Ako zostaviť logické riadiace obvody s relé: Od prepínania signálu k pohonu motora

Základy relé: Hlboký ponor do základných komponentov

Základné komponenty

Cievka:

"Vstup" relé. Keď je pod napätím, generuje magnetické pole, ktoré poháňa mechanický mechanizmus.

Kľúčovými parametrami sú napätie cievky (napr. 5V, 12V, 24V jednosmerný prúd) a odpor cievky, ktoré určujú požadovaný prúd pohonu.

Kontakty

"Výstup" a ovládač relé. Konfigurácie môžu byť:

• Single Pole Single Throw (SPST): Ako jednoduchý prepínač, iba stavy On/Off.
• Single Pole Double Throw (SPDT): Jadro logických obvodov. Spoločná svorka (COM) môže prepínať medzi normálne zatvorenými (NC) a normálne otvorenými (NO) kontaktmi.
• Double Pole Double Throw (DPDT): Ekvivalent k dvom prepojeným SPDT relé, kľúč pre zložité spínanie, ako je ovládanie smeru motora.

Kľúčové elektrické parametre

Reléová implementácia základných logických funkcií

Nasledujú klasické obvody využívajúce relé SPDT na zostavenie základných logických brán. Všimnite si, že ide o „ekvivalentné obvody“ implementujúce logické funkcie, nie o moderné digitálne integrované obvody.

Logická brána „NIE“.

Cieľ: Výstupný stav je vždy opačný ako vstupný stav.

Analýza obvodov:

Keď je vstup LOW, cievka nie je pod napätím, COM sa pripojí k Vcc cez NC kontakt a výstup je HIGH.

Keď je vstup HIGH, cievka je pod napätím, COM sa odpojí od NC a pripojí sa k svorke NO (ktorá je plávajúca alebo uzemnená) a výstup je LOW.

inžinierska prax:

Flyback dióda je povinná! Je zapojený opačne paralelne cez cievku (katóda k V), aby absorboval spätné EMF generované cievkou, keď je bez napätia, čím zabraňuje vysokonapäťovým špičkám poškodiť tranzistor pohonu alebo I/O kolík mikrokontroléra.

Logická brána "ALEBO".

Cieľ : Výstup je VYSOKÝ, ak je niektorý z viacerých vstupov VYSOKÝ.

Analýza obvodov :

Normálne otvorené (NO) kontakty dvoch (alebo viacerých) relé sú zapojené paralelne.

Ak je niektorý vstup VYSOKÝ, príslušný NO kontakt sa zatvorí a pripojí Vcc k výstupu.

Aplikačný scenár :

Ovládanie spustenia na viacerých miestach, napr. zariadenie sa spustí, ak stlačíte jedno z niekoľkých tlačidiel „Štart“.

Logická brána "AND".

Cieľ : Výstup je HIGH iba vtedy, ak sú všetky vstupy súčasne HIGH.

Analýza obvodov :

Normálne otvorené (NO) kontakty dvoch (alebo viacerých) relé sú zapojené do série.

Iba keď sú všetky vstupy VYSOKÉ, všetky NO kontakty sa zatvoria súčasne, čím sa vytvorí úplná cesta od Vcc k výstupu.

Aplikačný scenár :

Na spustenie stroja musia byť splnené podmienky bezpečnostného blokovania, napr. „ochranné dvierka zatvorené“ A „stlačenie štartovacieho tlačidla“.

Klasická inžinierska aplikácia: Systém riadenia smeru jednosmerného motora

Toto je jedna z najreprezentatívnejších aplikácií reléového logického spínania, menovite budovanie budiaceho obvodu H-mostíka.

Možnosť 1: Kompaktné riešenie s jedným relé

Pracovný princíp :

Pokojový/predvolený stav: Cievka je bez napätia, svorky motora A, B-, motor sa otáča v jednom smere (napr. dopredu).

Aktivovaný stav: Cievka pod napätím, obe sady kontaktov sa spínajú súčasne, svorky motora sa stanú A-, B, polarita motora sa obráti a otáča sa v opačnom smere.

Výhody :

Jednoduchý obvod, málo komponentov, nízka cena.

Tým, že je mechanicky prepojený, prirodzene sa vyhýba riziku skratu napájacieho zdroja.

Nevýhoda :

Môže dosiahnuť iba dve rýchlosti (plná rýchlosť vpred/vzad), nemôže zabezpečiť ovládanie rýchlosti.

Možnosť 2: Flexibilné duálne reléové riešenie

Pracovný princíp :

Dopredu: Aktivuje sa iba „relé vpred“.

Aktuálna cesta : Napájanie → Kontakt relé1 → M → M- → Svorka NC relé2 → Napájanie -.

Spätný chod: Zopne sa iba "Relé spätného chodu".

Aktuálna cesta : Napájanie → Kontakt relé2 → M- → M → NC svorka relé1 → Napájanie -.

Stop: Obidve relé sú bez napätia.

Výhody :

Vysoká flexibilita : Jednoduché pridanie stavu „Stop“.

Jednoduchá implementácia blokovania: Zabezpečuje v riadiacej logike, že obe relé nemôžu byť napájané súčasne, čím sa zabráni skratu napájacieho zdroja.

