ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ, ТУМБЛЕРЫ, КНОПКИ

Самый простой метод управления электричеством — это включение и отключение электрических цепей их замыканием-размыканием. Вот почему все радиоэлементы которые это делают, так важны в электронных схемах. Широкая категория переключателей включает в себя все электромеханические компоненты для подключения и отключения электрических цепей, в частности тумблеры, переключатели, кнопки и клавиатуры. У каждого производителя электронных компонентов можно найти множество моделей этого типа. Но какой именно выбрать для конкретных целей?

Давайте рассмотрим на типах механических переключателей управляемых вручную, а также на их параметрах и применении в электронных схемах.

Что такое переключатель

Переключатели — элементы, которые контролируют поток электрического тока в цепи, они играют ключевую роль там, где требуется взаимодействие с пользователем. Эти элементы могут находиться только в одном из двух состояний: открытом или закрытом. В разомкнутом (выключенном) состоянии переключатель представляет собой просто разомкнутую цепь. В результате цепь разорвана, препятствуя протеканию тока. Когда он замкнут (включен), переключатель действует как нормальный проводник (имеет сопротивление, индуктивность), по которому может течь электрический ток и который замыкает цепь.

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).

Главные преимущества

Переключатель электрический
По внешнему виду отличить устройства невозможно, но принцип действия разный. В некоторых помещениях использовать выключатель неудобно (например, в длинных коридорах). Основными плюсами переключателей являются:

возможность соединить несколько электросетей между собой;
устройство позволяет из одной точки управлять (включать, переключать, отключать) разветвленной электроцепью;
один источник света можно активировать из разных мест помещения (например, включить люстру в гостевой из коридора).

По сути прибор постоянно находится в рабочем состоянии – это одно из главных отличий переключателя от выключателя. С помощью перекидных контактов создаются дополнительные электрические цепи в сети.

Метод переключения

Чтобы перейти из одного состояния переключателя в другое, необходимо выполнить какое-то физическое действие, которое заставит физическое состояние компонента измениться. Способ активации переключателя — одна из его самых отличительных особенностей. Простейшее разделение может быть выполнено на границе переключателей, активируемых человеком, и переключателей, которые используют другие силы или явления для изменения своего положения. Активация переключателя может осуществляться путем скольжения, нажатия, вытягивания, вращения или любого другого действия, чаще всего с помощью руки / пальцев. Но на рынке также есть кнопки, активируемые ногой, или специальные элементы, активируемые, например, локтем — даже для нажатия языком, предназначенный для людей с ограниченными возможностями.

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.

Сферы применения

Можно обозначит три основные сферы, в которых применяют переключатели тока и напряжения:

Жилые дома (частные и многоквартирные).
В городских кондоминиумах реле контроля фаз используют в централизованных системах энергоснабжения. В частных домах устройства позволяют контролировать работу автономных котельных, систем видеонаблюдения, охраны и сигнализации, функционирование локальных сетей снабжения электрической энергией.
Производственные и офисные сооружения.
В этом сегменте переключатели нужны для создания систем автоматизации технологических процессов. В общем случае – для работы вентиляционных и вообще климатических аппаратов. А также диспетчерского оборудования, средств связи, удаленного управления, промышленных систем безопасности и слежения.
Медицинские и смежные учреждения.
О них скажем отдельно, потому что стабильное обеспечение их током подчас буквально составляет вопрос жизни и смерти. Оборудование, поддерживающее жизненно важные функции тяжелых пациентов, не должно отключаться ни на минуту. Некоторые виды лекарств и биоматериалы следует хранить в холодильниках и т. п.

Отдельно упомянем применение переключателей в системах «Умный дом». Поскольку в таких домах вся техника управляется централизованно через компьютерные программы, обеспечение бесперебойного питания, можно сказать, жизненно важно. Поэтому в подобных системах от реле контроля фаз зависит стабильная и безопасная работа всех приборов и инженерных сетей дома.

Стабильная и нестабильная кнопка

Все переключатели попадают в одну из двух категорий: мгновенные (моностабильные) или фиксированные (бистабильные). Кнопка мгновенного действия (моностабильная) — это переключатель, который не имеет стабильного положения замыкания (хотя есть также переключатели, которые замкнуты по умолчанию). Это означает, что цепь замыкается только на мгновение, пока оператор каким-то образом воздействует на переключатель, затем тот переключатель возвращается в состояние по умолчанию. Большинство переключателей называемых кнопками, относятся к категории переключателей мгновенного действия.

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.

С другой стороны, тумблеры ведут себя так же, как выключатели света на стене — они остаются в одном состоянии, пока не переключатся в другое, в котором они затем остаются, пока действие не будет выполнено снова.

Бытовое использование

Использование переключателя на лестничных пролетах
Монтаж или перепланировка электропроводки подразумевает функциональность и удобство использования. Поэтому перед установкой составляется план, в котором прописывают общее количество лампочек, выключателей и розеток. Переходные устройства подходят для подключения в следующих ситуациях:

многоуровневые здания – переключатели позволят отключать свет на любом этаже;
длинные коридоры – включить лампы можно будет вначале, а выключить в конце;
спальни – если установить один механизм у входа, а второй около кровати, не нужно будет вставать, чтобы отключить основной свет.

Используют переходные устройства во всех схожих ситуациях. Особенно актуально в больших офисах, гостиницах и других подобных зданиях.

Полюса и позиции переключателей

Коммутатор должен иметь как минимум два контакта — один работает как обычный вход, другой как обычный выход, но это относится только к простейшей версии переключателя. Чаще всего у переключателя больше двух контактов. Есть вообще много различных конфигураций переключателей, которые описываются количеством цепей и положением.

Количество полюсов в переключателе определяет количество отдельных цепей которыми он может управлять. Однополюсный переключатель может управлять только одной цепью, а четырехполюсный может управлять четырьмя разными цепями одновременно.
Количество положений переключателя определяет, к скольким контактам может быть подключен каждый полюс переключателя. Например, если переключатель имеет два положения, каждая цепь (полюс) в переключателе может быть подключена к одному из двух контактов.

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:

однополюсные одноконтурные — SPST,
однополюсные двухконтурные — SPDT,
двухполюсные двухконтурные — DPDT.

Конечно есть переключатели и с большим количеством полюсов и коммутируемых цепей.

Принцип работы устройства

Как работает данный механизм? Первым делом, оператор при помощи рукоятки начинает запускать механизм подвижных шайб. Они передают свое движение в район контактной группы. В результате этого наблюдается быстрое размыкание и замыкание контактов проводников в зависимости от выбранного режима пакетного выключателя.

Это устройство оснащено двумя положениями рукоятки, которые помогают включить и выключить прибор. При резком движении может произойти резкий скачок электричества, что спровоцирует сгорание контактов. Если в строении механизма имеется кулачковый переключатель, то его можно «запрограммировать» на нужное переключение контактной группы.

Прибор применяют на линиях с небольшим напряжением переменного тока до 360 вт и постоянного до 220 Вт. Рабочее состояние выключателя составляет 60Гц. Эти устройства не гарантируют эффективную защиту. Низкая стоимость прибора делает его популярным среди потенциальных потребителей.

Современные модели имеют полюса и направления выключателей. Они отвечают за включение определенного количества коммуникационных пакетов, каждый из которых оснащен стационарными и двигающимися контактами. Стационарный вид контактов делают в виде ножей и фиксируют в пластиковом корпусе шайбы.

Подвижные контакты зафиксированы в изолированных поворотных штырях. При внешнем осмотре прибор имеет овальную форму с дополнительными разъемами для фиксации проводников. На поверхности крышки имеются дополнительные фиксаторы, которые помогают установить нужный режим устройства.

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.

Рубильник перекидного типа для генератора

Рубильник для генератора обязан быть одномодульной модификации, а блокираторная конструкция должна иметь классическую схему контактов. Говоря о реверсивном блоке, он изготавливается в версии с контроллером. Вследствие этого, на аппаратах, оборудованных резонатором, не нужно устанавливать выбор.

Перед тем, как начать устанавливать рубильник, нужно внимательно изучить, как устроена система заземления. В ней обязательно должен присутствовать особый заземляющий электрод с маркировкой, содержащей всю необходимую информацию о защите.

Чаще всего в продаже можно найти изделия с маркировкой «ИП30». Такие сведения говорят о том, что расходник обладает довольно надёжной изоляцией.

Переключатели SPDT

Другой распространенный тип переключателя — SPDT, который представляет собой элемент с одним полюсом, но с двумя цепями. Он имеет три контакта: один общий и два, между которыми переключается сигнал с общего контакта. SPDT идеально подходит для выбора, например, между двумя источниками питания или двумя источниками сигналов. Он позволяет легко подключить одну из двух цепей к общему элементу.

Самые простые SPDT выполнены в виде ползунковых переключателей. На рисунке показан пример ползункового переключателя со схематической диаграммой этого элемента.

Конструкция устройства

Эта конструкция получила такое название благодаря своему строению. Одинаковые детали коммуникационных элементов собраны на одной длинной оси. На фото пакетного выключателя изображено подробное устройство данной установки.

Корпус изготовлен из качественного изоляционного материала. На поверхности имеются дополнительные отверстия для электрических контактов. Здесь имеются камеры дугогашения. По центру расположена подвижная шайба, которая также выполнена из качественной изоляции. На ней имеются ножки из электродов. Привести механизм в действие помогают эти несколько элементов, которые располагаются на длинной оси.

Переключатели DPDT

Двухполюсный переключатель с двумя цепями — DPDT, похож на два переключателя SPDT, которые могут управлять двумя отдельными цепями, но механически связаны друг с другом и переключаются вместе. Переключатель DPDT имеет шесть контактов. На рисунке показан кулисный переключатель с такой конструкцией и его принципиальная схема.

Переключатели DPDT идеально подходят для переключения, например, симметричных сигналов или любых других, где необходимо коммутировать сразу две линии. Кроме того, такие выключатели часто используются для отключения электропитания от устройств 220 В — отключаются обе линии одновременно (фазный и нейтральный провод), поскольку обычно неизвестно на какой линии находится фаза.

Типы рубильников

Существует два основных вида перекидных рубильников:
Однополюсные. Самый распространённый вид. Как видно на фото однополюсного перекидного рубильника, его конструкция оснащёна одним модулем. Для этой вариации используют медные проводники. Это оптимальный выбор для генераторов с частотой, не превышающей 20Гц.

Двухполюсные. Наиболее популярный тип на сегодняшний день. Область его применения – жилые здания. Рубильник на два ввода позволяет обслуживать приборы, подключённые не только к однофазной, но и к трехфазной электросети. Подобные аппараты имеют отрицательное сопротивление равное 60Ом. Причём выходное напряжение может быть самым разным. Оно зависит от применяемой версии аппарата.

На сегодняшний день чаще всего в магазинах можно увидеть рубильники РР20, оснащённые открытыми конденсаторами. При подключении таких аппаратов необходимо применение блоков питания на 300В.

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.

Назначение

Кулачковый переключатель нужен для:

управления механизмами, которые приводятся в действие трехфазными и однофазными двигателями, для изменения соединения обмоток двигателей переменного тока (звезда-треугольник), изменения направления вращения;
управления и сигнализации в оперативных цепях;
может работать как выключатель, переключатель рабочих положений электрического сварочного аппарата;
коммутации необходимого соединения группы сопротивлений;
обеспечения переключения режимов работы нагревательного оборудования;
включения и отключения привода механизма секционного разъединителя в трансформаторных подстанциях.

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.

Класс IP описывается двумя числами, записанными в формате IPxy, где x — первая характеристическая цифра, обозначающая защиту от доступа внутрь корпуса, а также защиту от проникновения пыли внутрь. А y — вторая характеристическая цифра, указывающая на водонепроницаемость переключателя.

Самый низкий класс защиты IP00 означает устройство без защиты от доступа внутрь, в данном случае кнопки. Класс защиты указывает например размер тел, которые могут попасть внутрь кнопки, или защиту от пыли. В случае защиты от проникновения воды уровни защиты меняются начиная от капель воды (степень 1) до защиты от затопления мощной струей воды под давлением (100 бар при температуре 80 ° C). в соответствии с DIN 40050 (класс 9). Самый высокий класс защиты — IP69.

Так же как класс IP определяет устойчивость к пыли и влаге, класс IK определяет устойчивость элементов к механическим повреждениям, так называемую антивандальную стойкость. Стандарт IEC 62262 определяют механическое сопротивление элементов как количество энергии механического удара, которое данный элемент может выдержать без повреждений. Стандарт также определяет высоту, с которой элемент может упасть без повреждений и других механических испытаний. Деление идёт на классы от IK00 — элемент совершенно не устойчивый к механическим повреждениям, до IK10, где элемент может выдерживать удар с энергией до 20 Дж (стальной шарик весом 5 кг и радиусом 50 мм, падающий с высоты 40 см).

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:

Электрические параметры переключателей

Основные электрические параметры переключателей это номинальное напряжение и ток, сопротивление контактов и максимально допустимое количество перемещений переключателя (операций переключения).

Номинальное напряжение — максимальное напряжение которое может выдержать выключатель. Это определяется многими факторами, включая изоляционные материалы, расстояние открытых контактов, скорость разъединения и соображения безопасности.
Номинальный прямой ток — максимальный постоянный ток (или переменный), который переключатель может пропускать через замкнутые контакты. Этот ток ограничивается в основном нагревом переключателя из-за потери контактного сопротивления.
Контактное сопротивление — электрическое сопротивление через которое протекает ток в замкнутом переключателе. Поскольку контакты переключателя не являются непрерывным проводником, контактное сопротивление больше, чем у сопоставимого непрерывного проводника. Из-за этого могут возникать падения напряжения, особенно при более высоких токах.
Количество срабатываний — расчетное максимальное количество замыканий переключателя, после которого электрические и другие параметры могут ухудшиться. Поскольку переключатель является механическим элементом, каждое его движение вызывает определенную степень износа механизмов внутри этого элемента, что приводит к ухудшению параметров переключателя.

Клавиатуры

Клавиатура — это матрица кнопок, которая чаще всего используется для ввода данных в устройство. Типичным примером является буквенно-цифровая клавиатура компьютера, которая вместе с мышью используется для управления ПК. Есть много типов клавиатур и множество технологий, по которым производят для них кнопки. Одним из наиболее распространенных типов клавиатур является мембранная клавиатура.

Она состоит из склеенных между собой тонких диэлектрических и проводящих слоев. Нажатие на поле заставляет два слоя укорачиваться соединяясь вместе, тем самым замыкая цепь кнопки. Эти типы клавиатур, помимо компактности, отличаются невысокой ценой. Но это связано с пониженным комфортом пользователя — малый ход и как правило отсутствие тактильной связи ухудшают комфорт использования. С другой стороны, механические клавиатуры, обеспечивающие заметный ход, обеспечивают гораздо больший комфорт, но они дороже и сложнее в изготовлении.

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.

Схема подключения

После покупки у вас может возникнуть трудности с тем, как подключить переключатель фаз. Если у вас нет опыта работы с электричеством, лучше не стоит пробовать, так как вам придется работать с высоким напряжением в трёхфазной сети – 380 Вольт. Кроме того неправильное использование и подключение подобного оборудования может привести к замыканию между фазами.

Переключатель фаз – это модульный прибор, который устанавливается в щиток на объекте на дин рейку. Перед ним устанавливается трёхфазный автоматический выключатель. После монтажа первичной цепи переходим к выходным. Но как подключить вторичные цепи зависит от модели переключателя. Схема подключения обязательно указывается в техническом паспорте или другой подобной документации и может отличаться от производителя к производителю.

Напоследок рекомендуем просмотреть видео, на котором более подробно рассказывается, что такое переключатель фаз и как его подключить в щитке:

Переключатель фаз – бюджетный способ повысит стабильность подачи электроэнергии, особенно актуально это может быть за городом в коттедже, в дачном поселке, где обычно бывают перебои с электричеством. Мы рассказали о том, как подключить и где установить, а также обо всех параметрах таких устройств. Выбор бесперебойной подачи остаётся за вами исходя из потребностей и бюджета.

Будет полезно прочитать:

Освещение с перекрестным выключателем в сети TN-S

Подключение перекрестного выключателя в электросети TN-S, для которой характерно разделение рабочего (N) и защитного (PE) ноля, имеет некоторые нюансы. В отличие от старой, не совсем безопасной системы TN-C, в электросети, проведенной по новым стандартам, используются 3 жилы, при подаче однофазного напряжения, и 5 при трехфазном.

Провод, который выполняет функцию ноля (N, маркируют синим цветом), выходит из электрощита, проходит через ответвительную коробку и подключается к нолю светильника. Провод заземления (PE, обозначают желто-зеленым цветом) подсоединяется к проводу заземления осветительного прибора.

Прокладка электросетей по системе TN-S значительно повышает расходы на материалы, но уменьшает риски, связанные с эксплуатацией электротехнического оборудования

Виды электронных и электромеханических переключателей