Реле для кнопочного выключателя

На рынке существует большое разнообразие импульсных реле, за счет технических и конструктивных отличий вы можете встретить и разные устройства. Но в качестве примера мы рассмотрим наиболее простое и практичное для понимания принципа действия (см. рисунок 1).

Рис. 1. Пример устройства импульсного реле

Простейший пример импульсного реле состоит из таких элементов:

• Катушка – изготавливается из медного проводника, намотанного на немагнитное основание, к примеру, каркас из текстолита, электрокартона и т.д. Предназначена для создания электромагнитного поля, воздействующего на магнитные элементы.
• Сердечник – выполняется из ферромагнитных материалов, вступающих во взаимодействие с магнитным полем катушки. Предназначен для перемещения и совершения магнитного воздействия.
• Контактная система реле – состоит из подвижных и неподвижных контактов, предназначенных для передачи сигнала.
• Резистивные, емкостные и сигнальные элементы – применяются для задания логики работы устройства и обозначения состояния.
• Таймер – задает временной интервал выдержки реле, но присутствует не во всех моделях, помогает существенно расширить функционал оборудования.

Назначение бистабильных реле заключается в регулировании цепями освещения либо другими потребителями. Их устройство базируется на таких элементах:

• Постоянный магнит.
• Катушка.
• Якорь.
• Система контактов.
• Полюсные наконечники магнитопровода.
• Винты для регулировки.
• Корпус.

Якорь прикрепляется к металлическому основанию в середине катушки вместе с контактами. В бистабильных реле подвижные контакты, за исключением штепсельного типа реле, в котором группа контактов содержит подвижные и неподвижные контакты. Корпус выполняется в виде прозрачного колпачка с ручкой.

В некоторых моделях внутри колпачка монтируют переключатели для ручного управления переключением реле и блинкеры для индикации контактов. Блинкеры представляют собой механические элементы.

Принцип действия

Бистабильное реле контролируется импульсами, это значит, чтобы включить устройство требуется подать управляющий импульс для замыкания контактов и такой же импульс для размыкания контактов, чтобы выключить прибор.

Размыкание и замыкание контактной группы обеспечивает катушка, установленная в реле. С её помощью реле при подаче напряжения втягивает сердечник. После чего контактная система замыкается либо размыкается, в зависимости от её исходного положения.

Для подачи питания на катушку реле необходимо кратковременно нажать на кнопочный выключатель. Тогда питание на катушку замкнёт свой силовой контакт и при этом подаст питание к нагрузке. После следующего нажатия на кнопку силовые контакты импульсного реле размыкаются, а цепь нагрузки разрывается.

Разновидности бистабильных реле

На рынке можно обнаружить различные модификации импульсных реле. Они могут отличаться своим корпусом, принципом работы или иметь другие различия. Объединяются бистабильные реле в одну группу по своему назначению, но по принципу действия их делят на два вида:

1. Электромеханические.
2. Электронные.

Конструктивное исполнение электромеханических бистабильных реле имеет сходство с устройством модульных контакторов. Катушка модульного контактора, находящегося в рабочем режиме, всегда под напряжением, а катушка импульсного реле получает только кратковременные импульсы. Реле, основанное на импульсах, потребляет электроэнергию исключительно в момент коммутации.

Главными составляющими являются следующие элементы:

• Катушка.
• Контактная группа.
• Пружинная система.
• Рычажная система.

Работа электромеханических бистабильных реле практически не отличается от простых электромеханических реле. Они способны поочерёдно включать и отключать устройства, когда поступают импульсы на катушку.

Электронные реле отличаются своей конструкцией от электромеханических. Так как у них нет сердечника и собраны эти реле на основе микроконтроллера. Приборы имеют полупроводниковый элемент (ключ) с микропроцессором или релейный вход. Контроллеры предназначены для управления коммутацией нагрузки и слежения за сигнальным входом. В некоторых моделях микроконтроллёры соединены с таймерами, благодаря этому можно собирать своеобразные схемы на базе одного реле.

Импульсные реле выпускаются разных мощностей и могут иметь следующие отличия:

• Количество контактов.
• Тип контактов.
• Число полюсов.
• Тип поляризации.
• Номинальный ток силовых контактов (16 А, 32А).
• Способ установки:- навесной;- на DIN рейку в распределительный щит.

Реле навесного типа часто устанавливают под навесным потолком, а также в распределительной коробке.

Основное применение

Импульсные реле имеют разное назначение. Некоторыми моделями пользуются на тепловых и атомных станциях, другими в быту для управления разными светильниками из нескольких точек в доме. Широко распространено реле этого типа в железнодорожной сфере, его применяют для улавливания импульсов рельсовых цепей, контролирующих рельсовые линии на станциях. Также приборы эксплуатируются для автоматизации разных процессов в сфере телемеханики и производстве.

С помощью бистабильных реле организовывают регулирование освещением, как и с помощью проходных выключателей. Но в реле, управляющихся импульсами, намного больший функционал, поэтому их можно применять в конструкциях систем автоматического управления. Они позволяют управлять не одной группой освещения из разных мест при помощи кнопочных выключателей соединённых параллельно. Благодаря чему можно создать централизованное управление всеми осветительными приборами в доме, чтобы уходя из дому, гасить полностью освещение в здании, путём нажатия на один выключатель.

Импульсные электронные реле с таймером удобно использовать на лестничных пролётах либо проходных коридорах.

Установка и схема подключения импульсного реле

По размеру корпуса реле действительно можно ставить в установочную коробку под выключатель. Для этого в коробку надо дополнительно провести ещё нулевой провод. Всего получится 4 провода: входящая фаза L, нейтраль для питания электронной схемы реле N, вывод на кнопки (вход схемы) , и выход на питание лампочек.

Схема подключения реле BIS-403. Куда подключать кнопки управления?

Вообще я рекомендую всегда в установочную коробку вести кабель с одной “лишней” жилой. Как показывает практика, она часто бывает нужной “опосля”.

На этой схеме не совсем понятно, поэтому привожу электрическую принципиальную схему подключения импульсного реле ниже. Тут сразу видно, что кнопки вторым выводом должны подключаться к фазе.

Схема включения освещения на импульсном реле

На схеме включения показаны две кнопки, но реально их может быть любое количество – от 1 до 10. Но, переусердствовать с длиной проводов и количеством мест управления не стоит, ибо будут возможны ложные срабатывания. В таком случае провода управления надо располагать подальше от силовых, параллельно кнопке поставить конденсатор 0,01…0,1 мкФ, а может даже придется использовать экранированный кабель.

Вместо кнопок, которые могут не быть в продаже, можно поставить обычный одноклавишный выключатель, хотя это может быть не совсем удобно.

Как обещает производитель, реле должно устанавливаться в установочную коробку совместно с выключателем. Но вот беда – импульсное реле в монтажную коробку под гипсокартон не помещается, поскольку она сужается. Мне пришлось ставить отдельную монтажную (распаячную) коробку, где и была собрана вся схема.

Виды импульсных реле

Средства автоматики, приводимые в действие электрическим импульсом, бывают электромеханическими и электронными. Они отличаются как внутренним устройством, так и принципом действия. Но назначение у них общее.

Ниже приведены преимущества и недостатки обоих видов, ознакомившись с которыми пользователь сможет сам принять решение в пользу одного из них.

Электромеханические устройства

Конструкция данных изделий включает в себя:

• катушку управления;
• сердечник, приводимый в действие электромагнитным полем катушки;
• контактная группа, осуществляющая коммутацию цепи;
• механические узлы (пружинные и рычажные детали).

В отличие от обычных реле, импульсные аппараты не нуждаются в постоянной подаче напряжения, а работают от короткого импульса. Соответственно расход электроэнергии в них происходит только во время замыкания/размыкания контактов.

Практически все представители устройств данного вида имеют механизм для крепления на DIN рейку.

Электронные импульсные реле

Основными конструктивными составляющими этого вида являются микропроцессоры и полупроводниковые элементы. На данный момент электронные изделия отличаются излишней чувствительностью к импульсным перенапряжениям, что бывает причиной ложных срабатываний. Однако, благодаря той же полупроводниковой «начинке», они делают возможной реализацию дополнительных функций. Например, совместив устройство с таймером, можно программировать время включения/выключения света.

Кроме того, ввиду ускоренного прогресса технологий, связанных с использованием микросхем, электронные изделия имеют хорошие перспективы развития.Читайте также статью ⇒ Реле напряжения.

Окончательный выбор изделия всегда остается за пользователем.

Подключение бистабильного реле собственными руками

Монтаж импульсного переключателя можно выполнить как в электрощите, так и в отдельной установочной коробке. Мы рассмотрим частный случай: подключение модульного бистабильного реле в распределительном щите. Но следует сказать, что для этого необходимо иметь отдельную линию в электропроводке для подачи напряжения на приборы освещения. Стандартная монтажная схема управления освещением на базе бистабильного переключателя состоит из самого устройства, выключателей кнопочного типа, кабелей электропроводки и автомата включения/выключения. При наличии необходимой линии с выключателями все монтажные работы выполняются в распределительном щите.

На выше представленной схеме система управления освещением выполнена на базе электромеханического импульсного переключателя РИО-1, одного из самых популярных в настоящее время. Это устройство модульного типа и монтируется на DIN-рейку в распределительном щите. Нулевой провод подключается к реле и осветительным приборам. Фазный провод с автомата заводится на соответствующий контакт переключателя, а также на кнопочные выключатели без фиксации, которых может быть неограниченное количество. При нажатии на один из них свет либо включается, либо выключается. Все достаточно просто и такой монтаж сможет выполнить человек, обладающий элементарными познаниями в электротехнике.

Проходной выключатель с обратной связью + Raspberry pi.

Как использовать обычные клавишные выключатели с произвольным дизайном как проходные и с параллельным управлением из микроконтроллера, да еще и с обратной связью и так чтобы работало одновременно и из контроллера, и с выключателя? Это вообще законно? 🙂

Как? Обо всем по порядку!

Общий принцип следующий:
Для коммутации нагрузки (лампы) будет использоваться обычное импульсное реле (еще его иногда называют бистабильное импульсное реле).
Для создания импульсов на наше импульсное реле будут использоваться механические кнопочные (пружинные) выключатели и коммутируемое реле на 220V с 3-5 вольтовой логикой управления.
Кнопочных выключателей может быть произвольное количество, все они подключаются параллельно и монтируются куда необходимо. Для примера мы воспользуемся одним выключателем.
К микроконтроллеру (в нашем случае Raspberry pi) подключается одно коммутируемое реле на 220V c 3-5 вольтовой логикой управления.
Параллельно к нагрузке (лампе) подключается опторазвязка или произвольный датчик контроля наличия 220V, который сообщает текущее состояние на линии в наш контроллер.
Теперь раскроем каждый пункт чуть подробнее.

Импульсное реле

Импульсное реле коммутирует реальную нагрузку, то есть нашу лампу (люстру и тд). Как работает импульсное реле? Это, как правило, электромеханическое реле, которое может иметь два состояния (отсюда название «бистабильное»). Состояние реле изменяется только при приходящем импульсе. Пришел импульс — реле замкнулось и напряжение пошло, пришел еще импульс — реле разомкнулось и электрическая цепь разорвана. И так далее, по кругу, импульс за импульсом. Существуют различные импульсные реле, отличающиеся количеством фаз и вольтажом входного импульса. Обычно входные импульсы — это 12 или 24 вольт кратковременного постоянного тока или 220 вольт переменного. Данные входные импульсы приходят по сигнальным линиям от кнопочных выключателей или программного реле — генератора импульсов контроллера.
В нашем примере я буду использовать простейшее однофазное импульсное реле Finder 20-ой серии, если конкретно — Finder 20.21.8. для установки на DIN рейку. Данное реле управляется импульсами от сети 220v.
Плюсы: не нужно строить отдельную сигнальную линию другого вольтажа и согласовывать входящие уровни во всех управляющих элементах.
Минусы: сигнальный провод — это провод на 220 вольт. Cтоимость такого будет несколько выше, чем провода, подходящего для 24V. К тому же, нужно будет всегда помнить о технике безопасности — вы будете работать с 220 вольт!
Какой импульсник взять — не принципиально. Главное — правильно подбирайте номиналы для вашей реальной нагрузки.

Клавишный выключатель

Подойдет любой. Выбирайте на ваш вкус, можно хоть сенсорный. Главное, чтобы выключатель автоматически возвращался в исходное состояние (например, внутренней пружиной), тем самым кратковременно замыкал цепь в момент нажатия и размыкал, когда вы его отпустите. В этом вся прелесть: вы не зависите от производителя и кнопка на стене у вас будет красивой.

