интенсивности светового потока за счет действия фотовольтаического эффекта.

Фототранзисторы являются аналогами обычных биполярных транзисторов и выполнен как оптоэлектронный полупроводник. В подобном устройстве часть базы подвергается воздействию света для осуществления регулирования выходного электрического сигнала.

Фототиристоры предназначаются для деятельности в цепях постоянного тока. Изготовлен оптоэлектронным полупроводником, который обладает структурой обычного тиристора. Включается в работу от появления тока от светового потока, направляемого на светочувствительную матрицу элемента.

Фотосимистор предназначен для работы в цепях переменного тока. Он упрощенно может быть представлен как конструкция из 2 фототиристоров, каждый из которых будет реагировать на отрицательную или положительную составляющую полупериода гармоники. У него специальная схема будет заниматься синхронизацией тока для передачи на управляющий электрод.

Технические данные, влияющие на выбор

Ниже приведены основные параметры, которые будут оказывать влияние на выбор и подключение фотореле для уличного освещения:

Номинальное напряжение устройства.

Обращаем внимание! Импортные устройства могут быть предназначенными для работы с другими уровнями напряжения. Так они могут быть рассчитаны на 110 или 127 Вольт, а это может не позволить нормально работать в нашей сети 220 Вольт.

Потребляемая мощность и тепловая нагрузка светильников. Эти нагрузки выходные контакты устройства должны с уверенностью выдерживать.
Условия работы устройства, которые будут влиять на выбор конструкции и степени защиты:
Атмосферные осадки;
Попадание пыли и инородных предметов;
Перепады температур;
Уровень светочувствительности и степень настройки момента срабатывания;
Типы подходящих светильников. Здесь стоит сказать, что обычные модели, смонтированные своими руками, предназначаются для подключения и работы с активной нагрузкой, которая создается галогенными лампами и лампами накаливания. А вот, например, энергосберегающие и люминесцентные, а также другие подобные типы ламп, вырабатывают реактивную часть нагрузки. У подобных видов ламп во время запуска происходит бросок пускового тока, а это может пожечь контакты устройства.

Схема подключения

Чтобы разобраться, как подключить фотореле к освещению необходимо внимательно изучить само изделие или упаковку. На них собственно и должна быть приведена схема подключения фотореле для уличного освещения. Выводы из устройства снабжены проводами с различным цветом изоляции. Это необходимо для исключения ошибок при подключениях. Сделать вывод о их назначении просто, если знать информацию о цветовой маркировке. Из прибора выведено 3 провода:

Черный – обозначает фазу;
Зеленый – нулевой провод;
Красный – коммутируемая фаза, идущая к светильнику.

Итак, как подключить фотореле к освещению? До начала выполнению работ по подключению необходимо изучить прилагаемую инструкцию. Для того, чтобы соединить провода следует использовать распределительную коробку, которую можно установить рядом на стенке.

Нагрузка коммутируется путем прерывания фазного провода. За счет этого происходит подача и исчезновение напряжения. Зеленый провод (ноль) подключается для обеспечения работоспособности.

Будем надеяться, что статья полностью помогла разобраться в том, что это фотореле и как подключить датчик света для уличного фонаря. Если еще останутся вопросы, то смело задавайте в комментариях.

Фотореле для уличного освещения: выбор, схемы установки

Владельцев частных домов при благоустройстве участка волнует вопрос, как сделать автоматическое включение света в сумерки и выключение его на рассвете. Для этого есть два устройства — фотореле и астротаймер. Первое устройство более простое и дешевое, второе — сложнее и дороже. Более подробно поговорим о фотореле для уличного освещения.

Содержание статьи

Устройство и принцип действия

Это устройство имеет множество названий. Самое распространенное — фотореле, но называют еще фотоэлемент, датчик света и сумерек, фотодатчик, фотосэнсор, сумеречный или светоконтролирующий выключатель, датчик освещенности или день-ночь. В общем, названий много, но суть от этого не меняется — устройство позволяет в автоматическом режиме включать свет в сумерки и выключать на рассвете.

Схема фотореле для уличного освещения на фоторезисторе

Работа устройства основана на способности некоторых элементов изменять свои параметры под воздействием солнечного света. Чаще всего используют фоторезисторы, фототранзисторы и фотодиоды. Вечером, при уменьшении освещенности, параметры светочувствительных элементов начинают меняться. Когда изменения достигнут определенной величины, контакты реле смыкаются, подавая питание на подключенную нагрузку. На рассвете изменения идут в обратном направлении, контакты размыкаются, свет гаснет.

Характеристики и выбор

В первую очередь выбирают напряжение, с которым будет работать датчик света: 220 В или 12 В. Следующий параметр — класс защиты. Так как устройство устанавливается на улице, он должен быть не ниже IP44 (цифры могут быть больше, меньше — нежелательно). Это значит, что внутрь устройства не могут попасть предметы размером более 1 мм, а также что водяные брызги ему не страшны. Второе, на что стоит обратить внимание — на температурный режим эксплуатации. Ищите такие варианты, которые с запасом перекрывают средние показатели в вашем регионе как по плюсовой, так и по минусовой температуре.

Подбирать модель фотореле также необходимо по мощности подключаемых к нему ламп (выходная мощность) и току нагрузки. Оно, конечно, может «тянуть» нагрузку немного больше, но при этом могут быть проблемы. Так что лучше брать даже с некоторым запасом. Это были обязательные параметры, по которым надо выбирать фотореле для уличного освещения. Есть еще несколько дополнительных.

Пример характеристик фотореле для уличного освещения

В некоторых моделях есть возможность подстроить порог срабатывания — сделать фотодатчик более или менее чувствительным. Уменьшать чувствительность стоит при выпадении снега. В этом случае отраженный от снега свет может быть воспринят как рассвет. В результате свет будет то включаться, то отключаться. Такое представление вряд ли понравится.

Обратите внимание на пределы регулировки чувствительности. Они могут быть больше или меньше. Например, у фотореле AWZ-30 белорусского производства этот параметр — 2-100 Лк, у фотоэлемента P02 диапазон подстройки 10-100 Лк.

Задержка срабатывания. Для чего нужна задержка? Для исключения ложных включений/отключений света. Например, ночью на фотореле попал свет фар проезжающего автомобиля. Если задержка срабатывания мала, свет отключится. Если она достаточна — хотя-бы 5-10 секунд, то этого не произойдет.

Выбор места установки

Для корректной работы фотореле важно правильно выбрать его местоположение. Необходимо учесть несколько факторов:

Как видите при организации автоматического освещения на улице выбрать место для установки фотореле — не самая простая задача. Иногда приходится переносить его несколько раз, пока найдешь приемлемое положение. Часто, если датчик света используют для включения фонаря на столбе, фотореле стараются расположить там же. Это совершенно не обязательно и очень неудобно — счищать пыль или снег приходится довольно часто и каждый раз залезать на столб не очень весело. Само фотореле можно разместить на стене дома, например, а к светильнику дотянуть кабель питания. Это наиболее удобный вариант.

Схемы подключения

Схема подключения фотореле для уличного освещения проста: на вход устройства заводится фаза и ноль, с выхода фаза подается на нагрузку (фонари), а ноль (минус) на нагрузку идет от автомата или с шины.

Схема подключения фотореле для освещения (фонаря)

Если делать все по правилам, соединение проводов необходимо делать в распределительной (монтажной коробке). Выбираете герметичную модель для расположения на улице, монтируете в доступном месте. Как подключить фотореле к освещению на улице в этом случае — на схеме ниже.

Подключение фотодатчика через распределительную коробку

Если включать/отключать необходимо мощный фонарь на столбе, в конструкции которого есть дросселя, лучше в схему добавить пускатель (контактор). Он рассчитан на частое включение и выключение, нормально переносит пусковые токи.

Схема подключения датчика день-ночь с пускателем

Если свет должен включаться только на время нахождения человека (в уличном туалете, возле калитки), к фотореле добавляют датчик движения. В такой связке лучше сначала поставить светочувствительный выключатель, а после него — датчик движения. При таком построении датчик движения будет срабатывать только в темное время суток.

Схема подключения фотореле с датчиком движения

Как видите, схемы несложные, вполне можно справиться своими руками.

Особенности подключения проводов

Фотореле любого производителя имеет три провода. Один из них — красный, другой — синий (может быть темно-зеленым) и третий может быть любого цвета, но обычно черный или коричневый. При подключении стоит помнить:

красный провод всегда идет на лампы:
к синему (зеленому) подключается ноль (нейтраль) от питающего кабеля;
к черному или коричневому подается фаза.

Если посмотрите на все выше приведенные схемы, то увидите, что они нарисованы с соблюдением этих правил. Все, больше никаких сложностей. Подключив так провода (не забудьте, что нулевой провод также надо подключить на лампу) вы получите рабочую схему.

Как настроить фотореле для уличного освещения

Настраивать датчик освещенности необходимо после установки и подключения в сеть. Для регулировки пределов срабатывания в нижней части корпуса имеется небольшой пластиковый поворотный диск. Его вращением и задается чувствительность.

Найдите на корпусе подобный регулятор — им настраивается чувствительность фотореле

Чуть выше на корпусе есть стрелочки, которыми обозначено, в какую сторону крутить для увеличения и уменьшения чувствительности фотореле (влево- уменьшить, вправо — увеличить).

Для начала выставляете наименьшую чувствительность — загоняете регулятор в крайнее правое положение. Вечером, когда освещенность будет такой, что вы решите, что уже надо бы включить свет, начинаете подстройку. Надо плавно поворачивать регулятор влево до тех пор, пока не включится свет. На этом можно считать, что настройка фотореле для уличного освещения закончена.

Астротаймер

Астрономический таймер (астротаймер) — это другой способ автоматизировать уличное освещение. Принцип его работы отличается от фотореле, но он тоже включает свет вечером и выключает его утром. Управление светом на улице происходит по времени. В данном устройстве заложены данные про то, в какое время темнеет/светает в каждом регионе в каждый сезон/день. При настройке астротаймера вводятся GPS координаты его установки, выставляется дата и текущее время. Согласно заложенной программе устройство и работает.

Астротаймер — второй способ автоматизировать свет на участке

Чем оно удобнее?

Оно не зависит от погоды. В случае с установкой фотореле велика вероятность ложного срабатывания — в пасмурную погоду свет может включаться ранним вечером. При попадании на фотореле света он может гасить свет посреди ночи.
Устанавливать астротаймер можно в доме, в щитке, в любом месте. Ему не нужен свет.
Есть возможность сдвигать время включения/выключения на 120-240 минут (зависит от модели) относительно заданного времени. То есть, вы сами сможете выставить время так, как вам удобно.

