Квазисенсорные релейные переключатели
При изготовлении одного из устройств мне понадобился трёхпо-зиционный переключатель на три направления (3П3Н). Устройство это малогабаритное и лёгкое, поэтому одним из главных требований к переключателю было минимальное усилие переключения. Механические переключатели (галетные, кнопочные, движковые) этому требованию не отвечали. Выход из положения я нашёл в изготовлении коммутационного узла с нужной схемой переключения на основе электромагнитных реле и микропереключателей.
Схема релейного переключателя 3П3Н показана на рис. 1. Управляется он тремя кнопками (SB1-SB3), а коммутация осуществляется двумя реле (K1, K2) с четырьмя группами переключающих контактов каждое, причём одна из них используется для самоблокировки реле, а остальные три — для коммутации цепей основного устройства. Питается переключатель от бестрансформаторного узла, содержащего балластный конденсатор C1, выпрямительный мост VD1-VD4 и конденсатор фильтра C2. Резистор R1 ограничивает бросок тока через диоды моста в момент включения, выходное напряжение ограничено стабилитроном VD5.
При подаче питания выключателем SA1 основного устройства на выходе узла питания переключателя появляется напряжение примерно 50 В. Через нормально замкнутые контакты K1.1 и светодиод HL1 протекает ограниченный резистором R2 ток около 4 мА. Реле K1 и K2 обесточены. Светит светодиод HL1, индицируя положение «1» переключателя. При нажатии на кнопку SB2 срабатывает реле K1. Контактами K1.1 оно самоблокируется, т. е. остаётся включённым после отпускания кнопки. Через резистор R3 и зажёгшийся свето-диод HL2 протекает ток, превышающий ток отпускания реле. Контакты K1.2- K1.4 переключаются в положение «2».
При нажатии на кнопку SB3 реле K2 самоблокируется контактами K2.1 и зажигается светодиод HL3, контактами K2.2- K2.4 переключатель переводится в положение «3». Переход в положение «1» производится нажатием на кнопку SB1, обесточивающую обмотки реле K1 и K2. Схема коммутации переключателя изображена в левой нижней части рис. 1.
К деталям особых требований не предъявляется. Конденсатор С1 — плёночный помехоподавляющий. Его можно заменить двумя включёнными последовательно конденсаторами К73-17 ёмкостью 0,47 мкФ с номинальным напряжением 630 В. Конденсатор C2 — оксидный К50-35 или импортный, резисторы — любого типа. Стабилитрон VD5 заменим цепью из нескольких включённых последовательно маломощных стабилитронов с суммарным напряжением стабилизации 45.50 В. Реле K1 и K2 — РЭС22 (паспорт РФ4.500.130 или исполнение РФ4.523.023-06). Их рабочее напряжение — 48 В, сопротивление обмотки — 2250. 2875 Ом, ток срабаты -вания и отпускания — соответственно 10,5 и 2,5 мА. В качестве кнопок SB1 — SB3 применены микропереключатели МП3-1. Светодиоды HL1-HL3 — любые диаметром 3 мм, желательно повышенной яркости свечения.
Детали переключателя смонтированы на той же универсальной макетной плате, что и основное устройство. К выводам реле припаяны отрезки медного луженого провода диаметром 0,5.0,6 мм. Эти новые выводы вставлены в отверстия макетной платы и после максимально возможного приближения реле к плате припаяны к её контактным площадкам. В пространство между корпусом реле и платой посредством пистолета введено несколько крупных капель термоклея. После его остывания получилась жёсткая и механически прочная конструкция. Такой способ монтажа реле позволил избежать изготовления кронштейна для его крепления и применения жгута из полутора десятков проводов для его подключения.
Для экономии места на передней панели толкатели кнопок SB1-SB3 изготовлены с использованием свето-диодов HL1-HL3. Подобная конструкция кнопок описана в заметке О. Шай-ды «Кнопка — из светодиода» («Радио», 1995, № 9, с. 45). Применённые автором втулки найти не удалось, поэтому вместо них были использованы отрезки исписанного стержня диаметром 4,5 мм от гелевой авторучки. В одном конце отрезков 3 (рис. 2) сделаны диаметральные прорези глубиной 3 мм, с другой стороны внутрь вставлены выводы светодиода 2 до упора корпуса светодиода в торец отрезка. Выводы 5 светодиода выведены наружу через прорези, и отрезок заглушён каплей термоклея 4. После его застывания торец подравнен скальпелем. В завершение светодиоды вставлены в предусмотренные для этого отверстия в панели управления устройством 1, а их выводы соединены отрезками гибкого монтажного провода МГТФ 0,07 с соответствующими контактными площадками платы. Такое конструктивное исполнение весьма удобно — светящаяся после нажатия кнопка индицирует положение переключателя. Если корпус светодиода выполнен из бесцветной пластмассы, то для увеличения угла излучения светодиода его необходимо сделать матовым, обработав мелкозернистой («микронной») наждачной бумагой.
