Виды электронных и электромеханических переключателей
Переключатель (свитчер) – устройство, служащее в радиоэлектронике для коммутации электроцепей постоянного и переменного тока и обеспечивающее требуемый рабочий режим. От функциональности этого компонента часто зависит работоспособность всего аппарата. Основные элементы свитчера: контактная пара и замыкающе-размыкающий механизм. Контакты выполняют плоскоконическими, плоскосферическими, цилиндрическими, по принципу работы они бывают прижимными и притирающимися. Для их изготовления используют платину, серебро, золото, вольфрам, латунь, бронзу. Производители предлагают целый перечень этих устройств, различающихся по конструкции и областям применения. На электронных схемах обозначение переключателя зависит от количества полюсов, позиций, порядка срабатывания контактов. Подробно все моменты отражены в ГОСТе 2.755-87 (СТ СЭВ 5720-86).
Содержание статьи
Что такое переключатель электронного типа
Электронные переключатели изготавливаются на основе микросхем различных типов с транзисторами и другими электронными компонентами. Обычно для управления электронными устройствами используется одна кнопка, нажатием на которую аппарат включают и выключают. Реже предусматривают две кнопки – для положений «Включено» и «Выключено». Часто электронное переключающее устройство находится в составе контроллера управления, который предназначен для руководства различными функциями аппаратуры.
Электромеханические переключатели: виды и основные характеристики
Электромеханические переключатели – это целое семейство устройств, различающихся по конструкции и областям применения.
Тумблеры (перекидные переключатели)
Это старейший вид переключателей, в большом объеме производимых на отечественных предприятиях. Основными преимуществами пружинно-рычажного устройства являются: надежность и жесткое сцепление контактной группы, входящей в схему перекидного переключателя. Благодаря этим свойствам механизм работает четко и безотказно. Наиболее распространены отечественные изделия серий ТП, ТВ, ПТ, а также зарубежные Jietong Switch.
Галетные (роторные) переключатели
Эти свитчеры, состоящие из галеты с контактной группой и роторной оси, выпускаются с разным количеством позиций, галет, различной длиной корпуса. Такие изделия применяют в системах автоматики, в измерительных приборах (они позволяют переключать диапазоны измерений), электрических цепях управления. Заслуженной популярностью пользуется продукция российских компаний, благодаря высокой технологичности, качеству сборки, герметичности корпусов, большому рабочему ресурсу.
Клавишные (рокерные, кулисные) переключатели
Эта разновидность свитчеров с активатором в виде клавиши. Они востребованы во многих областях: от большегрузной автомобильной и другой техники до бытовых приборов и компьютеров. Такие переключатели выпускаются в обширном диапазоне рабочих напряжений, допустимого тока, размеров, числа контактных групп, что позволяет подобрать оптимальную продукцию для аппаратуры разной мощности и количества коммутируемых цепей. Современные устройства изготавливаются в корпусах из прочных полимерных материалов. Корпус надежно крепится к гнезду методом пайки или соединяется клеммами. Клавишные переключатели могут монтироваться раздельно или формировать управляющую панель. Большинство таких свитчеров имеют торцевую подсветку светодиодными или неоновыми лампами. Они изготавливаются с различными степенями защиты от наружных условий: от изделий, предназначенных для эксплуатации в закрытых помещениях, до герметичных переключателей, способных работать даже под струями воды.
DIP-переключатели
DIP-переключатели зачастую используются в современной промышленной электронике, а также в компьютерах и бытовой технике. Они выполняются в монолитном ДИП-корпусе с одной или несколькими контактными группами. Переключение – угловое или горизонтальное. DIP или DIL – это название типа корпуса, который был сконструирован для электронных компонентов. Его особенность – прямоугольная форма и наличие двух рядов выводов, размещаемых на длинных сторонах. Такая конструкция позволяет увеличить плотность монтажа, по сравнению с круглыми корпусами.
Для изготовления ДИП-корпуса используется пластик PDIP или керамика CDIP. Устройства могут соединяться с платой напрямую или через промежуточную схему, в состав которой входят резисторы, декодирующие и запоминающие элементы. Второй вариант реализуют при необходимости преобразования сигнала в более высокий или низкий.