Недостаток — высокая цена. Во всяком случае, модели, которые есть в торговой сети, стоят довольно солидных денег. Но можно купить в Китае намного дешевле, правда, как он будет работать — вопрос.

Фотореле

: более эффективная по мощности и размеру альтернатива обычным реле?

Реле

— это фундаментальный электронный компонент, который разработчики используют в приложениях, где требуется переключение на большие токи. Существует много различных типов реле, но в последнее время популярность приобрела новая разновидность — фотореле.

Некоторые сведения о реле: электромеханические и полупроводниковые

Реле

— это электрические переключатели, которые используются для обеспечения высокого тока и выходной мощности в цепи с низким энергопотреблением.Как правило, доступны два типа реле: электромеханические реле и полупроводниковые реле.

Нормально разомкнутое электромеханическое реле использует ток, протекающий через входную цепь, активируя электромагнит. Это создает магнитное поле, которое заставляет якорь двигаться, замыкая переключатель во второй, более крупной цепи и позволяя току течь через него.

Когда источник питания удален, пружина отводит контакт от второй цепи, останавливая ток электричества и выключая оконечное устройство.

Реле электромеханическое. Изображение предоставлено Circuit Globe

Полупроводниковое или бесконтактное реле — это устройство, которое можно использовать вместо механического реле для переключения электричества на нагрузку. Твердотельные реле являются чисто электронными и не зависят от каких-либо физических движущихся частей или механических механизмов. Из этой классификации реле быстро набирает популярность фотореле.

Что такое фотореле?

Фотореле — это подгруппа бесконтактных реле, которые, как следует из названия, используют свет в качестве импульсного сигнала.

Принцип работы фотореле. Изображение предоставлено Toshiba

Фотореле работает, испуская свет, когда ток проходит через светодиод. Излучаемый свет пересекает границу изоляции и падает на датчик освещенности микросхемы КПК, которая, в свою очередь, питает и управляет затвором общей пары полевых МОП-транзисторов, подключенных к источнику. Это включает полевой МОП-транзистор, позволяя протекать переменному / постоянному току через силовые клеммы полевого МОП-транзистора.

Преимущества фотореле

По сравнению с традиционным механическим реле, фотореле имеет множество преимуществ.

Поскольку фотореле работают от света, в них нет механических частей. Это означает меньший износ и ухудшение характеристик компонентов с течением времени, повышая надежность конструкции и увеличивая срок службы.

Кроме того, механическим реле требуется большой ток для перемещения якоря и управления выходом. С другой стороны, фотоэлементы управляются светодиодом на стороне входа, что означает, что необходимый входной ток для устройства будет составлять от 3 мА до 5 мА. Это огромное преимущество для экономии энергии.

Визуализируется дребезг переключателя. Изображение предоставлено Epec Engineered Technologies

Кроме того, механические реле могут страдать от дребезга контактов (т. Е. Нежелательного замыкания и размыкания контакта реле). Фотореле обеспечивает лучшую надежность, устраняя дребезг контактов и предлагая более высокую скорость переключения.

Новые фотореле Toshiba

Компания Toshiba недавно объявила о выпуске трех новых фотоэлементов, дополняющих и без того впечатляющую линейку фотореле.

Эти новые продукты — TLP3407SRA, TLP3475SRHA и LP3412SRHA — считаются самыми маленькими в отрасли фотоэлементами, управляемыми напряжением, с расширенным диапазоном рабочих температур до 125 ° C.

Имея максимальную рабочую температуру 125 ° C по сравнению с традиционными 110 ° C, эти фотореле можно устанавливать в высокотемпературных областях, открывая для них новый мир приложений.

Новые фотореле поставляются в упаковке Toshiba S-VSON4T.Изображение предоставлено Toshiba

Кроме того, Toshiba утверждает, что ее корпус S-VSON4T имеет самую маленькую в отрасли монтажную площадь 2,9 мм². Компания надеется, что этот размер корпуса позволит извлечь выгоду из занимаемой площади печатной платы и увеличит количество фотореле в существующей компоновке.

Благодаря тому, что фотореле набирает популярность, эта новость от Toshiba показывает значительный рост в этой области. Мы надеемся, что постоянная разработка более совершенных фотоэлементов приведет к появлению в будущем более энергоэффективных и компактных конструкций.

Основы фототранзистора

В этом уроке мы узнаем о фототранзисторах, характеристиках фототранзисторов, о том, что следует учитывать при выборе фототранзистора, и нескольких примерах схем, использующих фототранзистор в качестве датчика освещенности.

Введение

Прежде чем вдаваться в подробности фототранзисторов, позвольте нам освежить наше понимание сенсоров и, в частности, оптических сенсоров.

С точки зрения инженеров-электронщиков, датчик — это устройство, которое реагирует на физическое явление или свойство электрическим сигналом.Входом датчика может быть физическая величина, такая как свет, звук, температура и т. Д., Но на выходе — электрический сигнал, такой как напряжение, ток или даже заряд, который может обрабатываться, усиливаться, передаваться и изменяться электронными схемами и устройствами.

Приведенное выше определение датчика может привести к другой интерпретации датчика, то есть датчик — это преобразователь энергии, поскольку независимо от измеряемой величины входная энергия преобразуется в электрическую.

Существует множество разновидностей и типов датчиков, таких как датчик температуры, датчик давления, датчик влажности и т. Д.но датчик, представляющий интерес для этого обсуждения, — это оптические датчики.

Что такое оптические датчики (датчики света)?

Оптические датчики

также называются датчиками света или фотодатчиками. Оптический датчик — это устройство, которое измеряет интенсивность света, обычно электромагнитного излучения в диапазоне длин волн от ультрафиолетового до дальнего инфракрасного.

Поскольку атипичный датчик освещенности связан с поглощением фотона чувствительным материалом, почти все датчики света делятся на два типа.Это:

Квантовые датчики
Тепловые датчики

Оптические датчики, подпадающие под категорию квантовых детекторов, обычно работают в ультрафиолетовом и среднем инфракрасном диапазоне ЭМ-спектра, а те, которые относятся к тепловым детекторам, работают в средней и дальней инфракрасной области. диапазон ЭМ Спектра.

Фотоэлектрические и фотопроводящие устройства, такие как фотодиоды, фоторезисторы (также известные как светозависимые резисторы или LDR), фототранзисторы и т. Д. Являются примерами твердотельных i.е. полупроводниковые датчики света типа квантовых детекторов.

Что такое фототранзистор?

Прежде чем разбираться в фототранзисторах, давайте сначала кратко разберемся, что такое фотодиод. Проще говоря, фотодиод — это оптический чувствительный диод с PN переходом, но в состоянии обратного смещения, так что ток очень низкий.

Когда фотон с достаточной энергией (следовательно, зависит от длины волны света) попадает в фотодиод, электрон освобождается с энергией, чтобы пройти через барьер i.е. при обратном смещении, когда свет попадает на переход, происходит увеличение тока.

Имея это в виду, фототранзистор — это устройство фотоперехода (то есть фотодиод), которое похоже на обычный транзистор, за исключением того, что у него есть светочувствительный базовый терминал (или, если быть точным, коллектор — базовый переход).

Другими словами, фототранзистор можно рассматривать как фотодиод с усилителем тока. Фототранзистор преобразует фотоны в заряд напрямую, как фотодиод, и в дополнение к этому фототранзистор также обеспечивает усиление по току.

Символ фототранзистора показан ниже.

Как и обычные транзисторы, фототранзисторы также имеют большой коэффициент усиления, но главное отличие заключается в размере перехода база-коллектор. В фототранзисторах размер перехода база-коллектор больше, так как это светочувствительная область датчика.

Больший размер перехода приводит к значительно большей емкости перехода, и в результате фототранзисторы имеют более низкую частотную характеристику, чем фотодиоды, несмотря на высокое усиление.

Принцип работы

Принцип работы фототранзистора аналогичен фотодиоду в сочетании с усилительным транзистором. Свет, падающий на базу фототранзистора, вызывает небольшой ток.

Этот ток затем усиливается нормальным действием транзистора, что приводит к значительному увеличению. Обычно по сравнению с аналогичным фотодиодом фототранзистор может обеспечивать ток, в 50-100 раз превышающий ток фотодиода.

Характеристики фототранзистора

Поскольку фототранзисторы в основном представляют собой биполярные NPN-транзисторы с большим переходом база-коллектор, характеристики фототранзистора аналогичны характеристикам простого биполярного транзистора.

Фототранзисторы бывают двух- или трехвыводными. В двухпроводном фототранзисторе клемма базы электрически недоступна, и устройство полностью зависит от света.

Клемма коллектора обычно имеет более высокий потенциал, чем эмиттер, чтобы вызвать обратное смещение на переходе база-коллектор. Когда на фототранзистор не падает свет, от коллектора к эмиттеру течет небольшой ток утечки, известный как темновой ток.

Когда на клемму базы падает достаточно света, создается базовый ток, который пропорционален интенсивности света.

Базовый ток запускает процесс усиления, и течет ток коллектора с высоким коэффициентом усиления. На следующем изображении показана кривая токовых характеристик коллектора.

Из приведенной выше кривой видно, что с увеличением интенсивности света ток коллектора также увеличивается.

Как упоминалось ранее, фототранзисторы также доступны в виде трехполюсников. В этом случае использование базового терминала необязательно.При использовании он действует как обычный BJT, а когда не используется, он действует как фототранзистор.

Свойства фототранзисторов

При выборе фототранзистора необходимо учитывать несколько вещей или свойств, чтобы фототранзистор мог использоваться наилучшим образом.

Вот некоторые из важных свойств:

Длина волны
Линейность
Чувствительность
Время отклика
Размер
Стоимость

Давайте немного обсудим эти соображения.

Как упоминалось ранее, только фотон определенной энергии может возбуждать электроны, а это означает, что длина волны света является важным фактором. Фототранзисторы обычно имеют определенный диапазон длин волн, который они могут воспринимать.

Еще одним важным свойством фототранзистора является линейность выхода. Насколько линейно мощность изменяется в зависимости от интенсивности света, является важным соображением.

Чувствительность фототранзистора — это отношение выходного сигнала к входной интенсивности падающего света.Кроме того, время отклика будет зависеть от того, насколько быстро выходной сигнал реагирует на изменения интенсивности света.

