Книга: Электроника для начинающих (2-е издание)
Назад: Эксперимент 6. Обычные переключатели
Дальше: Эксперимент 8. Генератор на основе реле
Эксперимент 7. Исследование реле
Следующий этап в вашем исследовании процесса управления электрическим током — это использование дистанционного переключателя. Под «дистанционным» я подразумеваю то, что он включается и выключается в ответ на сигнал, который вы ему посылаете. Такой компонент называется реле, оно передает команду из одной части схемы в другую.
ЗамечаниеКак правило, реле управляется низким напряжением или слабым током и переключает более высокое напряжение или большой ток.
Реле - очень полезное устройство. Если, например, вы заводите автомобиль, то относительно небольшой, дешевый переключатель зажигания посылает сигнал по недорогому отрезку тонкого провода на реле, которое находится возле стартера двигателя. Реле запускает мотор через короткий, более толстый и более дорогой отрезок провода, способный выдержать ток свыше 100 ампер.
Аналогично, если вы во время отжима поднимаете крышку стиральной машины с вертикальной загрузкой, то замыкаете небольшой переключатель, который отправляет слабый сигнал по тонкому проводу к реле. Реле решает более серьезную задачу — отключает мощный электродвигатель, вращающий барабан, который полон мокрой одежды.
Что вам понадобится
• Батарея 9 В (1 шт.)
• Двухполюсное реле на два направления с напряжением срабатывания 9 В (2 шт.)
• Кнопка однополюсная, на одно направление (1 шт.)
• Тестовые провода с зажимами типа «крокодил» на концах (5 шт.)
• Обычный нож (1 шт.)
• Мультиметр (1 шт.)
Реле
У реле, которое я рекомендую вам исследовать, два штырька находятся с одной стороны и шесть — с другой. Последние сгруппированы в два ряда по три вывода, как показано на рис. 2.46 (где реле перевернуто и штырьки обращены кверху). Если вы купили два реле, то одно из них можете изучить более подробно, вскрыв корпус и ознакомившись с внутренним устройством. Если вы сделаете это очень аккуратно, реле будет пригодно к дальнейшему использованию. Если же нет, то у вас есть запасное.
Проблемы с полярностью
Некоторые реле очень требовательны к тому, как вы подаете напряжение на расположенную внутри катушку. Все функционирует хорошо, когда электрический ток протекает через катушку в одном направлении, но если вы поменяете местами подключения к плюсу и к минусу (другими словами, поменяете полярность), то реле перестанет работать.
В особенности раздражает, если в техпаспорте реле об этом четко не сказано. Реле, которые я рекомендую, не требуют соблюдения полярности. Смотрите раздел «Реле» ранее в этой главе.
Рис. 2.46. Первый эксперимент с реле
Порядок действий
Подключите тестовый провод и кнопку так, как показано на рис. 2.46 (учтите, что детали на этом рисунке изображены без соблюдения масштаба). Если вы нажмете кнопку, чтобы приложить 9 В к паре контактов реле, которые отделены от остальных, то должны услышать очень слабый щелчок. Отпустите кнопку, и вы услышите другой щелчок. Если ваш слух не настолько хорош, слегка коснитесь реле кончиком пальца, и тогда при щелчке вы почувствуете слабую вибрацию корпуса компонента.
Что же происходит внутри реле? Разобраться в этом поможет мультиметр. Настройте его на проверку целостности цепи и убедитесь в том, что он работает, соединив два щупа вместе. Если нет звукового сигнала, то либо вы неверно установили поворотный переключатель, либо села батарея, или же один из щупов вставлен в неправильное гнездо.
Рис. 2.47. Второй этап: прозвонка контактов реле
Теперь приложите щупы к контактам реле, как показано на рис. 2.47, и нажмите кнопку. При нажатии кнопки мультиметр должен подать сигнал.
Результат этого эксперимента свидетельствует о том, что при подаче напряжения на пару крайних (ближних к вам) выводов какие-то контакты, находящиеся внутри реле, замыкаются. Возможно, вам сложно держать щупы мультиметра у контактов и одновременно нажимать кнопку. В этом случае воспользуйтесь парой тестовых проводов, как показано на рис. 2.48. Один конец каждого провода зажмите на щупе мультиметра, а второй конец — на контакте реле, так ваши руки станут свободными.
Рис. 2.48. Вы можете удлинить щупа мультиметра тестовыми проводами, что бы освободить руки
Теперь попробуйте переключить красный тестовый провод с самого дальнего контакта реле на следующий свободный контакт. Вы обнаружите, что поведение мультиметра стало противоположным: он подает сигнал, когда кнопка отпущена, и перестает подавать сигнал, когда кнопка нажата.
Что происходит внутри
На рис. 2.49 показан «рентгеновский снимок» внутреннего устройства реле при нажатой кнопке. В нижней части реле находится катушка, создающая магнитное поле, которое перемещает пару подвижных внутренних контактов. В результате подвижный контакт, расположенный справа, оказался в таком положении, что контакты А и С замкнулись, поэтому мультиметр подал звуковой сигнал.
Вы можете поинтересоваться, почему катушка в реле отталкивает внутренний переключатель от себя. Причина в том, что внутри реле есть механизм, который преобразует тяговое усилие в толкающее. Вы сможете убедиться в этом, когда чуть позже мы доберемся до вскрытия реле.
Рис. 2.49. Расположение контактов внутри реле, когда кнопка нажата и мультиметр подает сигнал
На рис. 2.50 показано состояние деталей реле, когда кнопка не нажата. Ток через обмотку реле не проходит. Контакты переключателя находятся в противоположной позиции, контакты А и В разомкнуты, а В и С — замкнуты.
Рис. 2.50. Расположение контактов внутри реле, когда кнопка отпущена и мультиметр не подает сигнала
Другие типы реле
Я уверен, что описанные в предыдущих разделах функции контактов являются стандартными для реле такого размера, но иногда встречаются реле, работающие иначе. Например, в первом издании этой книги было описано реле, которое имело другие функции контактов.
Если вы впервые столкнетесь с двухполюсным реле на два направления (DPDT), как определить, что происходит внутри? Проще всего проверить различные пары контактов мультиметром, подавая при этом напряжение на катушку. Путем исключения можно выяснить, как соединены контакты.
Вы можете также заглянуть в технический паспорт, в котором должны быть схемы, подобные приведенным на рис. 2.21. Неужели это все, что вам нужно знать о реле? Нет, я рассказал пока только малую часть.
Существуют следующие типы реле:
• Реле с блокировкой, и это означает, что после снятия напряжения с обмотки внутренние переключатели остаются в какой-либо определенной позиции. Реле с блокировкой обычно имеют две катушки, чтобы двигать переключатели в каждом направлении. Я не использую их в этой книге.
• Некоторые реле имеют два полюса, некоторые только один; некоторые работают на два направления, а некоторые на одно.
• Одни катушки работают с переменным током, а другие — с постоянным; как я упоминал ранее, для некоторых реле требуется соблюдать полярность при подаче напряжения на обмотку.
Как всегда, необходимую информацию вы найдете в техническом паспорте на конкретный компонент.
На рис. 2.51 приведен ряд условных обозначений различных типов реле. Тип А — однополюсное, на одно направление. Тип В — однополюсное, на два направления. Тип С — однополюсное, на одно направление (реле изображено в стиле, который мне нравится: с белым прямоугольником, напоминающем, что детали объединены в единый компонент). Тип D — однополюсное, на два направления. Тип Е — двухполюсное, на два направления. Тип F — однополюсное, на два направления, с блокировкой.
Рис. 2.51. Различные условные обозначения реле
На условном обозначении реле внутренний переключатель всегда изображают в неактивном положении, когда питание на обмотку не подается, за исключением реле с блокировкой, где положение контактов переключателя произвольное.
Реле, которое мы исследуем, относится к классу слаботочных. Это означает, что оно не может переключать большие токи. Существуют мощные реле, способные коммутировать сильные токи. Очень важно выбрать реле, которое рассчитано на максимальный ток в вашей цепи (или выше), потому что перегрузка реле приведет к искрению и быстрому разрушению его контактов.
В последующих экспериментах вы узнаете некоторые возможности практического применения реле, например, в домашней системе безопасности. Перед тем как мы перейдем к этой теме, я покажу вам, как превратить реле в генератор, который гудит. Но, думаю, вначале следует заглянуть внутрь.
Рис. 2.52. Первый способ вскрытия реле (не рекомендуемый)
Вскрытие реле
Если вы хотите поскорее добиться результата, то можете вскрыть реле способами, показанными на рис. 2.52 и 2.53. Однако будет лучше, если вы используете самые обычные инструменты: канцелярский или хозяйственный нож.
На рис. 2.54 и 2.55 продемонстрирован прием, которым я обычно пользуюсь в подобных ситуациях. Вы срезаете края пластикового корпуса, скашивая их до тех пор, пока не увидите очень тонкую щель. Продвигаться дальше не следует, детали внутри расположены очень близко к лезвию ножа. Теперь отделите верхушку. Повторите этот процесс с оставшимися гранями корпуса, и если вы будете аккуратны, то реле предстанет в открытом виде, но будет по-прежнему работать, когда вы подадите питание на катушку.
Рис. 2.53. Второй способ вскрытия реле (абсолютно не рекомендуемый)
Рис. 2.54. Срез краев пластикового корпуса реле — первый шаг к его вскрытию (всегда режьте «от себя» и вниз к рабочей поверхности)
Рис. 2.55. Когда край срезан, вы сможете приподнять одну из граней корпуса
Что внутри?
На рис. 2.56 изображена упрощенная конструкция обычного реле. Катушка (А) притягивает рычаг (В). Пластиковый толкатель (С) выдвигается наружу к гибким металлическим ламелям и перемещает электроды (D) между контактами.
Рис. 2.56. Упрощенная конструкция реле
Эта конструкция немного отличается от той, которую я рекомендую для экспериментов в этой книге, но общий принцип такой же. Сравните этот рисунок с фотографией настоящего реле, которое я вскрыл (рис. 2.57).
Рис. 2.57. Реальный образец реле со снятым корпусом. Сторона квадрата сетки равна 2,5 см
Рис. 2.58. Различные реле на 12 В
На рис. 2.58 изображены реле различных размеров вместе со снятыми корпусами. Все они рассчитаны на срабатывание от 12 В постоянного тока. Автомобильное реле (крайнее слева) — самое простое и легкое для понимания, т. к. оно создано без особой заботы о компактности. Остальные реле сконструированы более замысловато, они сложнее устроены и их работу не так просто понять. Обычно, но не всегда, меньшие по размеру реле предназначены для переключения тока меньшей силы по сравнению с более крупными.
Параметры реле
Напряжение обмотки — это номинальное напряжение, которое следует подавать на обмотку реле от источника питания. Ток может быть постоянным или переменным.
Напряжение уставки — минимальное напряжение, которое необходимо, чтобы реле сработало. Это значение будет немного меньше, чем теоретическое напряжение обмотки. На практике реле, возможно, будет срабатывать и при меньшем напряжении, но указанный параметр сообщает вам минимальное значение, при котором устройство будет гарантированно работать.
Рабочий ток — ток через обмотку, когда реле подключено к источнику питания (обычно указывается в миллиамперах). Иногда указывают мощность, потребляемую обмоткой реле, в милливаттах.
Коммутационная способность — максимальное значение силы тока, при которой контакты внутри реле могут переключаться без повреждения. Обычно значение указывается для резистивной нагрузки, подразумевающей пассивное устройство, например, лампу накаливания. Когда вы используете реле для переключения электродвигателя, он создает индуктивную нагрузку, которая вызывает большой начальный импульс тока, прежде чем дойти до рабочей скорости вращения. Выключение двигателя создает обратный импульс. Если в техническом паспорте реле не указана возможность работы с индуктивной нагрузкой, то общее правило следующее — электродвигатель при запуске может потреблять в два раза больший ток в сравнении с рабочим значением.
