Riduzione del consumo energetico del relè - Mantenimento rispetto alla corrente di prelievo: 3 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

La maggior parte dei relè richiede più corrente per l'attivazione iniziale di quella necessaria per mantenere acceso il relè una volta che i contatti si sono chiusi. La corrente richiesta per mantenere attivo il relè (corrente di mantenimento) può essere sostanzialmente inferiore alla corrente iniziale richiesta per attivarlo (corrente di eccitazione). Ciò implica che si può avere un notevole risparmio energetico se si riesce a progettare un semplice circuito per ridurre la corrente fornita ad un relè una volta acceso.

In questo tutorial sperimentiamo (con successo) un semplice circuito per svolgere questo compito per un modello di relè 5VDC. Ovviamente a seconda del tipo di relè potrebbe essere necessario modificare alcuni valori dei componenti, ma il metodo descritto dovrebbe funzionare per la maggior parte dei relè CC.

Passaggio 1: caratterizzare il relè

Per iniziare, ho misurato la corrente consumata dal relè a un numero di tensioni diverse e ho anche capito a quale tensione si sarebbe interrotto il relè quando la tensione fosse stata abbassata. Da questo possiamo anche calcolare l'impedenza della bobina del relè a diverse tensioni usando R = V/I. Rimane abbastanza costante nell'intervallo da 137 ohm a 123 ohm. Puoi vedere i miei risultati per questo relè nella foto.

Poiché il relè si disattiva a circa 0,9 volt o con circa 6-7 mA di corrente che scorre, mireremo ad avere circa 1,2 volt attraverso la bobina o circa 9-10 mA di corrente che scorre nello stato di mantenimento. Questo darà un po' di margine sopra il punto di abbandono.

Passaggio 2: lo schema del circuito

In allegato una foto dello schema. Il modo in cui funziona il circuito è che quando vengono applicati 5 V, C1 è momentaneamente in cortocircuito e la corrente scorre liberamente attraverso C1 e R3 nella base di Q1. Q1 è acceso e mette momentaneamente un cortocircuito su R1. Quindi essenzialmente abbiamo applicato 5V alla bobina K1 poiché il pin 1 del relè sarà quasi al potenziale di terra a causa del fatto che Q1 è momentaneamente completamente acceso.

A questo punto il relè si attiva. Il prossimo C1 si scarica attraverso R2 e sarà scaricato per circa il 63% dopo 0,1 secondi perché 100uF x 1000 ohm danno una costante di tempo tau o RC di 0,1 secondi. (Potresti anche usare un condensatore più piccolo e un valore di resistenza più grande per ottenere lo stesso risultato, ad esempio 10uF x 10K ohm). Ad un certo punto circa 0,1 secondi dopo l'accensione del circuito, Q1 si spegnerà e ora la corrente scorrerà attraverso la bobina del relè e attraverso R1 a terra.

Dal nostro esercizio di caratterizzazione sappiamo che vogliamo che la corrente di mantenimento attraverso la bobina sia di circa 9-10 mA e che la tensione attraverso la bobina sia di circa 1.2V. Da questo possiamo determinare il valore di R1. Con 1.2V attraverso la bobina la sua impedenza è di circa 128 ohm, come determinato anche durante la caratterizzazione. Così:

Rbobina = 128 ohm Rtotale = 5 V/9,5 mA = 526 ohm

Rtotale = R1 + RbobinaR1 = Rtotale - Rbobina

R1 = 526 - 128 = 398 ohm Dobbiamo usare il valore standard più vicino di 390 ohm.

Passaggio 3: costruzione del tagliere

Il circuito funziona bene con una costante di tempo di 0,1 sec per C1 e R2. Il relè si attiva e si disattiva immediatamente quando vengono applicati e rimossi 5V e si aggancia quando vengono applicati 5V. Con un valore di 390 ohm per R1 la corrente di mantenimento attraverso il relè è di circa 9,5 ma rispetto alla corrente di spunto misurata di 36,6 ma con tutti i 5 V applicati al relè. Il risparmio energetico è di circa il 75% quando si utilizza la corrente di mantenimento per mantenere acceso il relè.