Следует учитывать еще две вещи, которые не имеют ничего общего с характеристиками фототранзистора, то есть его размер и стоимость.

Примеры схем с использованием фототранзисторов

Реле со световым управлением с использованием фототранзистора

Когда на фототранзистор Q1 попадает достаточно света, он включается и подает базовый ток на транзистор Q2.В результате Q2 включается, а реле находится под напряжением.

Реле, управляемое темнотой, с использованием фототранзистора

С небольшими изменениями в схеме реле, управляемой светом, вы можете реализовать реле, управляемое темнотой. Когда темно или интенсивность света меньше, фототранзистор выключен, и это позволяет правильно смещать транзистор Q2. В результате он включается и включает реле.

Сигнализация прерывания света

Используя фототранзисторы, вы можете реализовать простую систему сигнализации, как показано выше.Когда свет падает на фототранзистор, что является обычным случаем, он включается, и затвор SCR находится в НИЗКОМ состоянии. Следовательно, SCR остается выключенным.

Когда свет прерывается, в случае проникновения фототранзистор выключается, и это обеспечивает достаточный потенциал на затворе SCR, чтобы включить его. В результате активируется аварийный сигнал, и его можно сбросить с помощью переключателя.

Применение фототранзисторов

Управление освещением
Системы сигнализации
Индикаторы уровня
Датчики приближения
Считыватели перфокарт
Энкодеры

Принцип работы оптопар — инструменты установки

Что такое оптопара?

Оптопара — это оптический канал, который соединяет две цепи через этот канал.

Оптический канал находится внутри микросхемы. Светоизлучающий диод внутри микросхемы светит на фотодиод, фототранзистор или другое фотоустройство.

Когда фотоустройство видит засветку, сопротивление между его выводами уменьшается. Это уменьшенное сопротивление может активировать другую цепь.

Анимация работы оптопары

В оптроне используется светодиод, оптически связанный с фотодиодом или фототранзистором в одном корпусе.

Два основных типа — это светодиод на фотодиод и светодиод на фототранзистор, как показано на рисунке.

Принцип оптопары

Оптопары

используются для изоляции участков цепи, несовместимых с точки зрения требуемых уровней напряжения или токов.

Например, они используются для защиты пациентов больниц от электрического шока, когда они подключены к приборам для мониторинга или другим устройствам.

Они также используются для изоляции слаботочных цепей управления или сигнальных цепей от цепей питания с шумом или цепей двигателей и машин с более высоким током.

Примеры типовых упаковок показаны на рисунке.

Различные пакеты оптопар

Анимация работы оптопары

OptoCoupler Анимация

Светодиод требует от 1 мА до 15 мА.

Что это значит?

Если токоограничивающий резистор, подключенный к светодиоду, имеет высокое значение, через светодиод будет течь только небольшой ток, и он не будет светиться очень ярко. (Светодиод находится внутри микросхемы — его не видно).

Транзистор не будет сильно включаться, и сопротивление между выводами коллектор-эмиттер будет достаточно ВЫСОКИМ.Выходное напряжение останется достаточно ВЫСОКИМ.

По мере увеличения тока через светодиод (ток ограничивающего резистора уменьшается), светодиод будет светиться ярче, а транзистор будет включаться сильнее. Выходное напряжение на диаграмме выше уменьшится.

Если ток через светодиод может возрастать и падать, выходное напряжение схемы выше будет падать и расти.

Если ток через светодиод мгновенно изменится с нуля до 15 мА, выход изменится с ВЫСОКИЙ на НИЗКИЙ.Это принцип ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ или передачи ЦИФРОВОГО СИГНАЛА.

Работа, преимущества и их применение

Разработка реле была начата в 1809 году. Как часть изобретения электрохимического телеграфа, электролитическое реле было найдено Самуэлем в 1809 году. ученый Генри в 1835 году, чтобы сделать импровизированную версию телеграфа, а затем разработал его в 1831 году. В то время как в 1835 году Дэви полностью открыл реле, но первоначальные патентные права были предоставлены Сэмюэлем в 1840 году для первоначального изобретение электрического реле.Подход этого устройства выглядел так же, как цифровой усилитель, таким образом воспроизводя телеграфный сигнал и позволяя распространяться на большие расстояния. В этой статье дается четкое объяснение того, что такое реле, различные типы реле, работа и многие другие связанные концепции.

Что такое реле?

Реле обычно используются там, где требуется регулировать цепь с помощью отдельного сигнала минимальной мощности, или там, где необходимо регулировать несколько цепей с помощью одного сигнала.Первоначально реле использовались в телеграфных цепях увеличенной длины, таких как ретрансляторы сигналов, поскольку они усиливают волну, которая принимается и передается в другие цепи. Основное применение реле было в телефонных станциях и первых версиях компьютеров.

Реле являются первичной защитой, а также переключающими устройствами в большинстве процессов управления или оборудования. Все реле реагируют на одну или несколько электрических величин, таких как напряжение или ток, так что они размыкают или замыкают контакты или цепи.Реле — это переключающее устройство, которое работает, чтобы изолировать или изменить состояние электрической цепи из одного состояния в другое.

Поскольку реле обеспечивает защиту цепи от повреждений. Каждое реле состоит из трех важнейших компонентов, которые рассчитываются, сравниваются и управляются. Вычисляемому компоненту известно изменение фактического измерения, а компонент сравнения оценивает фактическое значение с таким же значением заранее выбранного реле.А управляющий компонент обрабатывает быстрое изменение измеренной емкости, например, замыкание текущей функциональной цепи.

Реле повторного включения используются для подключения различных компонентов и устройств в системной сети, таких как процесс синхронизации, и для восстановления различных устройств вскоре после исчезновения любого электрического сбоя, а затем для подключения трансформаторов и фидеров к линейной сети. Регулирующие реле — это переключатели, которые контактируют таким образом, что напряжение повышается, как в случае трансформаторов с переключением ответвлений.Вспомогательные контакты используются в автоматических выключателях и другом защитном оборудовании для увеличения числа контактов. Реле контроля контролируют состояние системы, например, направление питания, и соответственно генерируют аварийный сигнал. Их также называют реле направления.

В реле общего типа используется электромагнит, чтобы выполнять размыкание и замыкание контактов, тогда как в других типах подходов, таких как твердотельные реле, они используют свойства полупроводника для управления, независимо от подвижного элемента. составные части.Реле с калиброванными свойствами и, в некоторых случаях, различные функциональные катушки используются для защиты систем электрических цепей от токов перегрузки. В современных энергосистемах эти операции выполняются цифровыми устройствами, которые называются реле защитного типа.

Твердотельные реле

Различные типы реле

В зависимости от принципа работы и конструктивных особенностей реле бывают разных типов, например, электромагнитные реле, тепловые реле, реле переменной мощности, многомерные реле и т. Д., С различными номинальными характеристиками, размеры и приложения.Классификация или типы реле зависят от функции, для которой они используются.

Некоторые категории включают реле защиты, повторного включения, регулирования, вспомогательные реле и реле контроля. Защитные реле постоянно контролируют следующие параметры: напряжение, ток и мощность; и если эти параметры нарушают установленные пределы, они генерируют сигнал тревоги или изолируют эту конкретную цепь. Эти типы реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Различные типы реле

В общем, классификация реле зависит от электрической емкости, которая активируется током, мощностью, напряжением и многими другими величинами.Классификация основана на механической мощности, активируемой скоростью истечения газа или жидкости, давлением. Тогда как на основе теплоемкости, активируемой мощностью нагрева, а другие величины — акустические, оптические и другие.

Электромагнитные реле различных типов

Эти реле состоят из электрических, механических и магнитных компонентов и имеют рабочую катушку и механические контакты. Следовательно, когда катушка активируется системой питания, эти механические контакты размыкаются или замыкаются.Тип питания может быть переменным или постоянным током. Эти электромагнитные реле далее классифицируются как

Реле постоянного и переменного тока
Тип притяжения
Индукционный тип

Реле постоянного и переменного тока

Реле переменного и постоянного тока работают по тому же принципу, что и электромагнитная индукция, но конструкция несколько отличается дифференцированы и также зависят от области применения, для которой выбраны эти реле. Реле постоянного тока используются с диодом свободного хода для обесточивания катушки, а реле переменного тока используют многослойные сердечники для предотвращения потерь на вихревые токи.

Очень интересный аспект переменного тока состоит в том, что в течение каждого полупериода направление подачи тока меняется; следовательно, для каждого цикла катушка теряет свой магнетизм, поскольку нулевой ток в каждом полупериоде заставляет реле непрерывно замыкать и размыкать цепь. Итак, чтобы предотвратить это — дополнительно, одна заштрихованная катушка или другая электронная схема помещается в реле переменного тока, чтобы обеспечить магнетизм в положении нулевого тока.

Электромагнитные реле притягивающего типа

Эти реле могут работать как с переменным, так и с постоянным током и притягивать металлический стержень или кусок металла, когда на катушку подается питание.Это может быть плунжер, притягиваемый к соленоиду, или якорь, притягиваемый к полюсам электромагнита, как показано на рисунке. У этих реле нет временных задержек, поэтому они используются для мгновенного срабатывания. Существует больше разновидностей притяжения электромагнитного реле , а именно:

Сбалансированная стопка — Здесь две измеряемые величины связаны из-за того, что генерируемое электромагнитное давление изменяется вдвое по отношению к количеству ампер-витков.Доля функционального тока для этого типа реле очень минимальна. Реле имеет тенденцию выходить за пределы допустимого диапазона, когда устройство настроено на работу в быстром режиме.
Шарнирный якорь — Здесь можно повысить чувствительность реле для работы с постоянным током, вставив постоянный магнит. Это также называется реле поляризованного движения.

Это различных типов электромагнитных реле .

Реле индукционного типа

Они используются как реле защиты только в системах переменного тока и могут использоваться с системами постоянного тока.Приводная сила для движения контакта создается движущимся проводником, который может быть диском или чашей, за счет взаимодействия электромагнитных потоков из-за токов короткого замыкания.

