Контактные элементы и реле

Контактные элементы и релеВ этой статье мы рассмотрим с вами реле и другие контактные компоненты. Вы узнаете, как они работают, каковы их недостатки и преимущества.

Несмотря на передовую полупроводниковую технологию, простые в сборке компоненты, такие как реле, по-прежнему очень часто используются.

Проще говоря, работа контактных элементов заключается в управлении потоком тока, путем механического подключения или отключения цепи. Работают аналогично обычному подключению и отключению проводов. Единственное отличие состоит в том, что точки соприкосновения металлических элементов имеют особую форму, чтобы сопротивление такого контакта было как можно более меньшим.

Чтобы обеспечить протекание тока, контакты должны быть прижаты друг к другу. Это можно сделать несколькими способами, в зависимости от типа выбранного контактного элемента.

Типы контактных элементов

Если контакты снабжены выводом с кнопкой, чтобы на них можно было нажимать пальцем, то у нас получится обычная импульсная кнопка. Ее еще называют моностабильной кнопкой, потому что стабильно только одно из ее положений (без вмешательства пользователя). Второе положение вызывается внешней силой (нажатием кнопки). Кнопки этого типа также часто используются в качестве датчиков в роботах.

Популярные микропереключатели 5 мм
Популярные микропереключатели 5 мм

Если контакты изготовлены из материала, притягиваемого магнитом, можно получить герконовый переключатель — стеклянная трубка со встроенными в нее контактами. Под действием магнитного поля, эти контакты сближаются и замыкают цепь. Их очень часто используют в системах охранной сигнализации для обнаружения открытия окон или дверей.

Геркон
Геркон

Эти элементы мы подробно рассмотрим в другой нашей статье.

Конструкция реле

Если к подвижному контакту прикрепить кусок листового металла, то контакты можно прижать друг к другу, с помощью электромагнита. Электромагнит — это многооборотная катушка с металлическим сердечником, которая создает магнитное поле, когда через нее проходит ток.

Устройство и принцип работы реле
Устройство и принцип работы реле

Реле имеет форму куба, чаще всего размером со спичечный коробок или меньше. Внутри находится электромагнит и контакты. Количество и расположение контактов зависит от модели. Для получения подробной информации, пожалуйста, обратитесь к каталогу, иногда ее также можно найти в описании, размещенного производителем на корпусе элемента.

Мы взяли реле, внешне похожее на показанное ниже. Его катушка приспособлена к 5V питания. После выполнения упражнений из предыдущей статьи, вы должны знать, как получить такое напряжение.

Маркировка релеРелейные выходы
Маркировка релеРелейные выходы

Данное реле имеет пять контактов, конфигурация которых показана на рисунке ниже:

Обозначение реле и расположение выходов
Обозначение реле и расположение выходов

Расшифровка обозначений на реле:

  • E – elektromagnes. Чаще всего вообще не имеет названия. Но иногда называют нейтральной полярностью, поэтому эти входы обозначаются одинаково.
  • C – common, то есть общий. Этот контакт переключается между двумя другими.
  • NC – normally closed. Между этим контактом и общим контактом может протекать ток, если катушка не находится под напряжением.
  • NO – normally open. Этот контакт замыкается с общим контактом после подачи питания на катушку, затем размыкается и замыкающий контакт.

Наиболее важные параметры реле:

  • Напряжение катушки (обычно 5 В, 12 В и 24 В),
  • Сопротивление катушки (сотни или тысячи Ом),
  • Количество контактов и их конфигурация,
  • Максимальное напряжение между контактами и ток, который может через них проходить.

Наше реле очень маленькое и внутри выглядит немного иначе, чем показано на предыдущей анимации, но принцип работы тот же. Электромагнит замыкает или размыкает контакты соответственно. Ниже вы можете увидеть реле, с которого был снят корпус:

Конструкция нашего релеЗамкнутые контакты реле
Конструкция нашего релеЗамкнутые контакты в реле (в самом верху)

Работу реле можно сравнить с работой переключателя, за исключением того, что им управляют не вручную, а небольшим током. Также, реле можно использовать для включения устройств, потребляющих большой ток, таких как двигатели, лампочки, сирены и другие устройства.

Описание работы реле может напоминать ранее нам известные транзисторы. Некоторые из этих элементов действительно обладают схожими свойствами, однако использование реле весьма ограничено.

Преимущества и недостатки реле

У реле много преимуществ:

  • через них можно пропустить значительный ток (порядка нескольких ампер), и при этом они не потребуют никакого охлаждения (в отличие от транзисторов),
  • падение напряжения на замкнутых контактах невелико, так как их сопротивление измеряется в миллиомах,
  • их не «интересует» направление тока, протекающего через контакты, в отличие от транзисторов,
  • катушка соленоида хорошо изолирована от контактов, что позволяет переключать разные напряжения с помощью одной системы управления.

К сожалению, у реле есть и недостатки:

  • их долговечность (количество переключений) ограничена,
  • через некоторое время контакты повреждаются,
  • работают с довольно большой задержкой,
  • не может выполнять множественные переключения в секунду,
  • катушка может потреблять ток 100 мА, что проблематично при питании от батарей,
  • производит звуковой щелчок при переключении, что иногда напрягает при сборке проекта, работающего в ночное время,
  • занимают много места на плате (по сравнению с транзисторами).

Использование реле на практике

Чаще всего, реле используются для управления устройствами, которые требуют большого тока и / или питаются от другого источника питания. Если бы мы хотели создать небольшое устройство, которое, например, управляло бы настольной лампой на 230 В, мы бы использовали для этого реле.

