Two versions of the solenoid switch

В последнее время в большинстве применений электромагнитные реле активно вытесняются МДП полевыми транзисторами и оптоэлектронны­ми реле, имеющими по сравнению с электромаг­нитными ряд преимуществ, например, малый ток управления, отсутствие механического износа, высокое быстродействие. Однако электромаг­нитные реле все ещё широко применяются.

Когда требуется гальваническая развязка меж­ду управляющей и коммутируемой цепью, практи­чески полное отсутствие тока утечки закрытого клю­ча, коммутация высокочастотных сигналов большой мощности, а также, если необходима высокая на­дёжность при значительных эпизодических пере­грузках по коммутируемому току и напряжению, при одновременной коммутации нескольких каналов напряжения, выгоднее применять электромагнит­ные реле. Кроме того, электромагнитные реле да­же при коммутации высоковольтной сильноточной нагрузки, в отличие от электронных, не нуждаются в теплоотводе.

Унифицированный узел управления электромагнитным реле

On Fig.1 представлена принципиальная схе­ма простого унифицированного узла управления электромагнитным реле. Основное его отличие от других аналогичных в том, что управляющий сиг­нал может быть любой полярности, или даже пе­ременного тока, при этом, узел питается от посто­янного напряжения только одной полярности. Такая особенность позволяет расширить область применения этого узла. Например, его можно ис­пользовать для контроля наличия напряжения лю­бой полярности на выходе двухполярного источ­ника питания, отключая нагрузки при пропадании любого напряжения.

В другом варианте примене­ния вход этого узла можно подключить к выходу компаратора или интегрального операционного усилителя, контролирующего какую либо величи­ну, где в нормальном состоянии на выходе напря­жение близко к нулю, а при отклонении контроли­руемого параметра появляется напряжение положительной или отрицательной полярности в зависимости от направления отклонения. Воз­можны и другие варианты использования этой конструкции, например, для контроля качества за­земления корпусов работающего от сети электро­оборудования, например, водонагревателей.

Work device

Работает узел следующим образом. Когда вход управления никуда не подключен или напряжение на нём относительно общего провода близко к ну­лю, составной транзистор VT2 закрыт, ток через обмотку реле К1 не протекает, контактные группы электромагнитного реле находятся, например, в нижнем по схеме положении. Если на управляю­щий вход ключа поступит напряжение положитель­ной полярности напряжением более 2,6 В, тран­зистор VT2 откроется, через обмотку реле К1 потечёт ток, контакты реле переключатся. Свето­диод HL1 своим свечением будет сигнализировать о том, что ключ на транзисторе VT2 открыт.

Если на управляющий вход модуля относитель­но общего провода поступит напряжение отрица­тельной полярности, откроется транзистор VT1, поскольку напряжение база-эмиттер VT1 станет положительным. Одновременно с ним откроется p-n-p транзистор VT3, ток через который откроет составной транзистор VT2. контакты реле К1 пе­реключатся. Диод VD1 необходим для того, чтобы напряжение база-эмиттер VT2 не влияло на вход­ное напряжение отрицательной полярности.

Резистор R3 уменьшает ток через обмотку реле, чем уменьшается её нагрев и повышается эконо­мичность узла. Конденсатор большой ёмкости С2 обеспечивает надёжное переключение контактов реле при пониженном рабочем токе через обмотку.

Design

Узел управления электромагнитным реле, со­бранный по схеме рис.1, может быть смонтиро­ван на печатной плате размерами 50×45 мм, эскиз которой показан на Fig. 2, а внешний вид — на рис.З.

Устройство с фотодатчиком

On Fig. 4 представлена принципиальная схема экономичного устройства управления электромаг­нитным реле, катушка которого рассчитана на рабо­ту при напряжении 220 В переменного тока. В кон­струкции применено реле типа РП21-УХЛ4 с тремя группами контактов, катушка которого имеет сопро­тивление около 5,8 кОм. Внешний вид такого реле показан на photo в начале статьи. Устройство вы­полнено как фотореле со светочувствительным элементом на фототранзисторе.

При включении напряжения питания 220 В пе­ременного тока, в случае, если фототранзистор VT1 затенён, он закрыт, маломощный тиристор VS1 тогда будет открыт протекающим через рези­стор R3 током. В то же время, включенные по со­ставной схеме Дарлингтона высоковольтные транзисторы VT2, VT3, будут закрыты. Якорь реле К1 будет отпущен, подключенные контакты К1.1 будут замкнуты, что приведёт к быстрой зарядке конденсатора С2 до напряжения около 300 В че­рез подключенный резистор небольшого сопро­тивления R4.

Тиристор VS1 при малом прямом токе анода может работать как закрываемый тиристор [1,2], что позволяет обойтись без применения триггера Шмитта для управления транзисторами VT2, VT3. При росте освещения линзы фототранзистора его сопротивление падает, в результате, в какой-то момент тиристор VS1 закрывается, транзисторы VT2, VT3 открываются, контакты реле К1 переклю­чаются, цепь резистора R4 размыкается. Накоп­ленной в конденсаторе С2 энергии достаточно для надёжного притягивания якоря реле к его сердеч­нику. При разомкнутых контактах К1.1 конденсатор С2 подзаряжается током, протекающим через резистор R1. В этом режиме через обмотку реле протекает ток около 8,4 мА, которого вполне до­статочно для удержания контактов реле в нижнем по схеме положении.

