" title="Написать письмо">Написать письмо
Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год.
Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта сбербанка для материальной поддержки сайта: 4276380098007698.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
Ваш IP: 54.92.197.82
Вы подарите мне деньги на развитие этого сайта?
 

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 995
Просмотры материалов : 3144960
 
Оптимизация работы электромагнитных реле (08.09.2016). Печать E-mail
2016 - Сентябрь
08.09.2016 20:32
Save & Share
Успешно было реализовано автовключение колонок с ПК путем удаления выключателя и использования автомобильного реле 75.3777. Однако если ранее реле использовал в автомобиле и приборах, не критичных к охлаждению, то теперь закралась проблема. Реле греется до обжигающей температуры 54-60 градусов. При этом для этого реле такой нагрев - норма:
- сопротивление обмотки, согласно даташиту, 85Ом+-10% - ток 0.14А при 12В - 1.7Вт/ч;
- сопротивление обмотки, согласно мультиметру, 70Ом (опаньки, ложь в ТТХ) - ток 0.172А при 12В - 2.06Вт/ч.
Но можно охладить реле: сэкономить один ватт электроэнергии и успокоиться, что больше нет потенциальной печки (реле греется тем больше, чем больше изнашивается). Важно понять, что греется именно обмотка реле, а не контактная группа: по контактной группе течет вообще мизер: 9.5В/0.07А.

Первое, что приходит в голову: приклеить теплопроводным герметиком TA145 радиатор на реле - и фиг с ним. Или установить вентилятор 30-40мм, питая от самого реле (увеличение энергопотребления и шум). Для тех, кто не владеет знаниями электротехники, это - решение вопроса. Но можно пойти более продвинутым путем.

Электромагнитное реле работает просто. Внутри есть якорь, который при подаче определенного тока срывается с места и падает на контакт, замыкая реле. Управляющий ток прекратится - якорь вернется в первоначальное положение. Так как срыв якоря является пиковой нагрузкой, для срыва якоря необходим номинальный ток (номинальное напряжение), а для его удержания уже потребуется меньший (указанный в ТТХ >5.5В). Плюс номинальный ток может быть указан в ТТХ с большим запасом: например, реле РЭС60, рассчитанные на 27В, без проблем включались при 13.1В; а 75.3777 спокойно запускается при 9В (согласно даташиту: >8В). Поэтому рождаются две развилки:
- установить последовательно с реле токоограничивающий резистор, который всегда забирал бы на себя часть напряжения реле и понижал ток цепи; что уменьшит суммарный нагрев. Успешно собрано: у реле 75.3777 четко хватает 9В для срыва якоря и четкого его прилипания к контакту - выбран резистор 24Ом. В итоге: ток 0.128А и мощность 1.54Вт. При этом на резисторе выделяется 0.4Вт;
- оставить номинальный ток на короткое время, понизив затем до тока удержания якоря. Для этого последовательно реле припаивается связка из параллельно соединенных конденсатора и резистора. В момент подачи управляющего тока конденсатор не заряжен и представляет собой идеальный проводник - ток течет без ограничений. Пока конденсатор заряжается, якорь срывается с места и летит около 0.1с до замыкания контактов. После заряда конденсатор мгновенно становится идеальным диэлектриком - ток пойдет через резистор, который ограничит его до тока удержания. Использовался резистор 68Ом, конечный ток 0.087А для достижения на реле около 6В. Расчет конденсатора - позже. Тепловыделение суммарное 0.52Вт на резисторе и 0.53Вт на реле, суммарно 1.05Вт. Также успешно собрано.

Нужно модифицировать вторую развилку, чтобы получить недостающие данные и получить дополнительные преимущества. Но обнаружились проблемы.



Установить параллельно реле один конденсатор большой емкости или несколько средней емкости. Так как в момент подачи напряжения конденсатор есть идеальный проводник, эти конденсаторы будут забирать на себя весь ток, а реле и резистору вообще ничего не достанется. Это есть задержка включения реле (задержка включения колонок), здесь действует формула C = It/U (фарады). Пока расчет емкости невозможен, но предварительно она велика без дополнительного обвеса: сотни тысяч микрофарад. Важно: я не смог соединить задержку включения с ограничением тока до тока удержания по данной схеме. То ли емкости выбраны неверно, то ли есть какие-то нюансы (конденсатор не идеальный проводник?). Пробовал емкость C1 сделать в 2 раза больше C2, а также последовательно подключать малоомный резистор - результата так и не достиг. Короче, C2 все портит;
- емкость велика - при включении ПК будет порождаться высокий ток цепи (имеется, фактически, КЗ из конденсаторов высокой емкости - конденсаторы зарядятся быстро, не будет никакой задержки включения). Поэтому резистор 24Ом устанавливается в начало схемы, ограничивая ток до 0.5А. Это и будет током для формулы - и становится возможным расчет емкости, чтобы конденсаторы заряжались 0.2 секунды: 8333мкФ. И сабвуфер не будет бухать при включении: выброс уйдет в выключенные колонки. Может и 0.1с подойти, может и 0.05с - зависит от параметров системы, подбирается опытным путем;
- теперь становится возможным расчет номинала C1 на схеме: время полета якоря от точки до точки - 0.1с, значит можно ставить 4170мкФ;
- посчитаем, сколько времени реле будет отключаться после отключения ПК (продаваемые номиналы - 4700мкФ). При токе 0.087А конденсатор C2 разрядится за 0.65с. Второй конденсатор, имея на себе 9В, будет разряжаться исключительно на R2 0.2с (схема становится безопасной после отключения).

Практическая реализация задержки включения реле реализовывалась по схеме выше, но без R2 и C1. Так как ток удержания якоря не был выставлен (остался повышенным) - емкости 9000мкФ хватило на задержку где-то 0.7с, хотя должно было хватить на 0.22с. Приятный сюрприз: конденсаторы при заряде изменяют свое сопротивление и заряжаются нелинейно, все более ограничивая ток заряда. Мультиметр успел выловить на какую-то долю секунды ток 0.31А, а в основном он был 0.15А. Добавим к этому субъективность ощущений: переключая выключатель, мы слышим щелчок - но питание уже 0.1с точно не подается: это время полета якоря до противоположной стороны, ударом об которую и будет щелчок. То есть, из этих 0.7с якорь спешил в другое место 0.1с, чтобы включить реле; а оторвался спустя именно 0.6с.

А вот выключение реле происходит практически сразу: напряжение 9В быстро падает до 6В - и реле отключается (опаньки, ложь в ТТХ: должна при 5.5В).

Оказывается, напаять параллельно десятки тысяч микрофарад из конденсаторов 1000мкФ не проблема; проблема найти их под напряжение 12В (без конца 10В попадаются). На макетной плате 70x90 может уместиться, при условии громоздкого реле, минимум 20000мкФ, а если использовать 1500/2200/3300/4700мкФ - можно вообще задержку в несколько секунд реализовать. Конденсаторы не должны быть дорогими, т.к. скорее не номинал емкости диктует его стоимость, а номинал напряжения (размеры диктует именно он).

Важные моменты:
- реле автомобильное было выбрано лишь потому, что лень было покупать другое. Громоздкое реле (рассчитанное аж на 30А при коммутации 0.07А) с низким сопротивлением обмотки порождает больший ток (надежность в ущерб экономичности: такой тяжелый якорь да сильно прижимать надо) - в итоге приходится выбирать большую емкость для конденсаторов. То есть, правильная покупка миниатюрного реле напряжением управления до 12В - правильное техническое и экономическое решение задачи. Можно покупать реле хоть на 5В: при всех равных ток 12-вольтовой ниже, чем 5-вольтовой - но есть шанс найти именно миниатюрное реле;
- что происходит с C2 и C3 после отключения питания: разряжаются одинаково или сначала один полностью и затем другой? Это тема для дискуссий, и пока не получен практический результат - спорить об этом можно долго (все доводы выглядят достаточно логично). Казалось бы, если питание от розетки представить как мегаконденсатор, а C2 как маленький конденсатор: при отключении первого второй заряжен полностью и начинает отдавать энергию - но тут ключевой момент: физическое отключение мегаконденсатора от цепи, само размыкание цепи. Казалось бы, включенные последовательно батарейки в пульте разряжаются одинаково и одновременно: значит, параллельно должны разряжаться по-очереди - но это тоже обманка. Единственный способ оценки: соединение параллельно двух больших конденсаторов (АКБ) и слежение за напряжением и током. И напряжение, и ток (при неизменной нагрузке) будут падать одинаково на обоих АКБ: согласно правилу Кирхгофа о параллельном соединении двух источников ЭДС, от каждой из них будет идти одинаковый ток;
- у конденсатора одна особенность, в сравнении с АКБ. АКБ разряжается медленно (и медленно падает напряжение) за счет большой емкости, микрофарадные конденсаторы же можно представить как быстро разряжающиеся элементы (а порой и мгновенно): только имел на себе номинальное напряжение - и тут же ухнул до 0В;
- неясно, нужен ли диод Шоттки на входе схемы: нет данных об обратном токе в питающие разъемы ПК.

Вместо реле можно использовать миниатюрный оптрон: гальванически развязанный, как реле, может пропускать через себя ток 70мА - почти любой (можно параллельно поставить пару 50мА: на алиэкспрессе они по 70 копеек или около того). Т.к. он управляется током всего 20мА (а на практике может быть и меньше) - это делает его очень привлекательным. Вместо конденсаторов, моделирующих задержку включения, можно попробовать использовать D-триггер или триггер Шмидта, но с таковыми работать еще не научился. То есть, если просто реле - для обывателя, реле с обвесом - для электротехника, остальное - для электроника.

Вообще, родилась идея, как с задержкой управиться другим способом. Генератор на основе таймера NE555P за 7 рублей (+ обвес 4 резистора, 2 конденсатора мелких да светодиод - за рублей 50) и делитель частоты на необходимую задержку рублей за 13. Как только сигнал с генератора пройдет сквозь делитель - зажечь им тиристор или симистор: даже после исчезновения управляющего сигнала они не закроются. Таким образом можно сделать задержку хоть часовую. Становится доступным использование RC-ограничения тока до тока удержания. Пока идет задержка аппаратным способом - можно зарядить конденсаторы, которые будут выполнять роль АКБ в случае исчезновения питания, и они не будут мешать при подаче напряжения на само реле. Да тут целую схему набросать можно; а так как вместо реле уже можно будет использовать оптроны и иже с ними - все уместится на макетную плату 90x70, и еще для автографа место останется.

(добавлено 09.09.2016) И уместилось! Осталось протестировать все мелочи и ответить на главный вопрос: где же в ПК взять +5В, пропадающие при выключении ПК. Molex у меня нет - придется сделать врезку в SATA-провода с помощью клеммника на 10А. Но лучше - с помощью паяльника и термоусадок. Врезка дает возможность использовать любой разъем на конце, хоть ГРПМ2-122. В статье о колонках во вторник будет размещена картинка и описание.
Обновлено ( 30.09.2016 21:34 )
 
 

Последние новости

©2008-2018. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).