Схема реле на конденсаторе: принцип работы, применение и особенности

Как работает схема реле на конденсаторе. Какие элементы входят в ее состав. Где применяется такая схема. Какие преимущества и недостатки у этого решения.

Принцип работы схемы реле на конденсаторе

Схема реле на конденсаторе представляет собой простое, но эффективное устройство для создания периодических импульсов. Ее основными компонентами являются:

• Электромагнитное реле
• Электролитический конденсатор
• Резистор

Принцип работы схемы заключается в следующем:

1. При подаче питания конденсатор начинает заряжаться через резистор и нормально замкнутые контакты реле.
2. Когда напряжение на конденсаторе достигает порога срабатывания реле, оно активируется.
3. Контакты реле размыкаются, прерывая цепь заряда конденсатора.
4. Реле удерживается в сработавшем состоянии за счет энергии, накопленной в конденсаторе.
5. По мере разряда конденсатора напряжение падает, и реле отпускает.
6. Цикл повторяется с начала.

Частота переключений в такой схеме зависит в основном от емкости конденсатора и сопротивления резистора. Чем больше емкость, тем дольше будет длиться цикл.

Области применения схемы реле на конденсаторе

Несмотря на свою простоту, схема реле на конденсаторе находит применение во многих областях:

• Автомобильная электроника (прерыватели указателей поворота)
• Системы сигнализации и оповещения
• Управление освещением (световые эффекты, мигающие гирлянды)
• Таймеры и реле времени для бытовой техники
• Учебные и демонстрационные стенды по электротехнике

Такая схема особенно полезна, когда требуется простое и надежное решение для генерации периодических сигналов с низкой частотой (от долей Гц до нескольких Гц).

Преимущества и недостатки схемы реле на конденсаторе

Как и любое техническое решение, схема реле на конденсаторе имеет свои сильные и слабые стороны.

Преимущества:

• Простота конструкции и минимум компонентов
• Надежность работы за счет механических контактов реле
• Возможность коммутации больших токов нагрузки
• Легкость настройки частоты путем замены конденсатора
• Невысокая стоимость компонентов

Недостатки:

• Ограниченный диапазон рабочих частот (обычно до нескольких Гц)
• Механический износ контактов реле при длительной работе
• Зависимость параметров от температуры и напряжения питания
• Относительно большие габариты по сравнению с полупроводниковыми аналогами
• Создание помех при коммутации индуктивной нагрузки

Расчет параметров схемы реле на конденсаторе

Для правильной работы схемы необходимо правильно подобрать номиналы компонентов. Основные параметры, которые нужно учитывать:

• Напряжение срабатывания реле
• Сопротивление обмотки реле
• Требуемая частота переключений
• Напряжение питания схемы

Частота переключений f приблизительно определяется формулой:

f = 1 / (2.3 * R * C)

где R — сопротивление зарядного резистора, C — емкость конденсатора.

Сопротивление резистора R выбирается таким, чтобы обеспечить достаточный ток для надежного срабатывания реле. Обычно оно составляет 0.5-2 от сопротивления обмотки реле.

Модификации базовой схемы реле на конденсаторе

Базовую схему реле на конденсаторе можно модифицировать для расширения ее возможностей:

• Добавление потенциометра для регулировки частоты
• Использование транзистора для усиления тока управления реле
• Применение таймера NE555 для более точного задания временных интервалов
• Добавление светодиодной индикации работы схемы
• Использование оптрона для гальванической развязки цепей управления и нагрузки

Эти модификации позволяют адаптировать схему под конкретные задачи и улучшить ее характеристики.

Альтернативы схеме реле на конденсаторе

Несмотря на простоту и надежность, схема реле на конденсаторе не всегда оптимальна. В некоторых случаях лучше использовать альтернативные решения:

• Мультивибраторы на транзисторах или операционных усилителях
• Микроконтроллеры с программируемыми таймерами
• Специализированные микросхемы-таймеры (например, NE555)
• Твердотельные реле для коммутации больших нагрузок
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) для сложных алгоритмов управления

Выбор конкретного решения зависит от требований к точности, надежности, стоимости и сложности реализации.

Практические советы по сборке и отладке схемы реле на конденсаторе

При самостоятельной сборке схемы реле на конденсаторе следует учитывать несколько важных моментов:

1. Используйте качественные компоненты с соответствующими номиналами.
2. Обеспечьте надежное питание схемы, избегая просадок напряжения.
3. Применяйте защитный диод параллельно обмотке реле для подавления выбросов напряжения.
4. При коммутации индуктивной нагрузки используйте RC-цепочки или варисторы для защиты контактов реле.
5. Проверяйте температурный режим работы компонентов, особенно при длительной эксплуатации.

Для отладки схемы удобно использовать осциллограф, что позволит наблюдать форму сигналов и точно измерять временные интервалы.

Схема реле на конденсаторе

Эта схема подойдет в тех случаях, когда генератор нужен «здесь и сейчас» и нет времени на серьезную конструкцию (скажем, через час Новый Год, а гирлянды не мигают), элементная база небогатая, а требования к генератору невысоки. Как видно из схемы, для построения этого генератора понадобится лишь электромагнитное реле с двумя группами контактов, электролитический конденсатор и резистор.

Рассмотрим схему устройства. При подаче питания, через резистор R1 и нормально замкнутые контакты К1.1 реле К1 начинается зарядка конденсатора С1. Скорость зарядки зависит от сопротивления резистора и емкости конденсатора. Как только напряжение на конденсаторе достигнет величины, достаточной для срабатывания реле, оно сработает и контакты К1.1 разомкнутся. Одновременно замкнутся (или разомкнутся) контакты второй группы (на схеме не показаны), отвечающие за нагрузку.

После размыкания контактов К1.1 реле будет питаться лишь энергией, запасенной конденсатором С1. Как только энергия иссякнет и напряжение на обмотке станет ниже напряжения отпускания, реле отпустит. Контакты К1.1 снова замкнутся и процесс повторится.

Как видно из схемы, частоту переключения генератора можно варьировать в широких пределах величиной емкости конденсатора, номинал же резистора должен быть таким, чтобы напряжение на обмотке реле было достаточным для его надежного срабатывания. Напряжение питания устройства указано условно и будет зависеть от типа применяемого реле. Конденсатор, конечно, должен быть рассчитан на напряжение не ниже напряжения источника питания или хотя бы не ниже напряжения срабатывания реле.

При указанных на схеме номиналах элементов и использовании электромагнитного реле РЭС-15 (паспорт РС4.591.004) частота переключения генератора будет около 1 Гц. При построении схемы, конечно, нужно учитывать, что такие «генераторы» не смогут работать на сколько нибудь высоких частотах – ведь они механические в буквальном смысле.

Посмотреть те или иные характеристики наиболее распространенных электромагнитных реле можно в нашем справочнике .

А.Н.Евсеев, «Электронные устройства для дома»,1994 г.

Схемы импульсного включения и отключения реле за счет токов заряда или разряда конденсаторов получили распространение на автоматических линиях в машиностроении.

В схеме, приведенной на рис. 1, а, реле К срабатывает при замыкании контакта командного реле KQ за счет тока заряда конденсатора С и возвращается в исходное состояние после окончания заряда. Длительность включенного состояния реле определяется емкостью конденсатора и питающим напряжением.

Резистор R служит для разряда конденсатора С после размыкания контакта KQ. Резистор R выбирается таким, чтобы ток через него был меньше тока удержания реле К. Однако увеличение сопротивления приводит к увеличению времени разряда конденсатора, т. е. длительности паузы между двумя импульсными включениями реле К. Этого недостатка лишена схема рис. 1, б, в которой в цепь резистора с небольшим сопротивлением R введен размыкающий контакт реле KQ.

Для уменьшения паузы можно также использовать схему рис. 1, в, в которой разряд конденсатора С происходит по цепи R2—R1—VD. Однако в этой схеме при небольшом сопротивлении резистора R2 на нем выделяется значительная мощность.

Более совершенной является схема рис. 1, г с вспомогательным реле К2. При замыкании контакта KQ срабатывает основное реле К1, а затем — реле К2, отключающее резистор R в цепи катушки К1. Последнее удерживается некоторое время за счет тока заряда конденсатора С. Реле К2 возвращается при размыкании контакта KQ.

Рис. 1. Схемы импульсного включения реле токами заряда конденсатора

Описанные схемы чувствительны к резким колебаниям питающего напряжения, которые могут приводить к ложным срабатываниям реле. В сетях с нестабильным напряжением рекомендуются схемы импульсного включения реле током разряда конденсатора (рис. 2, а—д).

В схеме рис. 2, а при подаче напряжения питания заряжается конденсатор С. При срабатывании командного реле KQ конденсатор разряжается на обмотку реле К, которое импульсно включается. Резистор R ограничивает зарядный ток конденсатора.

Рис. 2. Схемы импульсного включения и отключения реле токами разряда конденсатора

В схеме рис. 2, б конденсатор С заряжается при срабатывании реле KQ, а разряжается на обмотку выходного реле К после отключения KQ.

В схеме рис. 2, в после включения первого командного реле KQ1 реле К срабатывает и самоблокируется. Когда срабатывает второе командное реле KQ2, реле К возвращается с выдержкой времени, определяемой временем разряда конденсатора С.