Переключатель, как показала практика, получился удачным — эргономичным, надёжным и удобным при монтаже, поэтому я широко применял его в своих конструкциях. При изготовлении одного из последующих устройств выявился запас мощности у блока питания, поэтому было решено изготовить переключатель с цифровой индикацией включённого положения.
Схема этого варианта переключателя показана на рис. 3. Работает он так. После включения питания реле К1 и К2 остаются выключенными, так как ток через их обмотки, определяемый сопротивлением резисторов R2 и R9, равен примерно 3 мА, что меньше тока срабатывания, но больше тока отпускания. Это положение «1» переключателя, о чём свидетельствует цифра 1, высвечиваемая на индикаторе HG1 (напряжение на его элементы «b» и «c» поступает через токоограничиваю-щие резисторы R3, R4). При нажатии на кнопку SB2 её контакты замыкают резистор R2, ток через обмотку реле K1 возрастает, и оно срабатывает. После отпускания кнопки реле остаётся включённым, так как ток через обмотку превышает ток отпускания. Переключившиеся контакты K1.1 снимают напряжение с элемента «с» и подают его на элементы «e» и (через диод VD7) «a», «d», «g», поэтому индикатор HG1 высвечивает цифру 2. Аналогично при нажатии на кнопку SB3 срабатывает и остаётся во включённом состоянии реле K2, переводя переключатель в положение «3», в котором напряжение на соответствующие элементы индикатора подаётся через контакты K2.1 и диоды VD6, VD8. В исходное положение «1» переключатель возвращают, разорвав цепь питания реле K1 и K2 кнопкой SB1. Схема коммутации этого переключателя такая же, что и переключателя по схеме на рис. 1. Для управления переключателем использованы малогабаритные кнопки, демонтированные из старой оргтехники.
При повторном изготовлении этого устройства столкнулся с затруднением — не оказалось под рукой кнопки с размыкающим (нормально замкнутым) контактом, в то время как мембранных кнопок с замыкающим (нормально разомкнутым) контактом от старой видеотехники имелось в избытке. Под эти кнопки схема была изменена, как показано на рис. 4 (схема коммутации осталась прежней).
В этом переключателе при включении питания током, протекающим через стабилитрон VD5, открывается транзистор VT1, но оба реле, как и в предыдущем варианте, остаются выключенными, так как протекающий через их обмотки ток лишь не намного превышает ток отпускания. В положение «2» переключатель переводят нажатием на кнопку SB2, в положение «3» — на кнопку SB3. Для перехода в положение «1» кнопкой SB1 замыкают эмиттерный переход транзистора VT1. При этом транзистор закрывается и реле возвращаются в исходное состояние «1». Для индикации положений переключателя можно использовать как цифровой индикатор, так и отдельные светодио-ды, включив их последовательно с токоограничивающими резисторами в цепях обмоток реле, как показано на рис. 1.
Подбирая замену транзистору КТ815Г, необходимо учитывать, что для надёжной работы переключателя допустимое напряжение U^ транзистора должно быть не менее 80 В.
В некоторых случаях, например, при дистанционном управлении переключением желательно пользоваться одной кнопкой, последовательно (по кольцу) проходя все положения. Схема такого переключателя показана на рис. 5. На резисторах R2, RЗ и конденсаторе С4 выполнен узел подавления «дребезга» контактов кнопки SB1, работающий следующим образом.
При включении питания на стабилитроне VD9 появляется напряжение около 9 В, используемое для питания микросхемы DD1. Конденсатор С4 остаётся разряженным. При нажатии на кнопку SB1 в момент первого касания контактов кнопки конденсатор С4 мгновенно заряжается через резистор R3. Дальнейший дребезг контактов кнопки не влияет на выходное напряжение, так как конденсатор С4 разряжается через резистор R2 значительно большего сопротивления. Триггер DD1.1 переключается в момент перепада напряжения на входе синхронизации (вывод 3). Транзистор VT2 переключается в два раза чаще, чем транзисторы VT1 и VT3. При нажатиях на кнопку SB1 коммутационный узел проходит поочерёдно все возможные состояния: реле обесточены, сработало реле K1, сработало реле K2, реле обесточены и т. д. Состояние устройства отображается цифровым индикатором, включённым в соответствии со схемой на рис. 2.
Как и в предыдущем варианте переключателя, допустимое напряжение U^ транзисторов VT1 и VT3 должно быть не менее 80 В.
При необходимости, используя ещё одно реле и дополнительную кнопку, можно собрать переключатель на четыре положения и три направления (рис. 6), который может найти применение, например, для переключения диапазонов в генераторе или частотомере. В него также можно ввести цифровую индикацию положения, внеся соответствующие изменения в схему включения элементов индикатора.
Описанным в статье переключателям 3П3Н свойствен недостаток, заключающийся в том, что после установки в положение «3», в котором оба реле включены, их можно переключить только в положение «1» (возврат в положение «2»невозможен). Аналогично после установки переключателя 4П3Н в положение «4», когда включены все три реле, вернуться в положение «2» или «3» можно, только предварительно «побывав » в положении «1».
Применённые автором реле РЭС22 (паспорт РФ4.500.130) заменимы реле этого типа исполнения РФ4.523.023-02, однако ток отпускания у них больше (3,5 вместо 2,5 мА), поэтому сопротивление включённых последовательно с их обмотками резисторов необходимо уменьшить с 13 до 9,1 кОм
Автор: К. Мороз, г. Белелбей, Башкортостан
Мнения читателей
- Сергей / 11.12.2013 — 03:00 Прошу сообщить как выполнить схему переключения постоянного тока на двух твердотельных реле с сигналами включения от двух датчиков, каждый из которых должен включать только «свое» реле. Ответьте, пожалуйста, в адрес and4227@yandex.ru
8.1 Выбор кнопок управления SB1, SB2, SB3, SB4, реле времени и диодов выпрямительного моста
В качестве кнопок управления SB1 и SB2 принимаем принимаем кнопки с цилиндрическим толкателем типа КЕ 011 (первое исполнение), а в качестве кнопок SB2 и SB4 — типа КЕ 011 (второе исполнение). Номинальный ток контактов кнопок 6А. Степень защиты IP40.
По конструктивным и технологическим условиям пуска поршневого компрессора необходимо, чтобы выдержка реле времени КТ немного превышала время пуска поршневого компрессора. Ориентировочно (не указан тип компрессора), принимаем, что время пуска таких компрессоров не превышает 10 секунд. Исходя из этого условия в качестве реле времени принимаем реле типа ВЛ-26У. Его основные технические параметры: номинальное рабочее напряжение 220 В; диапазон выдержки времени 0,1 с до 10 мин; число контактов — 1; потребляемая мощность 6,5 ВА.
Выпрямительный мост на диодах предназначен для питания катушек электромагнитов УА1 и УА2 выпрямленным током на постоянном напряжении 24 В.
Электромагниты используются в качестве привода электрогидравлических клапанов.
В качестве электромагнитов УА1 и УА2 принимаем электромагниты серии ЭЛ. Их данные:
— номинальное усилие 100 Н;
— ход якоря 10 мм;
— номинальное напряжение катушек 24 В.
Сопротивление катушек 10 Ом.
Номинальный ток катушек 2,4 А.
Для диодного моста выбираем четыре диода серии В — кремниевые — штыревые.
Среднее значение тока вентиля принимаем равным:
Амплитудное обратное напряжение на одном плече схемы выпрямителя равно 37,7 В.
Принимаем четыре диода типа В 10. Технические данные диода: номинальный (средний) ток 10 А, (10 А>1,2 А); номинальное обратное амплитудное напряжение 150 В, (150>37,7 В); прямое падение напряжения 1,35 В; охлаждение — воздушное, естественное.
Схемы пуска и торможения двигателя
В настоящее время наиболее распространены трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. Пуск и остановка таких двигателей при включении на полное напряжение сети осуществляются дистанционно при помощи магнитных пускателей.
Наиболее часто используется схема с одним пускателем и кнопками управления «Пуск» и «Стоп». Для того, чтобы обеспечить вращение вала двигателя в обе стороны используется схема с двумя пускателями (или с реверсивным пускателем) и тремя кнопками. Такая схема позволяет менять направление вращения вала двигателя «на ходу» без его предварительной остановки.
Схемы пуска двигателя
Электрический двигатель М питается от трехфазной сети переменного напряжения. Трехфазный автоматический выключатель QF предназначен для отключения схемы при коротком замыкании. Однофазный автоматический выключатель SF защищает цепи управления.
Основным элементом магнитного пускателя является контактор (мощное реле для коммутации больших токов) КМ. Его силовые контакты коммутируют три фазы, подходящие к электродвигателю. Кнопка SB1 («Пуск») предназначена для пуска двигателя, а кнопка SB2 («Стоп») — для остановки. Тепловые биметаллические реле KK1 и КК2 осуществляют отключение схемы при превышении тока, потребляемого электродвигателем.
Рис. 1. Схема пуска трехфазного асинхронного двигателя с помощью магнитного пускателя
При нажатии кнопки SB1 контактор КМ срабатывает и контактами KM.1, КМ.2, КМ.3 подключает электродвигатель к сети, а контактом КМ.4 блокирует кнопку (самоблокировка).
Для остановки электродвигателя достаточно нажать кнопку SB2, при этом контактор КМ отпускает и отключает электродвигатель.
Важным свойством магнитного пускателя является то, что при случайном пропадании напряжения в сети двигатель отключается, но восстановление напряжения в сети не приводит к самопроизвольному запуску двигателя, так как при отключении напряжения отпускает контактор КМ, и для повторного включения необходимо нажать кнопку SB1.
При неисправности установки, например, при заклинивании и остановке ротора двигателя, ток, потребляемый двигателем, возрастает в несколько раз, что приводит к срабатыванию тепловых реле, размыканию контактов KK1, КК2 и отключению установки. Возврат контактов КК в замкнутое состояние производится вручную после устранения неисправности.
Реверсивный магнитный пускатель позволяет не только запускать и останавливать электрический двигатель, но изменять направление вращения ротора. Для этого схема пускателя (рис. 2) содержит два комплекта контакторов и кнопок пуска.
Рис. 2. Схема пуска двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя
Контактор КМ1 и кнопка SB1 с самоблокировкой предназначены для включения двигателя в режиме «вперед», а контактор КМ2 и кнопка SB2 включают режим «назад». Для изменения направления вращения ротора трехфазного двигателя достаточно поменять местами любые две из трех фаз питающего напряжения, что и обеспечивается основными контактами контакторов.
Кнопка SB3 предназначена для остановки двигателя, контакты КМ 1.5 и КМ2.5 осуществляют взаимоблокировку, а тепловые реле КК1 и КК2 — защиту при превышении тока.
Включение двигателя на полное напряжение сети сопровождается большими пусковыми токами, что может быть недопустимо для сети ограниченной мощности.
Схема пуска электродвигателя с ограничением пускового тока (рис. 3) содержит резисторы R1, R2, R3, включенные последовательно с обмотками электродвигателя. Эти резисторы ограничивают ток в момент пуска при срабатывании контактора КМ после нажатия кнопки SB1. Одновременно с КМ при замыкании контакта КМ.5 срабатывает реле времени КТ.
Выдержка, осуществляемая реле времени, должна быть достаточной для разгона электродвигателя. По окончании времени выдержки замыкается контакт КТ, срабатывает реле К и своими контактами K.1, К.2, К.3 шунтирует пусковые резисторы. Процесс пуска завершен, на двигатель подается полное напряжение.
Рис. 3. Схема пуска двигателя с ограничением пускового тока
Далее будут рассмотрены две наиболее популярных схемы торможения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором: схема динамического торможения и схема торможения противовключением.
Схемы торможения двигателя
После снятия напряжения с двигателя его ротор какое-то время продолжает вращаться за счет инерции. В ряде устройств, например, в подъемно-транспортных механизмах, требуется осуществлять принудительное торможение для уменьшения величины выбега. Динамическое торможение заключается в том, что после снятия переменного напряжения через обмотки электродвигателя пропускается постоянный ток.
Схема динамического торможения показана на рис. 4.
Рис. 4. Схема динамического торможения двигателя
В схеме, помимо основного контактора КМ, присутствует реле К, включающее режим торможения. Поскольку реле и контактор не могут быть включены одновременно, применена схема взаимоблокировки (контакты КМ.5 и К.3).
При нажатии кнопки SB1 срабатывает контактор КМ, подает питание на двигатель (контакты КМ.1 КМ.2, КМ.3), блокирует кнопку (КМ.4) и блокирует реле К (КМ.5). Замыкание КМ.6 вызывает срабатывание реле времени КТ и замыкание контакта КТ без выдержки времени. Таким образом осуществляется пуск двигателя.
