Reduzieren des Energieverbrauchs des Relais - Halten im Vergleich zum Aufnahmestrom - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Die meisten Relais benötigen mehr Strom, um anfangs zu betätigen, als erforderlich ist, um das Relais anzuhalten, nachdem die Kontakte geschlossen wurden. Der zum Halten des Relais erforderliche Strom (Haltestrom) kann wesentlich geringer sein als der anfängliche Strom, der zum Betätigen des Relais erforderlich ist (Anregestrom). Dies impliziert, dass eine beträchtliche Energieeinsparung erzielt werden kann, wenn wir eine einfache Schaltung entwickeln können, um den Strom zu reduzieren, der einem Relais zugeführt wird, sobald es eingeschaltet wurde.

In diesem anweisbaren experimentieren wir (erfolgreich) mit einer einfachen Schaltung, um diese Aufgabe für ein Modell eines 5VDC-Relais zu erfüllen. Je nach Relaistyp müssen natürlich einige Komponentenwerte geändert werden, aber die beschriebene Methode sollte für die meisten DC-Relais funktionieren.

Schritt 1: Charakterisieren Sie das Relais

Zu Beginn habe ich den vom Relais aufgenommenen Strom bei einer Reihe verschiedener Spannungen gemessen und auch herausgefunden, bei welcher Spannung das Relais abfallen würde, wenn die Spannung gesenkt wurde. Daraus können wir auch die Relaisspulenimpedanz bei verschiedenen Spannungen mit R = V/I berechnen. Sie bleibt im Bereich von ungefähr 137 Ohm bis 123 Ohm ziemlich konstant. Sie können meine Ergebnisse für dieses Relais im Bild sehen.

Da das Relais bei etwa 0,9 Volt oder bei einem Stromfluss von etwa 6 bis 7 mA abfällt, streben wir an, dass etwa 1,2 Volt über die Spule oder etwa 9 bis 10 mA Strom im Haltezustand fließen. Dies gibt einen kleinen Spielraum über dem Drop-out-Punkt.

Schritt 2: Der Schaltplan

Ein Bild vom Schaltplan ist beigefügt. Die Schaltung funktioniert so, dass beim Anlegen von 5 V C1 kurzzeitig kurzgeschlossen ist und Strom frei durch C1 und R3 in die Basis von Q1 fließt. Q1 wird eingeschaltet und legt kurzzeitig einen Kurzschluss über R1. Im Wesentlichen haben wir also 5 V an die K1-Spule angelegt, da Pin 1 des Relais fast auf Massepotential liegt, da Q1 kurzzeitig vollständig eingeschaltet ist.

An diesem Punkt zieht das Relais an. Als nächstes entlädt sich C1 durch R2 und wird nach 0,1 Sekunden zu etwa 63 % entladen, da 100uF x 1000 Ohm eine Tau- oder RC-Zeitkonstante von 0,1 Sekunden ergeben. (Sie können auch einen kleineren Kondensator und einen größeren Widerstandswert verwenden, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, z. B. 10uF x 10K Ohm). Irgendwann etwa 0,1 Sekunden nach dem Einschalten des Stromkreises wird Q1 ausgeschaltet und jetzt fließt Strom durch die Relaisspule und durch R1 nach Masse.

Aus unserer Charakterisierungsübung wissen wir, dass der Haltestrom durch die Spule etwa 9 bis 10 mA und die Spannung über der Spule etwa 1,2 V betragen soll. Daraus können wir den Wert von R1 bestimmen. Bei 1,2 V an der Spule beträgt seine Impedanz etwa 128 Ohm, wie auch während der Charakterisierung bestimmt wurde. So:

RSpule = 128 OhmRgesamt = 5V/9,5mA = 526 Ohm

Rgesamt = R1 + RSpuleR1 = Rgesamt - RSpule

R1 = 526 - 128 = 398 OhmWir müssen den nächsten Standardwert von 390 Ohm verwenden.

Schritt 3: Breadboard Build

Die Schaltung funktioniert gut mit einer Zeitkonstante von 0,1 Sekunden für C1 und R2. Das Relais wird sofort aktiviert und deaktiviert, wenn 5 V angelegt und entfernt werden, und rastet ein, wenn 5 V angelegt werden. Bei einem Wert von 390 Ohm für R1 beträgt der Haltestrom durch das Relais etwa 9,5 mA im Gegensatz zum gemessenen Anzugsstrom von 36,6 mA, wenn die vollen 5 V am Relais anliegen. Die Energieeinsparung beträgt ungefähr 75 %, wenn der Haltestrom verwendet wird, um das Relais eingeschaltet zu halten.