Схема реле с блокировкой: принцип работы, руководство по подключению и советы по выбору

Разработка принципиальной схемы реле с фиксацией — одна из тех задач, которая кажется сложной, пока вы не поймете основную идею: реле запоминает свое последнее состояние, не потребляя постоянный ток катушки. Практический вывод прост: как только вы решите между устройством с одной и двумя катушками, схема подключения станет предсказуемой двухкнопочной конструкцией, которую вы сможете повторно использовать в интеллектуальных счетчиках, управлении освещением и зарядных устройствах. В этом руководстве мы разберем принцип работы, покажем примеры схем, сравним реле с блокировкой и стандартными реле и рассмотрим критерии выбора, которые имеют значение в производстве.

Что такое реле с блокировкой?

Реле с фиксацией — это электромеханическое реле, которое удерживает свои контакты в разомкнутом или замкнутом положении с помощью магнитной фиксирующей конструкции, не требуя постоянного тока через катушку. В стандартном реле без фиксации катушка должна оставаться под напряжением, чтобы контакты оставались во включенном положении. Реле с фиксацией, напротив, требуется только короткий импульс для изменения состояния, а затем постоянный магнит или остаточная магнитная сила поддерживают это состояние.

С точки зрения проектировщика, это решает сразу три проблемы: потребление энергии, выделение тепла и риск перегорания катушки. Рассмотрим умный счетчик, который работает круглосуточно. Катушка реле без блокировки, потребляющая 150 мВт, непрерывно потребляет примерно 1,3 кВтч в год, тогда как реле с блокировкой почти ничего не потребляет между событиями переключения. За десятилетний срок службы эта разница суммируется.

Если вам нужно освежить информацию о том, как работают контакты и категории реле, вы можете просмотреть нашу статью на как работает реле и типы его контактов .

Как работает реле с блокировкой?

Два стабильных государства

Реле с блокировкой имеет два механически стабильных положения. Когда на установленную катушку поступает импульс, якорь перемещается в закрытое положение, и магнитная защелка удерживает его там. Когда катушка сброса получает импульс, якорь движется назад, а защелка удерживает его в открытом положении. Контакты не меняют состояние при отключении питания, поскольку магнитная защелка не зависит от тока катушки.

Конструкции с одной и двумя катушками

Основным решением при изучении схемы реле с блокировкой является тип катушки. Реле с одной катушкой с фиксацией использует обратную полярность: один провод положительный для установки, отрицательный для сброса или противоположный. Реле с двойной катушкой с фиксацией использует две независимые катушки: одну для установки и одну для сброса. Это упрощает подключение, когда вам нужно только простое двухтактное управление или когда микросхема драйвера имеет только один выход на каждое направление.

Для конструкций, где приемлемы оба варианта, Электрическое реле с блокировкой FH31L с вариантами с одной и двумя катушками. предлагает обе версии в совместимом исполнении, что дает вам гибкость без изменения конструкции платы.

FH31L Реле с блокировкой, 80 А, с одной и двумя катушками Это реле с фиксацией на 80 А предлагает версии как с одной, так и с двумя катушками в совместимых размерах, что упрощает конструкцию платы. Он соответствует стандартам IEC62052-31:2005 UC2 и RoHS, что делает его пригодным для применения в интеллектуальных счетчиках. Посмотреть продукт →

Примеры схем реле с блокировкой

Проводка установки/сброса с двойной катушкой

В конфигурации с двумя катушками катушка установки и катушка сброса подключаются как отдельные ветви от положительной шины к земле. Нажатие кнопки установки на мгновение подает напряжение на катушку установки и фиксирует реле. Нажатие кнопки сброса подает питание на катушку сброса и освобождает защелку.

Однокатушечная проводка с обратной полярностью

В конструкции с одной катушкой для установки и сброса используется одна и та же катушка. Чтобы переключить состояние, вы меняете полярность напряжения, подаваемого на катушку. Типичный подход использует H-мост или два транзистора, расположенных по двухтактной схеме. Один импульс положительной полярности устанавливает реле, а импульс обратной полярности сбрасывает его. Поскольку катушка одинакова для обеих операций, площадь печатной платы меньше, но схема драйвера немного сложнее.

Реле с блокировкой, управляемое микроконтроллером

Когда микроконтроллер управляет реле с фиксацией, вы можете использовать два контакта GPIO с транзисторами для устройства с двойной катушкой или драйвер H-моста для устройства с одной катушкой. Поскольку реле потребляет ток только во время импульса переключения, драйвер может быть рассчитан на короткий импульс, а не на постоянную нагрузку. Это делает схемы с микроконтроллерами особенно привлекательными для устройств с батарейным питанием и интеллектуальных систем учета, где важен каждый милливатт.

Реле с фиксацией и реле без фиксации

Выбор зависит от того, нужна ли вашему приложению функция памяти или отказоустойчивое состояние. Если потеря мощности должна привести к выключению, безопаснее использовать реле без фиксации. Если устройству необходимо сохранить свое состояние и восстановить правильное положение после отключения питания, лучше подойдет реле с блокировкой.

Как правильно выбрать реле с блокировкой

Напряжение катушки

Сопоставьте напряжение катушки с напряжением вашей шины питания. Общие значения включают 5 В, 12 В и 24 В. Катушка, рассчитанная на 12 В, работающая при напряжении 5 В, не будет надежно фиксироваться, а перенапряжение может повредить изоляцию. Если в вашей схеме используется изменение полярности, убедитесь, что драйвер может четко выдавать как положительные, так и отрицательные импульсы.

Тип катушки

Выбор между одиночной и двойной катушкой зависит от схемы вашего драйвера. Двойная катушка предлагает более простую логику управления, поскольку установка и сброс независимы. В одиночной катушке используется меньше клемм, но требуется изменение полярности, что увеличивает количество компонентов драйвера. Для конструкции с ограниченным пространством на печатной плате зачастую проще проложить устройство с двойной катушкой и компактной распиновкой.

Конфигурация контактов

Выберите контактную форму в зависимости от вашей нагрузки. SPST является самым простым, но однополюсные и двухконтактные конструкции позволяют управлять двумя цепями одновременно. Раздвоенные контакты повышают надежность при коммутации слаботочных сигналов и полезны, когда необходимо коммутировать как силовые, так и вспомогательные сигналы от одного реле.

Номинальная нагрузка

Ток переключения, напряжение и пусковой ток имеют значение. С резистивными нагрузками легче работать, чем с индуктивными или емкостными нагрузками, которые генерируют переходные процессы, которые могут привести к сварке контактов. Для приложений от 16 А до 20 А с требованиями одобрения UL и CQC, Реле FH42L с фиксацией, соответствующее требованиям UL и CQC Это практичный вариант, поскольку он протестирован для глобальных рынков и использует стандартную схему клемм печатной платы.

Реле с блокировкой FH42L, 16 А/20 А, одобрение UL и CQC Это реле с блокировкой на 16 А/20 А, сертифицированное по UL и CQC, обеспечивает надежное переключение на мировых рынках. Его напряжение пробоя 5 кВ и мощность катушки 250 мВт подходят для панелей управления умным домом и счетчиками. Посмотреть продукт →

Устранение распространенных проблем с реле с блокировкой

• Реле не меняет состояние: Проверьте напряжение катушки и драйвер. Убедитесь, что длительность импульса составляет не менее 20–50 мс, чтобы якорь полностью перемещался.
• Реле не будет удерживать состояние: Осмотрите магнитную защелку. Слишком короткий импульс может оставить якорь в промежуточном положении, поэтому защелка не зацепится полностью.
• Контакты приклеиваются или привариваются: Уменьшите пусковой ток или используйте материал контактов, рассчитанный на нагрузку, например AgSnO2, который лучше противостоит дуговой эрозии, чем контакты, состоящие только из серебра.
• Шум или ложное переключение: Добавьте обратноходовые диоды поперек катушки, особенно в схемах с двумя катушками, и отфильтруйте шумные линии питания с помощью небольшого конденсатора рядом с реле.

Области применения, в которых хорошо работают реле с блокировкой

Реле с фиксацией часто встречаются в интеллектуальных счетчиках электроэнергии, поскольку реле должно оставаться в заданном состоянии в течение длительного времени, не разряжая счетчик. Они также широко используются в системах управления умным домашним освещением, зарядных устройствах, промышленной автоматизации и новых энергетических системах. В таких условиях способность сохранять состояние без постоянного питания катушки снижает самонагрев и продлевает срок службы сборки печатной платы.

Для интеллектуальных приложений счетчиков и управления освещением Реле с блокировкой W30L, предназначенное для интеллектуального управления счетчиками и освещением. Имеет компактные размеры и переключаемый удерживающий механизм, что делает его пригодным для установки в щиты управления счетчиками и освещением. Вы также можете изучить как Fanhar поддерживает приложения интеллектуальных счетчиков электроэнергии чтобы увидеть, как эти компоненты интегрируются в производственные развертывания.

Реле с блокировкой W30L 40A/50A для интеллектуального счетчика и управления освещением Это реле с фиксацией выдерживает ток до 50 А, имеет компактную конструкцию и переключатель ручного управления. Он соответствует требованиям UL, TUV и CQC, что делает его идеальным для применения в системах учета и управления освещением. Посмотреть продукт →

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1: Нужна ли фиксирующим реле постоянная мощность?

Нет. Реле с фиксацией нужен только импульс для переключения состояний. После переключения магнитная защелка удерживает контакты на месте без постоянного тока катушки, поэтому катушка не потребляет энергию, пока реле находится в режиме ожидания.

В2: Что лучше: одинарная или двойная катушка?

Это зависит от водителя. Двойной катушкой легче управлять с помощью простых GPIO, поскольку установка и сброс независимы. Одиночная катушка экономит клеммы, но требует схемы изменения полярности, такой как H-мост. Если вы оптимизируете пространство на печатной плате, обычно удобно использовать двойную катушку с компактным расположением клемм.

Вопрос 3: Может ли реле с фиксацией выйти из строя в разомкнутом или замкнутом состоянии?

Да. Механический износ, приварные контакты или неисправность магнитной защелки могут стать причиной обоих видов отказа. Правильный выбор нагрузки, соответствующий привод катушки и реле с прочной контактной структурой помогают предотвратить эти сбои.

В4: Какой длины должен быть управляющий импульс?

Обычно от 20 до 50 мс достаточно для реле с блокировкой 12 В или 24 В. Более длинные импульсы не повреждают реле, но приводят к потере энергии, тогда как чрезвычайно короткие импульсы могут не полностью сдвинуть якорь и привести к ненадежному переключению.

Заключение

Схема реле с фиксацией легко читается, если вы знаете, использует ли устройство одну катушку или две. Как только тип катушки определен, подключение следует по предсказуемой схеме, и основная работа по проектированию переходит к выбору правильного напряжения катушки, номинала контактов и компонентов защиты. Для интеллектуальных счетчиков, систем управления освещением и нового энергетического оборудования энергосбережение и долгосрочная надежность реле с фиксацией трудно сопоставить с альтернативой без фиксации.