Для остановки двигателя следует нажать кнопку SB2. Контактор КМ отпускает, размыкаются контакты KM.1 — KM.3, отключая двигатель, замыкает контакт КМ.5, что вызывает срабатывание реле К. Контакты K.1 и К.2 замыкаются, подавая постоянный ток в обмотки. Происходит быстрое торможение.
При размыкании контакта КМ.6 реле времени КТ отпускает, начинается выдержка времени. Величина выдержки должна быть достаточна для полной остановки электродвигателя. По окончании выдержки времени контакт КТ размыкается, реле К отпускает и снимает постоянное напряжение с обмоток электродвигателя.
Наиболее эффективным способом торможения является реверсирование двигателя, когда сразу после снятия питания на электродвигатель подается напряжение, вызывающее появление встречного вращающего момента. Схема торможения противовключением приведена на рис. 5.
Рис. 5. Схема торможения двигателя противовключением
Частота вращения ротора двигателя контролируется с помощью реле частоты вращения с контактом SR. Если частота вращения больше некоторого значения, контакт SR замкнут. При остановке двигателя контакт SR размыкается. Кроме контактора прямого включения KM1 схема содержит контактор для реверсирования КМ2.
При пуске двигателя срабатывает контактор KM1 и контактом КМ 1.5 разрывает цепь катушки КМ2. С достижением определенной частоты вращения замыкается контакт SR подготавливая цепь для включения реверса.
При останове двигателя контактор KM1 отпускает и замыкает контакт КМ1.5. В результате этого контактор КМ2 срабатывает и подает на электродвигатель реверсирующее напряжение для торможения. Снижение частоты вращения ротора вызывает размыкание SR, контактор КМ2 отпускает, торможение прекращается.
Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Принципиальная схема управления электродвигателем вперед и назад
Кнопки и контакторы являются наиболее часто используемыми компонентами в электрическом управлении, и они еще более важны на этом рисунке.
Кнопки разделены на кнопку запуска и кнопку остановки. Кнопка запуска обычно находится в выключенном состоянии, закрывается при нажатии и возобновляется после отпуска. Кнопка остановки как раз наоборот. Если мы внимательно посмотрим на контур управления на рисунке 1, вы увидите, что SB1 — это кнопка остановки, но SB2 и SB3 выглядят немного странно, они выглядят как кнопки запуска, но две пунктирные линии ведут к нормально замкнутым контактам следующего цикла. По сути, SB2 и SB3 здесь представляют собой две специальные кнопки-механические кнопки блокировки. Он характеризуется двумя контактами: нормально открытым и нормально закрытым. После нажатия кнопки нормально открытый контакт закрывается, а нормально закрытый контакт отключается.
В контакторе есть катушки, обычно открытые контакты и нормально закрытые контакты. Коды на принципиальной схеме — KM. Его характеристика заключается в том, что при обесточении катушки нормально открытый контакт отключается, а нормально закрытый контакт замыкается; после включения питания нормально открытый контакт закрывается, а нормально закрытый контакт отключается.
★Ооблокировка и блокировка
Давайте посмотрим на схему управления на рисунке 2a. Нажмите SB2, и катушка KM1 зарядится энергией. В это время контактор обычно открытого контакта KM1 закрыт, поэтому при отпускаемом SB2 двигатель все еще может вращаться вперед-самоблокирующимся.
Но есть проблема в это время, нажатие SB3 во время прямого вращения двигателя вызовет аварию короткого замыкания (контактор нормально разомкнут контакты КМ1 и КМ2 в основном контуре замкнуты одновременно, в результате чего происходит короткое замыкание). Таким образом, рисунок 2а является неправильным соединением.
Чтобы избежать такого рода короткого замыкания, мы использовали соединение рисунка 2b. В этом контуре управления, когда двигатель вращается вперед, потому что контакторная катушка KM1 находится под напряжением, а нормально закрытый контакт KM1 отключен, даже если SB3 нажат в это время, цепь не будет иметь никакой отклик-блокировки.
★Роль механической блокировки
На самом деле метод управления рис. 2b уже может реализовывать прямое и обратное вращение мотора, но беда в том, что при переключении прямого и обратного вращения мотора необходимо нажать кнопку остановки SB1, после чего продолжить нажатие SB3. Поэтому, чтобы облегчить работу, мы ввели механическую кнопку блокировки, чтобы сделать схему, показанную на рисунке 2c. На этом рисунке нажмите SB3, чтобы напрямую отсоединить SB2 и заставить двигатель повернуться назад.