Сегодня переключающие ДИП-устройства всё реже встречаются в бытовой электронике из-за внедрения более компактных радиодеталей. Однако они по-прежнему широко применяются для комплектации промышленного оборудования.
Одна из разновидностей DIP-переключателей – поворотные, содержащие в конструкции несколько электрических контактов. При повороте колеса требуемый контакт совмещается с цифрой, указанной на корпусе, и происходит замыкание контакта. DIP-свитчеры могут выполняться в разных размерах и иметь крупные колеса для прокрутки или маленькие колесики, для вращения которых необходима отвертка.
Для тестирования исправности переключателя, а также надежности присоединения проводников к его контактам используют мультиметры.
Использование кнопочных модулей для коммутации электрических цепей не всегда удобно ввиду трудностей визуального контроля положения, особенно, если нет световой индикации на кнопках. В условиях, где требуется постоянный визуальный контроль положения, используются кулисные переключатели. Принцип их работы не отличается от кнопочных, но при этом сразу видно, в каком положении стоит переключатель.
Существуют двухпозиционные (вкл/выкл) и трехпозиционные (вклI/выкл/вклII) устройства, применение того или иного типа переключателя обуславливается требованием к управлению работой электрооборудования или схемы автоматизации и мониторинга. Корпус переключателей и кулиса управления изготавливаются из высококачественного диэлектрического материала, который устойчив к воздействию значительных механических нагрузок в заданном диапазоне температур.
Таблица модельного ряда кулисных переключателей, устанавливаемых в панель
Серия
Основные характеристики
Материал
Механические характеристики
PDF
Кулисные переключатели серии KH, предназначенные для работы в неблагоприятных условиях окружающей среды, защищены от случайного включения защитным колпачком
Доступна с подсветкой и без
Различные варианты расцветок корпуса
Множество вариантов гравировки
Степень защиты: IP69K
Толщина панели: от 0.8 до 4.6 мм
Кулисный переключатель в однополюсной и двухполюсной конфигурации
Возможность установки в панель
Вывод клемм сбоку или снизу
Корпус и покрытие: UL94-VO, полиамид стеклонаполненный
Испытание на влагостойкость: EC 68-2-3
Кулисный переключатель в однополюсной конфигурации
Черный корпус, различные цвета кулисы на выбор
Подключение лепестком для пайки или напрямую к ПП посредством клемм
Давайте рассмотрим на типах механических переключателей управляемых вручную, а также на их параметрах и применении в электронных схемах.
Что такое переключатель
Есть много типов переключателей: тумблеры, кнопки, клавиши, клавиатуры, мембраны. Каждый тип переключателя имеет набор уникальных функций, которые отличают его от других. К характерным особенностям относятся их механические параметры (способ переключения, количество управляемых цепей) и электрические (сопротивление, максимально допустимый ток, индуктивность, паразитная емкость и другие).
Метод переключения
Переключающие элементы, использующие физические явления отличающиеся от движения человека, могут активироваться, допустим, температурой (термостаты), давлением (реле давления), магнитным полем (герконы) и так далее. Они чаще всего используются в качестве элементов безопасности или управления в системах регулирования. Хотя механические характеристики этих типов компонентов полностью отличаются от переключателей, активируемых человеком, они описываются теми же электрическими параметрами, что и другие переключатели.
Стабильная и нестабильная кнопка
Есть переключатели защелкивающиеся (стабильные) кнопки, но они, по сути, представляют собой узкую группу этих элементов, поэтому, когда мы обычно говорим о кнопках, то имеем в виду именно кнопку мгновенного действия.
Полюса и позиции переключателей
Зная сколько полюсов и положений у переключателя, можно более точно классифицировать его и представить его принципиальную схему (и наоборот). Обычно переключатели относятся к одной из категорий:
Конечно есть переключатели и с большим количеством полюсов и коммутируемых цепей.
Переключатели SPST
Однополюсный, одноконтурный SPST переключатель имеет один вход и один выход, по умолчанию он может быть замкнут или разомкнут. Он используется в качестве переключателей или кнопок мгновенного действия на клавиатуре. Кулисный переключатель SPST и его принципиальная схема показаны на рисунке далее.
Переключатели SPDT
Самые простые SPDT выполнены в виде ползунковых переключателей. На рисунке показан пример ползункового переключателя со схематической диаграммой этого элемента.
Переключатели DPDT
Многополюсные переключатели
Переключатели с большим количеством полюсов не очень распространены, но доступны во многих удивительных конфигурациях. Они описываются аналогично однополюсным или двухполюсным выключателям / переключателям цепи, с заменой первой буквы (S или D) числовым обозначением. Так можно представить, например, переключатель 4PDT, который может управлять четырьмя отдельными цепями с двумя положениями на цепь. Пример такого переключателя вместе со схемой показан на рисунке далее.
Аналогичная ситуация и с переключателями с большим количеством позиций. Если четырехконтурный переключатель можно установить, например, в одно из четырех положений, он будет обозначен как 4P4T. Как будет выглядеть переключатель SP12T? Это может быть поворотный переключатель (типа галетный), у которого 1 полюс 12 положений.
Монтаж и механические параметры
Коммутатор можно встроить в схему разными способами. Основным делением в этом отношении является разделение на элементы для панельного монтажа и на печатной плате. Это не строгая классификация, так как есть много переключателей припаянных к печатным платам, но предназначенных для применения в панелях.
Как и большинство электронных компонентов, их можно разделить на компоненты для поверхностного монтажа (SMD) или компоненты для сквозного монтажа (THT). Элементы для сквозной сборки обычно больше, THT позволяет передавать более высокие механические нагрузки. Переключатели SMD меньше чем их аналоги THT, обычно намного ниже по высоте, занимают меньше места на печатной плате и требуют небольшого усилия для переключения.
Выключатели панельного монтажа снабжены элементами, позволяющими монтировать их в корпусе. Обычно они имеют резьбовые корпуса, которые позволяют затягивать их гайкой, но производители также используют и другие решения. Выводы адаптированы для THT, SMD или кабельной сборки.
Устойчивость к условиям окружающей среды
Панельные переключатели часто подвергаются воздействию окружающей среды. Основные угрозы для этих элементов: пыль и влага. Класс IP, присвоенный переключателю, указывает на устойчивость его к этим факторам. Степень защиты и классы IP определены в стандарте IEC 60529.
Электрические параметры переключателей
Основные электрические параметры переключателей это номинальное напряжение и ток, сопротивление контактов и максимально допустимое количество перемещений переключателя (операций переключения).
Клавиатуры
Клавиатуры можно найти на многих устройствах, особенно там где требуется ввод данных. Наиболее распространены цифровые клавиатуры, которые можно найти в электронных замках, домофонах или банкоматах. В последних часто устанавливают клавиатуры с повышенной устойчивостью к повреждениям, так называемая антивандальная защита.
Выключатели безопасности
Кроме того, такой элемент должен эксплуатироваться просто и быстро, чтобы даже в стрессовой ситуации оператор с нарушенными исполнительными функциями или посторонний человек мог активировать его без проблем. Защитные выключатели обычно проектируются так, чтобы их легко заметил даже неподготовленный оператор или посторонний.
Большинство выключателей аварийной остановки имеют съемный защитный барьер для предотвращения случайного срабатывания (например крышка, которую необходимо поднять, или стеклянная пластина которую необходимо разбить перед выключением оборудования).
Форум по обсуждению материала ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ, ТУМБЛЕРЫ, КНОПКИ
Усилитель мощности звука на транзисторах, из радиоконструктора DJ200. Проверка работы схемы.
Сравнение активных и пассивных радиодеталей, основы классификации.
В строительных магазинах представлен довольно большой ассортимент кулачковых переключателей в разных видах.
Реверсивная схема подключения электродвигателя через пускатели
В некоторых случаях необходимо обеспечить вращение двигателя в обе стороны. Например, для работы лебедки, в некоторых других случаях. Изменение направления вращения происходят за счет переброса фаз — при подключении одного из пускателей две фазы надо поменять местами (например, фазы B и C). Схема состоит из двух одинаковых пускателей и кнопочного блока, который включает общую кнопку «Стоп» и две кнопки «Назад» и «Вперед».
Реверсивная схема подключения трехфазного двигателя через магнитные пускатели
Для повышения безопасности добавлено тепловое реле, через которое проходят две фазы, третья подается напрямую, так как защиты по двум более чем достаточно.