Помните, что знания, полученные из наших статей, касаются только основ электроники! Поэтому мы настоятельно не рекомендуем играть с высоким напряжением. Для вашей же безопасности, придерживайтесь проектов с батарейным питанием!

Однако, чтобы на практике понять, как работает реле, построим простую схему. Его схема представлена ​​ниже. Слева — традиционный источник питания, в нашем случае это аккумулятор на 9 В. Затем понижаем напряжение до 5 В — это то, что требуется катушке реле для работы. В случае возникновения проблем, вам стоит вернуться к предыдущей статье — о стабилизаторах напряжения.

В нашем примере, реле используется для включения светодиода, который питается напрямую от батареи (9 В). Регулируем питание катушки (электромагнита) замыканием соответствующих проводов. Один вывод подключается к земле, а другой, вручную, подключается к положительной шине питания (5 В).

Обратите внимание на направление диода D1 рядом с реле! Диод сюда прикреплен «запретительно». Почему? Об этом напишем позже.

Работа данной схемы показана на этой анимированной картинке:

Пример использования реле
Пример использования реле на практике

К сожалению, такие маленькие реле не подходят для монтажа на макетных платах, без пайки с ними сложно работать. Но, ниже, мы предлагаем два способа крепления данного реле. Нужно аккуратно согнуть вывод common и вставить его в контактную пластину. Второй способ заключается в том, что общий вывод мы загибаем вперед (сгибаем рукой) и не прикрепляем ее к пластине — мы будем касаться его проводом.

Загнутая ножка (выход или вывод), в зависимости от выбранного варианта крепления, должна выглядеть как на фото ниже. Слева пример для первой версии, справа — для второй:

Загнутые выводы на реле
Загнутые выводы, в зависимости от выбранного варианта сборки

Установка на макетную плату — вариант 1

На схеме сборки ниже, предполагается, что вы сможете, соответствующим образом, согнуть ножки реле. Это непросто, но возможно на все 100%. Если вы не хотите возиться с этим, перейдите ко второму способу, который менее элегантен, но более эффективен. Вся сложность в такой сборке в том, чтобы каждый вывод common попал в нужное место на плате (отмечено желтым):

Первый вариант схемы
Первый вариант сборки схемы

На практике, собранная таким образом схема, может выглядеть так:

Пример сборки с релеПример сборки схемы с реле

Процедура тестирования собранной схемы данным вариантом:

  1. Подключаем аккумулятор.
  2. Светодиод не должен гореть.
  3. Подключаем питание катушки (на схеме замкнуты зеленые провода).
  4. Вы должны услышать отчетливый звук переключения.
  5. Светодиод должен загореться.
  6. Отключаем катушку от источника питания (разомкните провода — на схеме зеленый).
  7. Диод должен погаснуть.

Установка на макетную плату — вариант 2

В этом варианте, вывод загибается, вручную, вперед, а реле устанавливается с поворотом на 90 градусов. Таким образом, изогнутый вывод попадет в свободное пространство в центре макетной платы:

Второй вариант собранной схемы
Второй вариант собранной схемы

На практике, такая собранная система может выглядеть так. На втором фото (справа) виден загнутый вывод common:

Пример сборки схемы с релеПример сборки схемы с реле второй вариант

Процедура тестирования схемы, собранной вторым вариантом:

  1. Подключаем аккумулятор.
  2. Светодиод не должен гореть.
  3. Подключаем питание катушки (на схеме оранжевый).
  4. Вы должны услышать отчетливый звук переключения.
  5. Прикосаемся кабелем питания диода к изогнутому среднему контакту реле (зеленый на схеме).
  6. Светодиод должен загореться.
  7. Отключаем катушку от питания (оранжевая на схеме).
  8. Прикосаемся кабелем питания диода к изогнутому среднему контакту реле (зеленый на схеме).
  9. Светодиод не должен гореть.

На шаге 5 нужно сделать что-то вроде этого:

Прикосновение к среднему контакту проводом
Прикосновение к изогнутому среднему контакту проводом

Этот метод немного сложнее, но он позволяет лучше понять работу реле на практике.

Как подключить реле к плате Arduino?

Следующая информация является дополнением, которое будет полезно в будущем, когда вы продолжите изучать основы электроники. Людям, желающим приступить к созданию программируемых устройств, следует обратить особое внимание на эту информацию.

Прямое питание реле от выводов микроконтроллера невозможно, поскольку они потребляют слишком большой ток. Для этого следует использовать транзистор. Пример:

Подключение реле к Arduino
Подключение реле к плате Arduino

Высокое состояние вызывает протекание тока около 0,43 мА через базу транзистора. Это позволяет транзистору насыщаться, и почти все напряжение питания поступает на катушку реле.

Защитный диод на реле

Диод D1 необходим в данной схеме, и должен быть припаян как можно ближе к реле. Он защищает транзистор от повреждений при выключении катушки реле. Это связано с уже обсуждавшимся явлением самоиндукции, которое заставляет отключенную катушку генерировать импульс высокого напряжения с полярностью, противоположной той, которая применялась ранее. При нормальной работе диод D1 забивается и открывается только под действием этого импульса — таким образом, он защищает всю систему.

Вывод

В этой статье мы познакомились с простыми и полезными компонентами, которые являются контактными элементами. Их стоит знать, т.к. в некоторых случаях они лучше транзисторов, особенно там, где нам нужно контролировать высокий ток или высокое напряжение.

Не экономьте время на эксперименты. Вы можете выполнить все наши практические примеры, используя элементы из любого набора Arduino. Несколько минут, посвященных практике, приведут к лучшему знанию основ электроники!

Мы будем рады, если вы оставите свои комментарии под этим постом!

С Уважением, МониторБанк

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *