Электромагнитные реле и их подключение к терморегулятору

1. Электромагнитные реле и их подключение к терморегулятору
   (какие бывают, чем отличаются и главное как их подключать к терморегулятору)

Электромагнитные реле.

Что это за приборы? Для чего они нужны? Как их правильно выбрать?

Главная составляющая часть любого релейного  прибора — это электрические контакты или контактные группы, которые коммутируют  цепи освещения, нагрева и охлаждения, проветривания и увлажнения, а так  цепи включения приводов разнообразных исполнительных устройств и механизмов.  Причем инициирующим воздействием   для  коммутации  может быть как электрический сигнал, так и различные физические явления как например  изменение давления или температуры. Но сейчас мы рассмотрим только релейные приборы с переключением, происходящим за счет подачи на них напряжения определенной величины, называемого «напряжением срабатывания». Это электромагнитные реле, контакторы и пускатели.

Электромагнитные реле.

Принцип работы электромагнитных реле состоит в том, что при подаче напряжения на обмотку электромагнита возникает магнитное поле, притягивающее к сердечнику электромагнита металлическую  деталь  под названием «ярмо». Эта деталь воздействует на  подвижные контакты контактных групп. Надо отметить, что в зависимости от типа реле, этих контактных групп может быть несколько. Чаще всего от одной до шести.

А теперь более детально об элементах конструкции реле

Обмотка катушки электромагнита реле.

Электромагнит как правило выполняется по классической схеме. На металлический сердечник одет каркас, а на этом каркасе намотана катушка. Количество витков этой катушки и некоторые другие параметры определяют напряжения срабатывания реле.

Для реле наиболее важными параметрами являются  напряжение срабатывания и род тока, постоянного или переменного, на которые она рассчитана.  Эти параметры обозначена на корпусе реле или непосредственно на его обмотке.  Для напряжения постоянного тока это может быть например = 12 В или 12 VDC (DC - direct curren), .  А для переменного тока ~ 220 B или 220 VAC (AC - alternating current).  Иногда на обмотке указывают электрическое сопротивление  для расчета силы тока в цепи обмотки по закону Ома:

Сила тока (в Амперах) прямо пропорциональна напряжению (в Вольтах) и обратно пропорциональна сопротивлению (в Омах).        I=U/R.

Смысл этой формулы в том, что при увеличении напряжения на электрической цепи сила тока увеличивается, а при увеличении сопротивления в цепи — уменьшается. Следует отметить, что понимание закона Ома очень важно для понимания практически всех электрических процессов.

Для некоторых типов реле постоянного тока бывает существенной полярность подключения обмотки электромагнита. Эта особенность обозначается символом <+> около одного из контактов.

Необходимо добавить, что если напряжение управления  подается на обмотку реле через транзистор, тиристор, микросхему или другой электронный компонент, надо не забывать о защитном диоде, подавляющем ЭДС самоиндукции катушки. Диод нужно подключить  параллельно обмотке в обратном включении (катод к плюсу, анод к минусу). В противном случае управляющий электронный компонент выйдет из строя. Надо отметить, что некоторые типы реле уже имеют диод в своем составе. В этом случае на его корпусе можно увидеть символ этого диода с привязкой анода и катода к контактам обмотки.

Контактные группы.

Контактные группы вторичной цепи могут быть нормально разомкнутыми и замыкающие вторичную электрическую цепь после подачи напряжения на обмотку реле, нормально замкнутыми выполняющими размыкание цепи и переключающимися.

Коммутирующая способность реле.

Наиболее важным параметром контактных групп является номинальная сила тока, на которую рассчитаны контакты.

Для примера на фотографии, слева,  приведены два очень похожих реле. У них  одинаковые контактные группы в виде двух переключающихся контактов, но разные обмотки. У верхнего рабочее напряжение обмотки 220 В переменного тока, а у нижнего, 12 В постоянного тока. А справа представлен простой терморегулятор с миниатюрным низковольтным реле, управляемым 12 VDC  и предназначенным для коммутации низкого напряжения 115 VAC или 14 DAC.

 Этот ток зависит от многих конструкционных факторов. Но главным из них можно назвать площадь контактов, соприкасающихся в замкнутом состоянии. Чем «пятачки» больше, тем больше допустимый ток. И конечно, этот параметр написан на корпусе реле. Второй важный параметр — это максимальное напряжение в коммутируемой цепи. Оно так же зависит от ряда факторов, в данном случае могущих быть исключенных из рассмотрения. Для примера, на корпусе может быть надпись 10 А 240VAC  , или 10 A 28 VDC. Следует отметить, что допустимое напряжение постоянного тока ниже, чем допустимое напряжение постоянного тока. Поэтому, род тока смотреть нужно внимательно.