Для импульсного включения выходного реле К при отключении командного реле KQ применяют схему рис. 2,г. При срабатывании KQ конденсатор С заряжается по цепи VD1 — R — KQ — С — VD2. Когда реле KQ возвращается, конденсатор разряжается на обмотку реле К, которое импульсно срабатывает.

В схеме рис. 2, д реле К импульсно срабатывает при срабатывании и возврате реле KQ за счет тока заряда и разряда конденсатора С соответственно.

Сегодня мы с вами соберем простую конструкцию прерывателя на основе электромагнитного реле. Эта конструкция имеет широкую область применения. В основном данное реле применяется в автомобильной технике (прерыватель указателей поворота). По сути, эта схема отличается максимальной простотой сборки, повторить ее может любой новичок.

Основа работы схожа с работой низкочастотного мультивибратора. Состоит схема из электромагнитного реле и электролитического конденсатора.

От емкости конденсатора зависит частота работы схемы. При подаче напряжения на реле заряжается конденсатор, затем его емкость разряжается на обмотку реле, от емкости конденсатора зависит время заряда конденсатора, чем больше емкость, тем больше времени уходит на зарядку, следовательно, устройство будет работать в качестве низкочастотного прерывателя.

По такой простой схеме можно реализовать ряд интересных и образовательных конструкций. Если подключить к соответствующим выводам реле лампочку, то последняя будет периодически мигать, частота этих миганий зависит от емкости выбранного конденсатора, о чем было упомянуто выше. По идее, мы получаем простой прерыватель указателей поворота — моргатель, который можно применить в транспортных средствах, в частности в легковых автомобилях.

Выбор электролитического конденсатора не критичен, можно использовать конденсаторы с напряжением от 16 до 100 Вольт, емкость от 100 до 4700 мкФ (смотря какая частота работы нужна).

В моем случае использовалось электромагнитное реле от сетевого стабилизатора напряжения с током 10-15 А, но мощность реле зависит от мощности подключенной нагрузки.

Эта схема отличается особой точностью работы, время нахождения в разомкнутом состоянии ровно времени нахождения в замкнутом состоянии.

Устройство можно использовать для управления большими нагрузками и не только низковольтных. Оптимальное напряжение питания составляет 12 Вольт, хотя обмотка реле рассчитана на гораздо большее напряжение.

Схема простого реле времени на триггере Шмитта из двух транзисторов

Простейшее реле времени можно собрать всего на одном транзисторе:

После подачи питания на схему конденсатор начинает заряжаться через резистор и когда напряжение на нем достигнет примерно 0,6В транзистор откроется. Нам нужно получить в нагрузке ток около 10мА. Из напряжения питания вычитаем падение напряжения на светодиоде(~2,5В) и напряжение насыщения коллектор-эмиттер(~0,1В), делим полученное напряжение на сопротивление резистора R2(1кОм) и получаем ток 9,4мА. Полученный ток делим на минимальное значение коэффициента передачи тока для C1815Y (120) и получаем минимальный базовый ток 78мкА. Теперь от напряжения питания отнимаем падение напряжения на переходе база-эмиттер, делим полученное напряжение на минимальный ток базы и находим максимальное сопротивление резистора R1. Получилось 146кОм. Возьмем меньшее значение — 130кОм. Теперь нужно подобрать конденсатор под нужное время задержки. Я взял самый большой что у меня был — 4700мкФ. С ним задержка получилась около 25 секунд. Светодиод начинает плавно зажигаться при напряжении на конденсаторе 0,4В и достигает максимальной яркости при напряжении 0,7В. Напряжение на конденсаторе удерживается на уровне 0,7В, почти весь ток резистора R1 течет через базу транзистора.

Существенно увеличить время задержки можно применив пороговое устройство, например триггер Шмитта.

Постоянная времени заряда конденсатора, равная произведению емкости и сопротивления, показывает время, через которое конденсатор зарядится до 63% от напряжения питания. Поэтому для удобства расчета времени порог срабатывания триггера также выбирается в 63% от напряжения питания. Если еще взять времязадающий резистор в 1МОм, то время работы реле в секундах станет примерно равно емкости выбранного конденсатора в микрофарадах.

Напряжение на конденсаторе через время t определяется по формуле:

U = Uc + (U — Uc) * (1 — e ( — t / (R * C) ))

где:

• Uc — начальное напряжение на конденсаторе;
• U — напряжение питания;
• e — математическая константа, примерно равная 2,718;
• t — время в секундах;
• R — сопротивление в Омах;
• C — емкость в Фарадах;

Нас интересует время, через которое напряжение на конденсаторе станет равным порогу срабатывания триггера. R и C известны, остается найти время:

t = — ln (1 – Uc/Uпит) * RC

При напряжении питания 12В, пороге срабатывания 8В, конденсаторе 3300мкФ и сопротивлении 6,7Мом время разряда:

t = — ln (1 – 8/12) * 6700000 * 0.0033 = 1,0985 * 6700000 * 0.0033 = 24289с ~ 6,74ч

Время горения светодиода при указанных на схеме номиналах примерно совпало с расчетным и составило 6,5 часов. Следует иметь в виду, что подключенный к конденсатору вольтметр может увеличить время его заряда. Для быстрой проверки порогов срабатывания можно добавить резистор 2-10кОм к плюсу конденсатора, и соединять его с общим проводом или с питанием для быстрого разряда/заряда. Если нужна задержка более 6-ти часов лучше воспользоваться цифровым способом отсчета времени.

После подачи питания светодиод зажигается, транзистор Q1 закрыт, так как почти весь ток резистора R1 протекает через разряженный конденсатор. По мере заряда конденсатора ток через него уменьшается а ток базы транзистора Q1, наоборот увеличивается. Как только напряжение на конденсаторе станет равным порогу переключения триггер переключиться: Q1 откроется, а Q2 закроется, светодиод погаснет. Конденсатор довольно быстро разрядится через резистор R4. Чтобы перезапустить реле достаточно чтобы напряжение на конденсаторе снизилось всего на 3-4мВ. Тут возникают опасения что реле может самопроизвольно включиться после отработки, ведь электролитические конденсаторы не обладают особой стабильностью параметров. Тестировал пока в комнатных условиях: за 10 часов ложных срабатываний не было. Скоро протестирую ее в реальных условиях в теплице, где будут значительные колебания температуры.

диодов — Какая польза от конденсатора в этой схеме реле?

спросил 5 лет, 1 месяц назад

Изменено 3 года, 8 месяцев назад

Просмотрено 6к раз

\$\начало группы\$

На приведенной ниже схеме показана катушка реле, питаемая от батареи 24 В постоянного тока. Параллельно катушке стоит обратный диод, а также керамический конденсатор.

Каково назначение конденсатора в этой цепи?

• конденсатор
• диоды
• реле
• обратный ход

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Этот конденсатор на самом деле не нужен, но он помогает уменьшить высокочастотные помехи и коммутационные импульсы, которые могут мешать другим схемам, работающим от того же источника питания (эта линия 24 В).

В частности, когда катушка реле выключена , генерируется очень резкий импульс (из-за магнитного потока в сердечнике реле, индуцирующего ток в катушке). Обратный диод берет на себя большую часть этого, но возможно, что он недостаточно быстр, чтобы уловить самые острые фронты импульса. Тогда конденсатор помогает сгладить эти края.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Конденсатор используется в качестве поглотителя. Диод не может среагировать достаточно быстро, и противо-ЭДС, создаваемая катушкой при отключении тока, может воздействовать на другие цепи. Фактически конденсатор увеличивает время роста противо-ЭДС и дает диоду больше времени для эффективного ограничения напряжения.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Какой конденсатор взять для катушки реле?

спросил 4 года 9 месяцев назад

Изменено 2 года, 5 месяцев назад

Просмотрено 5к раз

\$\начало группы\$

Я ссылаюсь на схему из этой темы: Для чего нужен конденсатор в этой схеме реле?, которая также показана ниже. Если бы я использовал конденсатор для катушки моего реле (12-вольтового типа с фиксацией), в которой уже установлен обратный диод, что 9?0037 номинальное напряжение , емкость и тип (например, электролитический, керамический), на что следует обратить внимание? Кроме того, если бы я использовал несколько конденсаторов для своей установки, можно ли было бы комбинировать конденсаторы разных типов (например, электролитические, керамические) или не рекомендуется?

• конденсатор
• реле
• raspberry-pi
• защелка

\$\конечная группа\$

0

\$\начало группы\$

Параллельное подключение катушки с конденсатором может значительно увеличить нагрузку на драйвер (что может привести к его выходу из строя) и может привести к кратковременному падению напряжения питания 24 В, что может вызвать сбои. Если драйвер относительно медленный или ток ограничен, может быть полезно уменьшить электромагнитные помехи от катушки, однако контакты обычно преобладают в шуме, и в любом случае схема драйвера, вероятно, определит, насколько большой вы можете безопасно сделать конденсатор.

Скорее всего, разумным значением будет несколько нФ, и лучше всего использовать керамический конденсатор с соответствующим номинальным напряжением.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Я настоятельно рекомендую вам не использовать конденсатор в этой системе, это не переменный ток, и вам не нужно компенсировать реактивный ток катушки.

Наоборот, создает проблемы, создает пиковый ток, который может генерировать нежелательные пики в линии питания, нагружает драйвер пиковым током, замедляет рост напряжения, отражая более слабое соединение при сближении контактов.