Logiikkaohjauspiirien rakentaminen releillä: Signaalin kytkemisestä moottorikäyttöön

Releen perusteet: Sukella syvälle ydinkomponentteihin

Ydinkomponentit

Kela:

Releen "tulo". Kun se on kytkettynä, se synnyttää magneettikentän, joka ohjaa mekaanista mekanismia.

Tärkeimmät parametrit ovat kelan jännite (esim. 5 V, 12 V, 24 V DC) ja kelan vastus, jotka määrittävät tarvittavan käyttövirran.

Yhteystiedot

Releen "lähtö" ja toimilaite. Kokoonpanot voivat olla:

• Single Pole Single Throw (SPST): Kuten yksinkertainen kytkin, vain On/Off-tilat.
• Single Pole Double Throw (SPDT): Logiikkapiirien ydin. Yhteinen liitin (COM) voi vaihtaa normaalisti suljettujen (NC) ja normaalisti auki (NO) koskettimien välillä.
• Double Pole Double Throw (DPDT): Vastaa kahta toisiinsa kytkettyä SPDT-relettä, avain monimutkaiseen kytkentään, kuten moottorin suunnan ohjaukseen.

Tärkeimmät sähköparametrit

Logiikkatoimintojen reletoteutus

Seuraavat ovat klassisia piirejä, jotka käyttävät SPDT-releitä peruslogiikan porttien rakentamiseen. Huomaa, että nämä ovat "vastaavia piirejä", jotka toteuttavat logiikkatoimintoja, eivät nykyaikaisia ​​digitaalisia integroituja piirejä.

Logiikka "EI" -portti

Tavoite: Lähtötila on aina päinvastainen kuin tulotila.

Piirianalyysi:

Kun tulo on LOW, kela ei saa virtaa, COM muodostaa yhteyden Vcc:hen NC-koskettimen kautta ja lähtö on HIGH.

Kun tulo on HIGH, käämiin kytketään virta, COM irtoaa NC:stä ja kytkeytyy NO-liittimeen (joka on kelluva tai maadoitettu), ja lähtö on LOW.

Insinöörikäytäntö:

Flyback-diodi on pakollinen! Se on kytketty käänteisesti rinnakkain kelan poikki (katodi V:hen), joka absorboi kelan synnyttämän taka-EMF:n, kun se on jännitteettömänä, estäen korkeajännitepiikkejä vahingoittamasta ohjaustransistoria tai mikro-ohjaimen I/O-nastaa.

Logiikka "OR"-portti

Maali : Lähtö on HIGH, jos jokin useista tuloista on KORKEA.

Piirianalyysi :

Kahden (tai useamman) releen normaalisti auki (NO) koskettimet on kytketty rinnan.

Jos jokin tulo on HIGH, vastaava NO-kosketin sulkeutuu ja kytkee Vcc:n lähtöön.

Sovellusskenaario :

Monen sijainnin käynnistysohjaus, esim. laite käynnistyy, jos jotakin useista "Käynnistä"-painikkeista painetaan.

Logiikka "AND" -portti

Maali : Lähtö on HIGH vain, jos kaikki tulot ovat KORKEA samanaikaisesti.

Piirianalyysi :

Kahden (tai useamman) releen normaalisti avoimet (NO) koskettimet on kytketty sarjaan.

Vain kun kaikki tulot ovat HIGH, kaikki NO-koskettimet sulkeutuvat samanaikaisesti muodostaen täydellisen polun Vcc:stä lähtöön.

Sovellusskenaario :

Turvalukituksen ohjaus, esim. sekä "Suojaovi kiinni" JA "Käynnistyspainiketta painettuna", on täytettävä, jotta kone käynnistyy.

Klassinen suunnittelusovellus: DC-moottorin suunnan ohjausjärjestelmä

Tämä on yksi edustavimmista relelogiikan kytkennän sovelluksista, nimittäin H-sillan ohjauspiirin rakentamisesta.

Vaihtoehto 1: Kompakti yksireleratkaisu

Toimintaperiaate :

Lepo/oletustila: Käämi jännitteetön, moottorin liittimet A, B-, moottori pyörii yhteen suuntaan (esim. eteenpäin).

Aktivoitu tila: Kela jännitteinen, molemmat kosketinsarjat kytkeytyvät samanaikaisesti, moottorin liittimistä tulee A-, B , moottorin napaisuus vaihtuu, pyörii vastakkaiseen suuntaan.

Edut :

Yksinkertainen piiri, vähän komponentteja, alhaiset kustannukset.

Koska se on mekaanisesti kytketty, se luonnollisesti välttää virtalähteen oikosulkujen riskin.

Epäkohta :

Voi saavuttaa vain kaksi nopeutta (täysi nopeus eteen/taakse), ei voi säätää nopeutta.

Vaihtoehto 2: Joustava kaksoisreleratkaisu

Toimintaperiaate :

Eteenpäin: Vain "Forward Relay" vetää.

Nykyinen polku : Virta → Rele1-kosketin → M → M- → Rele2:n NC-liitin → Virta -.

Käänteinen: Vain "käänteinen rele" vetää.

Nykyinen polku : Virta → Rele2-kosketin → M- → M → Rele1:n NC-liitin → Virta -.

Pysäytys: Molemmat releet ovat jännitteettömät.

Edut :

Korkea joustavuus : Helppo lisätä "Stop"-tila.

Helppo toteuttaa lukitus: Varmistaa ohjauslogiikassa, että molemmat releet eivät voi vetää yhtä aikaa, mikä estää virtalähteen oikosulun.

