Выключатель/переключатель – это не что иное, как устройство, которое используется для включения и выключения оборудования. Скорее всего, это электрическое оборудование, такое как вентилятор, телевизор и т. д. Для прохождения тока из цепи должен потребоваться замкнутый путь (петля). Если переключатель выключен, это означает, что цепь разомкнута и ток не может течь через проводник, а оборудование обесточено (состояние ВЫКЛ). Чтобы подать на него питание, нам нужно включить переключатель, он замыкает цепь и замыкает путь. Таким образом, ток может течь через оборудование, и оно может включиться. Итак, функция переключателя заключается в замыкании (переключатель включен) и размыкании (переключатель выключен) цепи.

В разработке систем управления переключатели играют важную роль. В основном существует два типа переключателей: механические и электрические. Для работы механических переключателей требуется физический или ручной контакт с переключателем. Электрические выключатели не требуют физического или ручного контакта, они способны выполнять операции под действием электрического тока.

Механические переключатели

Механические переключатели подразделяются на различные типы в зависимости от количества полюсов и направлений переключения (перемычек). Полюсы означают количество входных цепей (цепей питания), доступных для переключателя. Направления/перемычки означают количество выходных цепей (количество путей, по которым может течь ток), доступных переключателю.

Выделяют следующие типы механических переключателей:

1. Однополюсный, одинарный (SPST).
2. Однополюсный на два направления (SPDT).
3. Двухполюсный одинарный (DPST).
4. Двухполюсный на два направления (DPDT).
5. Двухполюсный шестипозиционный (2П6Т).
6. Переключатели мгновенного действия/мгновенного управления:
   1. Кнопка.
   2. Реле давления.
   3. Температурный переключатель.
   4. Тумблер.
   5. Поворотный переключатель.

В механическом переключателе две металлические пластины соприкасаются друг с другом, замыкая цепь, по которой протекает ток, и разделяют друг друга, чтобы разомкнуть цепь, чтобы ток прервался.

1) Однополюсный, однопозиционный (SPST): Этот переключатель состоит из двух клемм; одна входная клемма (также называется полюсной)  и одна выходная. Этот переключатель является простейшим примером переключателя. Как правило, этот переключатель, используемый в одиночном контуре, означает, что схема требует управления только одной цепью. Символ однополюсного однопозиционного переключателя показан на рисунке 1a. Этот переключатель подключается последовательно с оборудованием, источником или элементами, как показано на рисунке 1b.

2) Однополюсный, двухпозиционный (SPDT): Этот переключатель состоит из трех клемм; одна входная клемма (полюсная) и две выходные клеммы как показано на рисунке 2а. Используя этот переключатель, мы можем подавать ток или сигнал в два контура, как показано на рисунке 2. Иногда этот переключатель также называют селекторным переключателем .

3) Двухполюсный, однопозиционный (DPST):  Этот переключатель состоит из четырех клемм; две входные клеммы (полюсные) и две выходные клеммы как показано на рисунке 3а. Этот переключатель очень похож на два переключателя SPST. Оба переключателя подключены к одной цепи, поэтому оба переключателя работают одновременно. Эти переключатели используются, когда мы хотим одновременно управлять двумя цепями, как показано на рисунке 3b.

4) Двухполюсный двухпозиционный (DPDT): Этот переключатель состоит из шести клемм; две входные клеммы (полюса) и две клеммы для каждого полюса, всего четыре выходных клеммы (ходовые), как показано на рисунке 4а. Работа этого переключателя аналогична работе двух отдельных однополюсных переключателей одновременно. В этом переключателе две входные клеммы (полюса) соединены с одним набором (двух) выходных (выход-1) в положении переключателя-1. Если мы изменим положение переключателя, он соединит этот вход со вторым набором выходов (клемма 2), как показано на рисунке 4b. Если, к примеру, в положении 1 двигатель вращается по часовой стрелке, то если мы перейдем в положение 2, двигатель будет вращаться против часовой стрелки.

5) Двухполюсный, шестипозиционный (2P6T): состоит из четырнадцати клемм; две входные клеммы (полюса) и шесть клемм для каждого полюса, всего двенадцать выходных клемм (ходовых), как показано на рисунке 5а. Обычно этот тип переключателя используется для переключения в цепи с общей входной клеммой.

6) Переключатели мгновенного действия:

1. Кнопочный переключатель (кнопка): когда вы нажимаете переключатель, контакты переключателя замыкаются и замыкают цепь для прохождения тока, а когда вы снимаете давление с кнопки, контакты переключателя размыкаются и разрывают цепь. Таким образом, этот переключатель представляет собой контактный переключатель мгновенного действия, который способен управлять цепью, замыкая и размыкая контакт. В кнопочном переключателе, когда вы снимаете давление с переключателя, пружина размыкает контакт.
2. Реле давления: Этот тип переключателя состоит из диафрагмы С-образной формы. В зависимости от давления эта диафрагма показывает давление. Эти переключатели используются для измерения давления воздуха, воды или масла в промышленности. Этот переключатель срабатывает, когда давление в системе увеличивается или уменьшается от заданного значения.
3. Температурный переключатель. Этот тип переключателей состоит из датчиков температуры, таких как RTD (терморезистивное устройство). Этот переключатель работает в соответствии со значением измеренной температуры.
4. Тумблер: этот тип переключателя обычно используется в быту для включения и выключения электроприборов. У него есть рычаг, с помощью которого мы можем перемещаться вверх или вниз для включения и выключения приборов.
5. Поворотный переключатель: этот тип переключателя используется для соединения одной линии с одной из многих линий. Примерами переключателей этого типа являются мультиметр, переключатель каналов, переключатель диапазона, измерительное устройство, переключатель диапазона в устройствах связи. Этот переключатель аналогичен однополюсному многопозиционному переключателю. Но устройство этого переключателя другое.

Электрические переключатели

Электрические переключатели — это не что иное, как полупроводниковое устройство. Эти переключатели более полезны из-за их низкой стоимости, небольшого размера и надежности. В этих переключателях используются полупроводниковые материалы, такие как кремний (Si), германий (Ge) и т. д. Обычно переключатели этого типа используются в интегральных схемах (ИС), приводах электродвигателей, системах отопления, вентиляции и кондиционирования, а также широко используются в качестве цифрового выхода (DI). контроллера.

Выделяют следующие типы электрических переключателей:

1. Реле
2. Биполярный транзистор
3. Силовой диод
4. МОП-транзистор (MOSFET).
5. IGBT.
6. SCR (тиристор).
7. TRIAC (симистор).
8. DIAC.
9. GTO (силовой запираемый тиристор).

1) Реле: Реле также известно как электромеханический переключатель. Когда ток проходит через катушку, он создает вокруг катушки магнитное поле. Величина магнитного поля зависит от величины тока, проходящего через катушку. Расположение контактов реле выполнено таким образом, что при увеличении тока с помощью шторки контакты замыкаются и меняют свое положение. Иногда в реле используется биметаллическая полоса для измерения температуры в целях безопасности. Реле доступны в широком диапазоне напряжения и тока. В энергосистеме реле играет важную роль в выявлении неисправностей. В промышленности реле также используются в качестве защитного устройства. Более подробно про типы реле и принцип их работы можно прочитать в этой статье. 

2) Биполярный транзистор: транзистор с биполярным переходом имеет три вывода; база, эмиттер и коллектор. Транзисторы работают в трех режимах; отсечка, насыщенность и активная область. Обозначение транзистора показано на рисунке 6. Для целей переключения активная область не используется. Если на базовой клемме имеется достаточный ток, транзистор входит в область насыщения, и ток будет течь по пути коллектор-эмиттер, а транзистор действует как переключатель ВКЛ. Если ток базы недостаточен, цепь размыкается и ток не может течь через коллектор-эмиттер, и транзистор попадает в область отсечки. В этой области транзистор действует как выключатель. Транзистор используется в качестве усилителя в электронике, а также для создания затвора типа И, НЕ в цифровых схемах, а транзистор также используется в качестве переключающего устройства в интегральных схемах. Транзисторы бесполезны в приложениях большой мощности, поскольку они имеют более высокие резистивные потери по сравнению с MOSFET. Более подробно про NPN-транзисторы и способы их применения вы можете прочитать в этой статье. 

3) Силовой диод: Силовой диод имеет две клеммы; анод и катод. Диод состоит из полупроводникового материала p- и n-типа и имеет pn-переход, который известен как диод. Символ силового диода показан на рисунке 7. Когда диод находится в прямом смещении, ток может течь через цепь, а в обратном смещении ток блокируется. Если анод положителен по отношению к катоду, диод находится в прямом смещении и действует как переключатель ВКЛ. Аналогично, если катод положителен по отношению к аноду, диод находится в обратном смещении и действует как выключатель. Силовые диоды используются в силовой электронике, например, в выпрямителях, схемах умножителя напряжения, схемах фиксации напряжения и т. д.

4) MOSFET: MOSFET - это металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор. MOSFET имеет три вывода; затвор, сток и исток. MOSFET работает в двух основных режимах: истощения и улучшения. Если напряжения затвор-исток (V _GS ) недостаточно, MOSFET работает в режиме истощения, а режим истощения MOSFET аналогичен выключателю OFF. Если напряжение затвор-исток (V _GS ) достаточно, MOSFET работает в режиме улучшения, а режим улучшения MOSFTE аналогичен переключателю ON. Диапазон переключения MOSFET составляет от десятков наносекунд до нескольких сотен микросекунд. По следующей ссылке вы можете посмотреть все проекты на нашем сайте с использованием MOSFET транзисторов.

5) IGBT: это биполярный транзистор с изолированным затвором. IGBT представляет собой комбинацию биполярного транзистора и MOSFET. IGBT имеет высокий входной импеданс и высокую скорость переключения (характерно для MOSFET), а также низкое напряжение насыщения (характерно для биполярного транзистора). IGBT имеет три вывода; затвор, эмиттер и коллектор. IGBT может управляться с помощью затвора. Его можно включать и выключать, запуская и отключая его клемму. IGBT может блокировать как положительное, так и отрицательное напряжение, как и GTO. IGBT используется в инверторах, системах управления тяговыми двигателями, индукционным нагревом и импульсных источниках питания.

6) SCR: SCR-выпрямитель с кремниевым управлением. SCR имеет три терминала; затвор, анод и катод. Работа SCR такая же, как и у диода, но начальная проводимость SCR, когда он находится в прямом смещении (катод отрицательный, анод положительный), а также требуется положительный тактовый импульс на затворе. При прямом смещении, если тактовый импульс затвора равен нулю, SCR отключается принудительной коммутацией, а при обратном смещении SCR остается в выключенном состоянии, как и диод. SCR используются в управлении двигателем, регуляторах мощности и затемнении ламп. В нашей стране SCR более известен под названием тиристор.

7) TRIAC (Симистор): Симистор аналогичен двум тиристорам, соединенным обратно параллельно с затвором. Симистор — двунаправленное устройство и имеет три вывода: главный терминал 1 (MT), главный терминал 2 (MT2) и затвор. Клеммы MT1 и MT2 подключены к цепи, которой мы хотим управлять, и доступен затвор для запуска импульса положительным или отрицательным напряжением. Когда на клемме MT2 имеется положительное напряжение по отношению к клемме MT1 и затвор также срабатывает положительно, то срабатывает SCR-1 симистора. Когда на клемме MT1 имеется положительное напряжение по отношению к клемме MT2 и затвор также срабатывает положительно, то срабатывает SCR-2 симистора. Симистор можно использовать как для источников переменного, так и для постоянного тока, но, как правило, он используется в приложениях переменного тока, таких как управление двигателем, включение освещения (промышленного и бытового) и т. д. На нашем сайте вы можете посмотреть все проекты с использованием симисторов.

8) DIAC: DIAC - это диодный переключатель переменного тока. Он имеет два терминала и может работать в обоих направлениях. Обозначение DIAC на схемах показано на рисунке 12. DIAC работает в двух режимах: область прямой блокировки или обратной блокировки и область выхода лавины. Когда приложенное напряжение меньше напряжения отключения, DIAC работает в режиме прямой блокировки или обратной блокировки. В этом регионе DIAC действует как выключатель. Когда приложенное напряжение превышает напряжение отключения, происходит лавинный пробой, и DIAC действует как переключатель ВКЛ. DIAC не может резко переключаться при низком напряжении и слабом токе по сравнению с TRIAC и SCR. DIAC используется для затемнения света, управления универсальным двигателем и схемы контроля нагрева.

9) Gate Turn-off Thyristor (GTO): GTO в русскоязычных источниках известен как силовой запираемый тиристор и имеет три вывода: затвор, анод и катод. Как следует из названия, это устройство может ВЫКЛЮЧАТЬСЯ через вывод затвора. Символ GTO состоит из двух стрелок на клемме затвора, которые показывают двунаправленный поток тока через клемму затвора. Это устройство может включаться при подаче небольшого положительного тока затвора и выключаться отрицательным импульсом от клеммы затвора. GTO используется в инверторах, приводах переменного и постоянного тока, индукционных нагревателях и SVC (статическая компенсация реактивной мощности).

511 просмотров