Индукционное реле

Они бывают нескольких типов, например, с экранированным полюсом, ватт-часами и индукционными чашками, и в основном используются в качестве направленных реле в защите энергосистемы, а также для высокоскоростных коммутационных операций. В зависимости от конструкции индукционные реле классифицируются как:

Затененный полюс — Структурированный полюс обычно активируется протеканием тока в одной катушке, которая намотана на магнитную структуру с воздушным зазором.Нестабильности воздушного зазора, создаваемые регулирующим током, разделяются на два потока, смещаемые заштрихованным полюсом и во времени-пространстве. Это затемненное кольцо изготовлено из медного материала, окружающего каждую часть мачты.
Двойная обмотка, также называемая ваттметром. — Этот тип реле поставляется с E- и U-образным электромагнитом, имеющим бездисковый вращающийся между электромагнитами. Фазовый сдвиг, который находится между потоками, создаваемыми электромагнитом, достигается за счет развиваемого потока двух электромагнитов, которые имеют различные значения индуктивности сопротивления для обеих систем контуров.
Индукционная чашка — Это основано на теории электромагнитной индукции и так называемое реле индукционной чашки. Устройство состоит из двух или более электромагнитов, которые активируются катушкой реле. Катушка, которая окружает электромагнит, создает вращающееся магнитное поле. Из-за этого вращающегося магнитного поля в чашке будет индукция тока, и чашка сможет вращаться. Текущее направление вращения аналогично направлению вращения чашки.

Магнитные фиксирующие реле

В этих реле используется постоянный магнит или детали с высоким коэффициентом передачи, чтобы якорь оставался в той же точке, в которой наэлектризована катушка, когда источник питания катушки отключен. Реле с защелкой состоит из минимальной металлической полосы, которая входит между двумя краями.

Блокировочные реле

Переключатель либо прикреплен, либо намагничен на одном конце небольшого магнита. Другая сторона прикреплена к проводу небольшого размера, который называется соленоидами.Переключатель снабжен одним входом и двумя выходными секциями по краям. Это можно использовать для переключения схемы в положения ВКЛ и ВЫКЛ. Обозначение реле с защелкой показано следующим образом:

Обозначение реле с защелкой

Твердотельные реле

Твердотельное реле

использует твердотельные компоненты для выполнения операции переключения без перемещения каких-либо частей. Поскольку требуемая энергия управления намного ниже по сравнению с выходной мощностью, которая должна регулироваться этим реле, это приводит к увеличению мощности по сравнению с электромагнитными реле.Они бывают разных типов: ТТР с трансформаторной связью, ТТР с фотосвязью и так далее.

Твердотельные реле

На приведенном выше рисунке показан SSR с фотосвязью, в котором сигнал управления подается светодиодом и обнаруживается светочувствительным полупроводниковым устройством. Выход этого фотодетектора используется для запуска затвора TRIAC или SCR, который переключает нагрузку.

В твердотельных реле с трансформаторной связью минимальное количество постоянного тока подается на первичную обмотку трансформатора с помощью преобразователя постоянного тока в переменный.Затем подаваемый ток преобразуется в переменный ток и повышается, чтобы SSR работал вместе со схемой запуска. Степень изоляции между выходной и входной секциями зависит от конструкции трансформатора.

В то время как в сценарии твердотельного устройства с фотосвязью используется светочувствительное SC-устройство для выполнения функции переключения. На светодиод подается регулируемый сигнал, который заставляет светочувствительный компонент переходить в режим проводимости за счет обнаружения света, излучаемого светодиодом.Изоляция, создаваемая SSR, сравнительно больше по сравнению с изоляцией трансформаторного типа из-за теории фотодетектирования.

В большинстве случаев SSR имеют более высокую скорость переключения, чем реле электромеханического типа. Кроме того, отсутствуют подвижные компоненты, срок их службы больше, а уровень шума минимален.

Гибридное реле

Эти реле состоят из электромагнитных реле и электронных компонентов. Обычно входная часть содержит электронную схему, которая выполняет выпрямление и другие функции управления, а выходная часть включает электромагнитное реле.

Было известно, что в реле твердотельного типа больше энергии тратится в виде теплового потока, электромагнитное реле имеет проблему изгиба контактов. Чтобы избавиться от этих недостатков в твердотельных и электромагнитных реле, используется гибридное реле. В гибридном реле одновременно работают реле EMR и SST.

Твердотельное устройство принимает ток нагрузки, что устраняет проблему архивирования. Затем система управления включает катушку в ЭМИ и контакт замыкается.Когда контакт в электромагнитном реле установлен, то регулирующий вход твердотельного реле вынимается. Это реле также снижает проблему перегрева.

Тепловое реле

Эти реле основаны на тепловом воздействии, что означает — повышение температуры окружающей среды от предельного значения заставляет контакты переключаться из одного положения в другое. Они в основном используются для защиты двигателей и состоят из биметаллических элементов, таких как датчики температуры, а также элементов управления.Реле тепловой перегрузки являются лучшими примерами таких реле.

Герконовое реле

Герконовое реле состоит из пары магнитных полос (также называемых язычковыми), помещенных в стеклянную трубку. Этот язычок действует как якорь и как контактный нож. Магнитное поле, приложенное к катушке, наматывается на эту трубку, заставляя эти язычки двигаться так, что выполняется операция переключения.

Герконовые реле

По размерам реле подразделяются на микроминиатюрные, сверхминиатюрные и миниатюрные.Также по конструкции эти реле классифицируются как герметичные, герметичные и реле открытого типа. Кроме того, в зависимости от рабочего диапазона нагрузки, реле бывают микро-, малой, средней и высокой мощности.

Реле

также доступны с различными конфигурациями контактов, такими как 3-, 4- и 5-контактные реле. Способы работы этих реле показаны на рисунке ниже. Переключающие контакты могут быть типа SPST, SPDT, DPST и DPDT. Некоторые из реле являются нормально разомкнутыми (NO), а другие — нормально замкнутыми (NC).

Конфигурация контактов реле

Дифференциальное реле

Эти реле работают, когда изменение вектора между двумя или более электрическими величинами одного типа превышает указанный диапазон. В случае токового дифференциального реле оно функционирует, когда существует выходное соотношение между величиной и изменением фазы токов, принимаемых и выходящих из системы, которое необходимо защитить.

В общих функциональных условиях токи, принимаемые и выходящие из системы, будут иметь одинаковую фазу и величину, так что реле не срабатывает.Принимая во внимание, что когда в системе возникает проблема, эти токи не будут иметь одинаковых величин и фаз.

Дифференциальное реле

Это реле будет иметь такое соединение, при котором колебания между входящими и выходящими токами протекают через функциональную катушку реле. Следовательно, катушка в реле активируется в состоянии проблемы из-за изменения величины тока. Таким образом, срабатывает реле и автоматический выключатель, и происходит отключение.

В дифференциальном реле один ТТ соединен с первичной обмоткой трансформатора, а другой ТТ — с вторичной обмоткой трансформатора. Реле связывает текущие значения с обеих сторон, и когда есть какая-либо дестабилизация в значении, реле будет работать.

Существуют дифференциальные реле тока, напряжения и смещения.

Различные типы реле в автомобильной промышленности

Это общий вид электрохимических реле, используемых в различных автомобилях, таких как легковые автомобили, фургоны, прицепы и грузовики.Они допускают минимальный ток для регулирования и обеспечивают работу большего количества токовых цепей в транспортных средствах. Они доступны во многих типах и размерах, некоторые из них:

Реле переключения

Это наиболее внедренное автомобильное реле, которое имеет пять контактов, которые имеют следующие электрические соединения:

Нормально разомкнутый до 30 и 87 штырьки
нормально замкнутые через штыри 30 и 87a
Переключение, подключенное через 30 и (87 и 87a)

Когда реле работает в режиме переключения, оно переключается с одной цепи на другую и возвращается к исходному состоянию состояние в зависимости от состояния катушки (ВЫКЛ или ВКЛ).

Нормально разомкнутые реле

Реле переключения может иметь соединение проводки как нормально разомкнутое, тогда как в этом типе у него есть только четыре контакта, которые позволяют соединять проводку только одним способом, который обычно открыт.

Реле мигалок

Реле любого общего типа имеет 4 или 5 контактов, но в этом реле будет 2 или 3 контакта.

В двухконтактном реле указателя поворота один контакт соединяется со световой цепью, а другой — с питанием.В трехконтактном реле мигалки два контакта подключены к источнику питания и свету, а третий — к светодиодному индикатору, который указывает, что мигалка находится в состоянии ВКЛ. Несмотря на то, что название указывает на то, что это тип реле, некоторые из них ведут себя как выключатели.

Электромеханический проблесковый маячок

Этот тип автомобильного реле содержит печатную плату с конденсатором, парой диодов и одной катушкой для генерации вспышки такой же формы, как и у стандартного проблескового маячка.Эти реле обладают способностью управлять увеличенными нагрузками, обеспечивая более высокую производительность, чем у тепловых мигалок. Несмотря на то, что в этом типе подключено больше источников света, он оказывает минимальное влияние на результат.

Терморегуляторы

Большинство реле мигающих сигналов имеют терморегуляцию, например, автоматические выключатели. Протекание тока через катушку мигающего устройства генерирует тепло, когда есть необходимое количество тепла, это вызывает отклонение контактов, тем самым вызывая размыкание контактов и прерывая прохождение тока.Когда имеется необходимое количество рассеивания тепла, то отклонение контактов изменяется на исходное состояние и снова будет протекать ток.

Этот процесс непрерывного размыкания и замыкания контактов генерирует мигающую диаграмму сигналов. Общее количество источников света, подключенных к термопробегающему устройству, показывает влияние на выходную мощность.

Светодиодные мигалки

Они полностью электронные по регулировке и функциональности. Они управляются минимальными твердотельными платами IC.Общее количество огней, которые связаны со светодиодной мигалкой, не влияет на выход. Эти реле в основном предназначены для работы с минимальным током с использованием светодиодов без каких-либо проблем.

В дополнение к этому существует еще больше различных типов автомобильных реле , в том числе:

В горшке
Wig-Wag
с юбкой
Время задержки
Двойной открытый контакт

Ртутное реле

Это подпадает под классификацию герконовых реле, в которых используется ртутный переключатель, а контакты в этом реле увлажняются ртутью.Этот металл снижает значение контактного сопротивления и снижает соответствующее падение напряжения. Повреждение оболочки может снизить характеристики проводимости для сигналов с минимальным значением тока.

Принимая во внимание, что для увеличения скорости нанесения ртуть устраняет функцию отскока контактов и предлагает почти быстрое замыкание цепи. Эти реле полностью зависят от положения и должны быть установлены в соответствии с требованиями проектировщика. Но с учетом вредных свойств жидкой ртути и ее стоимости, реле, контактирующие с ртутью, минимально используются в этих приложениях.

Повышенная скорость переключения в этих реле является дополнительным преимуществом. Капли ртути, присутствующие на каждом краю, объединяются, и приращение текущего значения по краям обычно учитывается как пикосекунды. Но в практических схемах это может регулироваться индуктивностью проводки и контактов.

Реле защиты от перегрузки

Электродвигатели

широко используются в различных приложениях, например, в двигателях с вращающимися инструментами.Поскольку двигатели немного дороги, более важно следить за тем, чтобы двигатели не подвергались повреждениям.

Для предотвращения повреждений необходимо использовать реле защиты от перегрузки. Реле защиты от перегрузки предотвращают выход из строя двигателя, наблюдая за величиной тока в двигателе и, таким образом, разрывают цепь, когда происходит электрическая перегрузка или обнаруживается какое-либо повреждение фазы. Поскольку реле не дороже двигателей, они предлагают недорогой подход к защите двигателей.

Существуют различные типы реле защиты от перегрузки, и лишь немногие из них включают электромеханические реле, электронные реле, предохранители и тепловые реле.Предохранители широко применяются для защиты устройств с минимальным током, например, в домашних условиях. В то время как электронные, тепловые и электромеханические реле используются для защиты повышенных значений тока в устройствах, таких как инженерные двигатели. Ключевыми преимуществами использования реле защиты от перегрузки являются:

Простое управление
Соответствующие горные комплекты будут доступны для различных типов реле защиты от перегрузки
Точная синхронизация с подрядчиками
Надежная защита

Статические реле

Реле которые не имеют подвижных компонентов, называются статическими реле.В этих статических реле результат достигается за счет статических частей, таких как электронные и магнитные цепи и другие статические устройства. Реле, которое входит в состав электромагнитного и статического реле, даже называется статическим реле по той причине, что статические секции получают обратную связь, тогда как электромагнитное реле используется для целей переключения. Лишь немногие из преимуществ статических реле:

Минимальное время сброса
Использует минимальную мощность там, где это снижает нагрузку на измерительные устройства и повышает точность
Обеспечивает быстрый выход, увеличенный срок службы, повышенную надежность и точность
Ненужное срабатывание минимально, и благодаря этому эффективность будет увеличена.
Эти реле не будут сталкиваться с проблемами накопления тепла
Усиление входного сигнала выполняется в самом реле, и это увеличивает чувствительность
Эти устройства могут работать при землетрясении- также подверженные склонности места, что показывает, что они также устойчивы к ударам.

Существует различных типов статических реле . Вот некоторые из них:

Электронное статическое реле

Эти электронные статические реле были первыми в классификации статических реле. Ученый по имени Фитцджеральд в 1928 году продемонстрировал испытание на несущем токе, которое демонстрирует безопасность линий электропередачи. Вследствие этого была обнаружена последовательность электронных систем для большинства основных типов реле предохранительных механизмов.Устройства, которые используются для измерения, представляют собой электронные клапаны.

Преобразователь статических реле

Это устройство в основном состоит из магнитопровода, который состоит из двух секций обмоток, обычно называемых функциональной и регулирующей обмотками. Каждая секция может состоять из одной обмотки или, если имеется более одной обмотки, будет магнитная связь всех подобных типов обмоток. Когда существуют обмотки разных групп, они не будут связаны магнитным способом.

В то время как обмотки регулирования активируются постоянным током, а функциональные обмотки питаются переменным током. Это реле работает, чтобы отображать изменяющиеся значения импеданса для токов, протекающих через функциональные обмотки.

Статические реле выпрямительного моста

Реле пользуются повышенной популярностью благодаря усовершенствованию полупроводниковых диодов. Он включает в себя два выпрямительных моста и подвижную катушку или реле типа подвижного железа с поляризацией. Тогда общий тип — это релейные компараторы, которые зависят от выпрямительных мостов, где они могут быть скомпонованы в виде фазовых или амплитудных компараторов.

Транзисторные реле

Это обычно используемые типы статических реле. Транзистор, который функционирует как триод, может преодолеть большинство недостатков, создаваемых электронными лампами, поэтому это наиболее развитый тип электронных реле, так называемых статических реле.

Реальность, что транзистор может использоваться как усилительный инструмент, а также как переключающий инструмент, что позволяет ему подходить для выполнения любых рабочих функций.Транзисторные схемы не только выполняют важные функции реле (например, сравнение входов, вычисление и их усвоение), но и обладают существенной эластичностью, позволяющей удовлетворить потребности нескольких реле.

В дополнение к этим другим типам статических реле относятся:

Реле на эффекте Холла
Реле максимального тока с обратнозависимой выдержкой времени
Направленное статическое реле максимального тока
Статическое дифференциальное реле
Статическое дистанционное реле

Применения различных типов Реле

Поскольку существует множество типов реле, эти устройства найдут применение в различных отраслях промышленности, включая электрическую, авиационную, медицинскую, космическую и другие.Применения:

Используется для регулирования различных цепей
Защищает устройства от перегрузки по напряжению и току и снижает влияние электрического повреждения на цепи
Реализовано как автоматическое переключение
Используется для изоляции минимального уровня цепь напряжения
Автоматические стабилизаторы — одна из его реализаций, в которых реализовано реле. Когда уровень питающего напряжения отличается от номинального напряжения, тогда набор реле анализирует изменения напряжения и регулирует цепь нагрузки, интегрируя автоматические выключатели.
Используется для управления переключателями электродвигателя. Чтобы включить электродвигатель, нам обычно требуется источник питания 230 В переменного тока, но в некоторых ситуациях / приложениях может потребоваться включить двигатель с использованием напряжения питания постоянного тока. В таких случаях можно использовать реле.

Это некоторые из различных типов реле, которые используются в большинстве электронных, а также электрических цепей. Информация о различных типах реле служит целям читателей, и мы надеемся, что они сочтут эту основную информацию очень полезной.Учитывая огромное значение реле с zvs в схемах, эта конкретная статья о них заслуживает отзывов, запросов, предложений и комментариев читателей. Еще более важно знать о других темах, связанных с реле, таких как реле против контактора , реле и переключатель , и многие другие.

Что такое электрическое реле? | Основы работы с реле 1-1 | OMRON

Определение электрического реле

Реле

— это переключатели с электрическим управлением, которые размыкают и замыкают цепи, получая электрические сигналы от внешних источников.Некоторые люди могут ассоциировать «эстафету» с гоночными соревнованиями, когда члены команды по очереди передают дубинки, чтобы завершить гонку.
«Реле», встроенные в электрические изделия, работают аналогичным образом; они получают электрический сигнал и отправляют сигнал другому оборудованию, включая и выключая выключатель.

Например, когда вы нажимаете кнопку на пульте дистанционного управления для просмотра телевизора, он посылает электрический сигнал на «реле» внутри телевизора, включая основное питание. Существуют различные типы реле, которые используются во многих приложениях для управления разным количеством токов и количеством цепей.

Типы и классификация электрических реле

Релейную технологию

можно разделить на две основные категории: подвижные контакты (механическое реле) и неподвижные контакты (реле MOS FET, твердотельное реле).

Подвижные контакты (механическое реле): Этот тип реле имеет контакты, которые механически приводятся в действие для размыкания / замыкания под действием силы магнитного поля для переключения сигналов, токов и напряжений на ВКЛ или ВЫКЛ.

Без подвижных контактов (реле MOS FET, твердотельное реле): В отличие от механических реле, этот тип реле не имеет подвижных контактов, а вместо этого использует полупроводниковые и электрические переключающие элементы, такие как симистор и МОП-транзистор.При работе этих электронных схем сигналы, токи и напряжения включаются или выключаются электронным способом.

Устройство электрического реле и принципы работы

1. Реле механическое

Базовая конструкция механических реле: Реле состоит из катушки, которая принимает электрический сигнал и преобразует его в механическое действие, и контактов, размыкающих и замыкающих электрическую цепь.

Принцип действия механических реле: Рассмотрим подробнее, как включается лампа с помощью переключателя и реле.

Для перехода к следующему слайду: Щелкните мышью.

2. Реле на полевых МОП-транзисторах

Базовая структура реле MOS FET

Реле

MOS FET — это полупроводниковое реле, в выходных элементах которого используются силовые MOS FET. Реле
MOS FET состоит из следующих трех компонентов:

Светодиодная (светодиодная) микросхема
микросхема КПК (фотодиодная матрица)
* Фотодиодная матрица (солнечная батарея + цепь управления)
MOS FET
* Металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (металл, оксид, полупроводник, полевой, эффектный, транзистор)

Принцип работы реле MOS FET: Реле
MOS FET работают в соответствии со следующими принципами.

Для перехода к следующему слайду: Щелкните мышью.

Электрическое реле Характеристики и механизм

1. Характеристики электрического реле

Механическое реле: Одной из основных характеристик механического реле является физическое расстояние между катушкой и контактным элементом для достижения соответствующего уровня изоляции (изоляционного расстояния) как на входе, так и на выходе.

Катушка: Электромагнит притягивает якорь.

MOS FET реле: Одной из основных характеристик реле MOS FET является то, что в нем используется полупроводник, поэтому контакты не размыкаются / закрываются механически. В результате преимущества включают уменьшение занимаемой площади, бесшумную работу, более длительный срок службы и устранение необходимости в дополнительном обслуживании.

Реле

Сверхмалый и вес	В дополнение к SSOP и USOP, наш новый сверхкомпактный пакет VSON обеспечивает значительную экономию места для всей системы.
Низкий управляющий ток	Стандартный управляющий ток должен составлять 2-15 мА. Также доступны сверхчувствительные модели с приводными токами от 0,2 мА (макс.), Что позволяет экономить энергию всей системы.
Увеличенный срок службы	В конструкции используется световой сигнал, следовательно, нет контактов; предотвращает сокращение срока службы из-за износа контактов и продлевает срок службы.
Малый ток утечки	MOS FET может выдерживать внешний импульсный ток без добавления демпфирующей цепи.В нормальных условиях ток утечки составляет около 1 нА или ниже, а в закрытом состоянии утечка очень мала. (Модель: G3VM- □ GR □, — □ LR □, — □ PR □, — □ UR □)
Отличная ударопрочность	Все внутренние части изготовлены методом литья, подвижные части не используются; повышает устойчивость к ударам и вибрации.
Бесшумная работа	В отличие от электромеханического реле, реле MOS FET не использует механические контакты; следовательно, отсутствует шум переключения, что способствует бесшумной работе системы.
Высокая изоляция	Обеспечивает электрическую изоляцию входов / выходов путем преобразования сигнала напряжения в световой сигнал для передачи. Стандартные модели выдерживают напряжение 2500 В переменного тока между входом и выходом. Также доступны превосходные продукты, предлагающие 5000 В переменного тока, обеспечивающие высокий уровень изоляции.
Высокоскоростное переключение	Достигает 0,2 мс (SSOP, USOP, VSON) времени переключения; намного более высокая скорость по сравнению с механическим реле (от 3 до 5 мс), что обеспечивает быстрое срабатывание.
Точный контроль аналогового микро-сигнала	По сравнению с симистором, МОП-транзистор значительно уменьшает мертвую зону, позволяя очень мало искажений формы входного сигнала микроаналогового сигнала для правильного преобразования в форму выходного сигнала.

2. Три действия электрических реле

1. Реле пропускает небольшое количество электрического тока для управления сильноточными нагрузками.: Когда на катушку подается напряжение, через катушку проходит небольшой ток, в результате чего через контакты проходит большее количество тока для управления электрической нагрузкой.
2. Реле посылает различные типы электрических сигналов.: Нагрузки переменного тока также могут электрически управляться (переключаться) от источника постоянного тока.
3. Реле управляет несколькими выходами только с одним входом.: Один входной сигнал катушки может одновременно управлять несколькими независимыми цепями (переключаемыми).

Как работают реле? — Объясни это!

Как работают реле? — Объясни это! Реклама

Криса Вудфорда.Последнее изменение: 19 августа 2020 г.

Вы можете этого не осознавать, но вы постоянно настороже, остерегаетесь угроз, готовы действовать в любой момент. Миллионы лет эволюции заставили ваш мозг спасти вашу кожу, когда малейшая опасность угрожает вашему существованию. Если вы используете силу инструмент, например, и крошечная щепа летит к вашему глазу, один из ваши ресницы отправят сигнал в ваш мозг, который заставит вас веки закрываются в мгновение ока — достаточно быстро, чтобы защитите свое зрение.Здесь происходит то, что крошечный стимул вызывает гораздо больший и полезный отклик. Вы можете найти тот же трюк работает во всех машинах и электрических приборы, где датчики готовы включить или за доли секунды с помощью умных магнитных переключателей, называемых реле. Давайте подробнее рассмотрим, как они работают!

На фото: типичное реле со снятым пластиковым корпусом. Вы можете увидеть два пружинных контакта слева и катушку электромагнита (красно-коричневый цилиндр медного цвета) справа.В этом реле, когда через катушку протекает ток, он превращает ее в электромагнит. Магнит толкает переключатель влево, сжимая пружинные контакты вместе и замыкая цепь, к которой они прикреплены. Это реле электронного программатора погружного нагревателя горячей воды. Электронная схема в программаторе включает или выключает магнит в заранее запрограммированное время дня, используя относительно небольшой ток. Это позволяет намного большему току проходить через пружинные контакты для питания элемента, который нагревает горячую воду.

Что такое реле?

Рисунок: Если бы реле были собаками: Предположим, у вас есть огромная свирепая собака, которая так крепко спит, что никогда не просыпается, когда он услышал шум. В качестве сторожевой собаки это было бы бесполезно! Но что, если бы вы купили еще и маленькую, очень бдительную собаку? Если маленькая собака услышал шум, он начал лаять и разбудил большую собаку, которая могла атаковать злоумышленника. Так работают реле: они используйте небольшой электрический ток, чтобы вызвать гораздо больший.

Реле — это электромагнитный переключатель, управляемый относительно небольшой электрический ток, который может включать или выключать гораздо более мощный электрический Текущий.Сердце реле — электромагнит (катушка с проводом, которая становится временный магнит, когда через него проходит электричество). Вы можете думать о реле как своего рода электрический рычаг: включите его слабым током, и он включает («усиливает») другой прибор используя гораздо больший ток. Почему это полезно? Как имя предполагает, что многие датчики являются невероятно чувствительными частями электронное оборудование и производят только небольшие электрические токи. Но часто они нужны нам для управления более крупными устройствами, которые используют большие токи.Реле перекрывают разрыв, позволяя токи, чтобы активировать более крупные. Это означает, что реле могут работать как переключатели. (включение и выключение) или как усилители (преобразование малых токи в более крупные).

Как работают реле

Вот две простые анимации, иллюстрирующие, как реле используют одну цепь для включения второй цепи.

Когда мощность протекает через первую цепь (1), она активирует электромагнит (коричневый), генерируя магнитное поле (синее), которое притягивает контакт (красный) и активирует вторую цепь (2).При отключении питания пружина возвращает контакт в исходное положение, снова отключая вторую цепь.

Это пример «нормально разомкнутого» (NO) реле: контакты во второй цепи по умолчанию не подключены и включаются только тогда, когда через магнит протекает ток. Другие реле являются «нормально замкнутыми» (NC; контакты соединены так, что через них по умолчанию течет ток) и отключаются только тогда, когда срабатывает магнит, растягивая или раздвигая контакты.Наиболее распространены нормально разомкнутые реле.

Вот еще одна анимация, показывающая, как реле связывает две цепи. все вместе. По сути, это то же самое, но немного по-другому. Слева — входная цепь, питаемая от переключателя. или какой-то датчик. Когда этот контур активирован, он питает ток к электромагниту, который замыкает металлический выключатель и активирует вторую, выходную цепь (с правой стороны). Относительно небольшой ток во входной цепи, таким образом, активирует больший ток в выходная цепь:

Входная цепь (синяя петля) отключена, и ток не течет через нее, пока что-то (датчик или замыкание переключателя) не включит ее.Выходная цепь (красная петля) также отключена.
Когда во входной цепи протекает небольшой ток, он активирует электромагнит (показанный здесь темно-синей катушкой), который создает вокруг него магнитное поле.
Электромагнит, находящийся под напряжением, притягивает к себе металлический стержень в выходной цепи, замыкая переключатель и позволяя гораздо большему току проходить через выходную цепь.
Выходная цепь управляет сильноточным прибором, например лампой или электродвигатель.

Рекламные ссылки

Реле на практике

Фото: Еще один взгляд на реле. Вверху: Если смотреть прямо вниз, вы можете увидеть пружинные контакты слева, механизм переключения посередине и катушку электромагнита справа. Внизу: то же реле, снятое спереди.

Предположим, вы хотите построить систему охлаждения с электронным управлением. система, которая включает или выключает вентилятор в зависимости от температуры в помещении изменения. Вы можете использовать какую-то схему электронного термометра, чтобы почувствовать температуру, но будет производить только небольшие электрические токи — слишком малы, чтобы приводить в действие электродвигатель в большой большой вентилятор.Вместо этого вы можете подключить цепь термометра к входная цепь реле. Когда в этом цепь, реле активирует свою выходную цепь, пропустить гораздо больший ток и включить вентилятор.

Реле не всегда включаются; иногда вместо этого они очень услужливо выключают. В Например, для оборудования электростанций и линий электропередачи вы найдете защитные реле , которые срабатывают при возникновении неисправностей, чтобы предотвратить повреждение от таких вещей, как скачки тока.Когда-то для этой цели широко применялись электромагнитные реле, подобные описанным выше. В наши дни электронные реле на основе интегральных схем вместо этого выполняют ту же работу; они измеряют напряжение или ток в цепи и автоматически принимают меры, если они превышают заданное значение. предел.

Реле прочие

На фото: четыре старомодных реле максимальной токовой защиты на устаревшей силовой подстанции в 1986 году, незадолго до ее сноса. Фото любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

До сих пор мы рассматривали переключающие реле очень общего назначения, но существует довольно много вариантов эта основная тема, включая (и это далеко не исчерпывающий список):

Реле высокого напряжения: они специально разработаны для коммутации высоких напряжений и токов. значительно превышает возможности обычных реле (обычно до 10 000 вольт и 30 ампер).
Электронные и полупроводниковые реле (также называемые твердотельными реле или SSR): переключают токи полностью электронными, без движущихся частей, поэтому они быстрее, тише, меньше, надежнее, и служат дольше, чем электромагнитные реле.К сожалению, они обычно дороже, меньше эффективны и не всегда работают так чисто и предсказуемо (из-за таких проблем, как токи утечки).
Реле таймера и задержки срабатывания: они запускают выходные токи на ограниченный период времени (обычно от доли секунды до примерно 100 часов или четырех дней).
Тепловые реле: они включаются и выключаются, чтобы останавливать такие вещи, как электродвигатели, от перегрева, что-то вроде биметаллических ленточных термостатов.
Реле максимального тока и направленные реле: настроенные по-разному, они предотвращают протекание чрезмерных токов в неправильном направлении по цепи (обычно в оборудовании для выработки электроэнергии, распределения или снабжения).
Реле дифференциальной защиты: срабатывают при несимметрии тока или напряжения в двух разных частях цепи.
Реле защиты по частоте (иногда называемые реле понижения и повышения частоты): Эти твердотельные устройства срабатывают, когда частота переменного тока слишком высока, слишком мала или и того, и другого.

Кто изобрел реле?

Фото: Реле широко использовались для коммутации и маршрутизации вызовов на телефонных станциях. например, этот, сделанный в 1952 году.Фото любезно предоставлено Исследовательским центром Гленна НАСА (NASA-GRC).

Реле были изобретены в 1835 году пионером американского электромагнетизма. Джозеф Генри; на демонстрации в колледже Нью-Джерси, Генри использовал небольшой электромагнит, чтобы включать и выключать более крупный, и предположил, что реле можно использовать для управления электрическими машинами на очень больших расстояниях. Генри применил эту идею к другому изобретению, над которым он работал в то время, электрическому телеграфу (предшественнику телефона), который был успешно разработан Уильямом Куком и Чарльзом Уитстоном в Англии и (гораздо более известен) Сэмюэлем Ф.Б. Морс в США. Позднее реле использовались в телефонной коммутации и первых электронных компьютерах и оставались чрезвычайно популярными до появления транзисторов в конце 1940-х годов; по словам Бэнкрофта Герарди, в ознаменование 100-летия работы Генри по электромагнетизму, к тому времени только в Соединенных Штатах работало около 70 миллионов реле. Транзисторы — это крошечные электронные компоненты, которые могут выполнять ту же работу, что и реле, работая как усилители или переключатели.Хотя они переключаются быстрее, потребляют гораздо меньше электроэнергии, занимают небольшую часть места и стоят намного меньше, чем реле, они обычно работают только с небольшими токами, поэтому реле все еще используются во многих приложениях. Именно разработка транзисторов стимулировала компьютерную революцию с середины 20 века. Но без реле не было бы транзисторов, поэтому реле — и такие пионеры, как Джозеф Генри — тоже заслуживают похвалы!

