Výkonové výstupy Přednáška A3B38MMP A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 1
_Relé, ovládání výkonových výstupů pomocí relé Vestavný systém ovládání výkonových výstupů žárovky, topení, motorky, stykače, solenoidové ventily (elektricky ovládaný ventil pro kapaliny pračka, myčka), pomocí relé Relé - elektromechanický blok elektromagnet Proud cívkou relé, magnetický tok, přitažení kotvy, Přenos pohybu kotvy na pérové kontakty sepnutí (příp. rozepnutí) izolovaných mechanicky ovládaných kontaktů Proud (resp. napětí na cívce) relé pro přitažení kotvy je větší, než je potřeba pro držení ( přídržný proud ). Jedná se o formu hystereze k odpadnutí kotvy relé dojde při nižším napětí (proudu cívkou), než bylo potřeba k sepnutí. Výhodná vlastnost - pro držení relé. ( pokud relé přitáhne, pak již drží ). Vysvětlení rozepnuté relé - vzduchová mezera mezi jádrem a kotvou. Přitažení kotvy zmenšení vzduchové mezery, snížení mag. odporu, zvýšení mag. toku kladná zp. vazba. Kotva relé je v sepnutém stavu přitahována větší silou, než byla počáteční síla vyvozovaná el.magnetem na počátku procesu spínání relé. A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 2
_Relé, typy kontaktů Spínací kontakt (v klidu rozepnutý) NO normaly open (make contact) - základní typ Rozpínací kontakt (v klidu sepnutý) NC normally closed (brake contact) Přepínací kontakt ( s přerušením při přepnutí ) BBM (Break Before Make) contacts (Non-shorting contacts) nezkratují se obvody a b mezi nimiž se pohyblivý kontakt přepíná Přepínací kontakt ( bez přerušení při přepnutí ) MBB (Make Before Break) contacts (Shorting contacts) Kontakty při spínání odskoky (podobně viz. výklad odskoky tlačítka) A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 3
_Relé, ovládání výkonových výstupů pomocí relé Jednopólové relé ( single pole ) jeden spínací kontakt Dvoupólové relé - dva kontakty (dva póly,spínací kontakt v klidu rozepnut, působením proudu - sepnutí) obvyklé Relé přepínací dvoupólové přepínací relé RE RE Relé izolace řídicího obvodu relé a spínaného obvodu, galvanické oddělení obvodů, pro bezpečnost, izolační pevnost jaké U může být mezi kontakty, příp. cívkou a kontakty Relé pro ovládání stykače ( např. 3x400 V/50 Hz, cívka 230 V stř.) potřeba kontakty na 230 V, buzení relé např. i jen 5 V RE Signálová relé přepínání cesty signálu v měřicích přístrojích např. relé pro videosignál, vysokofrekvenční signál,.. Výhoda relé -velmi malý R ON, velmi vysoký R OFF, vysoký izolační odpor Nevýhoda relativně pomalá reakce, omezený počet sepnutí, degradace kontaktů obzvláště při spínání indukční zátěže (opalování kontaktů jiskření) A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 4
_Relé, ovládání relé ve vest. systému Vestavný systém procesor obvykle není schopen přímo ovládat relé potřeba výkonového obvodu se spínacím tranzistorem nebo specializovaným integrovaným obvodem (Low side switch) ovládání výkonových výstupů žárovky, motorky, Výpočet odbodu s bipolárním tranzistorem viz minulé přednášky Relé cívka indukčnost potřeba ochranné diody význam při rozepínání, (dioda -D zpomalení odpadu kotvy) bez diody nebo jiných ochr. obvodů ale napěťová špička) Ovládání bipolárním tranzistorem - NPN), N kanál MOSFET tranzistorem MOSFET důležité - prahové napětí viz přednášky - dříve RE + U RE Ucc D D 1 R B T T A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 5
Relé - obvykle užívaná ve vest. systémech Relé, obvykle používaná v aplikacích vest. systémů: spínací, (v klidu rozepnuté), jednopólové, (příp. dvoupólové) hesla v katalogu - single pole, single stable, NO normaly open (aktivací proudu do cívky se sepne kontakt relé) Ovládání takového relé stejnosměrným proudem, nezáleží na polaritě přiloženého napětí (pokud není v relé zabudována ochranná rekuperační dioda) Je možno využít i relé s přepínacími kontakty, kde se využije pouze spínací kontakt (spínání 1 3) A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 6
Relé - další vlastnosti kontaktů Kontakty při spínání výkon. zátěže odskoky Ovládání induktivní zátěže - vypínání jiskření, opalování kontaktů, nutné dimenzování na větší proud při vypínání induktivní zátěž jiskření, opalování kontaktů, nutné dimenzování na větší proud Dimenzování relé proud tekoucí kontakty odporová zátěž základní max. velikost proudu uvedená v katalogu relé Ovládání proudu do cívky stykače nutné dimenzování ve větší proud A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 7
Integrované obvody pro ovládání relé Použití výkonových budičů TPIC6C595 (TI, ST), (pos. reg.) 100 ma / výstup příp. TPIC6595 až 250 ma / výstup zabudovaná ochrana proti vzniku napěť.špiček při vypínání proudi indukční zátěží (relé) Vznik napětí většího než 33V, zpomalení zavírání tranzistoru A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 8
Relé - příklady Relé katalog napájecí napětí, proud např. 5V, 100mA,.. různé velikosti relé, napájecí napětí 3,5 V, 5 V,.. 12 V, 18 V, 24 V, různé proudy podle velikosti relé a jeho konstrukce Hesla pro orientaci při výběru relé PCB Relay- relé pro zapájení do PCB desky plošných spojů (PCB printed circuit board deska tištěných spojů, deska plošných spojů ) POWER relay (výkonové) relé pro spínání realtivně vyšších proudů signal relay relé pro spínání signálů - obvykle požadavek na velkou šířku pásma, signál o frekvencích MHz, nebo nízkonapěťové signály - ze senzorů teploty, relé pro přepínání útlumových členů v cestě signálu,. DIL relé - miniaturní relé s rozměry pouzdra DIL integrovaného obvodu. Typicky signálová relé, relé pro spínání malých napětí a proudů A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 9
Příklady relé pro vestavné systémy PCB relé relé o desky plošného spoje Omron G5LE Single- pole 10 A PCB Power Relay (10 A, 250 VAC - až pro 250 VAC - ef. hodnota stříd. napětí na kontaktech) Jeden spínací kontakt, ovládací vinutí varianty např. : 5 V / 80mA, 12 V/ 33 ma, 24 V /17 ma Omron G5NB (A Miniature Relay with 1-pole 3A/5A, 250 VAC) ovládání varianty: 5 V/ 40 ma, 12V /17 ma 18 V / 11 ma, 42 V / 8 ma A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 10
Ovládání výkonových členů pomocí stykače Ovládání světel, topení, motorů Řízení osvětlení budov podle programu, stavu denního světla, výstupu infra čidla pohybu PIR,ovládání ventilátorů podle teploty, topení podle programu a teploty Realizace jednoduchého regulátoru: Odporový snímač teploty s termistorem, mikropočítač, měření odporu (ohmetr) určení teploty, ovládání topení nebo ventilátoru regulace teploty v místnosti. Snímač teploty s termočlánkem, měření napětí termočlánku (voltmetr) určení teploty, regulace teploty v peci Vestavný systém svým relé ovládá stykač, který je umístěn v rozvaděči RE čas, denní světlo, PIR čidlo, vest. syst. N R 230 V stříd. A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 11
_Polovodičové relé typu SSR Blok SSR - označený polovodičové relé solid state reley - elektronická náhrada relé, řídicí obvod je galvanicky oddělen od výkonových polovodičových prvků realizujících funkci spínače Různé varianty podle účelu použití, požadovaného proudu Nejednodušší pro aplikace spínání signálů kombinace IRED ( infračerveně zářící dioda fotodiody pracující jako zdroj napětí pro ovládání řídicí elektrody MOS tranzistoru. ( viz. firma CP Clare) Výkonové SSR - pro spínání v obvodu např. 230 V/ 50 Hz galvanické oddělení řídicích a výkonových obvodů ( ideové uspořádání příklad SSR) A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 12
Ovládání stejnosměrného motorku Komutátorový motorek s permanentním magnetem, viz vibrační vyzvánění mobil, vysouvání DVD mechaniky, motorky v automobilu, použití též v různých akčních členech s stejnosměrným napájením SS motorek v pohybu- jako tachodynamo - napětí na svorkách Motorek běžící naprázdno. obě funkce najednou motorek a tachodynamo. ve vinutí v rotačním pohybu se indukuje napětí stejné polarity, jako je napětí, které rotaci v daném směru vyvolalo, viz fyzika -napětí indukované ve vodiči U = B L v (indukce, délka vodiče, rychlost) Indukované napětí U ind působí proti vnějšímu napětí, zpětnovazební princip mech. zatížení motoru, snížení U ind zvýšení proudu, udržení rychlosti - síla působící na vodič F = B I L (indukce, délka vodiče, proud vodičem) Moment - úměrný proudu ( resp. i obráceně podle zátěže mění se proudový odběr motorku) ( vysvětlení proč se spálí zabrzděný motorek) Mot. U induk Mot. S 1 S 1 A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 13
Ovládání stejnosměrného motorku určení momentu Využití informace o brzdném momentu pasivních odporech podle proudového odběru ss motorku bezpečnost zavíraní oken vestavných systém v autě. překážka - ruka zabrzdění, změna proudového odběru, procesor vyhodnotí změnu proudu měření napětí na snímacím rezistoru (pozn. funkci lze jednoduše demonstrovat i jen s ss motorkem a mechanikou CD vysouvání, ve spolupráci s STM321xxx + převodník A/D) U induk Mot. S 1 R sen U sen A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 14
Ovládání stejnosměrného motorku Komutátorový motorek přerušování proudu jiskření rušení vestavného systému nutné odrušení ( L, C) Vinutí motorku indukční charakter,.. viz problémy s relé, potřeba D 1 Řízení ss motorku vestavným systémem ON, OFF, PWM střídou změna střední hodnoty napětí - řízení rychlosti ss motorek otáčky úměrné napětí moment - úměrný proudu ( resp. i obráceně podle zátěže mění se proudový odběr) Mot. S 1 D 1 Mot. D 1 R B S 1 T 1 A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 15
H můstek pro ss motorky Pro změnu směru otáčení ss motorku H můstek změna směru proudu ( doleva, doprava), Brždění el. motorek jako generátor do zkratu vyrábí el. energii, která se převádí na teplo (ověření otáčet rotorem motorku naprázdno a pak zkratovat vinutí) S 2 M S 4 S 1 S 3 M S 4 M S 4 M S 4 S 3 S 3 S 3 A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 16
Krokový motorek Krokový motorek unipolární + společný vývod + jednotlivé vývody- ovládání jako vinutí relé- viz. přednáška, jednoduché ovládání, např. TPIC6C595 krokový motorek bipolární dvě vinutí, každé zapojeno v H můstku ( jako ovládání ss motorku) A3B38MMP, 2015, J. Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL, Praha 17