Osnove stikala: vrste, stiki in materiali

Stikala so osnovni deli vsakega električnega in elektronskega sistema, ki delujejo v dveh stanjih: ON (zaprto) ali OFF (odprto). Nadzorujejo napajanje, signale in varnost, od majhnih gumbov do velikih industrijskih odklopnikov. S številnimi vrstami, stiki in ocenami ta članek vsebuje jasne in podrobne informacije o njihovih kategorijah, delovanju, materialih in pravilni namestitvi. C1. Pregled stikala C2. Glavne kategorije stikal C3. Vrste stikal za stikale: NO vs NC C4. Konfiguracije stikal C5. Stikalni kontaktni materiali in zapečateni tipi C6. Nazivne vrednosti stikal in električna zmogljivost C7. Odboj stikala v stikalih C8. Nasveti za namestitev stikal C9. Sklep C 1. Pregled stikala Stikalo je ena najbolj temeljnih komponent v elektroniki in električnih sistemih. Deluje kot binarna naprava, kar pomeni, da ima samo dve glavni stanji: Zaprto (vklopljeno): Vezje je popolno, kar omogoča pretok toka. Odprto (izklopljeno): Vezje je prekinjeno, ustavi pretok toka. Zaradi tega osnovnega dejanja so stikala bistvena za nadzor moči, signalov in varnosti v nizkonapetostni elektroniki in distribucijskih sistemih visoke moči. Ne glede na to, ali gre za majhen gumb na vezju ali velik odklopnik v industrijski plošči, je načelo enako. 2. Glavne kategorije stikal • Ročna stikala - upravlja jih neposredno oseba. Kot stikala za luči, preklopna stikala, gumbi. • Avtomatska stikala - aktivirajo jih zunanji pogoji, kot so gibanje, tlak, ali temperatura. Kot so plavajoča stikala, končna stikala in termostati. • Elektronska (polprevodniška) stikala - Uporabite polprevodnike za nadzor toka brez gibljivih delov. Kot so MOSFET-i, releji in optočlenniki. 2.1 Vrste ročnih stikal • Preklopna stikala Preklopna stikala so naprave, ki jih je mogoče vzdrževati, ostati v položaju ON ali OFF, dokler se ne spremenijo, ali trenutno, kjer se ročica po sprostitvi vrne nazaj. Uporabljajo se v sistemih razsvetljave, avtomobilskih armaturnih ploščah in nadzornih ploščah strojev. Njihova največja prednost je v njihovi vzdržljivosti in jasnih povratnih informacijah ON / OFF, zaradi česar so ena najbolj prepoznavnih in zanesljivih vrst stikal. • Stikala s tipkami Stikala s tipkami se aktivirajo s pritiskom in so na voljo v trenutnih in vzdrževanih različicah. Zvonec na vratih je preprost primer trenutnega gumba, medtem ko nekatere elektronske naprave uporabljajo vzdrževane gumbe, kjer en pritisk vklopi napravo in drugi izklopi. V varnostnih aplikacijah gumbi z gobovo glavo služijo kot stikala za zaustavitev v sili. Zaradi njihove kompaktne velikosti, intuitivnega upravljanja in primernosti za pogosto uporabo so pogosti v dvigalih, elektroniki in krmilnih postajah. • Izbirna stikala Izbirna stikala so vrtljiva ali ročica in imajo več fiksnih položajev, kar uporabniku omogoča izbiro med različnimi načini ali operacijami. Pogosto jih vidimo v industrijskih nadzornih ploščah, sistemih HVAC in strojih, ki zahtevajo več obratovalnih nastavitev Glavna prednost izbirnih stikal je njihova sposobnost, da zagotovijo več možnosti znotraj ene krmilne enote, hkrati pa dajejo jasne vizualne in taktilne povratne informacije za vsak položaj. • Stikala z krmilno palico Stikala z igralno palico so večosne krmilne naprave, kjer gibanje v različnih smereh aktivira ločene kontakte. Potrebni so v aplikacijah, kot so žerjavi, robotika in industrijski stroji, kjer je potrebno natančno večsmerno krmljenje. Krmilne palice se uporabljajo tudi v igrah na srečo, ki ponujajo intuitiven nadzor za kompleksne gibe. Njihova glavna prednost je možnost nadzora več funkcij z enim stikalom, zaradi česar so učinkoviti in vsestranski. 2.2 Vrste stikal z gibanjem • Končna stikala Končna stikala so mehanske naprave, ki se sprožijo z neposrednim stikom z gibljivim delom stroja, kot je transportni trak, ki doseže končno točko. So robustni, zanesljivi in se pogosto uporabljajo v CNC strojih, dvigalih in varnostnih sistemih. • Bližinska stikala Bližinska stikala zaznavajo predmete brez stika. Induktivni tipi zaznavajo kovine, kapacitivni tipi zaznavajo plastiko ali tekočine, optični senzorji pa uporabljajo svetlobne žarke. Ti so osnovni v robotiki in avtomatiziranih linijah, kjer brezkontaktno zaznavanje poveča hitrost in vzdržljivost. 2.3 Vrste procesnih stikal • Hitrostna stikala Stikala za hitrost spremljajo vrtenje ali gibanje strojev. Centrifugalna stikala ali stikala na osnovi tahometra lahko zaznajo prekoračitev hitrosti in sprožijo zaustavitve za zaščito motorjev, turbin ali transporterjev pred poškodbami. • Tlačna stikala Tlačna stikala uporabljajo membrane, bate ali mehove za zaznavanje sprememb tlaka zraka, tekočine ali plina. Pogost primer je zračni kompresor, ki se izklopi, ko je dosežen največji tlak. Prav tako so kritični v hidravličnih in pnevmatskih sistemih. • Temperaturna stikala Temperaturna stikala se zanašajo na bimetalne trakove, mehanizme žarnic in kapilar ali elektronske senzorje za odpiranje ali zapiranje tokokrogov pri določenih temperaturah. HVAC termostati so najbolj znan primer, vendar se uporabljajo tudi v industrijskih grelnikih in hladilnih sistemih. • Nivojska stikala Nivojska stikala zaznavajo prisotnost ali odsotnost tekočin ali trdnih snovi v rezervoarjih in silosih. Tehnologije vključujejo plovce, prevodne sonde, lopatice in celo jedrske senzorje za ekstremne pogoje. So v obdelavi vode, kemični obdelavi in skladiščenju razsutega materiala. • Stikala pretoka Stikala pretoka merijo gibanje tekočin ali plinov v cevovodih. Stikala z lopaticami ali lopaticami se odzivajo na prekinitev pretoka, medtem ko senzorji diferencialnega tlaka spremljajo spremembe v omejitvi. Ta stikala pomagajo zaščititi črpalke, kotle in procesne cevovode pred poškodbami. 3. Vrste stikov stikov: NO vs NC 3.1 Normalno odprto (NE) Normalno odprt kontakt ostane odprt v neaktiviranem stanju, kar pomeni, da ne teče tok, dokler stikalo ni aktivirano. Ko se aktivirajo, se kontakti zaprejo in omogočijo prehod toka. Preprost primer je gumb zvonca, kjer pritisk gumba zaključi vezje in sproži zvonjenje. V zagonskih gumbih, trenutnih krmilnikih in signalnih napravah se ne uporabljajo nobeni stiki. 3.2 Normalno zaprto (NC) Normalno zaprt stik je ravno nasprotno. Ostane zaprt v neaktiviranem stanju, kar omogoča pretok toka v normalnih pogojih. Ko se aktivirajo, se kontakti odprejo in prekinejo vezje. Pogost primer je varnostno stikalo za blokiranje na vratih stroja. Ko se vrata odprejo, NC stik prekine vezje, da izklopi stroj zaradi varnosti upravljavca. NC kontakti se pogosto uporabljajo v zasilnih ustavitvah, alarmih in sistemih za zaščito pred izpadi. 4. Konfiguracije stikal | Izraz | Pomen | Primeri in aplikacije | | ----------------- | ------------------------------------------------------ | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Pol | Neodvisna pot vezja, ki jo lahko nadzoruje stikalo. | SP (enopolni): Upravlja eno vezje. DP (dvojni pol): Krmari dve vezji hkrati. | | Vrženje | Število izhodnih poti, ki so na voljo na pol. | ST (enojni met): Poveže ali prekine samo en izhod. DT (Double Throw): Omogoča preklapljanje med dvema izhodoma. | | SPST | Enopolni, enojni met. | Enostavno upravljanje ON/OFF, kot so stikala za stenske luči. | | SPDT | Enopolni, dvojni met. | Uporablja se kot preklopno stikalo, ki usmerja vezje med dvema potma. | | DPDT | Dvojni pol, dvojni met. | Običajno se uporablja za obratno polarnost v enosmernih motorjih. | | Naredite pred odmorom | Nova povezava se vzpostavi, preden se stara prekine. | Najdemo ga v vrtljivih izbirnih stikalih, ki zagotavljajo neprekinjeno povezavo. | | Prekinitev pred izdelavo | Stara povezava je prekinjena, preden je ustvarjena nova. | Uporablja se v varnejših modelih za preprečevanje kratkih stikov ali prekrivanj. | 5. Stikalni materiali in zaprti tipi stikal 5.1 Srebrni in kadmijevi stiki Močan proti oksidaciji in najboljši za napajalna vezja. Običajno v relejih, odklopnikih in težkih stikalih. 5.2 Zlati stiki Uprite se koroziji in zagotovite čiste signale pri nizkih tokovih. Uporablja se v elektroniki in telekomunikacijah, vendar ni primeren za visoko moč. 5.3 Živosrebrna stikala Zapečatena zasnova s tekočim živim srebrom za zapiranje stikov pri nagibu. Zanesljiv in nezahteven za vzdrževanje, vendar orientiran in omejen. 5.4 Trstična stikala Kontakti z magnetnim upravljanjem, zapečateni v steklu. Trpežen v nastavitvah, ki so nagnjeni k vibracijam, pogosto se uporablja v alarmih, senzorji in releji. 6. Ocene stikala in električna zmogljivost 6.1 AC v primerjavi z DC AC stikala lahko prenesejo višje tokove, ker ničelni prehod naravno ugasne loke. DC loki trajajo dlje, zato DC-ocenjena stikala potrebujejo močnejše in večje stike. 6.2 Induktivne obremenitve in iskrenje Motorji, releji in solenoidi ustvarjajo napetostne konice, ki povzročajo kontaktni obok. RC dušilci (upor + kondenzator) čez stike zmanjšajo obrabo in podaljšajo življenjsko dobo stikala. 6.3 Močilni tok Stikala potrebujejo minimalen tok za čiščenje stikov z mikro-oblokom. Za zelo nizke signale se uporabljajo pozlačeni kontakti, ki preprečujejo oksidacijo in kopičenje upora. 7. Odboj stika v stikalih | Vidik | Opis | | ------------------ | ----------------------------------------------------------------------------- | | Kaj je to | Hitro odpiranje in zapiranje kontaktov za nekaj milisekund, preden se usedejo. | | Neškodljivi primeri | Vezja s počasnim odzivom, kjer dodatni impulzi niso pomembni. | | Problematični primeri | Digitalna ali logična vezja napačno interpretirajo odboje kot več vhodov. | | Strojne rešitve | Mehansko dušenje, RC nizkoprepustni filtri, Schmittova sprožilna vezja. | | Programske rešitve | Odbijanje programske opreme v mikrokrmilnikih in vgrajenih sistemih. | 8. Nasveti za namestitev stikala • Napetost stikala in nazivne vrednosti toka natančno uskladite z vezjem, da preprečite pregrevanje ali prezgodnjo okvaro. • Uporabite zatesnjene ali zaščitene kontakte v vlažnih, prašnih ali korozivnih okoljih, da ohranite dolgoročno zanesljivost. • Uporabite RC dušilce za induktivne obremenitve, kot so motorji, releji ali solenoidi, da preprečite iskrenje in podaljšate življenjsko dobo stikov. • Izberite pozlačene kontakte za zelo nizke tokovne ali logične signale, da se izognete oksidaciji in zagotovite čisto preklapljanje. • Dodajte filtriranje strojne opreme ali odbijanje programske opreme v digitalnih vezjih, da odpravite lažne sprožilce, ki jih povzroči odboj kontakta. 9. Zaključek Stikala so lahko preprosta, vendar sta njihova zasnova in zmogljivost osnovni. Vrsta stika, konfiguracija, material in ocene vplivajo na varnost in zanesljivost. Vedeti, kako preprečiti iskrenje, ravnati z induktivnimi obremenitvami in zmanjšati odboj, zagotavlja daljšo življenjsko dobo in stabilno delovanje. S pravim razumevanjem stikala ostanejo stikala osnovne komponente, ki zagotavljajo nemoteno delovanje električnih in elektronskih sistemov. 10. Pogosto zastavljena vprašanja 10.1 V1. Kako okolje vpliva na stikala? Težki pogoji zmanjšujejo zanesljivost, zato se uporabljajo zaprti ali zaščiteni tipi. 10.2 Vprašanje 2. Kakšna je razlika med zapahom in trenutnim stikalom? Zaklepanje ostane na mestu, trenutno pa deluje le, ko je pritisnjeno. 10.3 3. vprašanje. Zakaj se uporabljajo polprevodniška stikala? Preklapljajo hitreje, trajajo dlje in se izogibajo odbijanju stikov. 10.4 4. vprašanje. Kateri varnostni standardi veljajo za stikala? Sledijo IEC, UL, CSA in včasih ATEX ali IECEx. 10.5 5. vprašanje. Ali lahko stikala upravljajo tako napajalna kot signalna vezja? Da, vendar signalna vezja zahtevajo nizkotokovne stike, kot so tisti z pozlačeno prevleko.