Przekaźnik impulsowy do sterowania oświetleniem: jak działa, rodzaje, oznaczenia i podłączenie

Aby spełnić współczesne wymagania oświetleniowe mieszkań, biur i przedsiębiorstw, stosuje się złożone systemy elektryfikacji. Przy ich projektowaniu do rozwiązywania poszczególnych zadań wykorzystuje się szereg urządzeń, które są stale udoskonalane.

Tak więc przekaźnik impulsowy do sterowania oświetleniem z kilku miejsc zaczął być stosowany stosunkowo niedawno. Stopniowo wypiera standardowe schematy z wyłącznikami schodowymi.

Gdzie może być stosowany przekaźnik impulsowy?

Wprowadzenie tego urządzenia do użytku domowego wynika z prostoty i wygody. Pozwala ono bowiem kontrolować oświetlenie co najmniej z dwóch punktów.

W mieszkaniu może to być sypialnia, gdzie włączenie następuje przy wejściu, a wyłączenie przy łóżku. W biurach – długie korytarze, biegi schodów i duże sale konferencyjne.

Użycie dwóch wyłączników do oświetlenia schodów stało się koniecznością. Włączając światło na parterze, logiczne jest wyłączenie go drugim wyłącznikiem na górze.

Z zadaniem sterowania trójpozycyjnego poradzą sobie wyłączniki schodowe i krzyżowe. Schemat ten jest nadal szeroko stosowany. Jednak ma on oczywiste wady.

Po pierwsze, jest to dość skomplikowany system montażu, w którym prąd przepływa przez główny wyłącznik automatyczny, puszkę rozdzielczą, same wyłączniki, a następnie do lamp oświetleniowych. Podczas jego instalacji często pojawiają się błędy. Jeśli potrzebne są więcej niż trzy miejsca sterowania, schemat staje się jeszcze bardziej złożony.

Schemat wyraźnie pokazuje przeciążenie przewodami: od pierwszego wyłącznika – pięć, od drugiego – sześć, od pierwszego i drugiego podświetlenia – po trzy kable

Po drugie, wszystkie przewody mają ten sam przekrój, ponieważ wykorzystują prąd o tym samym napięciu, co wpływa na całkowite koszty. Wlicza się w to również cenę wyłączników schodowych, która jest kilkakrotnie wyższa od ceny zwykłych wyłączników.

Jednak potrzeba zastosowania przekaźnika impulsowego wynika nie tylko z powodów komfortu. Jest on również używany do sygnalizacji i ochrony.

Na przykład w zakładzie przemysłowym do uruchamiania procesów produkcyjnych wymagających dużej mocy elektrycznej, to urządzenie pozwala zabezpieczyć operatora. Ponieważ działa na prądach niskiego napięcia lub jest całkowicie sterowane zdalnie.

Budowa i zasada działania

W ogólnym znaczeniu przekaźnik to elektrotechniczny mechanizm, który zamyka lub rozrywa obwód elektryczny, w zależności od określonych parametrów elektrycznych lub innych, które na niego wpływają.

Jego nieprzełączająca konstrukcja została wynaleziona już w 1831 roku przez J. Henry’ego. A dwa lata później zaczęto ją stosować do zapewnienia działania telegrafu S. Morse’a.

Można wyróżnić dwie główne grupy: elektromechaniczne i elektroniczne. W pierwszym typie urządzenia pracę wykonuje mechanizm, a w drugim za wszystko odpowiada płytka drukowana z mikrokontrolerem. Jego działanie łatwo przeanalizować na przykładzie przekaźnika elektromechanicznego, który jest impulsowy.

Przy wyborze trybu pracy przekaźnika należy kierować się częstotliwością załączeń, rodzajem i wielkością prądu, charakterem obciążeń, na które jest narażony.

Konstrukcyjnie można go przedstawić w następujący sposób:

1. Cewka – to drut miedziany nawinięty na podstawę z materiału niemagnetycznego. Może być w izolacji tekstylnej lub pokryty lakierem nieprzepuszczającym prądu.
2. Rdzeń, zawierający żelazo i uruchamiany podczas przepływu prądu elektrycznego przez zwoje cewki.
3. Ruchoma zwora – to płyta, która jest przymocowana do rdzenia i oddziałuje na styki zwierne.
4. Układ styków – bezpośredni przełącznik stanu obwodu.

U podstaw działania przekaźnika leży zjawisko siły elektromagnetycznej. Pojawia się ona w ferromagnetycznym rdzeniu cewki, gdy przepływa przez nią prąd. Cewka w tym przypadku jest urządzeniem wciągającym.

Rdzeń w niej jest połączony z ruchomą zworą, która uruchamia styki siłowe, dokonując komutacji. Mogą one być typu normalnie otwartego/normalnie zamkniętego. Czasami zestaw styków może zawierać jednocześnie rozwarte i zwarte rodzaje połączeń.

Po włączeniu obwodu mechanizm utrwala to położenie, które zmienia się przy ponownym podaniu impulsu i ponownie zostaje utrwalone do następnej zmiany.

Do cewki dodatkowo może być podłączony rezystor zwiększający dokładność zadziałania, a także półprzewodnikowa dioda ograniczająca przepięcie na uzwojeniu. Oprócz tego w konstrukcji może znajdować się kondensator zamontowany równolegle do styków, w celu zmniejszenia iskrzenia.

Bardziej zrozumiale działanie urządzenia można przedstawić, dzieląc je na kilka bloków:

• wykonawczy – to grupa stykowa, która zamyka/rozwiera obwód elektryczny;
• pośredni – cewka, rdzeń i ruchoma zwora uruchamiają blok wykonawczy;
• sterujący – w tym przekaźniku przekształca sygnał elektryczny w pole magnetyczne.

Ponieważ do przełączania pozycji styków potrzebny jest pojedynczy impuls elektryczny, można wywnioskować, że te urządzenia pobierają napięcie tylko w momencie przełączania. To znacznie oszczędza energię elektryczną, w przeciwieństwie do zwykłych wyłączników schodowych.

Drugim rodzajem przekaźnika impulsowego jest typ elektroniczny. Za jego pracę odpowiada mikrokontroler. Blokiem pośrednim jest tutaj cewka lub klucz półprzewodnikowy. Zastosowanie w układzie takich elementów jak programowalne sterowniki logiczne pozwala uzupełnić przekaźnik na przykład o timer.

W urządzeniu tego typu nie ma mechanicznych ruchomych elementów. Pracę realizuje czujnik rozpoznający sygnał sterujący oraz półprzewodnikowa elektronika, która komutuje obwód.

Rodzaje, oznaczenia i zalety

Głównymi rodzajami przekaźników impulsowych są elektromechaniczne i elektroniczne. Elektromechaniczne z kolei klasyfikuje się według zasady działania.

Odmiany urządzeń impulsowych

Oznacza to, że przełączanie styków mocy może być realizowane siłami innymi niż siła magnesu.

Dzielą się na:

• elektromagnetyczne;
• indukcyjne;
• magnetycznoelektryczne;
• elektrodynamiczne.

Urządzenia elektromagnetyczne w systemach automatyki są stosowane częściej niż inne. Są wystarczająco niezawodne ze względu na prostą metodę działania, opartą na działaniu sił elektromagnetycznych w ferromagnetycznym rdzeniu pod warunkiem, że w cewce płynie prąd.

Oddziaływanie na styki elektromagnetycznych przekaźników realizuje ramka, która w jednym położeniu jest przyciągana przez rdzeń, a w drugie jest zawracana przez sprężynę.

Zwora, tj. płytka o właściwościach magnetycznych, jest przyciągana przez elektromagnes, którym jest miedziany drut nawinięty na cewkę z jarzmem.

Indukcyjne mają zasadę działania opartą na kontakcie prądów – zmiennego z indukowanymi strumieniami magnetycznymi i z samymi strumieniami. To oddziaływanie tworzy moment obrotowy, który wprawia w ruch miedziany dysk umieszczony między dwoma elektromagnesami. Obracając się, zamyka i rozwiera styki.

Działanie urządzeń magnetyczno-elektrycznych jest realizowane poprzez oddziaływanie prądu w obrotowej ramce z polem magnetycznym wytwarzanym przez magnes stały. Sterowanie zamykaniem/rozwieraniem styków odbywa się dzięki jej obrotowi.

W stosunku do swojego typu takie przekaźniki są bardzo czułe. Jednak nie zyskały one dużego rozpowszechnienia z powodu czasu działania 0,1-0,2 s, który uważany jest za długi.

Przekaźniki elektrodynamiczne działają dzięki sile powstającej między ruchomą a nieruchomą cewką prądu. Sposób zamykania styków jest taki sam jak w urządzeniu magnetoelektrycznym. Różnica polega jedynie na tym, że indukcja w szczelinie roboczej jest wytwarzana w sposób elektromagnetyczny.

Modele elektroniczne konstrukcyjnie prawie powtarzają elektromechaniczne. Mają te same bloki: wykonawczy, pośredniczący i sterujący. Różnica występuje tylko w tym ostatnim. Sterowanie łączeniem jest realizowane za pomocą diody półprzewodnikowej wchodzącej w skład mikrokontrolera na płytce drukowanej.

Jako półprzewodniki w tym urządzeniu stosuje się tranzystory i tyrystory. Mimo że wytrzymują trudne warunki zapylenia i wibracji, są podatne na krótkotrwałe przeciążenia prądowe i napięciowe.

Ten typ przekaźnika jest wyposażony w dodatkowe moduły. Na przykład timer pozwala na realizację programu sterowania oświetleniem po zadanym odstępie czasu. Jest to wygodne dla oszczędności energii, gdy nie ma potrzeby pracy urządzenia. W razie potrzeby wyłączenia światła można to zrobić poprzez podwójne naciśnięcie przycisku.

Zalety i wady podstawowych typów przekaźników

W odróżnieniu od łączników półprzewodnikowych, przełączniki elektromechaniczne mają następujące zalety:

1. Stosunkowo niski koszt dzięki niedrogim komponentom.
2. Wytwarzanie niewielkiej ilości ciepła na załączonych stykach z powodu niewielkiego spadku napięcia.
3. Obecność silnej izolacji o wartości 5 kV między cewką a grupą styków.
4. Brak podatności na szkodliwe działanie przepięć, zakłócenia od piorunów, procesy łączenia w potężnych instalacjach elektrycznych.
5. Sterowanie liniami z obciążeniem do 0,4 kV przy małej objętości urządzenia.

Przy zamykaniu obwodu z prądem 10 A w przekaźniku o małej objętości na cewkę przypada mniej niż 0,5 W. Podczas gdy w analogach elektronicznych wartość ta może wynosić ponad 15 W. Dzięki temu nie ma problemu z chłodzeniem i szkodą dla atmosfery.

Do wad tych urządzeń należy zaliczyć:

1. Zużycie i problemy przy łączeniu obciążeń indukcyjnych i wysokich napięć przy prądzie stałym.
2. Załączanie i wyłączanie obwodu wiąże się z generowaniem zakłóceń radiowych. Wymaga to zainstalowania ekranowania lub zwiększenia odległości od urządzeń podatnych na zakłócenia.
3. Stosunkowo długi czas zadziałania.

Kolejną wadą jest występowanie ciągłego zużycia mechanicznego i elektrycznego podczas łączenia. Należą do nich utlenianie styków i ich uszkodzenia spowodowane wyładowaniami iskrowymi, deformacja bloków sprężyn.

Podczas montażu należy uwzględnić, że elektromechaniczna wersja styczników może działać nieprawidłowo, jeśli znajduje się w pozycji poziomej.

W przeciwieństwie do elektromechanicznych, elektroniczne przekaźniki sterują blokiem pośrednim za pomocą mikrokontrolera.

Zalety i wady elektroniki można przeanalizować na przykładzie urządzeń firmy F&F w porównaniu z marką ABB, która produkuje mechanikę.

Z zalet pierwszego typu przełączników można wymienić:

• większe bezpieczeństwo;
• wysoką prędkość przełączania;
• dostępność na rynku;
• sygnalizację trybu pracy;
• rozszerzoną funkcjonalność;
• cichą pracę.

Ponadto, niezaprzeczalną zaletą jest kilka wariantów montażu – możliwy jest montaż nie tylko na szynie DIN w rozdzielnicy, ale także w puszce podtynkowej.

Wady elektroniki F&F w porównaniu z mechaniką ABB:

• zakłócenia pracy przy awariach zasilania;
• przegrzewanie przy przełączaniu dużych prądów;
• możliwe „błędy” bez widocznej przyczyny;
• wyłączenie urządzenia przy chwilowym zaniku napięcia w sieci;
• duża rezystancja w stanie zamkniętym;
• niektóre przekaźniki działają tylko na prądzie stałym;
• układ półprzewodnikowy nie przepuszcza prądu w kierunku odwrotnym od razu.