Epäkohta :

Vaatii ylimääräistä lukituslogiikkaa (voi olla mekaanisesti lukittuja kontaktoreita tai sähkölogiikka lukitusta piirissä).

Järjestelmän integrointi ja käytännön huomioita

Tämä kaavio näyttää, kuinka käyttäjän syöte (Fwd/Rev-kytkin) on integroitu ohjauslogiikkaan. Erilaiset kytkimien asennot tarjoavat erilaiset virtareitit relekäämille, mikä määrittää moottorin tilan.

Tämä kaavio korostaa järjestelmän eheyttä :

Tehoosasto: BAT1/BAT2 (virtalähde), MOT_1 (kuorma), RLY1 (toimilaite).

Ohjausosasto : "Polariteettiohjauspiiri" (releohjainpiiri). Tämä osa voidaan rakentaa käyttämällä transistoreja, mikrokontrollereita, logiikkasiruja jne., ja se toimii älykkäinä ohjausaivoina.

Edistynyt suunnittelu- ja luotettavuustekniikka

Jotta kaavapiiristä saadaan vakaa ja luotettava tuote, seuraavat tekniset yksityiskohdat on otettava huomioon:

Kelakäyttöpiirin suunnittelu

Mikro-ohjaimen I/O-nastoilla on rajoitettu asema; transistoria tai MOSFETiä on käytettävä kytkimenä relekelan ohjaamiseen.

Laske tarvittava kantavastus varmistaaksesi, että transistori kyllästyy ja tuottaa riittävän kelavirran.

Kosketinsuojapiiri

Kun induktiivisia kuormia, kuten moottoreita, katkaistaan, koskettimien välillä syntyy voimakasta kipinöintiä, joka syövyttää niitä ja lyhentää niiden käyttöikää.

RC Snubber Circuit: Kytke vastus ja kondensaattori sarjaan ja sitten rinnan koskettimiin. Tämä imee tehokkaasti energiaa ja vaimentaa kaaria.

Metallioksidivaristori (MOV): Yhdistä koskettimiin jännitepiikin vaimentamiseksi.

Laitteiston lukitus

Kaksoisreleratkaisussa on ehdottoman tärkeää varmistaa, että Forward- ja Reverse-releet eivät koskaan kytkeydy päälle samanaikaisesti, koska tämä aiheuttaisi suoran oikosulun virtalähteen liittimiin, jolla on tuhoisia seurauksia.

Tapa 1: Käytä mekaanisesti lukittuja kontaktoreita, joissa toisen kytkeytyminen fyysisesti estää toista kytkeytymästä.

Tapa 2: Suunnittele sähköinen lukitus käyttöpiirin tasolla, esim. kytkemällä yhden releen NC-kosketin sarjaan toisen releen kelan kanssa.

Tilanäyttö ja diagnostiikka

Aseta rinnakkain LED-merkkivalo relekelan yli näyttääksesi visuaalisesti nykyisen tilan.

Sisällytä sulake tai PTC-palautettava sulake ohjauspiiriin ylivirtasuojausta varten.

Tutustu reletuotteisiin

FANHAR Electronics tarjoaa korkean suorituskyvyn tehoreleet suunniteltu nykypäivän älykkäisiin koteihin, teolliseen ohjaukseen, uusiin energiajärjestelmiin ja muihin vaativiin sovelluksiin. 30 sarjan ja satojen eritelmien ansiosta valikoimamme tarjoaa optimaalisen yhdistelmän kytkentäkykyä, energiatehokkuutta ja luotettavuutta.

Usein kysytyt kysymykset

K1: Miksi flyback-diodi on pakollinen relekelan yli?

Kun kela on jännitteetön, sen induktanssi synnyttää käänteisen jännitepiikin (back EMF). Flyback-diodi tarjoaa turvallisen kiertotien kelavirralle, kiristäen piikin ja suojaavat transistoria, MCU-nastaa tai muita ohjainpiirejä.

Q2: Mitä eroa on NO, NC ja COM välillä?

COM on yhteinen pääte. NC (Normally Closed) on kytketty COM-verkkoon, kun kela on jännitteetön. NO (Normally Open) irrotetaan COM:sta, kun kela on jännitteettömänä, ja kytkeytyy COM:iin, kun käämiin on kytketty virta. SPDT-rele vaihtaa COM:n välillä NC ja NO.

Q3: Kuinka rakennan TAI- ja JA-logiikkaa releillä?

kytke kahden tai useamman releen NO-koskettimet rinnan. Jos jokin rele vetää, lähtö on kytketty Vcc:ään. JA: kytke NO-koskettimet sarjaan. Vain kun kaikki releet aktivoituvat, polku Vcc:stä lähtöön sulkeutuu.

Q4: Voidaanko releitä käyttää tasavirtamoottorin PWM-nopeuden säätöön?

Yleensä ei. Sähkömekaanisilla releillä on millisekuntien toiminta-/vapautusajat ja rajoitettu mekaaninen/sähköinen käyttöikä, minkä vuoksi ne eivät sovellu suurtaajuiseen PWM:ään. Käytä MOSFETtejä, IGBT:itä tai puolijohdereleitä PWM-nopeuden säätöön.

Q5: Kuinka valitsen sähkömekaanisen releen ja puolijohdereleen (SSR) välillä?

Valitse sähkömekaaninen rele korkean eristyksen, suuren tehokapasiteetin, alhaisten kustannusten ja yksinkertaisen logiikan vuoksi, varsinkin kun kytkentänopeus ei ole kriittinen. Valitse SSR korkean kytkentätaajuuden, pitkän käyttöiän ja ilman liikkuvia osia varten, mutta ota huomioon vuotovirta, lämmön haihtumista ja hinta.