Przekaźniki dla początkujących
Elementów elektronicznych spełniających różne role jest całe mnóstwo. Zadaniem wielu z nich jest to, aby za pomocą małych prądów i napięć sterować pracą elementów bądź obwodów wymagających dużych mocy. Prosty przykład to np. włączanie diody LED dużej mocy przez mikrokontroler. Do tego typu zadań można stosować różne rozwiązania, ale dzisiaj skupimy się na jednym z nich, jakim są przekaźniki.
Czym są przekaźniki?
Na początek zobaczmy czym w ogóle jest przekaźnik. Jeżeli zamiast czytać wolisz obejrzeć film to zapraszam:
Przekaźniki składają się z dwóch elementów: cewki i styków. W najprostszej wersji działanie przekaźnika jest następująca: kiedy przez cewkę przepływa prąd to działa ona jak mały elektromagnes, który powoduje zwarcie styków. Towarzyszy temu charakterystyczne „kliknięcie”. Jeżeli zdarzyło Ci się słyszeć taki dźwięk np. przy włączaniu świateł w samochodzie albo załączaniu napięcia z zasilacza laboratoryjnego – to właśnie pracujący przekaźnik.
Rodzajów przekaźników jest cała masa i mogą się trochę różnić konstrukcją. Np. niektóre z nich mogą mieć kilka kompletów styków, styki mogą być normalnie otwarte albo normalnie zamknięte albo mogą tworzyć parę, z których kiedy jeden się zwiera, to drugi rozwiera i vice versa. Niemniej jednak podstawowa zasada działania jest zawsze taka sama.
Kluczową sprawą jest to, że cewka potrzebuje dość małego prądu (zwykle do pojedynczych do kilkuset miliamperów), a styki mogą przewodzić prądy nawet bardzo duże. Dzięki temu element małej mocy (np. mikrokontroler z ewentualnym niedużym tranzystorem) może sterować pracą dużych urządzeń. Dodatkową zaletą jest całkowita izolacja galwaniczna obu elementów – obwód cewki nie ma żadnego elektrycznego połączenia z obwodem styków, co pomaga go chronić przed zakłóceniami.
Histereza
Ciekawą właściwością cechującą przekaźniki jest to, że cewka potrzebuje większego prądu żeby zewrzeć styki niż żeby to zwarcie podtrzymać. Tzn. że po zadziałaniu cewki należy dość znacznie obniżyć płynący przez nią prąd (np. o 50%), żeby styki wróciły do poprzedniego położenia.
Efekt ten nazywa się histerezą i jest tak naprawdę bardzo pożyteczny. Możemy np. użyć dużego prądu tylko podczas załączania styków, a potem nieco go obniżyć i zredukować pobieraną przez cewką moc. Oprócz tego unikamy nieprzyjemnych efektów gdy przekaźnik pracuje na granicy przełączania. W takiej sytuacji bez histerezy, pod wpływem drobnych zmian wartości prądu przekaźnik wyłączałby się (albo włączał) w sposób niekontrolowany.
Jak sprawdzić parametry przekaźnika?
Umiejętność czytania dokumentacji technicznej jest kluczowa dla każdego inżyniera. Dlatego sprawdźmy jak czytać karty katalogowe przekaźników. Jako przykładu użyjemy przekaźnika pokazanego na naszym filmie. Jest to model Finder 62.23.9.012.0300. Jego dokumentację w chwili pisania tego tekstu można znaleźc na stronie: https://findernet.pl/wszystkie-kategorie/992-przekaznik-3z-16a-12v-dc-do-druku-622390120300-1234567890123.html
W takiej karcie katalogowej znajdziesz bardzo dużo informacji. Za dużo, żeby tutaj o wszystkich pisać. Skupmy się na razie na samych parametrach opisujących pracę cewki.
Jak rozszyfrować oznaczenie przekaźnika?
W tym konkretnym przypadku producent dostarcza jedną kartę do wielu modeli musimy więc rozbić nasze oznaczenie (62.23.9.012.0300) na czynniki pierwsze.
62.23 oznacza, że chodzi o przekaźnik z wyprowadzeniami do przylutowania na płytce drukowanej i trzech zestawach styków. Końcówka 0300 mówi, że są to styki zwierne – czyli bez prądu cewki są one otwarte.
Symbol 9.012 to oznaczenie cewki. I to właśnie będzie nas najbardziej interesować. 012 mówi nam o napięciu nominalnym, w tym wypadku równym 12 V. Przy podłączeniu do cewki takiego napięcia producent gwarantuje nam, że styki się zewrą, a cewka nie ulegnie uszkodzeniu.
Minimalne i maksymalne napięcie zasilania
Czy możemy podłączyć do cewki napięcie większe niż 12 V? Producent w karcie katalogowej pokazuje, że maksymalne napięcie zasilania to 1,1 napięcia nominalnego. Możemy więc zasilić cewkę do 13,2 V. Eksperymentując możesz pewnie podłączać nawet większe napięcia, ale przy projektowaniu urządzeń komercyjnych, a zwłaszcza do seryjnej produkcji jest to kiepski pomysł.
Co z mniejszymi napięciami. Producent w karcie katalogowej podaje nam też minimalne napięcie zasilania równe 85% napięcia nominalnego. W tym przypadku daje nam to 10,2 V.
Napięcie podtrzymania i opadania
Co z naszą histerezą? W karcie katalogowej znajdziesz dwa parametry. Pierwszy to napięcie podtrzymania. W naszym przypadku wynosi ono 60% napięcia nominalnego. Oznacza to, że producent gwarantuje nam, że nawet jeżeli napięcie zasilania cewki opadnie do tej wartości to styki się nie rozłączą. Czyli po zasileniu przekaźnika z 12 V możemy obniżyć napięcie do 7,2 V.
Drugi parametr to napięcie odpadania. Dla naszego przykładu wynosi ono 10% napięcia nominalnego. Jest to wartość przy której producent gwarantuje, że styki się rozłączą.
Podsumowując: żeby nasz przekaźnik zwarł styki powinniśmy go zasilić napięciem z przedziału 10,2 V – 13,2 V (na filmie widać, że załączają się już przy niższej wartości, ale zawsze trzeba się stosować do wartości podanych przez producenta). Następnie styki pozostaną zwarte nawet po obniżeniu napięcia do 7,2 V. Żeby rozewrzeć styki musimy obniżyć napięcie do 0,6 V.
Pobór prądu przez cewkę
Ostatnia sprawa to pobór prądu przez cewkę. Producenci podają rezystancję cewki. W naszym przykładzie jest to 48 omów. Przy zasilaniu napięciem nominalnym daje to prąd o wartości 250 mA. Należy to mieć na uwadze projektując układ sterujący przekaźnikiem. Np. 250 mA to prąd zdecydowanie za duży żeby sterować przekaźnikiem bezpośrednio z portu wyjściowego typowego mikrokontrolera.
Co dalej?
Jeżeli to Twoja pierwsza styczność z przekaźnikami to musisz jeszcze się trochę nauczyć, żeby wykorzystywać je świadomie w swoich projektach. Na pewno wrócimy jeszcze do tego tematu. W międzyczasie możesz zapoznać się z naszą infografiką, w której pokazujemy jak dobrać elementy do obwodu sterowania cewką przekaźnika. Znajdziesz ją pod tym linkiem.
One thought on “Przekaźniki dla początkujących cz. 1”
Pingback: Przekaźniki dla początkujących cz. 2. Przepięcia. - InterTech Academy