Для чего нужно реле.

Используя реле мы можем преследовать три главных цели.

Во первых, это управление нагрузкой, потребляемый ток  которой, и  соответственно потребляемая мощность,  выше возможностей управляющего устройства.

Во-вторых, управление устройствами с разными напряжениями питания. Это возможно, поскольку обмотка и контактные группы реле полностью изолированы друг от друга. (Эта особенность называется гальванической развязкой цепей).

Ниже приведена условная функциональная схема включения-выключения  исполнительного устройством с учетом этих возможностей. Так же эта схема иллюстрирует применение защитного диода, упомянутого выше и очень важного в данном случае.

Эту схему следует применять для исполнительных устройств и механизмов работающих в режиме включено — отключено. К таким устройствам можно отнести различные насосы, компрессоры, нагреватели, различные световые приборы с управляемым режимом работы,  фитосветильники.

Управление исполнительными устройствами производится через контакты электромагнитного  реле.  В качестве примера исполнительные устройства выбраны с напряжением питания 220 вольт переменного тока. А на обмотку реле подается управляющее напряжение 12 вольт.

Для нормальной работы схемы необходимо обеспечить, чтобы номинальное  рабочее напряжение  контактов реле было равно или выше , чем напряжение электросети. А номинальный рабочий ток был выше тока, потребляемого нагрузкой в пиковых режимах. При управлении лампами накаливания следует учитывать, что в холодном состоянии сопротивление ее нити накала в 10 раз меньше, чем после выхода на режим свечения.

Можно добавить, что вместо биполярного транзистора  NPN структуры можно применять полевые MOSFET транзисторы с каналом N-типа, или маломощное первичное реле.

Строим терморегулятор.

За основу возьмем  самый простой терморегулятор TR-12V.  Это недорогой бескорпусной терморегулятор позволяющий управлять нагревом ТЭНа через встроенное малогабаритное реле.

В соответствии  руководством по эксплуатации для питания электроники требуется источник постоянного напряжения 12 вольт. Удобные винтовые клеммы устройства подписаны и на печатной плате и на самих клеммах. Плюс источника 12VDC  подключаем к  клемме +12V, а минус к клемме GND.  Нормально-разомкнутые контакты реле клеммами К0 и К1  подключаются в разрыв цепи питания управляемой нагрузки (например ТЭНа). На следующем рисунке показан эскиз схемы подключения устройства. 

Все достаточно просто и понятно. А программирование устройства вы можете посмотреть например на сайте minifermer.ru в разделе терморегуляторы.

Этот вариант схемы рассчитан на подключения  низковольтного ТЭНа, питаемого от того же источника питания, что и сам регулятор. Подключения ТЭНа с питанием от электрической сети 220 вольт нежелательно в связи с тем, что на некоторые экземпляры терморегулятора завод-изготовитель устанавливает электромагнитное реле с  максимальным напряжением 125VAC.

В качестве нагревателя, ТЭНа, используем специальный нагревательный провод из  углеволокна.

Зачистка концов нагревателя для подключения к клеммам весьма проста. После зачистки изоляции кончик этого провода становится похож на пушистую кисточку, состоящую из множества тоненьких волосков.

 А для подключения  к устройству управления  эту кисточку можно обжать обжимным наконечником и подсоединить к обычным винтовым клеммам.  Именно такие клеммы применены в терморегуляторе и в источнике питания.

Удельное сопротивление, измеренное омметром, имеет величину порядка 20 Ом на погонный метр. (Отрезок длиной около 300 мм имеет сопротивление чуть больше 6 Ом). 

Таким образом,  полуметровый отрезок нагревательного провод при 12  вольтовом питании выделяет тепловую мощность около 15 ватт. Два, три или четыре таких отрезка соединенные параллельно, выделяют 30, 45 или 60 ватт соответственно. Естественно мощность источника питания 12 VDC должна быть больше мощности выделяемой ТЭНом.

Углеродное волокно — это современный материал, состоящий из тонких углеродных нитей диаметром от 5 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллические структуры, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание этих структур придает волокну большую прочность на растяжение.

Нагреватель из углеродного волокна очень удобен для системы нагрева с высокой точностью поддержания температуры. Равномерное распределение выделяемой тепловой мощности,  небольшой удельный вес позволяющей температуре на поверхности нагревателя изменяться очень быстро, позволяющая конфигурировать любую форму нагревателя гибкость, все это способствует эффективности применения данного вида нагревателя.

В следующих статьях мы расскажем Вам о множестве других электрических и электронных устройств, которые могут быть интересны фермеру.

Читайте также: