วิธีสร้างวงจรควบคุมลอจิกด้วยรีเลย์: จากการสลับสัญญาณไปจนถึงการขับเคลื่อนมอเตอร์

พื้นฐานการถ่ายทอด: เจาะลึกเข้าไปในส่วนประกอบหลัก

ส่วนประกอบหลัก

คอยล์:

"อินพุต" ของรีเลย์ เมื่อได้รับพลังงานจะสร้างสนามแม่เหล็กที่ขับเคลื่อนกลไกทางกล

พารามิเตอร์หลักคือแรงดันไฟฟ้าของคอยล์ (เช่น 5V, 12V, 24V DC) และความต้านทานของคอยล์ ซึ่งกำหนดกระแสไฟของไดรฟ์ที่ต้องการ

รายชื่อผู้ติดต่อ

"เอาท์พุต" และแอคชูเอเตอร์ของรีเลย์ การกำหนดค่าสามารถเป็น:

• Single Pole Single Throw (SPST): เช่นเดียวกับสวิตช์ธรรมดา มีเพียงสถานะเปิด/ปิดเท่านั้น
• Single Pole Double Throw (SPDT): แกนหลักของวงจรลอจิก เทอร์มินัลทั่วไป (COM) สามารถสลับระหว่างหน้าสัมผัสปกติปิด (NC) และเปิดตามปกติ (NO)
• Double Pole Double Throw (DPDT): เทียบเท่ากับรีเลย์ SPDT ที่เชื่อมต่อถึงกันสองตัว ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการสลับที่ซับซ้อน เช่น การควบคุมทิศทางมอเตอร์

พารามิเตอร์ทางไฟฟ้าที่สำคัญ

การใช้งานรีเลย์ของฟังก์ชันลอจิกพื้นฐาน

ต่อไปนี้เป็นวงจรคลาสสิกที่ใช้รีเลย์ SPDT เพื่อสร้างลอจิกเกตพื้นฐาน โปรดทราบว่าสิ่งเหล่านี้คือ "วงจรสมมูล" ที่ใช้ฟังก์ชันลอจิก ไม่ใช่วงจรรวมดิจิทัลสมัยใหม่

ลอจิกเกต "ไม่ใช่"

เป้าหมาย: สถานะเอาต์พุตจะตรงกันข้ามกับสถานะอินพุตเสมอ

การวิเคราะห์วงจร:

เมื่ออินพุตต่ำ คอยล์จะไม่ได้รับพลังงาน COM จะเชื่อมต่อกับ Vcc ผ่านทางหน้าสัมผัส NC และเอาต์พุตจะสูง

เมื่ออินพุตอยู่ในระดับสูง คอยล์จะถูกจ่ายไฟ COM จะตัดการเชื่อมต่อจาก NC และเชื่อมต่อกับเทอร์มินัล NO (ซึ่งลอยหรือต่อสายดิน) และเอาต์พุตจะต่ำ

การปฏิบัติงานด้านวิศวกรรม:

จำเป็นต้องมี Flyback Diode! มีการเชื่อมต่อแบบขนานย้อนกลับข้ามขดลวด (แคโทดถึง V ) เพื่อดูดซับ EMF ด้านหลังที่สร้างโดยขดลวดเมื่อไม่มีพลังงาน ป้องกันไม่ให้ไฟกระชากแรงดันสูงเกินไปสร้างความเสียหายให้กับทรานซิสเตอร์ของไดรฟ์หรือพิน I/O ของไมโครคอนโทรลเลอร์

ลอจิก "หรือ" เกต

เป้าหมาย : เอาท์พุตจะเป็น HIGH หากอินพุทตัวใดตัวหนึ่งมีค่า HIGH

การวิเคราะห์วงจร :

หน้าสัมผัสเปิดตามปกติ (NO) ของรีเลย์สองตัว (หรือมากกว่า) เชื่อมต่อแบบขนาน

หากอินพุตใดๆ สูง หน้าสัมผัส NO ที่เกี่ยวข้องจะปิดลง โดยเชื่อมต่อ Vcc เข้ากับเอาต์พุต

สถานการณ์การใช้งาน :

การควบคุมการสตาร์ทหลายตำแหน่ง เช่น อุปกรณ์จะสตาร์ทหากมีการกดปุ่ม "Start" ปุ่มใดปุ่มหนึ่งจากหลายปุ่ม

ลอจิก "และ" เกต

เป้าหมาย : เอาต์พุตจะสูงก็ต่อเมื่ออินพุตทั้งหมดสูงพร้อมกัน

การวิเคราะห์วงจร :

หน้าสัมผัสเปิดตามปกติ (NO) ของรีเลย์สองตัว (หรือมากกว่า) เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

เฉพาะเมื่ออินพุตทั้งหมดอยู่ในระดับสูงเท่านั้นที่จะปิดหน้าสัมผัส NO ทั้งหมดพร้อมกัน โดยสร้างเส้นทางที่สมบูรณ์จาก Vcc ไปยังเอาต์พุต

สถานการณ์การใช้งาน :

การควบคุมอินเทอร์ล็อคเพื่อความปลอดภัย เช่น ทั้งเงื่อนไข "ประตูยามปิด" และ "กดปุ่มสตาร์ท" จะต้องเป็นไปตามเงื่อนไขเพื่อให้เครื่องสตาร์ทได้

การใช้งานทางวิศวกรรมแบบคลาสสิก: ระบบควบคุมทิศทางมอเตอร์กระแสตรง

นี่เป็นหนึ่งในแอปพลิเคชั่นที่เป็นตัวแทนมากที่สุดของการสลับลอจิกรีเลย์ กล่าวคือ การสร้างวงจรขับเคลื่อน H-bridge

ตัวเลือกที่ 1: โซลูชันรีเลย์เดี่ยวขนาดกะทัดรัด

หลักการทำงาน :

สถานะพัก/ค่าเริ่มต้น: คอยล์ไม่ทำงาน ขั้วต่อมอเตอร์ A , B- มอเตอร์หมุนในทิศทางเดียว (เช่น ไปข้างหน้า)

สถานะที่เปิดใช้งาน: คอยล์ได้รับพลังงาน หน้าสัมผัสทั้งสองชุดจะสลับพร้อมกัน ขั้วมอเตอร์กลายเป็น A-, B ขั้วมอเตอร์จะกลับด้าน หมุนในทิศทางตรงกันข้าม

ข้อดี :

วงจรเรียบง่าย ส่วนประกอบน้อย ต้นทุนต่ำ

เมื่อเชื่อมต่อกันทางกลไก จะช่วยหลีกเลี่ยงความเสี่ยงของการลัดวงจรของแหล่งจ่ายไฟได้

ข้อเสีย :

สามารถบรรลุความเร็วได้เพียงสองระดับ (ความเร็วเต็มเดินหน้า/ถอยหลัง) ไม่สามารถควบคุมความเร็วได้

ตัวเลือกที่ 2: โซลูชันดูอัลรีเลย์ที่ยืดหยุ่น

หลักการทำงาน :

ไปข้างหน้า: เฉพาะ "ส่งต่อรีเลย์" เท่านั้นที่รวมพลัง

เส้นทางปัจจุบัน : พลังงาน → หน้าสัมผัสรีเลย์1 → M → M- → เทอร์มินัล NC ของรีเลย์2 → พลังงาน -

ย้อนกลับ: เฉพาะ "รีเลย์ย้อนกลับ" เท่านั้นที่จ่ายพลังงาน

เส้นทางปัจจุบัน : พลังงาน → หน้าสัมผัสรีเลย์2 → M- → M → เทอร์มินัล NC ของรีเลย์1 → พลังงาน -

หยุด: รีเลย์ทั้งสองตัวถูกตัดพลังงาน

ข้อดี :

มีความยืดหยุ่นสูง : ง่ายต่อการเพิ่มสถานะ "หยุด"

การประสานที่ใช้งานง่าย: ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารีเลย์ทั้งสองไม่สามารถจ่ายพลังงานพร้อมกันได้ในลอจิกควบคุม ป้องกันการลัดวงจรของแหล่งจ่ายไฟ

ข้อเสีย :

ต้องใช้ตรรกะที่เชื่อมต่อกันเพิ่มเติม (อาจเป็นคอนแทคเตอร์ที่เชื่อมต่อกันทางกลไก หรือการประสานตรรกะทางไฟฟ้าในวงจร)

การรวมระบบและข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติ

แผนภาพนี้แสดงวิธีการรวมอินพุตของผู้ใช้ (สวิตช์ Fwd/Rev) เข้ากับตรรกะการควบคุม ตำแหน่งสวิตช์ที่แตกต่างกันจะให้เส้นทางกระแสที่แตกต่างกันสำหรับคอยล์รีเลย์ เพื่อกำหนดสถานะของมอเตอร์

แผนภาพนี้เน้นความสมบูรณ์ของระบบ :

ส่วนพลังงาน: BAT1/BAT2 (แหล่งพลังงาน), MOT_1 (โหลด), RLY1 (แอคชูเอเตอร์)

ส่วนควบคุม : "วงจรควบคุมขั้ว" (วงจรควบคุมรีเลย์) ชิ้นส่วนนี้สามารถสร้างขึ้นได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์ ไมโครคอนโทรลเลอร์ ชิปลอจิก ฯลฯ และทำหน้าที่เป็นสมองควบคุมอัจฉริยะ

การออกแบบขั้นสูงและวิศวกรรมความน่าเชื่อถือ

หากต้องการเปลี่ยนวงจรให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีความเสถียรและเชื่อถือได้ ต้องพิจารณารายละเอียดทางวิศวกรรมต่อไปนี้:

การออกแบบวงจรคอยล์ไดรฟ์

พิน I/O ของไมโครคอนโทรลเลอร์มีความสามารถในการขับเคลื่อนที่จำกัด ต้องใช้ทรานซิสเตอร์หรือ MOSFET เป็นสวิตช์ในการขับเคลื่อนคอยล์รีเลย์

คำนวณตัวต้านทานฐานที่ต้องการเพื่อให้แน่ใจว่าทรานซิสเตอร์อิ่มตัวและให้กระแสคอยล์เพียงพอ

วงจรป้องกันหน้าสัมผัส

เมื่อทำลายโหลดอุปนัยเช่นมอเตอร์ การอาร์คที่รุนแรงจะเกิดขึ้นระหว่างหน้าสัมผัส กัดกร่อนพวกมัน และทำให้อายุการใช้งานสั้นลง

วงจร RC Snubber: เชื่อมต่อตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบอนุกรม จากนั้นขนานกับหน้าสัมผัส สิ่งนี้จะดูดซับพลังงานและระงับส่วนโค้งได้อย่างมีประสิทธิภาพ

วาริสเตอร์ออกไซด์ของโลหะ (MOV): เชื่อมต่อผ่านหน้าสัมผัสเพื่อดูดซับแรงดันไฟกระชาก

ฮาร์ดแวร์เชื่อมต่อกัน

ในโซลูชันดูอัลรีเลย์ จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องแน่ใจว่ารีเลย์เดินหน้าและถอยหลังจะไม่จ่ายไฟพร้อมกัน เนื่องจากจะทำให้เกิดการลัดวงจรโดยตรงผ่านขั้วต่อแหล่งจ่ายไฟซึ่งส่งผลร้ายแรงตามมา

วิธีที่ 1: ใช้คอนแทคเตอร์ที่เชื่อมต่อกันทางกลไก โดยที่ตัวหนึ่งถูกเชื่อมต่อทางกายภาพจะป้องกันไม่ให้อีกตัวหนึ่งสัมผัสกัน

วิธีที่ 2: ออกแบบอินเตอร์ล็อคทางไฟฟ้าที่ระดับวงจรขับเคลื่อน เช่น โดยการต่อสายหน้าสัมผัส NC ของรีเลย์ตัวหนึ่งแบบอนุกรมกับขดลวดของรีเลย์อีกตัวหนึ่ง

บ่งชี้สถานะและการวินิจฉัย

วางไฟ LED ขนานกับคอยล์รีเลย์เพื่อแสดงสถานะปัจจุบันด้วยสายตา

รวมฟิวส์หรือฟิวส์แบบรีเซ็ต PTC ไว้ในลูปควบคุมเพื่อป้องกันกระแสไฟเกิน

สำรวจผลิตภัณฑ์รีเลย์ของเรา

FANHAR Electronics มอบประสิทธิภาพสูง รีเลย์ไฟฟ้า ออกแบบมาสำหรับบ้านอัจฉริยะ การควบคุมทางอุตสาหกรรม ระบบพลังงานใหม่ และการใช้งานที่มีความต้องการอื่นๆ ในปัจจุบัน ด้วยซีรีส์ 30 และข้อมูลจำเพาะหลายร้อยรายการ กลุ่มผลิตภัณฑ์ของเรานำเสนอการผสมผสานที่เหมาะสมที่สุดระหว่างความสามารถในการสวิตช์ ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน และความน่าเชื่อถือ

คำถามที่พบบ่อย

คำถามที่ 1: เหตุใดจึงต้องมีฟลายแบ็คไดโอดพาดผ่านคอยล์รีเลย์

เมื่อขดลวดไม่ทำงาน การเหนี่ยวนำจะสร้างแรงดันย้อนกลับ (EMF ด้านหลัง) ไดโอดฟลายแบ็คให้เส้นทางการไหลเวียนที่ปลอดภัยสำหรับกระแสคอยล์ โดยยึดสไปค์และปกป้องทรานซิสเตอร์ พิน MCU หรือวงจรไดรเวอร์อื่นๆ

คำถามที่ 2: NO, NC และ COM แตกต่างกันอย่างไร

COM เป็นเทอร์มินัลทั่วไป NC (ปกติปิด) เชื่อมต่อกับ COM เมื่อขดลวดถูกตัดพลังงาน NO (เปิดตามปกติ) ถูกตัดการเชื่อมต่อจาก COM เมื่อคอยล์ถูกยกเลิกพลังงาน และเชื่อมต่อกับ COM เมื่อมีการจ่ายไฟคอยล์ รีเลย์ SPDT สลับ COM ระหว่าง NC และ NO

คำถามที่ 3: ฉันจะสร้างตรรกะ OR และ AND ด้วยรีเลย์ได้อย่างไร

เชื่อมต่อหน้าสัมผัส NO ของรีเลย์สองตัวขึ้นไปแบบขนาน หากรีเลย์ตัวใดจ่ายไฟ เอาต์พุตจะเชื่อมต่อกับ Vcc และ: เชื่อมต่อหน้าสัมผัส NO เป็นอนุกรม เฉพาะเมื่อรีเลย์ทั้งหมดรวมพลังงานเท่านั้นที่เส้นทางจาก Vcc ไปยังเอาต์พุตปิด

คำถามที่ 4: รีเลย์สามารถใช้ควบคุมความเร็ว PWM ของมอเตอร์กระแสตรงได้หรือไม่?

โดยทั่วไปไม่มี รีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้ามีเวลาทำงาน/ปล่อยเป็นมิลลิวินาที และมีอายุการใช้งานทางกล/ไฟฟ้าที่จำกัด ทำให้ไม่เหมาะสำหรับ PWM ความถี่สูง ใช้ MOSFET, IGBT หรือโซลิดสเตตรีเลย์สำหรับการควบคุมความเร็ว PWM

คำถามที่ 5: ฉันจะเลือกระหว่างรีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าและโซลิดสเตตรีเลย์ (SSR) ได้อย่างไร

เลือกรีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้าสำหรับการแยกสัญญาณสูง กำลังไฟฟ้าสูง ต้นทุนต่ำ และลอจิกแบบง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเร็วสวิตชิ่งไม่สำคัญ เลือก SSR สำหรับความถี่ในการสวิตชิ่งสูง อายุการใช้งานยาวนาน และไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว แต่ให้พิจารณากระแสรั่วไหล การกระจายความร้อน และต้นทุน