Рекламные ссылки

Узнать больше

На сайте

Другие сайты

Электромеханическое реле Джозефа Генри: краткое описание того, как Джозеф Генри изобрел реле в 1835 году.
Генри как первопроходец электротехники Бэнкрофт Герарди, Bell Systems Technical Journal, июль 1932 г. Эта интересная историческая статья из архивов Bell была опубликована в ознаменование столетия электрических открытий Джозефа Генри. Он дает прекрасное представление о важности Генри и о том, как он при своей жизни помог «подключить» мир к электричеству.

Видео

Как сделать реле: довольно простое 2,5-минутное видео-руководство покажет вам, как намотать собственные электромагниты и установить их на плату, чтобы создать собственное самодельное реле.
Как работает автомобильное реле: это короткое и простое видеообъяснение расскажет вам о том, что я объяснил выше. То же объяснение, немного другие слова.

Книги

Простые и практичные руководства

СДЕЛАТЬ: Электроника Чарльза Платта. Maker Media, 2015. Эксперимент 7 по исследованию реле — отличное практическое введение. Вы можете открыть реле и поэкспериментировать с его внутренними механизмами!
Свидетель: Электроника Роджера Бриджмена.New York: DK, 2007. (Для младших читателей в возрасте 9–12 лет. Включает историю, науку и технологии.)
Телефонные проекты для злого гения Томаса Петруцеллиса. McGraw-Hill Professional, 2008. (Включает некоторые цепи, в которых используются реле.)

Подробные технические книги

Электрические реле: принципы и применение Владимира Гуревича. CRC Press, 2018. После открытия краткой истории реле эта книга проведет нас через магнитные принципы, работа релейных контактов, внешний вид и особенности упаковки, а также сопутствующие устройства, такие как герконы.В последующих главах рассматриваются варианты основных реле, включая реле высокого напряжения, тепловые реле и реле времени.
Свидетель: Электроника Роджера Бриджмена. New York: DK, 2007. (Для младших читателей в возрасте 9–12 лет. Включает историю, науку и технологии.)
Телефонные проекты для злого гения Томаса Петруцеллиса. McGraw-Hill Professional, 2008. (Включает некоторые цепи, в которых используются реле.)

История науки

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты

статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США.Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.

Подписывайтесь на нас

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис.(2009/2020) Реле. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howrelayswork.html. [Доступ (укажите дату здесь)]

Больше на нашем сайте …

Как работают электронные компоненты

Электронные гаджеты стали неотъемлемой частью нашей жизни. Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты находят широкое применение в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения.Фактически, революция в электронике и революция в компьютерах идут рука об руку.

Большинство гаджетов имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию. Проще говоря, электронные схемы — это линия жизни различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

В этой статье я дам обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов.Для каждого типа я буду обсуждать состав, принцип работы, а также функцию и значение компонента.

Конденсатор
Резистор
Диод
Транзистор
Индуктор
Реле
Кристалл кварца

Обзор электронной схемы

Электронная схема — это структура, которая направляет и управляет электрическим током для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисление и передачу данных.Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды. Для соединения компонентов друг с другом используются токопроводящие провода или дорожки. Однако цепь считается завершенной, только если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя цикл.

Элементы электронной схемы

Сложность и количество компонентов в электронной схеме может изменяться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая токопроводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

Элемент 1: токопроводящий путь

Электрический ток течет по токопроводящей дорожке. Хотя медные провода используются в простых цепях, они быстро заменяются токопроводящими дорожками. Проводящие дорожки — это не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую основу. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

Элемент 2: Источник напряжения

Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее.Итак, первый ключевой элемент — это источник напряжения. Это двухконтактное устройство, такое как аккумулятор, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, так что ток может течь через них.

Элемент 3: Нагрузка

Нагрузка — это элемент в цепи, который потребляет мощность для выполнения определенной функции. Лампочка — простейшая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.

Факты об электронных схемах

Факт 1: Обрыв цепи

Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, чтобы через нее протекал ток. Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может протекать, поскольку один или несколько компонентов отключены намеренно (с помощью переключателя) или случайно (сломанные части). Другими словами, любая цепь, не образующая петли, является разомкнутой.

Факт 2: Замкнутый контур

Замкнутый контур — это контур, который образует контур без каких-либо прерываний.Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная цепь, которая не выполняет никаких функций, остается замкнутой цепью. Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не выполнять никакой работы, но это все еще замкнутая цепь.

Факт 3: Короткое замыкание

В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется соединение с низким сопротивлением. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути.Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммами батареи, ток будет проходить через нее, а не через цепь.

Однако короткое замыкание обычно приводит к серьезным несчастным случаям, так как ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, вызвать взрыв батарей и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

Факт 4: Печатные платы (PCB)

Для большинства электронных устройств требуются сложные электронные схемы.Вот почему разработчикам приходится размещать крошечные электронные компоненты на печатной плате. Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками с одной стороны и множества отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы наносится химическим способом на пластиковую плату, она называется печатной платой или печатной платой.

Рисунок 1: Печатная плата . [Источник изображения]

Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, для большинства современных приборов, таких как компьютеры и мобильные телефоны, требуются сложные схемы, состоящие из тысяч и даже миллионов компонентов.Вот тут-то и пригодятся интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственная цель ИС — повысить эффективность электронных устройств при уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становились все более сложными, поскольку технологии продолжают развиваться. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем становятся все дешевле и лучше.

Рисунок 2: Интегральные схемы. [Источник изображения]

Электронные компоненты

Благодаря современным технологиям, процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно это касается изготовления микросхем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

Следующие компоненты используются для создания электронных схем.

Компонент 1: Конденсатор

Конденсаторы

широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор — это пассивный двухконтактный электрический компонент, который может электростатически накапливать энергию в электрическом поле. Проще говоря, он работает как небольшая аккумуляторная батарея, накапливающая электричество. Однако, в отличие от аккумулятора, он может заряжаться и разряжаться за доли секунды.

Рисунок 3: Конденсаторы [Источник изображения]

A. Состав Конденсаторы

бывают всех форм и размеров, но обычно они состоят из одинаковых основных компонентов. Между ними уложены два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки из металла или алюминиевой фольги. С другой стороны, диэлектрик — это непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических соединения, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

B. Как это работает?

Когда вы прикладываете напряжение к двум пластинам или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего одна пластина накапливает положительный заряд, а отрицательный заряд накапливается на другой.Конденсатор продолжает сохранять заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия перетекает от конденсатора к нагрузке.

Емкость — это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размер. В качестве альтернативы вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

C. Функция и значение

Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять в цепи различные типы функций, например, блокировать постоянный ток, позволяя проходить переменному току, или сглаживать выходной сигнал от источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой вы не сможете обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

Фильтры для конденсаторов

Если вы используете микроконтроллер в цепи для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение упало, поскольку это приведет к сбросу контроллера. Вот почему дизайнеры используют конденсатор. Он может обеспечить микроконтроллер необходимой мощностью на долю секунды, чтобы избежать перезапуска. Другими словами, он отфильтровывает шумы в линии питания и стабилизирует источник питания.

Применения удерживающего конденсатора

В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для кратковременного питания цепи. Батареи вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за доли секунды, генерируя вспышку света.

Применение конденсатора таймера

В резонансной или зависящей от времени схеме конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве элемента синхронизации. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.

Компонент 2: резистор

Резистор — это пассивное двухконтактное электрическое устройство, которое препятствует прохождению тока. Это, наверное, самый простой элемент в электронной схеме. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

Рисунок 4: Резисторы [Источник изображения]

A. Состав

Резистор — это совсем не модное устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медной проволоки прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше количество витков и чем тоньше провод, тем выше сопротивление.

Также можно встретить резисторы, изготовленные по спирали из углеродной пленки. Отсюда и название резисторы с углеродной пленкой. Они предназначены для схем с низким энергопотреблением, потому что резисторы с углеродной пленкой не так точны, как их аналоги с проволочной обмоткой.Однако они дешевле проводных резисторов. К обоим концам прикреплены клеммы проводов. Поскольку резисторы не учитывают полярность в цепи, ток может протекать в любом направлении. Таким образом, не нужно беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

B. Как это работает?

Резистор может показаться не очень большим. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Однако он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

Когда электрический ток начинает течь по проводу, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это похоже на воду, текущую по трубе. По тонкой трубе будет течь меньше воды, потому что у нее меньше места для ее движения.

Точно так же, когда ток проходит через тонкую проволоку в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через него. Короче говоря, количество электронов, проходящих через резистор, уменьшается по мере увеличения длины и толщины провода.

C. Функция и значение У резисторов

есть множество применений, но три наиболее распространенных — это управление током, деление напряжения и цепи резистор-конденсатор.

Ограничение тока

Если в цепь не добавить резисторы, ток будет опасно высоким. Это может привести к перегреву других компонентов и их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется, как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреву.

Но, если ввести в схему резистор, он снизит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

Делительное напряжение Также используются резисторы

для понижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

Допустим, ваша схема работает от аккумулятора 12 В. Однако для микроконтроллера требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, все, что вам нужно сделать, это подключить последовательно два резистора с равным сопротивлением. Проволока между двумя резисторами снизит наполовину напряжение вашей цепи, к которой может быть подключен микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете снизить напряжение в цепи до любого уровня.

Резисторно-конденсаторные цепи Резисторы

также используются в сочетании с конденсаторами для создания интегральных схем, содержащих массивы резистор-конденсатор в одной микросхеме.Они также известны как RC-фильтры или RC-сети. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода / вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), среди прочего. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и эскалаторах.

Компонент 3: Диод

Диод — это устройство с двумя выводами, которое позволяет электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготовлен либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (вакуумный ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготовлено из полупроводникового материала, особенно из кремния.

Рисунок 5: Диод [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных внутри герметичной вакуумной стеклянной трубки. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но также можно использовать германий или селен.

B. Как это работает?

Вакуумный диод

Когда катод нагревается нитью накала, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое пространственным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, через цепь не протекает ток. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

Соединительный диод P-N

Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируется бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). С другой стороны, полупроводник n-типа легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

Когда вы складываете блоки p-типа и n-типа вместе, дополнительные электроны n-типа объединяются с дырками p-типа, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче, ток через диод больше не может проходить.

Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), ток начинает течь, поскольку электроны и дырки теперь могут перемещаться по переходу. Однако, если вы перевернете клеммы (обратное смещение), ток не будет течь через диод, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону истощения. Таким образом, как и вакуумный диод, переходной диод может пропускать ток только в одном направлении.

С.Функция и значение

Хотя диоды — один из простейших компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях промышленности.

Преобразование переменного тока в постоянный

Наиболее распространенное и важное применение диодов — преобразование переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник питания переменного тока через диод, через него проходит только половина формы волны переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает устойчивые и непрерывные постоянные токи без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для умножения небольшого переменного напряжения на высокие выходы постоянного тока.

Обходные диоды

Обходные диоды часто используются для защиты солнечных панелей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или пыльный солнечный элемент, это вызывает перегрев.В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки. Диоды подключаются параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от проблемы перегрева. Эта простая конструкция ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

Защита от скачков напряжения

Когда источник питания внезапно прерывается, он создает высокое напряжение в большинстве индуктивных нагрузок.Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогое оборудование, подключив диод к индуктивным нагрузкам. В зависимости от типа безопасности эти диоды известны под разными названиями, включая демпферный диод, обратный диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди других.

Демодуляция сигнала

Они также используются в процессе модуляции сигнала, поскольку диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока.Диод выпрямляет несущую волну, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется звуковой частотной модуляцией. Вы можете слышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, в радиоприемниках обычно используются диоды для извлечения сигнала из несущей волны.

Защита от обратного тока

Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь.Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод включен последовательно с плюсовой стороной клеммы аккумулятора. В случае правильной полярности диод становится смещенным в прямом направлении, и ток течет по цепи. Однако в случае неправильного подключения он становится смещенным в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, это может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.

Компонент 4: Транзистор

Один из важнейших компонентов электронной схемы, транзисторы произвели революцию в области электроники.Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя выводами существуют уже более пяти десятилетий. Их часто используют как усилители и переключающие устройства. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-то без какого-либо движения.

Рисунок 6: Транзисторы [Источник изображения]

A. Состав

Вначале германий использовался для создания транзисторов, которые были чрезвычайно чувствительны к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, обнаруженного в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве.Есть два разных типа биполярных переходных транзисторов (BJT), NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три контакта, которые называются базой (b), коллектором (c) и эмиттером (e). NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, из которых изготовлен транзистор.

B. Как это работает?

Когда вы помещаете кремниевую пластину p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получаете NPN-транзистор. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому.Основание прикреплено к р-образному типу. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокирующие прохождение тока. Однако, если вы приложите положительное напряжение к базе и коллектору и отрицательно зарядите эмиттер, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один n-тип находится между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает иначе.Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, в то время как PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

C. Функция и значение

Транзисторы функционируют как переключатели и усилители в большинстве электронных схем. Дизайнеры часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, для продвинутой схемы может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

Транзисторы в слуховых аппаратах

Одно из самых известных применений транзисторов — слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразовывая их в колеблющиеся электрические импульсы или токи. Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете слышать значительно более громкую версию окружающего шума.

Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя двоичный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании чего-то, что называется логическими вентилями, которые являются основой компьютерных программ. Транзисторы часто соединяются с логическими вентилями, чтобы создать уникальный элемент устройства, называемый триггером. В этой системе транзистор остается включенным, даже если вы уберете ток базы.Теперь он переключается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

Транзисторы Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона состоит из двух соединенных вместе транзисторов с полярным соединением PNP или NPN. Он назван в честь своего изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственное назначение транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе.Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которым требуется высокий коэффициент усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, световые и сенсорные датчики, системы сигнализации и усилители звука.

IGBT и MOSFET транзисторы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных инструментах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.

Компонент 5: Индуктор

Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей два вывода. Это устройство хранит энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда две катушки индуктивности размещаются рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первой катушкой индуктивности, воздействует на вторую катушку индуктивности.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

Рисунок 7: Катушки индуктивности [Источник изображения]

A. Состав

Это, вероятно, простейший компонент, состоящий только из мотка медной проволоки. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушка наматывается на ферромагнитный материал, такой как железо, слоистое железо и порошковое железо, для увеличения индуктивности. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (в форме бублика) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидными (стержневыми) сердечниками на такое же количество витков. К сожалению, соединить индукторы в интегральную схему сложно, поэтому их обычно заменяют резисторами.

B. Как это работает?

Когда ток проходит по проводу, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через него постоянный ток.Это магнитное поле также хранит энергию.

Возьмем простую схему, состоящую из батареи, переключателя и лампочки. Лампа загорится ярко, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь индуктивность. Как только вы включаете выключатель, лампочка переключается с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды до полного выключения.

Когда вы включаете переключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя прохождение тока.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле заполнено. Вот почему лампочка переключается с яркой на тусклую. Все это время индуктор хранит некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Итак, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время горит ярко перед тем, как погаснуть.

C. Функция и значение

Хотя индукторы полезны, их сложно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздкие по сравнению с другими компонентами, они увеличивают вес и занимают много места. Следовательно, их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы имеют широкий спектр промышленных применений.

Фильтры в настроенных схемах

Одним из наиболее распространенных применений индукторов является выбор желаемой частоты в настроенных схемах. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, автономная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы объединяете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что сопротивление конденсатора уменьшается с увеличением частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они присутствуют в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радио.

Дроссели как дроссели

Если через дроссель протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он подавляет подачу переменного тока, но позволяет постоянному току проходить через него, отсюда и название «дроссель». Обычно они встречаются в цепях питания, которым необходимо преобразовать подачу переменного тока в подачу постоянного тока.

Ферритовые бусины

Ферритовый шарик или ферритовый дроссель используется для подавления высокочастотного шума в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели иногда могут действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Таким образом, индукторы используются в ферритовых шариках, чтобы уменьшить такие радиочастотные помехи.

Индукторы в датчиках приближения

Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную схему.Осциллятор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Когда объект приближается к этому магнитному полю, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшая магнитное поле датчика.

Схема обнаружения определяет силу датчика, в то время как выходная схема вызывает соответствующий ответ. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки легковых и грузовых автомобилей.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе индукторы устанавливаются в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с близлежащим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Потребляемая мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью.Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

Трансформаторы

Как упоминалось ранее, открытие индукторов привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи энергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения в линиях электропередач до желаемого уровня.

Накопитель энергии

Катушка индуктивности, как и конденсатор, также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может накапливать энергию в течение ограниченного времени. Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она схлопывается, как только отключается источник питания. Тем не менее, индукторы функционируют как надежные накопители энергии в импульсных источниках питания, таких как настольные компьютеры.

Компонент 6: реле

Реле — это электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом.Для работы реле необходим относительно небольшой ток. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления. Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его небольшим током, чтобы включить (или усилить) другую цепь, использующую большой ток. Реле могут быть либо электромеханическими, либо твердотельными.

Рисунок 8: Реле [Источник изображения]

A. Состав

Электромеханическое реле (ЭМИ) состоит из корпуса, катушки, якоря, пружины и контактов.Рама поддерживает различные части реле. Якорь — это подвижная часть релейного переключателя. Катушка (в основном из медной проволоки), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это токопроводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

Твердотельное реле (SSR) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь эквивалентна катушке электромеханического реле. Схема управления действует как связующее устройство между входными и выходными цепями, в то время как выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ.Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее электромеханических реле.

B. Как это работает?

Используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это нормально замкнутое (NC) или нормально разомкнутое (NO) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

В ЭМИ источник питания возбуждает катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает металлическую пластину, установленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одиночным разрывом (SB). С другой стороны, цепь двойного размыкания (DB) идет с буксировочными контактами.Обычно реле с одинарным размыканием используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, в то время как контакты с двойным размыканием используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

Когда дело доходит до работы SSR, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение ниже установленного минимального напряжения падения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал из входной цепи в выходную.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

C. Функция и значение

Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных устройств защиты и переключения. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения, возникающие в системах распределения электроэнергии. Типичные приложения включают телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры.

Реле защиты

Защитные реле используются для отключения или отключения цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, может обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо. Он срабатывает, когда отношение V / I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты оборудования, такого как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. Д.

Реле автоматического повторного включения

Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения автоматического выключателя, который уже отключен с помощью защитного реле.Например, при резком падении напряжения в электрической цепи вашего дома может наблюдаться несколько кратковременных перебоев в подаче электроэнергии. Эти сбои происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха питание будет восстановлено. В противном случае произойдет полное отключение электроэнергии.

Тепловые реле

Тепловое воздействие электрической энергии — принцип работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь.Он состоит из биметаллической полосы, которая нагревается при прохождении через нее сверхтока. Нагретая полоса изгибается и замыкает замыкающий контакт, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенное применение теплового реле — защита электродвигателя от перегрузки.

Компонент 7. Кристалл кварца

Кристаллы кварца находят несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это встречающаяся в природе форма кремния.Однако теперь его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Он проявляет пьезоэлектрический эффект. Если вы приложите физическое давление к одной стороне, возникающие в результате вибрации создадут переменное напряжение на кристалле. Резонаторы на кварцевом кристалле доступны во многих размерах в зависимости от требований.

Рисунок 9: Кристалл кварца [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе.Их часто используют для создания кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно форма кристаллов кварца гексагональная с пирамидами на концах. Однако для практических целей их разрезают на прямоугольные плиты. К наиболее распространенным типам форматов резки относятся X, Y и AT. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

Б.Как это работает?

Если подать на кристалл переменное напряжение, он вызовет механические колебания. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний. Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим способом. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку кварцевые генераторы имеют более высокую добротность или добротность, они очень стабильны во времени и температуре.

C. Функция и значение

Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также в фильтрах в электронных схемах. Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, в качестве тактовых схем генератора в платах микропроцессоров, а также в качестве элемента синхронизации в цифровых часах.

Кварцевые часы

Проблема традиционных часов с винтовой пружиной заключается в том, что вам нужно периодически заводить катушку.С другой стороны, маятниковые часы зависят от силы тяжести. Таким образом, они по-разному показывают время на разных уровнях моря и высотах из-за изменений силы тяжести. Однако на характеристики кварцевых часов не влияет ни один из этих факторов. Кварцевые часы питаются от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестеренки, которые управляют секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

Фильтры

Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронных схемах в качестве фильтров.Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радиоприемниках и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца. Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к рабочим характеристикам. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.

Заключение

От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления горячей чашки кофе — электронные устройства затрагивают практически все аспекты нашей жизни.Однако что заставляет эти электронные устройства выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы — основа всего электронного оборудования.