Пускатели могут быть с катушкой на 380 В или на 220 В (указано в характеристиках на крышке). В случае если это 220 В, на контакты катушки подается одна из фаз (любая), а на второй подается «ноль» со щитка. Если катушка на 380 В, на нее подаются две любые фазы.
Также обратите внимание, что провод от кнопки включения (вправо или влево) подается не сразу на катушку, а через постоянно замкнутые контакты другого пускателя. Рядом с катушкой пускателей изображены контакты KM1 и KM2
Таким образом реализуется электрическая блокировка, которая не дает одновременно подать питание на два контактора.
Магнитный пускатель с установленной на нем контактной приставкой
Так как нормально замкнутые контакты есть не во всех пускателях, можно их взять, установив дополнительный блок с контактами, который называют еще контактной приставкой. Эта приставка защелкивается в специальные держатели, ее контактные группы работают вместе с группами основного корпуса.
На следующем видео реализована схема подключения магнитного пускателя с реверсом на старом стенде с использованием старого оборудования, но общий порядок действий понятен.
Устройства серии ON
Переключатели данной серии подходят только для понижающих трансформаторов. Модуляторы в устройствах используются коммутируемого типа. Регуляторы устанавливаются на три фазы. Контакты у моделей располагаются в задней части корпуса. Многие модификации данной серии производятся без обкладки. Непосредственно подключение прибора происходит через расширитель
Также важно отметить, что на рынке представлены устройства с двухзарядными триггерами. Отличительной особенностью данных устройств является повышенная чувствительность
Пороговое напряжение модификаций равняется 14 В.
В среднем параметр перегрузки тока у них составляет 3,5 А. В данном случае модуляторы устанавливаются с изоляторами. Также есть модификации с трехразрядными триггерами. Они отличаются повышенной проводимостью тока. Подходят устройства данного типа для низкочастотных трансформаторов. Параметр потребления электроэнергии у них невысокий. Как подключить переключатель этой серии? На самом деле это можно сделать только через контактный переходник.
Конструкция
Из самого названия этого устройства ясно, что конструкция обусловлена применением «кулачков», которые приводят в действие некий «толкатель». Устройство кулачкового переключателя предполагает наличие группы коммутационных элементов, изменяя положение которых можно добиться определенного их расположения для работы разных схем включения. Расположение контактов и кулачков называется – программа коммутации (ее назначение заключается в сборке определенной схемы подключений). Они располагаются внутри пластмассового корпуса, который изготавливается на основе меламина.
Наглядно увидеть конструкцию устройства вы можете на схемах ниже:
Такой корпус невосприимчив к электрической дуге и вихревым токам. Конструкция кулачкового переключателя дает возможность включать и выключать все контакты практически одновременно. Это обеспечивается тем, что кулачок одного элемента соединен механически с другими кулачками. Применение в устройстве контактов серебра, которое лучше той же меди выдерживает электрическую дугу, обеспечивает хорошие коммутационные характеристики и повышенную износостойкость. Переключатель должен четко фиксироваться в определенном положении, для чего нужен фиксирующий механизм привода. Также в конструкции присутствует ограничитель движения привода. Его назначение – четкая установка переключателя в крайнем положении. Привод или вал аппарата представляет собой прут квадратного сечения. Для надежной работы и хорошего переключения контактов он должен изготавливаться из металла, чтобы выдерживать нагрузку при прокручивании
Это очень важно там, где применяется управление электродвигателями. Для управления приводом переключателя используется рукоятка, выполненная из изоляционного материала
Наглядно устройство кулачкового переключателя демонстрируется на видео от одного из лучших производителей розеток и выключателей, компании ABB:
Электромеханические переключатели: виды и основные характеристики
Электромеханические переключатели – это целое семейство устройств, различающихся по конструкции и областям применения.
Тумблеры (перекидные переключатели)
Перейти в каталог тумблеров Это старейший вид переключателей, в большом объеме производимых на отечественных предприятиях. Основными преимуществами пружинно-рычажного устройства являются: надежность и жесткое сцепление контактной группы, входящей в схему перекидного переключателя. Благодаря этим свойствам механизм работает четко и безотказно. Наиболее распространены отечественные изделия серий ТП, ТВ, ПТ, а также зарубежные Jietong Switch.
Галетные (роторные) переключатели
Перейти в каталог галетных переключателей Эти свитчеры, состоящие из галеты с контактной группой и роторной оси, выпускаются с разным количеством позиций, галет, различной длиной корпуса. Такие изделия применяют в системах автоматики, в измерительных приборах (они позволяют переключать диапазоны измерений), электрических цепях управления. Заслуженной популярностью пользуется продукция российских компаний, благодаря высокой технологичности, качеству сборки, герметичности корпусов, большому рабочему ресурсу.
Клавишные (рокерные, кулисные) переключатели
Эта разновидность свитчеров с активатором в виде клавиши. Они востребованы во многих областях: от большегрузной автомобильной и другой техники до бытовых приборов и компьютеров. Такие переключатели выпускаются в обширном диапазоне рабочих напряжений, допустимого тока, размеров, числа контактных групп, что позволяет подобрать оптимальную продукцию для аппаратуры разной мощности и количества коммутируемых цепей. Современные устройства изготавливаются в корпусах из прочных полимерных материалов. Корпус надежно крепится к гнезду методом пайки или соединяется клеммами. Клавишные переключатели могут монтироваться раздельно или формировать управляющую панель. Большинство таких свитчеров имеют торцевую подсветку светодиодными или неоновыми лампами. Они изготавливаются с различными степенями защиты от наружных условий: от изделий, предназначенных для эксплуатации в закрытых помещениях, до герметичных переключателей, способных работать даже под струями воды.
DIP-переключатели
DIP-переключатели зачастую используются в современной промышленной электронике, а также в компьютерах и бытовой технике. Они выполняются в монолитном ДИП-корпусе с одной или несколькими контактными группами. Переключение – угловое или горизонтальное. DIP или DIL – это название типа корпуса, который был сконструирован для электронных компонентов. Его особенность – прямоугольная форма и наличие двух рядов выводов, размещаемых на длинных сторонах. Такая конструкция позволяет увеличить плотность монтажа, по сравнению с круглыми корпусами.
Для изготовления ДИП-корпуса используется пластик PDIP или керамика CDIP. Устройства могут соединяться с платой напрямую или через промежуточную схему, в состав которой входят резисторы, декодирующие и запоминающие элементы. Второй вариант реализуют при необходимости преобразования сигнала в более высокий или низкий.
Сегодня переключающие ДИП-устройства всё реже встречаются в бытовой электронике из-за внедрения более компактных радиодеталей. Однако они по-прежнему широко применяются для комплектации промышленного оборудования.
Одна из разновидностей DIP-переключателей – поворотные, содержащие в конструкции несколько электрических контактов. При повороте колеса требуемый контакт совмещается с цифрой, указанной на корпусе, и происходит замыкание контакта. DIP-свитчеры могут выполняться в разных размерах и иметь крупные колеса для прокрутки или маленькие колесики, для вращения которых необходима отвертка.
Для тестирования исправности переключателя, а также надежности присоединения проводников к его контактам используют мультиметры.
Многопозиционные коммутаторы модульного типа
Кулачковый пакетный переключатель — наиболее распространенный тип данных устройств, как и другие коммутаторы, он применяется для управления различными видами электрических нагрузок.
Сфера применения кулачковых коммутаторов довольно обширна, приведем несколько примеров их использования:
Кулачковые переключатели состоят из нескольких пакетов (каждый из которых отвечает за коммутацию одной линии), помещенных в один корпус. На нижнем рисунке показано устройство такого пакета.
Пакет кулачкового коммутатора
Обозначения на рисунке:
Заметим, что пакетный рубильник (кулачковый коммутатор) может быть на несколько положений, включая нулевое, то есть когда контакты разъединены. На рисунке показано состояние коммутатора в нейтральном положении.
Схематическое изображение переключателя в нулевом положении
Коммутатор ABB в режиме нулевого положения
Заметим, что все основные характеристики коммутаторов указываются на корпусе устройств, там отображаются:
Ниже показана схема и таблица коммутации, изображенная на корпусе переключателя направления вращения SPAMEL.
Схема и таблица коммутации переключателя SPAMEL
Благодаря такой таблице наглядно видно, в каком положении, какие группы контактов соединяются.
Устройство кулачкового переключателя
Несмотря на большое разнообразие кулачковых выключателей в плане конструкции, сложности и размера у всех из них общее принципиальное устройство и все они состоят из определенных деталей.
Кулачковый переключатель состоит из:
1. Рукояти с валом который служит для выбора режима. Другими словами вы проворачиваете рукоять и перещелкиваете кулачки, которые переходят на другие контакты и меняют режим работы.
2. Передней панели. На ней обычно нанесены положения рукояти для включения того или иного режима.
3. Фиксирующего и коммутирующего пакетов. То есть наборов элементов обеспечивающих прохождение электрического тока по выбранным контактам или системам.
4 Контактов. Элементов при соединении с которыми кулачков возникает новая электропроводящая сеть.
5. Корпуса. Корпус переключателя обеспечивает соединение в единое целое всех элементов.
Корпус переключателя изготавливается из прочного пластика с использованием меламина, что обеспечивает высокую устойчивость устройства к элекродуге и вихревым токам. Соответственно надежность самого переключателя получается очень высокой.
В качестве контактов используют металлы с хорошей проводимости электрического тока, например серебро. Для уменьшения стоимости контактов, серебро обычно наносят только на поверхность контактов методом напыления или гальванопластики.
Какими бывают?
В наше время используются различные виды кулачковых переключателей.
Двухконтактные устройства совместимые с трансформаторами импульсного вида. Снабжаются регулятором на основе переходника.
Каковы особенности этого вида:
Различные пакетные кулачковые переключатели необходимы в конструкции аппаратов для измерения величин. Для этих видов модулятор снабжается дополнительным усилителем.
Каковы особенности вида:
Каковы особенности вида:
Кулачковые переключатели созданные для работы с вольтметрами отличаются не большими размерами и обладают трехфазовой конструкцией. Для многих из них применяются оперативные модуляторы.
Каковы особенности вида:
Теперь вы получили специфическую информацию и знаете, как выбрать кулачковый переключатель популярного вида. Хотя существует много других модификаций, отличающихся эксплуатационными характеристиками, в большинстве случаев, этого будет достаточно.
Область применения кулачковых переключателей
Благодаря хорошим показателям надежности и возможности выбора различных режимов, работы, а также достаточно компактных размеров кулачковые переключатели используют очень широко в различных схемах электрических сетей.
Обычно в подобные сети входит несколько электрических устройств взаимодействующие между собой через данный переключатель.
Плюсом является то, что этот вид переключателей можно применять как в сетях с переменным, так и постоянным напряжением. Кулачковые переключатели из за своей конструкции весьма устойчивы к кратковременным перегрузкам цепи (такам короткого замыкания) и обладают хорошими пропускными характеристиками.
Обычно кулачковые переключатели входят в системы содержащие различные силовые агрегаты.
Наиболее целесообразно их применять в коммутационных сетях с напряжением 220 В для постоянного тока и 500 В для переменного тока при частоте от 50 до 60 Гц.
Очень часто простые по устройству кулачковые переключатели называют тумблер-переключателями. Их в основном применяют в электроцепях для переключения режимов работы электроприборов или обесточивания электрооборудования.
Тумблеры разделяются на два основных вида или типа: однополюсные и двухполюсные. В зависимости от сложности обычно тумплер имеет два или три фиксированных положения.
Назначение и область применения
Сварочный аппарат с кулачковым переключателем
Устройство активно используется в следующих целях:
Устройство достаточно многофункциональное, поэтому нашло применение не только в промышленном производстве, но и в быту, объектах электроснабжения и водоснабжения. Также кулачковый переключатель активно эксплуатируется в сельском хозяйстве для управления оборудованием. Если постараться, с помощью такого переключатели можно организовать байпасное подключение.
Кулачковые переключатели имеют довольно обширный перечень преимущественных особенностей. Отдельного внимания заслуживает качество и безопасность коммутации, а также стойкость к высоким нагрузкам.
Разработчики выделяют немало времени, сил и финансов для изобретения подобного оборудования, но предназначенного для работы в неблагоприятных условиях, например, во влажной среде или при критических температурных отметках (запредельно низкие или высокие температуры). Также можно изготовить кулачковые переключатели по индивидуальным заказам, учитывая цели и задачи заказчика.
Усилитель мощности звука на транзисторах, из радиоконструктора DJ200. Проверка работы схемы.
Сравнение активных и пассивных радиодеталей, основы классификации.
