ИМПУЛЬСНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЛЕ
А. ТРИФОНОВ г. Санкт-Петербург
В этой подборке статей авторы делятся опытом применения электромагнитных реле в экономичных устройствах.
Известно, что ток отпускания якоря Iотп электромеханического реле меньше, чем ток срабатывания 1ср, B. Отношение Iотп/Iсраб принято называть коэффициентом возврата Квоз. Рабочий же ток Iраб реле - его номинальное значение в технической документации указывают с допускаемыми пределами, в границах которых гарантирована надежная работа реле, - должен быть всегда больше, чем ток срабатывания. Нижнее значение тока Iраб равно произведению Iсраб на минимальный коэффициент запаса Кзап. Запас обеспечивает необходимое время срабатывания tсраб и характеризует работоспособность реле при воздействии дестабилизирующих факторов [1].
Для реле, у которого время срабатывания tсраб не превышает 6 мс, коэффициент запаса - не менее 1,7, а нижняя граница коэффициента возврата находится в интервале 0,06...0,29 [1]. Удержать реле включенным (при отсутствии ударов и вибрации) способен ток удержания 1уд, который обычно меньше рабочего в несколько раз.
Для повышения экономичности реле уменьшают ток через его обмотку после срабатывания [2] путем коммутации контактами реле либо пускового элемента в цепи обмотки - резистора или конденсатора, либо второй обмотки реле. При импульсном включении обмотки необходимое соотношение Iраб и Iуд поддерживается параметрически.
Схема импульсного питания реле с пусковым конденсатором показана на рисунке. В момент подачи напряжения питания Uпит через цепь протекает импульс тока амплитудой IА=Iраб=Uпит/Rобм, вызывающий срабатывание реле К1 (Rобм - сопротивление обмотки реле). По окончании зарядки конденсатора С1 в цепи устанавливается ток Iуд=Uпит/(Rобм+R1).
После отключения напряжения Uпит конденсатор С1 разряжается через резистор R1. По истечении времени разрядки, которое примерно в три раза больше постоянной времени tразр=R1•С1, узел готов к следующему включению. Диод VD1 гасит импульсы напряжения самоиндукции обмотки реле при выключении тока управления. Номиналы элементов для некоторых примеров построения узла и значения основных параметров сведены в таблицу (см. левую и выделенную красным цветом среднюю ее части).
|
N п/п |
Uпит. В |
Реле |
Паспорт |
Rобм., Ом |
Ia, мА |
С1, мкФ |
R1, кОм |
Iуд, мА |
Лампа |
Iа. мА |
Iуд, мА |
|
1 |
27 |
РЭС10 |
РС4.529.031-11 |
630 |
43 |
20 |
0,91 |
18 |
КМ24-35 |
40 |
21 |
|
2 |
6 |
РЭС43 |
РС4.569.201 |
115 (2) |
52 |
20 |
0,24 |
17 |
СМН6,3-20 |
40 |
16 |
|
3 |
12 |
230 (3) |
52 |
10 |
0,3 |
23 |
КМ24-35 |
22 |
|||
|
4 |
460 (4) |
26 |
5 |
1,2 |
7 |
СМН6,3-20 |
24 |
16 |
|||
|
5 |
24 |
52 |
5 |
3 |
7 |
КМ24-35 |
44 |
22 |
2) Параллельное соединение обмоток.
3) От одной обмотки из двух.
4 Последовательное соединение обмоток.
Герконовое реле РЭС43 имеет две обмотки сопротивлением 230 Ом каждая, общие для двух герконов. От одной обмотки оно работает при напряжении 12 В, в случае параллельного согласного включения обмоток - при 6 В, а последовательного согласного - 24 В. Нижняя граница Квоз, рассчитанная по [1] для реле РЭС43, - 0,17. Конкретное значение этого коэффициента зависит от схемы включения обмоток. Последовательному соединению обмоток соответствует измеренное значение Квоз=0,5, параллельному - 0,6, а при работе от одной обмотки - 0,8.
Среди реле, указанных в [1], РЭС86 имеет наименьшую нижнюю границу Квоз=0,06. Оно рассчитано на напряжение 5 В, допустимый рабочий ток через обмотку - от 17,5 до 70 мА, а в корпусе реле имеется встроенный диод Д223, что позволяет собрать экономичный узел, содержащий наименьшее число элементов. Для работы в узле наиболее пригодны реле с минимальным временем срабатывания.
Пусковую характеристику, подобную "конденсаторной", имеет и лампа накаливания. Поэтому ее также можно использовать в узле импульсного питания реле, а в некоторых случаях она может оказаться предпочтительнее.
