Содержание
Систему управления освещением на импульсных реле уже нельзя назвать каким-то ноу-хау. Появилась она очень давно.
Однако широкая практика внедрения и использования бистабильных реле, так их еще называют по-научному, вместо старых проверенных временем проходных выключателей, получает все большее распространение именно сейчас.
Конечно, есть и более современные устройства, основанные на управлении по Wi-Fi сигналу или подключенные к ПЛК (PLC), однако импульсники (блокировочные реле) более доступны по деньгам широкому кругу рядовых пользователей.
В среднем их цена колеблется в пределах 1000 — 1500 рублей за штуку, в зависимости от производителя и функциональности (встроенный таймер, функция центрального управления и т.п.)
А еще они более ремонтно-пригодны. При выходе из строя какой-то одной релюшки, у вас перестанет работать всего лишь одна зона освещения, а не пропадет свет во всем доме, как это будет с PLC.
Давайте рассмотрим, как это все работает, по каким схемам подключается и постараемся разобраться, лучше это или хуже проходных выключателей.
В длинных коридорах, на лестницах при подъеме с первого на второй этаж, в спальнях, очень удобно включать свет при входе, а выключать его совсем в другом месте (на выходе или возле кровати).
Везде в таких случаях электрики рекомендуют устанавливать проходные (маршевые) и перекрестные выключатели.
В чем же существенная разница между ними и импульсными реле? И почему все отказываются от выключателей?
Как выглядит схема подключения на проходных? Как правило, питание первых делом подводится к ответвительной коробке под потолком, а далее от нее к самим выключателям. Для монтажа применяется трехжильный кабель ВВГнг-Ls 3*1.5мм2.
Чем больше переключателей вы будете ставить, тем больше проводов вам потребуется.
При монтаже проходных двухклавишников, у вас уже появляется 6 контактов, к каждому из которых нужно подвести провода.
А попробуйте такой пучок грамотно соединить в распредкоробке? Не всякий электрик сразу разберется с такой схемой подключения.
При этом каждый из выключателей пропускает непосредственно через себя весь ток нагрузки. А значит при коммутациях или коротком замыкании, вполне возможно выгорание контактов.
Еще одной особенностью проходных является отсутствие фиксированного положения клавиши. Вы не можете по ее состоянию понять, включен выключатель или отключен, как это делается на одноклавишнике.
Это будет напрямую зависеть от других “собратьев”, собранных в одну цепочку. Что не всегда удобно и требует привыкания.
При использовании импульсных реле, применяются уже другие виды выключателей – кнопочные, звонковые или нажимного типа.
За редким исключением, например для реле Меандр РИО-2. Но об этом чуть позже.
Исходя из этого факта, на импульсные реле нельзя подавать сигнал слишком длительное время, иначе у него сгорит катушка. Некоторые производители предупреждают, что время непрерывной подачи сигнала на их моделях должно составлять не более 1 минуты.
А некоторые детки очень любят поиграться с такими кнопочками, после чего они и выходят из строя.
Кнопочные выключатели внешне напоминают обычные, только внутри их конструкции имеется возвратная пружинка, которая после каждого нажатия возвращает клавишу и контакт в исходное положение.
Есть и двухклавишные кнопки в одном корпусе.
Они пригодятся, когда вы захотите подключить от одного реле общее освещение на кухне и одновременно подсветку рабочей зоны столешницы.
Либо в зале – люстру и подсветку по периметру, плюс отдельно бра.
Многие вместо специальных выключателей используют подпружиненные кнопки для дверных звонков.
Самое главное преимущество всех этих реле заключается в том, что кнопки между собой подключаются параллельно и для этого достаточно двухжильного провода.
В независимости от того, какое количество кнопок вы задействуете – две, три, четыре и т.д.
Это существенно экономит затраты на кабель и упрощает подключение освещения.
Сравните наглядно схему и количество проводов одного и того же помещения, при монтаже проходных выключателей и импульсных реле.
Схема на проходных выключателях 
Схема на импульсном реле
Как видите, во втором случае присутствует минимум двойная экономия (двухжильный кабель вместо четырехжильного, меньшее количество соединений, больше свободного места в распредкоробках). Функционал освещения в комнате от этого нисколько не пострадал.