Чувствительность фотореле зависит от сопро­тивления резистора R3. Если применённый эк­земпляр тиристора не будет закрываться при ко­ротком замыкании перемычкой выводов катода и управляющего электрода, то следует установить резистор R5 большего сопротивления. Две сво­бодные группы контактов этого электромагнитно­го реле можно использовать для коммутации лю­бой нагрузки, потребляющей постоянный или переменный ток до 10 А.

Details

Электромагнитное реле типа РЭС-9 (fig. 1), паспорт РС4524202, имеет сопротивле­ние обмотки около 70 Ом. Такое реле одной группой контактов поз­воляет коммутировать постоян­ный ток до 2 А при напряжении до 250 В и переменный ток до 0,5 А при напряжении до 115 В. В пред­ставленном варианте исполне­ния устройства, собранного по схеме Fig.1, выбор такого реле определён назначением изготов­ленного узла — готовый модуль для макетирования устройств.

Для постоянного использова­ния этого узла в функционально законченных конструкциях можно использовать такие типы современных импортных малогабаритных реле с низковольтными катушка­ми: RAS1215 (10А, 250В~), RP920123 (8А, 250В~), R200A-600 (8А, 250В~), G2-R14(10A, 250В~). Но­минальное рабочее напряжение обмотки этих ре­ле 12 В. Из отечественных реле широкодоступны экземпляры выпуска 1960-80-х годов. Если вы в своей конструкции решите использовать отечест­венное реле в негерметичном исполнении, напри­мер, РЭС-6, РЭС-22, PC-13, PCM, РЭК-29, РЭК53 будет желательно аккуратно очистить их контакты от чёрных окислов. Контакты импортных реле, как правило, не окисляются. Также перед применени­ем желательно почистить контакты «высоковольт­ного» реле РП21-УХЛ4.

Составной транзистор типа 2SD2010 со встро­енными резисторами и защитными диодом и ста­билитроном полных аналогов среди отечествен­ных изделий не имеет. Без изменений в схеме Figure. 1 можно применить составной отечественный транзистор из серий КТ829, КТ8131. При установ­ке составного транзистора из серии КТ972 между выводом базы VT2 и общим проводом следует включить резистор сопротивлением 10… 100 кОм. При использовании транзистора 2SD2010 и относитель­но маломощных электромагнитных реле (любого из упомянутых низко­вольтных), диод VD2 можно не уста­навливать.

Транзистор 2SC3199 можно за­менить любым из серий КТ315, КТ3102, КТ645, SS9014. Вместо тран­зистора 2SA1267 можно применить любой из серий КТ361, КТ3107, КТ6112, SS9012. Вместо высоко­вольтных транзисторов MJE13003 со снижением надёжности можно при­менить КТ940А. Установка высоко­вольтных транзисторов на теплоот­вод не требуется.

Фототранзистор КТФ102А можно заменить L-32P3C, L-51P3C или любым аналогичным крем­ниевым.

Тиристор КУ112А можно заменить КУ112АМ. Диод 1N914 можно заменить 1N4148, КД521, КД522 с любым буквенным индексом. Вместо ди­ода КД208А подойдёт любой из серий – 1N4007. Вместо диодов 1N4006 подойдут, например, КД243Е.

Стабилитрон BZV55C-9V1 можно заменить 1N4739A, TZMC-9V1, Д814Б1, КС191Ц.

Светодиод любого типа общего применения, желательно с повышенной светоотдачей, можно мигающий.

Конденсаторы типа К50-35, К50-68 или аналоги.

Резисторы МЛТ, С1-4, С1-14, С2-23, С5-37.

Настройка устройств

Безошибочно изготовленные из исправных деталей узлы начинают работать сразу и обычно не требуют налаживания. При необходимости мо­жет потребоваться подобрать сопротивление резисторов R3 (Fig.1) и R3, R5 (Fig. 4). В конст­рукции, собранной по схеме Figure. 1, сопротивле­ние R3 следует выбрать так, чтобы при номиналь­ном напряжении питания и отключенном конденсаторе С2 контакты К1 ещё были бы спо­собны переключаться. Тем не менее, С2 обязате­лен, поскольку сравнительно медленное притя­гивание якоря реле при его отсутствии может привести к быстрому износу переключаемых контактов реле. При управляющем напряжении более 5… 10 В сопротивление R1 можно пропор­ционально увеличить. Предохранитель FU1 выби­рают на ток чуть больше номинального коммути­руемого или в 4…6 раз большим при коммутации питания устройств с импульсным БП. Если этот узел будет использоваться в качестве лаборатор­но-испытательного, то плавкий предохранитель выбирают на ток, в 1.5…3 раза больше макси­мально допустимого постоянного тока контактов. Можно применить самовосстанавливающийся предохранитель. Для увеличения нагрузочной способности свободные группы контактов элек­тромагнитных реле соединяют параллельно. Узел (рис.1) способен работать и с входным уп­равляющим сигналом переменного тока часто­той 50 Гц. Для этого, желательно между выводом базы VT2 и общим проводом подключить оксид­ный конденсатор ёмкостью 47 мкФ, что устранит гудение катушки реле К1.

Literature

1. Бутов А.Л. Простые конструкции на тринисторе КУ112А // Радио. – 2004. – №6. – С.56, 57.
2. Бутов А.Л. Управление тринисторами MCR100-6//Радио. -2008. – №12. – С.35, 36.

Author: Andrey Butov, S. Kurba, Yaroslavl region.

Source: журнал Радиоаматор №9, 2015