Kam reikalingas relės diodas ?

Prieš daug daug laiko, jei tiksliai 2012.11.14 rašiau straipsniuką panašia tema – kam relei reikalingas rezistorius. Dabar teko daryti bandymą, nors ir ne visai džiaugiuosi dėl to – atsirado bėdų darbiniame projekte. Taigi, kokias reles reikia naudoti ? Esmė, kaip sakoma, ne musyse. Ar mumyse. Žodžiu, esmė – relės sugeneruojamame impulse, jis „prilipina” herkono kontaktėlį. Truputis teorijos, kodėl taip vyksta. Kai maitinimas dingsta – magnetinis laukas reaktyvinėje relės dalyje, induktyvume vis dar lieka. Jis pradeda sklaidytis, mažėti nuo Umait iki 0V. Kadangi tai yra kintanti (mažėjanti) įtampa – pradeda veikti M. Faradėjaus dėsnis. 1831 m. Faradėjus atrado elektromagnetinės indukcijos reiškinį: bet kuriuo būdu keičiantis magnetiniam srautui, kertančiam uždaro laidininko kontūrą, šiame laidininke indukuojama elektrovara ir teka elektros srovė, kuri teka visą laiką, kol kinta magnetinis srautas. Su elektromagnetinės indukcijos reiškiniu tampriai susijęs savitarpio indukcijos reiškinys. Jo esmė yra tokia: kai vienoje grandinėje teka kintama srovė, jos sukurtas kintamas magnetinis srautas indukuoja elektrovarą ir srovę kitoje gretimoje grandinėje. Reiškinys, kai kintant grandinėje srovės stipriui, toje pačioje grandinėje atsiranda elektrovara ir indukcijos srovė, vadinama saviindukcija. Elektrovara, kuri atsiranda laidininke dėl indukcijos, vadinama indukuota elektrovara.

Elektromagnetinės indukcijos elektrovara ε, atsirandanti uždarame kontūre, skaitine reikšme lygi magnetinio srauto , veriančio to kontūro ribojamą paviršių, kitimo greičiui, tik su priešingu ženklu:

ε = – (dθ/dt)

Tai Faradėjaus dėsnis elektromagnetinei indukcijai. Čia – dθ magnetinio srauto, veriančio kontūro ribojamą paviršių, pokytis per laiką dt. Kai turime ritę, kurios vijų skaičius N, tai:

ε = – N(dθ/dt)

Taigi, turime priešingo poliarumo elektrovaros jėgą, kuri gali viršyti net 500V. Herkonas, pagal aprašymą, laiko 0,5A srovę, relytei per akis užtenka. Bet užtai kitas parametras yra labai svarbus – pramušimo įtampa yra 250 VDC. Tokia ji kai herkono kontaktėliai yra pilnai atviri, bet kol jie atsidarinėja – tarpelis mažesnis ir tuo pačiu pramušimo įtampa yra mažesnė. O pramušus – kontaktėliai prilimpa vienas prie kito, ir herkonas nebereaguoja į magnetinį lauką. Taigi, ieškom sprendimo būdų. Pirmas matavimas – įtampa 14,6V, relė be jokių apsaugų (TIANBO TRV4-L-12V-H):

Va koks grožis. Herkonui atjungus relės maitinimą įtampa pašoka iki +200VDC, o po to krenta iki -412V. Abiem atvejais vyksta pramušimas – +200V kai kontaktėliai tik pradeda atsidaryti dar gali pramušti tarpelį, o apie 400V tai ir kalbos nėra, net pilnai atsidariusius kontaktėlius pramuša. Lankas „suvirina” kontaktėlius ir herkonas nebeveikia. Toks pats eksperimentas, bet relė su integruotu rezistoriumi (YLE YL309-C-12V-T-R).

Jau geriau. Bet nuo idealo laaabai toli. Nėra sugeneruotos teigiamos įtampos, bet neigiama vis dar yra -104V. Jeigu kontaktėliai nespėja atsidaryti tiek, kad 100V jų nebegalėtų pramušti, efektas tas pats – prilimpa.

Ir paskutinis, trečias bandymas – pirmoji relė (TIANBO TRV4-L-12V-H) su prijungtu diodu.

Vaizdelis žymiai gražesnis. Iš tikrųjų, vaizdas ant tiek gražus, kad norisi pasididinti sugeneruotą impulsą.

Štai, tikrai gražus vaizdelis. Matuojam:

Matavimai rodo, kad impulso trukmė tik 26 ms, o impulso įtampa tik 1,53V. Tokia įtampa jau neturėtų pramušti netgi tik ką pradėjusio atsidarinėti herkono tarpelio. Reiškia – reles reikia naudoti su diodais, taip sakant snuberiais. Kokį snuberį parinkti ? Visų pirma, trumpai – kas yra diodas. Puslaidininkis diodas – puslaidininkis prietaisas, turintis vieną elektroninę skylinę sandūrą, kuriame panaudotos pn sandūros savybės. Diodas paprastai turi du kontaktus, nebent viename korpuse jų būtų pagaminta keletas. Dažniausiai pritaikoma jų savybė praleisti elektros srovę tik viena kryptimi (atbulinis laidumas labai mažas), tačiau esama ir įvairesnių naudojimo būdų. Prijungus nedidelę įtampą diodas srovės beveik nepraleidžia ir tiesiogine kryptimi. Stipresnė srovė ima tekėti tik įtampai pasiekus diodo atidarymo ribą. Silicio diodams ši riba yra apie 0,3..0,5 volto, germanio diodams – maždaug 0,2 volto, Šotkio diodams – 0,2..0,3 V, o kai kuriems šviesos diodams net apie pusantro volto. Mūsų atveju ta atbulinė įtampa tik tiek ir spėja padidėti, kiek leidžia diodo atsidarymo įtampa. Tolimesniam nagrinėjimui, reikia suprasti diodo voltamperinę charakteristiką.

Taigi, kadangi diodas jungiamas priešingu poliarumu maitinimo įtampai – mums galioja abi grafiko pusės. Kairėje – relės maitinimo įtampa neviršija pramušimo įtampos (o mūsų atveju ji niekaip negali viršyti, 1N4007 leidžiama net 1000V, o yra tik 12V) viskas veikia puikiai – relė užmaitinta, magnetinis laukas generuojamas be trikdžių. Relės maitinimui atsijungus – pradeda veikti aukščiau minėtas M. Faradėjaus dėsnis ir pradedama generuoti priešingos krypties įtampa, kuri diodui yra tiesioginės krypties įtampa – diodas tampa laidus. Kadangi diodas tampa laidus – jis efektyviai užtrumpina relės induktyvinės ritės kontaktus, nepraleisdamas sugeneruoto impulso į likusią grandinės dalį, apsaugodamas visus prijungtus įtaisus ar detales. Įtampa nesudegina diodo, dėl keleto priežasčių – impulsas labai trumpas, o diodas išlaiko 30A srovės impulsą, tokia srovė nesugeneruojama, ir čia galioja Omo dėsnis (tik reikia nepamiršti, kad relė turi ne tik aktyvinę, bet ir reaktyvinę varžą).