Чтобы правильно подключить импульсное реле, нужно понимать какие у него есть контакты и за что они отвечают.
Как правило, это:
-
два контакта на катушку питания А1-А2
На один из них, фаза либо ноль приходят постоянно, а на другой, как раз-таки и подается импульс после нажатия кнопки.
-
силовые контакты 1-2, 3-4 и т.д.
Проходя через них, ток поступает на светильник.
Вот простейшая схема подключения одного импульсного реле на группу кнопочных выключателей.
Обратите внимание, что в импульсном реле нагрузка вовсе не проходит через кнопку. Нажимая ее, вы всего лишь даете импульс на катушку, которая и замыкает силовой контакт.
В некоторых моделях подавать управляющий импульс можно как через фазный проводник, так и через нулевой.
Представьте, что существенная и разветвленная часть эл.проводки у вас в доме даже не будет находится постоянно под напряжением, как это происходит с обычными выключателями света. Насколько это повысит пожаро и электробезопасность!
Некоторые разновидности имеют сразу несколько контактов. От них можно подключать две, три и более групп освещения.
Прохождение всей нагрузки через реле означает, что подгорание или выгорание контактов на кнопках практически исключено. Многие, радуясь такому обстоятельству, смело занижают сечение линий освещения до 0,5мм2 или 0,75мм2. Либо вообще “кидают” витую пару.
При этом обратите внимание, все реле (группа или одиночное) должны обязательно подключаться после автомата.
Для комфортного проживания сегодня во многих домах и квартирах используются автоматизированные системы с электроникой. Возможно, вы уже слышали о проходных и маршевых выключателях: они помогают собрать схему управления освещением в нескольких местах. Несмотря на практичность принципы работы такой системы с разводкой проводов, а также ее подключение – дело не слишком простое. Тем не менее, существует более простой вариант – применение интересного бистабильного устройства, которое по-другому называется импульсное реле.
Назначение и где применяется
Этот переключатель предназначен для включения или отключения нагрузки при подаче сигнала на контакты. Реле называется бистабильным, потому что переключение в состояние включено-выключено происходит именно тогда, когда сигнал подается на управляющий вход. И в этом же положении реле остается после окончания входного сигнала.
Примечательно, что даже после отключения от электросети импульсное реле «запоминает» последнее положение контактов, а при включении возобновляет то состояние, которое было до выключения.
В быту данное устройство используется очень часто благодаря своему удобству, так как освещение можно контролировать как минимум из двух точек. Например, включение света произошло в спальне, а выключение – в коридоре перед выходом из квартиры. Такая система придется кстати в случае, когда помещения очень длинные и масштабные по размерам.
ВНИМАНИЕ! Помимо комфорта импульсное реле предлагает решение также и для такой задачи, как защита и сигнализация. К примеру, на промышленных фирмах, где требуется высокая электрическая мощность, прибор обеспечивает безопасность оператора благодаря тому, что работает от малого напряжения и может управляться дистанционно.
Принцип работы и внешний вид
Если говорить обобщенно, реле представляет собой электрический механизм, замыкающий или разрывающий электрическую цепь. Его работа осуществляется исходя из электрических или других параметров, которые на него действуют.
Выбирая режим работы реле нужно руководствоваться частотой включений, величиной тока, а также характером испытываемых нагрузок.
Конструкция состоит из следующих компонентов:
- Катушки.
Катушка является медным проводом, который намотан на немагнитный материал; может находиться в тканевой изоляции или быть покрытым специальным лаком, который не пропускает электричество; - Сердечника.
Он содержит железо и приходит в действие при проходе тока через витки катушки; - Подвижного якоря.
Такой якорь является пластиной, крепящейся к якорю, он воздействует на замыкающие контакты; - Контактной системы.
Она является переключателем состояния цепи.
В основе работы реле – электромагнитная сила, появляющаяся в сердечнике катушки при пропускании через нее тока.
Катушка является втягивающим устройством, в котором сердечник связан с подвижным якорем. Он и приводит в действие силовые контакты. А к катушке можно дополнительно подключать резистор для увеличения точности срабатывания.
Разновидности импульсных реле
ВАЖНО! Бистабильное реле – это реле, которое может находиться в двух фиксированных (стабильных) состояниях. Из-за особенностей применения этого устройства его иногда называют «блокировочным» реле, так как оно блокирует сеть в одном состоянии.
Между некоторыми реле существуют большие отличия, поэтому их можно разделить, в основном, на 2 категории:
- электромеханические реле;
- электронные импульсные реле.
Электромеханические
Этот тип устройств потребляет электроэнергию только в момент срабатывания. Механизм блокировки обеспечивает высокую надежность и экономит электричество. Система работает неплохо: имеется в виду защита от колебаний в сети, которые приводят к ложным срабатываниям.
В основе конструкции: катушка, контакты, механизм с кнопками для включения-выключения.
Реле электромеханического типа считаются более надежными и удобными в использовании, так как не боятся помех. Плюс, к ним нет высоких требований для места установки.
Электронные
Электронные импульсные реле имеют характерную особенность: они используют микроконтроллеры. Благодаря этому в них присутствует расширенный функционал. К примеру, такие устройства позволяют добавлять таймер. Другие дополнительные функции помогают в построении сложных систем освещения.
В основе конструкции: электромагнитная катушка, микроконтроллеры, полупроводниковые ключи.
Электронные реле популярнее других типов благодаря функционалу и разнообразию, которое можно к ним добавить: можно создавать изделия для освещения любой сложности. Также возможно подбирать их под любое напряжение – 12 вольт, 24, 130, 220. В зависимости от установки такие реле могут быть DIN-стандартными (для электрощитов) и обычными (с другими способами монтирования).
Основные технические характеристики
Реле можно классифицировать по следующим параметрам, в зависимости от назначения и области применения:
- возвратный коэффициент – это отношение тока выхода якоря к току втягивания;
- выходной ток – это максимальное значение тока в катушке при выходе якоря;
- ток при втягивании – минимальное значение тока в катушке при возвращении якоря в исходное положение;
- уставка – величина срабатывания в пределах, которые заданы в реле;
- значение срабатывания – входной сигнал, на которое устройство отвечает автоматически;
- номинальные значения – это напряжение, ток и другие величины, которые лежат в основе действия реле.
Электромагнитные реле можно еще разделить по времени срабатывания. У такого устройства присутствует такой параметр, как долгая задержка – более 1 секунды, с возможностью настройки. Далее идут замедленные – 0,15 секунд, нормальные – 0,05 секунд, быстродействующие, самые быстрые безинерционные – менее 0,001 секунды.
Другими техническими характеристиками импульсного реле могут быть:
- максимальная нагрузка лампами накаливания;
- количество и тип контактов;
- диапазон рабочих температур;
- относительная влажность воздуха;
- и др.
Схемы подключения
Импульсное реле очень часто используется с подключением нескольких выключателей с пружинным возвратом кнопки. Подключаться они должны параллельно друг к другу по всем требованиям.
Для организации схемы управления освещением следует подключить силовой провод к бистабильному реле. А выключатели между собой соединяются посредством проводка. Благодаря этому в дальнейшем есть возможность обесточить всю сеть, используя всего один выключатель.
Данный вариант популярен, так как упрощается монтаж. При этом надо рассчитывать характеристики точно: к примеру, поддержку светодиодной подсветки кнопок, чтобы сеть полноценно функционировала.
Чтобы было удобнее, можно проверять маркировку. Производители используют такие обозначения, как:
- А1-А2 – контакты катушки;
- 1-2 (или другие цифры) – количество контактов, замыкающихся или размыкающихся при работе бистабильного реле;
- ON-OFF – маркировка контактов, которые переводят реле в состояние выключения или включения (используется при монтаже центрального управления).
СПРАВКА! Как правило, используется реле 220 вольт для подключения к силовому щиту. В этом случае к контактам подключаются кабели, и в дальнейшем управление выполняется через импульсное реле. А отдельные выключатели во всей системе освещения соединены проводками.
Достоинства и недостатки
Основные типы реле обладают множеством достоинств над полупроводниковыми ключами, такими как:
- относительно низкая стоимость (благодаря недорогим составляющим);
- присутствует мощная изоляция между катушкой и контактной группой;
- не подвержены вредному влиянию перенапряжения, помехам молний, коммутации мощных электрических установок;
- есть управление линиями с нагрузкой до 0,4 кВ (при малом объеме устройства).
