Serwisy partnerskie:
Close icon
Serwisy partnerskie

Jak działa elektromechaniczny przerzutnik bistabilny typu T?

W EdW 2/2019 przedstawione było rozwiązanie zadania Jak10 z informacją, że układ o schemacie narysowanym na dwa sposoby na rysunku 1 to bistabilny przerzutnik T (toggle), który po każdym naciśnięciu przycisku W1 zmienia stan styku wyjściowego S1.2.
Article Image

Co ważne, taki przerzutnik w spoczynku w ogóle nie pobiera prądu, dlatego taki prosty elektromechaniczny układ może się okazać atrakcyjny także dla współczesnych elektroników. Tak, ale trzeba dobrze rozumieć jego pracę, wymagania i ograniczenia, żeby prawidłowo dobrać przekaźniki oraz napięcie zasilania. Fotografia tytułowa pokazuje taki układ wzbogacony o obwody opóźniania włączenia.

Wydaje się, że działanie zwykłego przekaźnika rozumie każdy elektronik. W tym wypadku jednak w grę wchodzą pewne drobne szczegóły, które trzeba dokładniej przeanalizować.

Rys.1a,1b Elektromechaniczny przerzutnik bistabilny typu T - stan styków podczas spoczynku układu

Na pozór proste zadanie Jak10, dotyczące działania dwóch najzwyczajniejszych przekaźników, okazało się bardzo trudne. Wzbudziło nie tylko zainteresowanie, ale i wątpliwości, ponieważ nie były podane ani napięcie zasilania, ani napięcie nominalne przekaźników, co w tym przypadku ma kluczowe znaczenie, bo decyduje o tym, jak będzie działał układ.

Zacząć trzeba od omówienia działania układu z rysunku 1, przy czym warto wykorzystać łatwiejszą do analizy postać schematu z rysunku 1b, który pokazuje stan styków podczas spoczynku układu. Pomocą będzie rysunek 2, na którym z lewej strony przedstawiona jest pełna postać układu, a z prawej – postać uproszczona w poszczególnych fazach pracy układu. Kolorem żółtym zaznaczone są przekaźniki działające, w których przyciągnięcie kotwicy zmieniło stan styków. S

tan spoczynkowy przedstawiony jest na rysunku 2a. W spoczynku żaden z przekaźników nie działa, a układ nie pobiera prądu.

Rys.2a,2b,2c Elektromechaniczny przerzutnik bistabilny typu T - uproszczona postać układu (poszczególne fazy)

Jak pokazuje rysunek 2b, naciśnięcie przycisku W1 powoduje w oczywisty sposób zadziałanie przekaźnika K1. Styki K1 zostają zwarte. Należy zauważyć, że obwód z przyciskiem W1 zwiera przekaźnik K2.

Kluczowy, bardzo interesujący moment następuje w chwili zwolnienia i rozwarcia przycisku W1. Otóż przerwany zostaje obwód, zwierający cewkę przekaźnika K2. Cewki przekaźników K1, K2 zostają połączone w szereg i zakładając, że są one jednakowe, na każdej z nich napięcie jest równe połowie napięcia zasilania. Dalsze działanie układu zależy od tego, co się stanie po rozwarciu przycisku W1. Zasadniczo należy rozważyć trzy podstawowe możliwości:

1 – oba przekaźniki puszczają, bo napięcie zasilania okazuje się za małe, żeby zapewnić ich działanie.

Tę możliwość od razu odrzucamy, bo pamiętamy, że napięcie zwalniania (odpadowe) każdego przekaźnika elektromagnetycznego jest dużo mniejsze od jego napięcia nominalnego. Pozostają dwie wersje:

2 – przekaźnik K1 pozostaje włączony, bo połowa napięcia zasilania z zapasem wystarcza do jego pracy, natomiast przekaźnik K2 NIE zostaje włączony, ponieważ połowa napięcia zasilania to za mało, żeby zadziałał. Jest to bardzo prawdopodobna możliwość, zwłaszcza gdy napięcie zasilania układu będzie równe napięciu nominalnemu obu przekaźników.