Pomimo wymienionych wad, przełączniki elektroniczne stale się rozwijają, a dzięki większemu potencjałowi funkcjonalnemu w porównaniu z elektromechanicznymi, przewiduje się ich dominujące zastosowanie.

Aby uniknąć nieporozumień, producent podaje maksymalnie szczegółowe parametry produktu w katalogach sklepu i w specyfikacji technicznej urządzenia.

Podstawowe parametry charakterystyczne

W zależności od przeznaczenia i obszaru zastosowania przekaźniki można klasyfikować według kilku cech:

• współczynnik powrotu – stosunek wartości prądu wyjścia kotwicy do prądu wciągania;
• prąd wyjścia – jego maksymalna wartość na zaciskach cewki przy wyjściu kotwicy;
• prąd wciągania – jego minimalna wartość na zaciskach cewki przy powrocie kotwicy do położenia początkowego;
• nastawa – poziom wartości zadziałania w określonych granicach, ustawionej w przekaźniku;
• wartość zadziałania – wartość sygnału wejściowego, na które urządzenie automatycznie reaguje;
• wartości znamionowe – napięcie, prąd i inne wielkości leżące u podstaw działania przekaźnika.

Urządzenia elektromagnetyczne można również podzielić według czasu zadziałania. Najdłuższe opóźnienie mają przekaźniki czasowe – powyżej 1 sek., z możliwością ustawienia tego parametru. Następne są opóźnione – 0,15 sek., normalne – 0,05 sek., szybkie – 0,05 sek. A najszybsze bezinercyjne – poniżej 0,001 sek.

Odczyt oznaczeń wyrobów

Kod oznaczenia stycznika często można znaleźć w katalogach sklepów i na samym urządzeniu. Zawiera on pełny opis cech konstrukcyjnych, przeznaczenia i warunków ich zastosowania.

Skład oznaczenia można rozszyfrować na przykładzie elektromagnetycznego przekaźnika pośredniego REP-26. Jest on używany w obwodach prądu przemiennego do 380 V i stałego do 220 V.

Aby zrozumieć oznaczenia, należy podzielić napis na bloki i zastosować tabele opisowe, które można znaleźć w specjalistycznych podręcznikach.

W takiej formie może wyglądać oznaczenie produktu w sklepie: REP 26-004A526042-40UChL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Ten typ oznaczenia można rozszyfrować w następujący sposób:

• 26 – numer serii;
• XXX – rodzaj styków i ich ilość;
• X – klasa odporności na zużycie łączeniowe;
• X – typ cewki załączającej, typ powrotu przekaźnika i rodzaj prądu;
• XX – konstrukcja pod względem sposobu montażu i połączeń przewodów;
• XX – wartość prądu lub napięcia cewki;
• X – dodatkowe elementy konstrukcji;
• 40 – poziom ochrony zgodnie z normą IP lub GOST 14254;
• XXX4 – strefa klimatyczna zastosowania zgodnie z GOST 15150.

Wykonanie klimatyczne może być: UChL – dla klimatu zimnego i umiarkowanego lub O – dla tropikalnego lub wykonanie ogólnoklimatyczne.

Zgodnie ze specjalnymi tabelami oznaczeń, rozpatrywane urządzenie to elektromagnetyczny przekaźnik pośredni, z czterema stykami przełącznymi, klasą odporności łączeniowej A, używający prądu stałego. Posiada mocowanie gniazda z listwami do lutowania przewodów zewnętrznych, cewkę o napięciu 24 V i ręczny manipulator.

Kilka rodzajów schematów podłączenia

Istnieje kilka wariantów montażu, z których każdy ma swoje cechy, zalety i wady.

Oznaczenie styków przekaźnika RIO-1 ma następujące znaczenie:

• N – przewód neutralny;
• Y1 – wejście załączania;
• Y2 – wejście wyłączania;
• Y – wejście załączania i wyłączania;
• 11-14 – styki łączeniowe normalnie otwarte.

Te oznaczenia są używane w większości modeli przekaźników, ale przed podłączeniem do obwodu należy dodatkowo zapoznać się z nimi w paszporcie urządzenia.

Przedstawiony schemat elektryfikacji jest używany do sterowania światłem z trzech miejsc za pomocą przekaźnika i trzech przyciskowych łączników bez blokady pozycji.

W tym schemacie styki mocy przekaźnika używają prądu 16 A. Ochrona obwodów sterowania i systemów oświetlenia jest realizowana przez wyłącznik automatyczny 10 A. W związku z tym przewody mają średnicę nie mniejszą niż 1,5 mm².

Połączenie łączników przyciskowych jest wykonane równolegle. Czerwony przewód – faza, biegnie przez wszystkie trzy łączniki przyciskowe do styku mocy 11. Pomarańczowy przewód – faza łączeniowa, dochodzi do wejścia Y. Następnie wychodzi z zacisku 14 i idzie do żarówek. Przewód neutralny z szyny łączy się z zaciskiem N i z oprawami oświetleniowymi.

Jeśli światło było początkowo włączone, to po naciśnięciu dowolnego przełącznika światło zgaśnie – nastąpi krótkotrwałe połączenie przewodu fazowego do zacisku Y, a styki 11-14 rozłączą się. To samo stanie się po kolejnym naciśnięciu innego przełącznika. Jednak styki 11-14 zmienią położenie i światło włączy się.

Zaleta przedstawionego schematu w porównaniu z łącznikami schodowymi i krzyżowymi jest oczywista. Jednak w przypadku zwarcia wykrycie uszkodzenia będzie nieco trudniejsze, w przeciwieństwie do następnego wariantu.

Taki schemat pozwoli zaoszczędzić na przewodach, ponieważ przekrój kabli sterowania można zmniejszyć do 0,5 mm². Jednak konieczne będzie zakupienie drugiego aparatu zabezpieczającego.

Jest to mniej popularny wariant podłączenia. Jest taki sam jak poprzedni, ale obwody sterowania i oświetlenia mają własne wyłączniki ochronne o prądach 6 A i 10 A odpowiednio. Ułatwia to identyfikację usterek.

Jeśli zachodzi potrzeba sterowania kilkoma grupami oświetlenia za pomocą oddzielnego przekaźnika, schemat ulega niewielkiej modyfikacji.

Taką metodę podłączenia wygodnie stosować, aby włączać i wyłączać oświetlenie całymi grupami. Na przykład natychmiast zgasić wielopoziomowy żyrandol lub oświetlenie wszystkich stanowisk roboczych w hali.

Jeszcze jednym wariantem zastosowania przekaźników impulsowych jest system ze scentralizowanym sterowaniem.

Schemat jest wygodny, ponieważ można wyłączyć całe oświetlenie jednym przyciskiem, wychodząc z domu. A po powrocie włączyć je w ten sam sposób.

Do tego schematu dodaje się dwa łączniki do zamykania i otwierania obwodu. Pierwszy przycisk może tylko włączyć grupę oświetlenia. Przy tym faza z łącznika «WŁ.» trafi do zacisków Y1 każdego przekaźnika, a styki 11-14 zewrą się.

Łącznik rozłączania działa analogicznie jak pierwszy łącznik. Jednak komutacja następuje na zaciski Y2 każdego przekaźnika, a jego styki przyjmują położenie rozłączenia obwodu.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Materiał wideo opisuje budowę, działanie, zastosowanie i historię powstania tego typu urządzeń:

Następny odcinek szczegółowo opisuje zasadę działania przekaźników półprzewodnikowych lub elektronicznych:

Zastosowanie przekaźników impulsowych znajduje coraz szersze zastosowanie w nowoczesnych systemach elektryfikacji. Wzrost wymagań dotyczących funkcjonalności i elastyczności sterowania oświetleniem, oszczędności materiałów oraz bezpieczeństwa tworzy ciągły impuls do udoskonalania styczników.

Ich rozmiary się zmniejszają, konstrukcja staje się prostsza, co zwiększa niezawodność. Zastosowanie zupełnie nowych technologii w zasadzie działania pozwala na ich stosowanie w trudnych warunkach: w zapylonych zakładach produkcyjnych, w warunkach wibracji, pól magnetycznych i wilgoci.

Proszę pisać komentarze w bloku znajdującym się poniżej. Proszę zadawać pytania, dzielić się przydatnymi informacjami na temat artykułu, które przydadzą się odwiedzającym stronę. Proszę opowiedzieć, jak Państwo wybrali i zainstalowali wyłącznik impulsowy.