Как ограничить индуктивные выбросы или для чего параллельно реле подключается диод.

Тема: простая защита электронной схемы с катушками реле от ЭДС индукции.

На электронных схемах, где стоит электромагнитное реле, можно заметить, что параллельно его катушке припаян диод. Этот диод подсоединяется к обмотке обратным подключением. То есть, плюс диода (он же анод) будет лежать на минусе источника питания схемы, а минус диода (он же катод), будет находится на плюсе питания. Как известно, при таком способе подключения диода к питанию полупроводник находится в закрытом состоянии, он через себя не проводит электрический ток. Тогда возникает вопрос, а зачем он тогда нужен, если он работает как обычный диэлектрик?

А дело всё в том, что любая катушка, намотанная обычный образом (провод мотается в одном направлении) имеет помимо электрического сопротивления и индуктивность. Вокруг катушки при прохождении постоянного тока образуется электромагнитное поле. А в момент снятия напряжения с катушки, та энергия, которая была аккумулирована в этом электромагнитном поле резко преобразуется опять в электрическую. При этом на концах катушки появляется высоких разностный потенциал. То есть, проще говоря, в момент отключения от катушки питания на ней образуется кратковременный электрический всплески напряжения. Причем, этот всплеск ЭДС (электродвижущей силы) может в несколько раз превышать напряжение питания, которое ранее было подано на обмотку.

Такие скачки увеличенного напряжения, которые образуются на различных катушках, в том числе и на обмотке реле, способны негативно влиять на чувствительные элементы электронной схемы. Например, этот скачок легко может создать электрический пробой различных маломощных транзисторов, микросхем и т.д. Либо же это кратковременное увеличение напряжения может в момент процессов переключения реле вводить в электронную схему различные искажения, погрешности, плохо влиять на измерительные узлы и т.д. Одним словом явление возникновения подобных импульсов увеличенного напряжения – это плохо для любой электронной схемы.

А как же обычный диод может защитить от таких вот ЭДС скачков? Дело в том, что генерация ЭДС индукции имеет противоположную полярность, относительно подаваемого напряжения питания на катушку. Вначале мы на один конец катушки реле подавали плюс, а на второй – минус. При снятии напряжения питания с катушки полюса изменятся. Где был плюс, появится минус, а где был минус, появится плюс. Если наш защитный диод при одной полярности, когда идет питание катушки, находится в закрытом состоянии, работая как диэлектрик, то при другой полярности он уже будет переходить в открытое состояние. Другими словами говоря, при нормальной работе реле диод не будет себя проявлять как функциональный элемент, а при возникновении ЭДС индукции на катушки реле он сразу же станет проводником и замкнет этот импульс увеличенного напряжения на себе.

Может возникнуть вопрос. Если диод берет (замыкает) всю энергию ЭДС индукции катушки реле на себя, то не выйдет ли он от этого из строя (не сгорит ли)? Дело в том что у обычных катушек реле не столь большая энергия, что аккумулируется на ней в виде электромагнитного поля. Эта энергия имеет импульсный, одноразовый характер. Причем, при ЭДС индукции опасно именно увеличенное напряжение (относительно напряжения питания), токи же в этом импульсе достаточно малы. Задача диода нейтрализовать именно импульс увеличенного напряжения. Да и самый обычный, распространенный диод, такой как 1N4007 способне выдерживать обратное напряжение аж до 1000 вольт и прямой ток до 1 ампера (ток импульса намного меньше).

А какие диоды нужно ставить параллельно катушке реле, чтобы защитить электронную схему от подобный скачков напряжения ЭДС индукции? Как я только что уже сказал, энергия обычного маломощного реле (да и средней мощности) не такая уж и большая. Опасен именно сам увеличенный по напряжению импульс. Если питание катушки было, например, 12 вольт постоянного тока, то этот импульс может быть в несколько раз больше (ну пусть до 150 вольт, не больше). Токи, которые могут быть при этом импульсе могут иметь величину единицы и десятки миллиампер. На ток влияет диаметр провода, и его длина в катушке. Чем тоньше диаметр, и чем больше намотка, тем меньше ток. С напряжением наоборот. Чем больше витков в катушке, тем выше напряжение будет при ЭДС индукции.

Если не вдаваться в расчеты, то поставив на катушку обычного маломощного реле кремниевые диоды типа 1N4007 вы не ошибетесь. Их вполне хватит, чтобы надежно защитить электронную схему от подобный ЭДС импульсов, возникающих из-за переключающихся процессов.

Видео по этой теме:

P.S. Порой встречаются схемы (например электронная нагрузка), где в цепи мощных транзисторов стоят низкоомные резисторы. Эти резисторы на малое сопротивление иногда наматываются своими руками. Так вот если их мотать обычным образом (витки всего провода имеют одно направление) то это самодельное сопротивление будет обладать и активным сопротивлением и индуктивностью, которая также будет создавать эти ЭДС импульсы увеличенного напряжения. Но такие самодельные резисторы можно мотать и другим образом. Обмоточный провод складываем вдвое, его концы припаиваем на корпус обычного резистора, а сам сдвоенный провод одновременно наматываем на каркас резистора. В этом случае этот резистор будет иметь только активное сопротивление, индукция у него будет нулевая, что исключить возникновения ЭДС импульса. Дело в том, что электромагнитное поле провода одного направления будет компенсироваться полем другого провода, имеющего обратное направление.

Рекомендуемый материал

Куда далее перейти на этом сайте ⇙⇙⇙

»  Главная страница

» Каталог всех статей

» В начало страницы

В схемах где обмотка реле, управляется транзистором, всегда параллельно обмотке включается диод. Давайте разберёмся какую роль выполняет диод. Ниже изображена схема, на которой видно, что если подать на затвор полевого транзистора определённое напряжение, то транзистор становится эквивалентен проводу, то есть его сопротивление стремится к нулю.Давайте соберём схему, изображённую ниже, и посмотрим как выходной сигнал зависит от входного.Во всех осциллограммах в статье первый канал — управляющее напряжение, на затворе транзистора, второй канал — напряжение на стоке полевого транзистора.На осциллограмме видно, что форма выходного полностью повторяет форму входного сигнала. Давайте заменим резистор индуктивностью и посмотрим как изменится выходной сигнал. В качестве индуктивности у меня выступает моторчик для сверления плат.

На осциллограмме видны «иголочки», те самые индуктивные выбросы, амплитуда которых достигает нескольких сотен вольт, при этом на моторчик подаётся 5 V. Также стоит отметить, что выбросы появляются на задних фронтах импульсов, то есть в момент закрытия транзистора. Причина возникновения выбросов следующая, при протекании тока через индуктивность, неважно моторчик или обмотка реле, в ней накапливается энергия магнитного поля. Когда транзистор начинает закрываться, а следовательно, ток через катушку уменьшается, катушка стремится поддержать протекающий через неё ток том же уровне. Препятствовать уменьшению тока, она может только за счёт накопленной энергии магнитного поля. Таким образом, вся энергия магнитного поля преобразуется в электрическую, что и является причиной того, что мы называем индуктивным выбросом. Транзистор был взят с большим запасом по напряжению, максимальное напряжение между стоком и истоком 200 V, но всё равно удивительно как он не сгорел.Давайте теперь подключим параллельно моторчику выпрямительный диод 1n4007, он обладает достаточным запасом по напряжению, и посмотрим, что изменится.Надо отметить, что диод включается противоположно направлению тока через катушку, иначе если включить его по направлению тока, когда транзистор откроется ток через него ничего не будет ограничивать и диод сгорит. Вообще, есть одно хорошее правило, которое следует запомнить, всегда с полупроводниковым элементом последовательно включать резистор иначе он просто сгорит, или срок его службы значительно уменьшится. На осциллограмме видно, что амплитуда выброса уменьшилась примерно в 7 раз, но выбросы всё равно остались. Становится понятно, что выпрямительные диоды не подходят для этих целей и правильнее будет воспользоваться импульсным диодом, в закромах быстро нашёлся FR157.Параметр на который надо обратить при выборе импульсного диода называется максимальное время восстановления обратного сопротивления и для FR157 он равен 500nS, а выбросы появляются один раз в 1mS, поэтому к появлению очередного выброса диод восстановится и будет готов принять его.На осциллограмме видно, что выбросы исчезли и моторчик начал вращаться. До подключения диода он не вращался и издавал звук, который изменялся в зависимости от частоты генератора. От 1 до 15 Khz, звук, который издавал моторчик был слышим, что почти соответствует звуковому диапазону частот.Теперь мы знаем для чего параллельно управляющей обмотке реле подключается диод и как ограничить индуктивные выбросы. Источник: hubstub.ru Перевод—> СтатьяtoozpickЭлектроникаДобавлено 3 комментария Приветствую, Самоделкины!Сегодня поговорим про обычное электромагнитное реле. Простое в исполнении не очень долговечное и с виду ничем не примечательное реле. Автор YouTube канала «AKA KASYAN» расскажет где и для каких целей его можно использовать и какие простые, но весьма полезные конструкции можно собрать на его базе. Кстати, данный материал заточен для начинающего радиолюбителя. Ну что же, давайте начнем.Наша первая схема построена на основе реле и электролитического конденсатора.Для того чтобы понять для чего она предназначена, сперва давайте поймем, как все это дело работает. Питание, например, 12В по силовым контактом реле поступает на плюсовую обкладку конденсатора и одновременно на катушку. Минус или масса питания поступает напрямую, минуя контакты.Первоначально, до подачи питания, указанные контакты реле замкнуты.Как только подается питание, реле срабатывает, контакты 1 и 2 размыкаются, взамен замыкаются контакты 1 и 3.Но к тому моменту в нашем конденсаторе накопилось достаточно энергии, и питание на катушку подается именно запасенная в конденсаторе энергия. Пока напряжение на конденсаторе достаточно для питания обмотки реле, контакты будут находиться в этом состоянии.Со временем из-за разряда конденсатора соленоид в составе реле становится неспособным удерживать контакты в таком состоянии. Реле выключается, а контакты снова возвращаются в исходное состояние. Опять происходит заряд конденсатора, срабатывание реле и процесс снова повторяется, то есть реле периодически меняет свое состояние, то включено, то выключено.Интервалы вкл/выкл зависят исключительно от емкости конденсатора. Чем большая емкость, тем дольше соленоид будет удерживать контакты и наоборот. Подключать нагрузку к нашему прерывателю можно несколькими способами: 1) в разрыв одного из проводов питания; 2) использовать 3-ий контакт реле; 3) использовать реле с 2-мя контактными группами.Первые 2 варианта имеют несколько недостатков. Во-первых, нельзя подключать нагрузки большой мощности и, во-вторых, эти решения повлияют на рабочую частоту схемы. Третий же вариант самый правильный, так как контакты, которые будут осуществлять коммутацию нагрузки, никак не связаны с контактами управления, что дает возможность подключать к схеме любые нагрузки, в том числе и сетевые. Мощность подключаемой нагрузки зависит исключительно от пропускной способности реле, то есть от тока допустимого через его контакты. Этот параметр указывается на корпусе реле, как и напряжение соленоида.Эта схема, как и все последующие, настолько проста, что нет смысла делать ее на печатной плате. А так, если вы увлекаетесь электроникой и хотите чтобы ваши самоделки выглядели как заводской продукт, то можно заказать плату у китайцев.Вторая схема чуть сложнее.Тут помимо конденсатора добавлено еще 2 компонента – резистор и транзистор.Транзистор практически любой, малой или средней мощности, обратной проводимости. Эта схема представляет из себя систему задержки при включении, что-то наподобие реле времени. При подаче питания на схему реле включается не сразу, а по истечению некоторого времени. В начальный момент через ограничительный резистор медленно заряжается конденсатор.Как только напряжение на этом конденсаторе доходит до некоторого значения (где-то 0,6-0,7В), срабатывает транзистор. По его открытому переходу, питание поступает на обмотку реле. Реле срабатывает, коммутируя нагрузку.Время задержки зависит от емкости конденсатора и сопротивления резистора. Чем больше емкость и сопротивление, тем большая задержка и наоборот. Следующая схема:Может показаться, что автор забыл нарисовать некоторые компоненты, но для сборки этой конструкции нам помимо реле ничего другого не нужно. Принцип работы тот же, что у первой схемы. Питание по замкнутым контактом поступает на соленоид, тот срабатывает, контакты размыкаются, подача питания прекращается, и так как соленоид обесточен, контакты опять возвращаются в исходное состояние.Такой преобразователь практически неуправляемый. Срабатывание происходит с довольно высокой частотой и надо сказать, что штатные реле долго не протянут в таком режиме. Но смысл данной схемы все-таки есть. Дело в том, что для индуктивных нагрузок свойственно явление самоиндукции, а наш соленоид как раз таки является индуктивностью. В чем прикол? В тот момент, когда на соленоид поступает питание он как бы накапливает некоторую энергию. Когда питающая цепь размыкается, соленоид отдает накопленную энергию, при том ЭДС самоиндукции гораздо выше напряжения питания.Даже с питанием от 9-вольтовой батарейки «крона» напряжение самоиндукции соленоида доходит до нескольких десятков, а то и сотен вольт.Но не бойтесь, это не опасно, но получить неприятный удар током еще как возможно. Если добавить в нашу схему выпрямительный диод и накопительный конденсатор, то получим что-то похожее на электрошокер.Тут все просто. Прерыватель обеспечивает периодическую подачу питания на соленоид, после отключения питания напряжения самоиндукции через выпрямитель накапливается в конденсаторе. Конденсатор обязательно нужен на 250 либо на 400В. Благодаря малой емкости, нескольких секунд работы схемы достаточно чтобы конденсатор зарядился.Накопленная в конденсаторе энергия может совершать полезное действие, ну или не совсем полезное. Конечно же такую штуку нельзя использовать в качестве шокера, но бьёт довольно неприятно.Интересный вариант фотореле можно построить всего на 2-ух компонентах: фоторезисторе и реле.Фотореле, которые можно встретить в сети, даже самые простые варианты в своем составе имеют транзистор и пару резисторов. Оно и правильно, такие схемы более практичны, но представленный вариант тоже имеет право на жизнь. Фоторезистор самый обычный, его сопротивление в темноте очень большое, при дневном освещении снижается до нескольких сотен Ом.Принцип работы следующий. Днем, когда светло, сопротивление фоторезистора минимально и реле срабатывает, размыкая контакты 1 и 2. Нагрузка, например лампа, отключается.С приходом темноты, сопротивление фоторезистора начинает увеличиваться, следовательно уменьшается и ток в катушке реле, и в какой-то момент тока будет недостаточно, и контакты реле отключатся. В таком случае контакты 1 и 2 замкнуться, и нагрузка (та же лампочка) сработает, осветив дворик или тропинку.Недостатком данной схемы, в отличие от тех, которые имеют в своем составе хотя бы 1 управляющий транзистор, заключается в том, что этот вариант не имеет возможности регулировки.Данный материал подготовлен исключительно для ознакомительных целей. На этом пора закругляться. Благодарю за внимание. До новых встреч!Видео: Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь. Используемые источники:

• https://electrohobby.ru/zachem-diod-na-rele-hgp.html
• https://hubstub.ru/circuit-design/38-kak-ogranichit-induktivnye-vybrosy-ili-dlya-chego-parallelno-rele-podklyuchaetsya-diod.html
• https://usamodelkina.ru/12652-poleznye-konstrukcii-iz-obychnogo-rele.html