Дополнительный плюс – отсутствие проблемы охлаждения и безвредность для атмосферы. Например, при замыкании с током в 10 А в реле по катушке распределяется меньше, чем 0,5 Вт. В сравнении с электронными аналогами данное значение выше 15 Вт.
Недостатки импульсного реле:
- износ, а также проблемы коммутации индуктивных нагрузок и высоких напряжений (если ток постоянный);
- при включении и выключении цепи происходят радиопомехи, поэтому требуется экранирование;
- относительно долгий период времени срабатывания.
Серьезным минусом можно считать непрерывный износ при коммутации (деформация пружин, окисление контактов, например).
Однако стоит уточнить, что при использовании именно электронных реле, есть такие плюсы как: безопасность, хорошая скорость подключения, доступность на рынке, бесшумная работа, расширенный функционал. А среди минусов: перегрев при коммутации больших токов, нарушение работы при сбоях в электросети, сопротивление в закрытом положении и др.
Импульсными реле называют такие, которые изменяют состояние выходной цепи под действием коротких импульсов, подаваемых в цепь управления. В паузах между импульсами состояние выходной цепи, установленное последним импульсом, остаётся неизменным. Их применяют, например, в системах управления освещением и вентиляцией. Несмотря на то что такие реле (они бывают чисто электромеханическими и электронными) выпускает промышленность, автор предлагает свою конструкцию электронного импульсного реле, по его мнению, более дешёвую.
Часто бывает необходимо включать одну и ту же нагрузку, например освещение, из нескольких разных мест. Это может быть длинный коридор или лестница, где при входе свет нужно включить, а дойдя до другого конца, выключить. Схема соединения ламп и выключателей при этом становится более сложной, чем обычно, особенно если нагрузку нужно включать и выключать не из двух, а из трёх и более мест.
В таких случаях удобнее применять импульсное реле, установленное вблизи от нагрузки, а маломощные цепи управления им развести во все нужные места и соединить параллельно. Органами управления в этом случае будут служить кнопки или устройства дистанционного (например, по радиоканалу) управления, не фиксируемые во включённом состоянии, а подающие сигналы включения и выключения в виде кратковременных замыканий контактов.
Промышленность выпускает большой ассортимент импульсных реле, например, РИО-1, A9C30811, EPN510 и многие другие. Но все они слишком дороги. Самостоятельное изготовление их аналогов обойдётся в несколько раз дешевле.
Импульсное реле, изготовленное автором, не претендует на оригинальность и состоит из D-триггера К561ТМ2, узлов его защиты от помех и дребезга контактов, а также исполнительного электромагнитного реле. Схема импульсного реле изображена на рис. 1.
Рис. 1. Схема импульсного реле
Конденсатор C3 и резистор R3 предназначены для того, чтобы при подаче
на колодку XT1 напряжения питания установить на прямом выходе (вывод 1) триггера DD1.1 низкий уровень напряжения, а на его инверсном выходе (вывод 2) — высокий. Если напряжение питания на нагрузку подаётся через контакты 1 и 3 колодки XT4, после включения питания импульсного реле она останется выключенной, а если через контакты 2 и 3 той же колодки — включённой.
Любое число кнопок управления (без фиксации), подключённых между контактными колодками XT2 и XT3, оказываются соединёнными параллельно. Поэтому нажатие на любую из них приводит к замыканию цепи питания излучающего диода транзисторного оптрона U1. Пока ни одна кнопка не нажата, ток через излучающий диод оптрона не течёт, его фототранзистор закрыт.
При нажатии на любую кнопку через излучающий диод и резистор R1 потечёт ток, в результате чего излучение диода откроет фототранзистор оптрона U1. Обеспечиваемая оптроном электрическая изоляция цепи управления от остальных узлов реле необходима для надёжной защиты от помех, наводимых на провода, идущие к кнопкам. Чем больше кнопок, тем длиннее провода и больше помех, наводимых на эти провода.
При открытом фототранзисторе с вывода 3 оптрона U1 на резистор R2 поступает напряжение около 9 В, поэтому на входе C триггера DD1.1 происходит смена низкого логического уровня высоким. Это приводит к установке на прямом выходе (выводе 1) триггера DD1.1 такого же уровня, какой в этот момент присутствовал на входе D триггера. Поскольку этот вход через цепь задержки R5С6 соединён с инверсным выходом (выводом 2) DD1.1, этот уровень был высоким и станет таким же на прямом выходе, а на инверсном — противоположным ему, низким. Состояние полевого транзистора VT1, реле K1 и управляемой им нагрузки изменится и останется таким до следующего нажатия на кнопку.
При следующем нажатии на любую кнопку (не обязательно на ту же, на которую нажимали ранее) триггер DD1.1 перейдёт в состояние с низким уровнем на прямом выходе (поскольку уровни на инверсном выходе и входе D были низкими). Это приведёт к закрыванию транзистора VT1, прекращению тока через обмотку реле K1 и возвращению нагрузки в исходное состояние. Цепь R5C6 нужна для того, чтобы сигнал с инверсного выхода триггера поступал на его вход D с небольшой задержкой. Это защищает нагрузку от многократных включений-выключений, вызванных дребезгом контактов кнопок управления. Конденсаторы C2 и C5 подавляют помехи.
Я использую несколько таких импульсных реле, установленных в одном шкафу. Поэтому применил их питание напряжением 12 В, которое поступает от общего источника. Практика показала, что для повышения стабильности работы импульсных реле в каждом из них должен быть свой стабилизатор напряжения 9 В для питания триггера. Он выполнен на интегральном стабилизаторе напряжения 78L09 (DA1) с фильтрующими конденсаторами C1 и C4.
Светодиод HL1 сигнализирует о наличии напряжения питания 12 В. Включённый светодиод HL2 показывает, что напряжение подано на обмотку реле K1, которое должно сработать. Резисторы R4 и R7 ограничивают ток через светодиоды.
Чертёж печатной платы описанного варианта импульсного реле изображён на рис. 2. Её размеры — 72×32 мм. Резисторы и конденсаторы можно использовать любые. Те из них, что монтируют на поверхность платы, должны быть типоразмера не более 1206. Полевой транзистор IRLML0030 можно заменить другим N-канальным с допустимым током стока не меньше, чем ток обмотки реле.
Рис. 2. Чертёж печатной платы
Винтовые зажимные колодки XT 1 — KF301-2P, XT2-XT4 — KF301-3P Для их контактов допустим ток до 16 А. Реле K1 — SRD-12VDC-SL-C с сопротивлением обмотки 400 Ом. Допустимый ток контактов этого реле — 10 А. Именно этого значения не должен превышать ток нагрузки. Указанное реле можно заменить любым другим с номинальным напряжением обмотки 12 В и её рабочим током не более допустимого тока стока транзистора VT1. Достаточно мощными должны быть и контакты выбранного реле. Естественно,
при замене реле тоже может потребоваться доработка печатной платы.
Вместо электромагнитного реле можно использовать коммутатор переменного тока на симисторе, собрав импульсное реле по схеме, показанной на рис. 3. Симисторный узел здесь аналогичен рекомендованному в техническом описании оптосимистора МОС3063. Светодиод HL2 в симисторном варианте реле включён последовательно с излучающим диодом опто-симистора U2 и светится, когда подана команда на открывание симистора VS1. Остальная часть устройства осталась прежней.
Рис. 3. Схема импульсного реле
Если электромеханическое реле заменено симистором, допустимый ток нагрузки зависит от параметров последнего. Для применённого симистора BT136-600 — это 12 А. Но при мощности нагрузки более 150 Вт указанному симистору необходим теплоотвод, место для которого на печатной плате, изготовленной по чертежу, приведённому на рис. 4, предусмотрено.
Рис. 4. Чертёж печатной платы
Файлы печатных плат в формате Sprint Layout 6.0 имеются здесь.
Автор: А. Гусев, г. Муром Владимирской обл.
Мнения читателей
- Нежнов Алексей / 13.11.2019 — 20:33
Надо бы попробовать собрать схему, если все будет работать как описано, то автору огромный респект!
Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному вышематериалу:
