Po co nam przekaźniki?

W temacie przekaźników, w internetach napisano i nakręcono dość sporą liczbę materiałów. Całkiem niezłych zresztą. Linki do nich dołączam na dole artykułu. W jakim celu więc postanowiłem zająć się tym tematem?

Ponieważ przekaźnik to podstawowy element każdego systemu sterowania czy to w skali mikro czy też na skalę przemysłową.
Ponieważ podstawowa wiedza w tym temacie jest wymagana we wszelkich systemach inteligentnego domu, ale też prostych rozwiązań obejmujących wyłącznik światła i żarówkę.
Ponieważ zamierzam rzucić nieco inne światło na temat przekaźników, aby ich zastosowanie w domowych warunkach było dla Ciebie czymś naturalnym. Rozszerzeniem tematu elektryki o dodatkowe możliwości.

1. Skąd potrzeba stosowania przekaźnika?

Wyobraź sobie pracownika zakładu, takiego Hopka, który ze swojej stróżówki obserwuje za pomocą kamer działanie maszyn na hali.

Jeżeli zauważy coś niepokojącego, jego zadaniem jest nacisnąć przycisk, taki dzwonkowy jaki mamy przy drzwiach, który uruchamia sygnalizator akustyczno-dźwiękowy znajdujący się w hali. Póki Hopek trzyma przycisk, sygnalizator działa. W przeciwnym przypadku urządzenie się wyłącza.

Pójdźmy o krok dalej. Hopek jest ten sam, przycisk wciąż jeden, ale za to bardziej rozbudowany.
Jeżeli wszystko jest ok, Hopek nie naciska przycisku, świeci się zielona lampka potwierdzająca ten fakt. Takie dodatkowe potwierdzenie, że jest ok i jednocześnie zabezpieczenie na wypadek uszkodzenia sygnalizatora.
Jeśli zaś przycisk zostanie naciśnięty, załączy się znajoma syrena alarmowa.

W pewnym momencie pojawiła się potrzeba zainstalowania sygnalizatorów w innym pomieszczeniu. Jako, że w nowej sali panowała duża wilgotność, ze względów bezpieczeństwa należało użyć sygnalizator zasilany bardzo niskim napięciem 12V. Nic trudnego, zainstalowano kolejny przycisk do którego doprowadzono przewody o mniejszym napięciu.
Hopek ma dwie ręce, daje radę, zadowolona załoga czuje się bezpiecznie z takim strażnikiem. 😉

Przyszedł jednak trudny czas dla Hopka. Hala uległa rozbudowie, powstała konieczność zabudowy kolejnego sygnalizatora, który choć zasilany napięciem 230V, to z zupełnie innego obwodu, niż ten poprzedni.

Bezlitosny projektant zdecydował, żeby zainstalować kolejny przycisk i nasz kochany Hopek okazał się do tej sytuacji zbyt mało elastyczny. XXI wiek, świat idzie do przodu, trzeba go zastąpić.

2. Ale czym i w jaki sposób?

Zanim to ustalimy, wyodrębnijmy ze schematu cztery elementy:

1. Element decyzyjny czyli mózg naszego bohatera. 🙂
2. Ręka Hopka, która naciska przycisk.
3. Klawisz przycisku odizolowany od podłączonych wewnątrz przewodów.
4. Styk do którego podłączone są przewody.

Każdy z tych elementów oddziałuje na siebie bez użycia energii elektrycznej, dlatego powiązania pomiędzy nimi narysowane są kreską przerywaną.

Zostawmy na razie element decyzyjny i skupmy się na elementach wykonawczych: ręce, przycisku i styku.

• Styk jest spoko, pełni swoją funkcję, łączy przewód zasilający to z lampką, to z sygnalizatorem.
• Przycisk, jak już nie będzie obsługiwany przez człowieka, wcale nie musi być taki duży i może być choćby skrawkiem plastiku. Grunt, żeby napięcie z obwodu zasilającego urządzenia, nie „poraziło”, nie uszkodziło elementu, który ten kawałek plastiku będzie przesuwał.
• Rękę można zastąpić jakimś ustrojstwem, które „podłączone do prądu” przesunie kawałek plastiku, a ten w następstwie przestawi styk. To ustrojstwo w przekaźnikach elektromagnetycznych zwane jest cewką.

Jak widzisz idea jest mega prosta, ale jak to do końca działa? Zerknijmy przez obudowę do wnętrza przekaźnika.

Podając napięcie na cewkę, zaczyna ona działać jak magnes, który przyciąga blaszkę, na sztywno połączoną z dwoma plastikowymi „patyczkami”, które przesuwając się zmieniają położenie styku.
I na tym właśnie polega praca przekaźnika.

Przekaźnik to element wykonawczy, bez żadnego programu, bez „inteligencji”. Jak mu każą, to przestawi styk.

Okej jeszcze jedno. Na schematach nie rysuje się popychacza. Wystarczy przerywana kreska, aby było wiadomo, że jeden element oddziałuje na drugi mechanicznie bez użycia energii elektrycznej.

2.1. A co z mózgiem?

No elo – powiesz  – ale wracamy tutaj do punktu wyjścia, bo wciąż brakuje nam kogoś lub czegoś, co sprawi, że to napięcie na cewce się pojawi. Czy mamy postawić innego Hopka, który poprzez przycisk poda napięcie na cewkę, która poprzez element przestawny przepcha styk i załączy sygnalizator?

Jest to jedna z opcji i w wielu przypadkach ma ona sens, o czym za chwilę. Najważniejsze jest jednak to, że nie jest to jedyna opcja.
Cewka przekaźnika może zostać zaprzęgnięta do pracy przez wszelkiego rodzaju układy elektroniczne lub sterowniki. Przejdźmy do konkretów!

• Kupując wszelkiego rodzaju przekaźniki czasowe (artykuł), dostajemy tak naprawdę zestaw: przekaźnik + układ elektroniczny, który przekaźnikiem zarządza.
  Jedno z prostszych rozwiązań: Mamy klatkę schodową. Mamy szereg przycisków na każdym piętrze. Chcemy, żeby po naciśnięciu dowolnego przycisku światło świeciło przez 60s, a nie gasło od razu – proste.
  Poprzez przyciski dostarczamy informację do przekaźnika czasowego (czy też automatu schodowego), który od momentu naciśnięcia przycisku podaje na cewkę przekaźnika napięcie przez 60 sekund. Na skutek działania cewki, styk przekaźnika zmienia położenie i podaje napięcie na lampę.
• Podobnie działa wiele innych podzespołów:
  • Czujniki ruchu (artykuł)
  • Czujniki zmierzchu (artykuł)
  • Podzespoły systemu domowej automatyki np. rozwiązania SUPLA (artykuł)
  • Programatory czasowe (artykuł)
  • Sterowniki rolet
  • Zegary astronomiczne itp.
• Urządzenia różnej maści, nie tylko z przekaźnikiem w nazwie, nie tylko sterowników, przekaźniki są absolutnie wszędzie.

3. Jaką rolę pełnią przekaźniki

Prawdopodobnie powoli czujesz  jaką rolę mogą pełnić przekaźniki, ale jeszcze nie powiedzieliśmy sobie wszystkiego, poza tym trzeba to usystematyzować.

1. Element wykonawczy
2. Separacja galwaniczna
3. Równoczesne sterowanie urządzeniami o różnym poziomie napięcia

3.1. Element wykonawczy

O tym pisałem przed chwilą. Jest jakiś układ elektroniczny, osprzęt, sterownik, zabezpieczenie elektryczne, jest pralka, lodówka, piekarnik, cokolwiek co jest mózgiem całej operacji. Potrzebują one elementów, które w odpowiednim miejscu i czasie:

• Spowodują, że załączy się ich silnik, grzałka, agregat itp.
• Prześlą informacje do nadrzędnego systemu o awarii, o wykrytym intruzie.
• Spowodują załączenie zewnętrznych urządzeń, oświetlenia, elektrozaworu ogrzewania, lampy w basenie, innych.

3.2. Separacja galwaniczna

Bardzo ważna sprawa. Chodzi o to, że cewka nie jest elektrycznie połączona ze stykiem. Tak jak Hopek nie jest elektrycznie połączony z drutami zasilającymi i może spokojnie naciskać przycisk bez obawy, że zostanie porażony prądem. Hopek jest odseparowany galwanicznie od styku, a przede wszystkim od napięcia, które na tym styku jest obecne.

Czy cewka może się obawiać porażenia? 😉

I tak i nie, ale nie w tym rzecz. Dzięki tej właściwości:

1. Napięcie sterujące cewką może być inne od napięcia doprowadzonego do styku (!). Dzięki temu przykładowo, sterownik inteligentnego domu może sterować przekaźnikami za pomocą jednego, niskiego napięcia np. 5V czy 12V. Przekaźniki te będą załączać oświetlenie lub urządzenia zasilane różnym napięciem np. żarówką w łazience zasilaną 12V, taśmą LED na 24V, lampą w salonie na 230V.
2. Napięcie zasilające urządzenia nie wpływa na urządzenie sterujące przekaźnikiem. Niby tożsame z punktem pierwszym, ale sens zupełnie inny.
   Ta właściwość jest głównie wykorzystywana w automatyce przemysłowej. Nie ma tu znaczenia poziom napięcia, bo np. po jednej i po drugiej stronie może to być 230V. Ma natomiast znaczenie to, że jeżeli pojawi się jakieś zakłócenie od strony styku, jakiś niekontrolowany skok napięcia, to nie będzie miało to żadnego wpływu na sterownik.
   Oszczędność czasu (wymiana przekaźnika to dosłownie chwila pod warunkiem, że go posiadasz 😉 ) i pieniędzy (zwykle sterowniki są turbo droższe od przekaźników).

3.3. Sterowanie przekaźnikiem z różnych źródeł

Innymi słowy, może być wiele elementów, które sterują tym samym przekaźnikiem. Przykład, przykład:

Jest wideodomofon zainstalowany przy furtce i jest elektrozaczep, który może na żądanie otworzyć furtkę. Użytkownik chce mieć możliwość otwarcia furtki za pomocą:

• Aplikacji wideodomofonu na swoim smartfonie
• Przycisku znajdującego się w wiatrołapie (dla gości)
• Przycisku znajdującego się nieopodal furtki (dla siebie)

Za pomocą tych trzech elementów podajemy napięcie na cewkę tego samego przekaźnika, który w efekcie przestawia styk, podaje napięcie na elektrozaczep i otwiera furtkę.

3.4. Równoczesne sterowanie urządzeniami zasilanymi różnym napięciem

Wróćmy tutaj do przykładu z Hopkiem i trzema przyciskami. Otóż w takim wypadku wcale nie trzeba stosować trzech osobnych przekaźników. Wystarczy jeden, ale posiadający 3 styki.

Kumasz: jedna cewka, która za jednym zamachem przestawia 3 styki. Masz wtedy pewność, że wszystkie urządzenia załączyły się w jednym momencie, a nie np. tylko dwa z nich bo jeden przekaźnik padł. Wszyscy albo nikt (tak, masz rację, to może być czasem wada 🙂 ).

W ofercie producentów mamy do dyspozycji przekaźniki posiadające od 1 do 4 styków roboczych.

4. Co tam panie na YT?

Artykuł powoli dobiega końca. W zasadzie nie przeszedłem jeszcze, ani do zewnętrznej budowy, ani do właściwości, parametrów przekaźników, ich typów i innych rzeczy o których można mówić godzinami. Takie artykuły się pojawią, będzie konkret i zestawienie wszystkiego w jednym miejscu.

A w międzyczasie polecam Ci co najmniej 3 filmy z Youtube, które omawiają ten temat naprawdę świetnie i to pod różnym kątem.

Wybierz sobie ten, który jest najbliższy Twoim zainteresowaniom lub – najlepiej – obejrzyj je wszystkie (serio, serio). 🙂

4.1. Budowa, zasada działania okiem elektronika

4.2. Budowa, zasada działania okiem automatyka przemysłowego

4.3. Budowa i zasada działania, okiem instalatora inteligentnego domu (najbardziej praktyczny)

Podsumowanie

W tym wpisie dowiedziałeś się o idei stosowania przekaźników, skąd się wzięły ich poszczególne elementy, do czego służą i jakie mają podstawowe właściwości.
Jeszcze nieraz napiszę o przekaźnikach, pozostań więc czujny. 🙂

Mam nadzieję, że przedstawione analogie do Ciebie trafiły. Jeśli masz jakieś uwagi, wal śmiało. Krytyka jest super, ale merytoryczna, bez osobistych wycieczek. Dzięki!