Nevýhoda :

Vyžaduje dodatočnú blokovaciu logiku (môže ísť o mechanicky blokované stýkače alebo elektrické logické blokovanie v obvode).

Systémová integrácia a praktické úvahy

Tento diagram ukazuje, ako je vstup používateľa (prepínač Fwd/Rev) integrovaný do riadiacej logiky. Rôzne polohy spínačov poskytujú rôzne prúdové cesty pre cievky relé, ktoré určujú stav motora.

Tento diagram zdôrazňuje integritu systému :

Výkonová časť: BAT1/BAT2 (zdroj energie), MOT_1 (záťaž), RLY1 (pohon).

Kontrolná sekcia : "Obvod riadenia polarity" (obvod budiaceho relé). Táto časť môže byť zostavená pomocou tranzistorov, mikrokontrolérov, logických čipov atď. a slúži ako inteligentný riadiaci mozog.

Pokročilý dizajn a inžinierstvo spoľahlivosti

Ak chcete zmeniť schematický obvod na stabilný a spoľahlivý produkt, je potrebné zvážiť nasledujúce technické detaily:

Návrh obvodu pohonu cievky

I/O kolíky mikrokontroléra majú obmedzenú schopnosť pohonu; tranzistor alebo MOSFET musí byť použitý ako spínač na riadenie cievky relé.

Vypočítajte požadovaný základný odpor, aby ste sa uistili, že tranzistor sa nasýti a poskytne dostatočný prúd cievky.

Kontaktný ochranný obvod

Pri prerušení indukčných záťaží, ako sú motory, dochádza medzi kontaktmi k intenzívnemu oblúku, ktorý ich eroduje a skracuje ich životnosť.

RC Snubber Circuit: Pripojte odpor a kondenzátor do série a potom paralelne cez kontakty. To efektívne absorbuje energiu a potláča oblúky.

Metal Oxide Varistor (MOV): Pripojte cez kontakty, aby ste absorbovali napäťové rázy.

Hardvérové blokovanie

V riešení s dvojitým relé je absolútne nevyhnutné zabezpečiť, aby sa relé vpred a vzad nikdy nezapínali súčasne, pretože by to spôsobilo priamy skrat na svorkách napájania s katastrofálnymi následkami.

Metóda 1: Použite mechanicky blokované stýkače, kde jeden stýkač fyzicky bráni druhému zapnúť.

Metóda 2: Navrhnite elektrické blokovanie na úrovni obvodu pohonu, napr. zapojením NC kontaktu jedného relé do série s cievkou druhého relé.

Indikácia stavu a diagnostika

Paralelne umiestnite LED indikátor na cievku relé na vizuálne zobrazenie aktuálneho stavu.

Zahrňte poistku alebo PTC resetovateľnú poistku do riadiacej slučky pre nadprúdovú ochranu.

Preskúmajte naše reléové produkty

FANHAR Electronics poskytuje vysoký výkon výkonové relé navrhnuté pre dnešné inteligentné domácnosti, priemyselné riadenie, nové energetické systémy a ďalšie náročné aplikácie. Vďaka sérii 30 a stovkám špecifikácií ponúka naše portfólio optimálnu kombináciu spínacej schopnosti, energetickej účinnosti a spoľahlivosti.

Často kladené otázky

Otázka 1: Prečo je povinná spätná dióda cez cievku relé?

Keď je cievka bez napätia, jej indukčnosť generuje špičku spätného napätia (spätné EMF). Flyback dióda poskytuje bezpečnú cirkulačnú cestu pre prúd cievky, upína hrot a chráni tranzistor, kolík MCU alebo iné obvody ovládača.

Q2: Aký je rozdiel medzi NO, NC a COM?

COM je spoločný terminál. NC (Normally Closed) je pripojený na COM, keď je cievka bez napätia. NO (Normally Open) je odpojené od COM, keď je cievka bez napätia a pripája sa ku COM, keď je cievka pod napätím. Relé SPDT prepína COM medzi NC a NO.

Otázka 3: Ako vytvorím logiku OR a AND s relé?

zapojte NO kontakty dvoch alebo viacerých relé paralelne. Ak sa zobudí akékoľvek relé, výstup je pripojený k Vcc. AND: zapojte NO kontakty do série. Až keď sa zobudia všetky relé, cesta od Vcc k výstupu sa uzavrie.

Q4: Môžu byť relé použité na riadenie rýchlosti PWM jednosmerného motora?

Vo všeobecnosti nie. Elektromechanické relé majú milisekundové prevádzkové/uvoľňovacie časy a obmedzenú mechanickú/elektrickú životnosť, čo ich robí nevhodnými pre vysokofrekvenčné PWM. Na reguláciu rýchlosti PWM použite MOSFET, IGBT alebo polovodičové relé.

Otázka 5: Ako si môžem vybrať medzi elektromechanickým relé a polovodičovým relé (SSR)?

Vyberte si elektromechanické relé pre vysokú izoláciu, vysokú výkonovú kapacitu, nízku cenu a jednoduchú logiku, najmä ak rýchlosť spínania nie je kritická. Vyberte si SSR pre vysokú frekvenciu spínania, dlhú životnosť a žiadne pohyblivé časti, ale zvážte zvodový prúd, rozptyl tepla a náklady.