Для программной генерации импульса можно использовать как электромагнитное, так и твердотельное реле на 220V c сигналом управления 3-5V от нашего Raspberry pi.
Ампераж такого реле может быть существенно ниже, чем на ипульсном, так как нагрузки на таком реле не предвидится, оно просто будет создавать кратковременные импульсы в сети.
В данном примере я буду использовать электромагнитное реле на 16 ампер. Взял первое, какое лежало под рукой 🙂
Более подробно о таких реле и способах их подключения можно почитать тут.

Внимание! На схеме реле имеются участки и контакты, при соприкосновении с которыми произойдет поражение электрическим током! Для штатной работы используйте диэлектрический корпус.

Опторазвязка

Как говорилось выше, можно воспользоваться готовым датчиком определения наличия 220V. Но мне было проще и дешевле собрать такой самому (да и интереснее). Суммарная стоимость компонентов не дороже 100 рублей.
В нашем случае у нас будет простейшая оптопара TLP621(GB), один диод 1N4007 и 2 резистора номиналами 130Ком и 4,7Ком. Вот и вся схема.

схема датчика наличия 220V

Принцип схемы таков, что когда напряжение 220V в сети есть — диод внутри оптопары загорается, транзистор открывается и ток от Raspberry pi, поданный на контакт питания, протекает на сигнальный контакт. При этом у нас присутствует гальваническая развязка между сетью 220v и 5-и вольтовым Raspberry pi. На малине нет встроенного АЦП, но это не критично, данной схемы вполне хватит, чтобы программно ловить текущее состояние по входящему сигналу на любом контроллере.

Внимание! На схеме имеются участки и контакты, при соприкосновении с которыми произойдет поражение электрическим током! Для штатной работы используйте диэлектрический корпус.

Общая схема подключения всего нашего хозяйства

импульсное реле + электромагнитное реле + выключатель + raspberry:

Еще раз напомню, что данная схема — лишь лабораторный вариант! Для конечного решения используйте диэлектрические корпуса!
Так же будьте аккуратны при определении фазы. Важно, чтобы все реле коммутировали именно фазу, а не ноль!

Завершающий этап — скрипты контроля и управления

Сначала напишем питоновский скрипт для управления электромагнитным реле. Мы должны будем генерировать импульсы электромагнитным реле для нашего импульсного реле.
Для этого достаточно просто ненадолго подавать на сигнальный провод 26 GPIO pin логическую единицу.

1. Основная комплектация

Кнопки КЕ включает в себя ряд составных элементов в виде:

• унифицированных контактных частей;
• управляющего устройства;
• специальных деталей, отвечающих за ориентацию и фиксацию технического приспособления на панели.

2. Функциональные возможности

Оснащается приводным механизмом, который гарантирует полную герметичность соединения, установленного между прибором и толкателем. Контактные элементы выполняют функции по замыканию и размыканию связей. Данные операции производятся с помощью применения механизма парного разрыва. Контакты отделяются путем разрыва не связанных цепей. Траверса перемещается после нажатия на толкатель. Это приводит к началу размыкания или замыкания. Кнопки КЕ оснащены фронтальным кольцом, которое имеет рельефную антивибрационную поверхность. Защелкивающийся замочный механизм гарантирует надежное закрепление фланца и корпуса выключателя.

3. Вспомогательные элементы

Отдельные модели выключателей могут оснащаться следующими дополнительными компонентами:

• грибовидные и цилиндрические фальшкнопки;
• наружные протекторы с цветными вставками;
• внутренние протекторы;
• встроенные сигнальные лампочки.

Технические характеристики

Наименование	Значения
Напряжение в сети с переменным током, В	660
Напряжение при постоянном токе, В	440
Показатель номинального тока, А	10
Значение рабочего напряжения, В	12
Начальный показатель тока при запуске, А	0,05
Конфигурация толкателя	грибовидная, цилиндрическая

Рис. 1 Габариты выключателя КЕ

Доставка прибора Кнопки КЕ по России осуществляется ТК:

• Деловые Линии;
• ПЭК;
• ЖелДорЭкспедиция;
• КИТ