W takim przypadku po rozwarciu przycisku W1 przekaźnik K2 nigdy nie zadziała, a jednokrotne naciśnięcie W1 włączy przekaźnik K1 na stałe i dalszy stan styku W1 nie będzie miał wpływu na układ. Zdrowy rozsądek podpowiada, że nie o to chodzi. Do rozważenia pozostaje więc trzecia możliwość:

3 – po rozwarciu W1 będą działać oba przekaźniki. W pierwszej chwili taka wersja wydaje się niemożliwa, bowiem wydaje się, że napięcie zasilania musiałoby być dwa razy większe niż napięcie nominalne przekaźników. A to oznaczałoby, że pojedynczy przekaźnik (na przykład w stanie według rysunku 2b) musiałby być zasilany napięciem niedopuszczalnie dużym, które powoduje przegrzanie cewki. I właśnie tu jest najtrudniejszy punkt analizy, wymagający dokładniejszego zapoznania się z przekaźnikami. Okazuje się bowiem, że zaskakująco łatwo można dobrać przekaźniki i napięcie zasilania tak, żeby po zwolnieniu przycisku według rysunku 2c przekaźnik K2 zadziałał, a jednocześnie by nie przekroczyć dopuszczalnych wartości napięcia i mocy strat pojedynczych przekaźników dołączonych wprost do zasilania.

Rys.2d,2e,2f Elektromechaniczny przerzutnik bistabilny typu T - uproszczona postać układu (poszczególne fazy)

O tym za chwilę, a na razie rozważmy rysunek 2d. Otóż jeżeli po rozwarciu W1 przekaźnik K2 zadziała, to zmieni stan swych styków, ale to niczego nie zmieni, ponieważ rozwarty jest W1. Układ przejdzie do drugiego stanu stabilnego, w którym może pozostawać dowolnie długo. Korzystną cechą jest to, że w tym stanie cewki dwóch przekaźników połączone są w szereg i pobór prądu przez układ jest umiarkowany.

Jeżeli w takim stanie nastąpi naciśnięcie przycisku zgodnie z rysunkiem 2e, to cewka przekaźnika K1 zostanie zwarta, przekaźnik puści, co przerwie istniejące wcześniej szeregowe połączenie cewek przekaźników (S1.1), jednak K2 nadal będzie działał, bo będzie zasilany przez obwód z przyciskiem W1.

Natomiast w chwili rozwarcia W1 według rysunku 2f także przekaźnik K2 puści i układ powróci do stanu spoczynku według rysunku 2a.

Można łatwo dobrać warunki pracy, aby układ działał w ten właśnie sposób, i to niekoniecznie stosując napięcie zasilania dwa razy wyższe od napięcia nominalnego przekaźników. Rozważmy informacje katalogowe dotyczące dwóch wersji subminiaturowych przekaźników Relpol: RSM822, bardzo podobnych RSM822N oraz mniejszych RSM850 – rysunek 3.

Rys.3 Subminiaturowe przekaźniki Relpol RSM822, RSM822N, RSM850

Jak widać, przekaźniki RSM822N i RSM850 można bez obawy przegrzania zasilać napięciem dwa razy większym od nominalnego! Tym bardziej że następuje to tylko w krótkich chwilach, gdy naciskany jest przycisk W1! Przekaźników RSM822 nie można zasilać podwojonym napięciem, ale gwarantowane napięcie zadziałania to około 70% napięcia nominalnego, 9V (dla przekaźników 12-woltowych), więc do zadziałania dwóch połączonych w szereg takich przekaźników wystarczy 18V, czyli około 150% napięcia nominalnego przekaźników.

Rys.4 Rezystor równolegle podłączany do cewki przekaźnika K1

Jest jeszcze jedna interesująca możliwość: ponieważ w momencie rozwierania W2 według rysunku 2c przekaźnik K1 już działa, a ma zadziałać dodatkowo K2, można zwiększyć napięcie na nim, dołączając równolegle do cewki przekaźnika K1 odpowiednio dobrany rezystor według rysunku 4, co jeszcze bardziej pozwoli zmniejszyć wymagane napięcie zasilania.

Tematyka materiału: przekaźniki, Relpol
AUTOR
Źródło
Elektronika dla Wszystkich styczeń 2020
Udostępnij
Czytelnia kategorie
AI-Sztuczna Inteligencja
Aparatura
Arduino
Artykuły
Audio
Automatyka
Ciekawostki
CNC
DIY
Druk 3d
Elektromechanika Fotowoltaika
FPGA-CPLD-SPLD
GPS
IC-układy scalone
Interfejsy
IoT
Konkursy
Książki
Lasery
LED/LCD/OLED
Mechatronika
Mikrokontrolery (MCV,μC)
Moc Moduły
Narzędzia
Optoelektronika
PCB/Montaż Podstawy elektroniki
Podzespoły bierne
Półprzewodniki Pomiary i testy
Porady
Projektowanie
Raspberry Pi
Retro
RF
Robotyka
SBC-SIP-SoC-CoM
Sensory Silniki i serwo
Software
Sterowanie
Transformatory
Tranzystory
Wyświetlacze
Wywiady
Wzmacniacze Zasilanie
W tym numerze znajdziesz źródłową wersję artykułu publikowanego obok
Elektronika dla Wszystkich
styczeń 2020
Elektronika dla Wszystkich
Przejrzyj i kup
UK Logo