Лампу включают так же, как и конденсатор - последовательно с обмоткой; шунтирующий резистор не нужен. Холодная нить накаливания лампы имеет значительно меньшее сопротивление R„ чем "горячее" Rг. В момент подачи напряжения Uпит амплитуда импульса тока Iд=Uпит/(Rобм+Rx) находится в пределах допуска рабочего тока реле К1. Поэтому оно срабатывает.
По истечении времени разогревания нити лампы она принимает наибольшее сопротивление Rг и в цепи устанавливается ток Iуд=Uпит/(Rобм+Rг). В установившемся режиме лампа слабо светит, сигнализируя о протекании через обмотку реле тока удержания Iуд. При отключении напряжения нить накаливания лампы остывает и через некоторое время узел готов к следующему включению. Примеры построения узла с лампой накаливания представлены в правой - "зеленой" - части таблицы.
Измеренное сопротивление холодной нити лампы КМ24-35 равно 73 Ом, а СМН6.3-20 - 36 Ом. Четкость срабатывания реле можно увеличить шунтированием лампы конденсатором. Его емкость подбирают экспериментально. С коммутаторной лампой КМ24-35 ток удержания устанавливается через 100 мс после подачи напряжения, а с миниатюрной бесцокольной лампой СМН6.3-20 - через 50 мс. Лампа работает в облегченном режиме, поэтому служит очень долго. Ток удержания реле меньше, чем рабочий ток лампы. Пусковой ток лампы равен рабочему току реле.
Ток удержания в 1,5...7,4 раза меньше, чем рабочий ток реле - это не единственная особенность описываемых узлов. Гистерезис узла с конденсатором меньше, чем гистерезис реле. При плавном уменьшении напряжения Опит реле в узле с лампой в общем случае отпустит якорь при меньшем значении напряжения, чем в узле с конденсатором. Время срабатывания реле не более значений, указанных в [1]. Узел с лампой накаливания можно использовать для реле, работающего на переменном токе.
Импульсное включение реле увеличивает срок службы герконов в среднем в три раза [3]. Во многих случаях описанный способ пригоден для питания электромагнитов.
В режиме форсированного импульсного питания, когда ток включения больше рабочего, магнитодвижущая сила обмотки увеличится, а время срабатывания реле уменьшится. Так, например, в защитном устройстве [4] реле К1 питают через балластный резистор R14. Форсированный режим питания этого реле легко получить, если сопротивление резистора R14 увеличить до 15 кОм и подключить параллельно ему конденсатор емкостью 2,2 мкф на напряжение 160 В. Быстродействие устройства увеличится, а потребляемая устройством мощность и нагревание элементов R12, VD4, R14, К1, VS1 уменьшатся.
ЛИТЕРАТУРА
1. Игловский И. Г.,Владим>фов Г. В. Справочник по слаботочным электрическим реле. - Л.: Энергоатомиздат, 1990.
2. Клименко Б. В. Форсированные электромагнитные системы. - М.: Энергоатомиздат, 1989.
3. Бутковский А. Г.ЧеркашинА. Ю. Оптимальное управление электромеханическими устройствами постоянного тока. - М.:Энергия, 1972.
4. Дубинин Ф. Реле защитного отключения. - Радио,1999,№ 1,с.40.
* * *
Для одного из собираемых мною устройств потребовалось экономичное электромагнитное реле на напряжение срабатывания несколько вольт. Обращение к справочнику по реле подтвердило, что ассортимент таких реле очень скуден и к тому же их ток срабатывания весьма велик (у большинства - около 50 мА).
Не найдя подходящего реле в продаже, я решил поэкспериментировать с самодельным реле на базе геркона. На концах его баллона приклеил две щеки диаметром 10 мм из фольгированного стеклотекстолита и намотал до заполнения провод ПЭВ-1 0,09 (около 700 витков). Измерения показали, что напряжение замыкания геркона равно 0,7 В при токе 30 мА, а размыкания - 0,3 В при токе 15 мА. Увеличением числа витков и выбором более тонкого провода напряжение срабатывания можно несколько увеличить. Однако приобретение тонкого провода и его намотка в любительских условиях тоже представляют собой немалую проблему.
Поэтому я решил задачу иным путем. Последовательно с обмоткой реле включил параллельную RC-цепь. Резистор по сопротивлению подобрал таким, чтобы ток через обмотку реле был равен 20 мА, т. е. больше, чем ток размыкания геркона. Емкость конденсатора - 20 мкф.
При включении напряжения питания 9 В короткий импульс зарядного тока конденсатора заставляет реле сработать, после чего оно удерживается во включенном состоянии током через резистор. С конденсатором емкостью 10 мкф реле срабатывает при напряжении 10 В. Если напряжение питания увеличивать медленно, геркон замыкается при напряжении 16 В, а размыкается при 8 В.
Варьируя номиналы конденсатора и резистора, удается существенно расширить возможности применения реле.
В. СУВОРОВ г. Железногорск Курской обл.
Радио 4/2001, с.38-40.