Ключ (электротехника)

Принцип работы транзисторного ключа, включающего ток на нагрузку R2. В роли S1 обычно выступают логические элементы или микроконтроллеры

Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи.

Терминология

Выключателем может называться коммутационный аппарат, не имеющий собственного названия, имеющий как минимум два фиксированных положения своих контактов (включено/отключено) и способный изменить это положение под действием внешних сил, на другое положение контактов (включено/отключено) на сколь угодно малое или большое значение времени.

Варианты исполнения

выключатель освещения

Переключатель режимов напольного вентилятора

Ключи бывают механическими, электромагнитными и электронными.

Механические

Механические ключи служат для непосредственного управления цепью, так как диэлектрический рычаг механического ключа обычно напрямую связан с токоведущими частями ключа. Применяются обычно в случае, когда не требуется отделять управляемую цепь.

• Выключатели освещения
• Пакетные выключатели
• Тумблеры
• Переключатели различных конструкций: галетные, клавишные, движковые и др.

Электромагнитные

принцип работы

Электромагнитные ключи служат для дистанционного управления, управления высоковольтными цепями (в случаях, когда опасно управлять напрямую механическим ключом), гальванической развязки между устройством управления и нагрузками, синхронного управления несколькими цепями от одного сигнала.

Для защиты управляющей цепи от импульса самоиндукции, возникающей при снятии напряжения с обмотки, параллельно ей включают диод в направлении, обратном полярности управляющего напряжения. Данный способ неприменим при использовании обмотки, питаемой переменным током.

• Реле
• Шаговые искатели
• Контакторы, магнитные пускатели

Электронные

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор-эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принцип работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей, однако быстродействие их ниже по сравнению с биполярными.

Неуправляемые

• Диод

Управляемые

• Электронная лампа
• Тиристор
• Симистор
• Транзистор

Транзисторный ключ — токовый ключ, выполненный на одном или нескольких транзисторах, работающих в ключевом режиме. Изменение электропроводности транзистора, обусловливающее переключение тока в нагрузке, обеспечивается подачей на его базу управляющего напряжения (сигнала) определённой полярности и уровня. Нагрузка, подключённая к транзисторному ключу, оказывается зашунтированной большим или малым сопротивлением транзистора. В ключевом режиме могут работать как обычные (полевые и биполярные) транзисторы, так и транзисторы, специально разработанные для работы в ключевом режиме (IGBT-транзисторы).

Классификация

Выключатели можно классифицировать следующим образом:

1. По числу фиксированных положений контактов:
   • Двухпозиционные (включен/отключен):
     • С нормально-замкнутыми контактами,
     • С нормально-разомкнутыми контактами.
   • Многопозиционные (как правило, переключатели, имеющие более двух фиксированных положений своих контактов).
2. По рабочему напряжению:
   • Низковольтные (до 1000 вольт);
   • Высоковольтные (выше 1000 вольт).
3. По рабочему току.
4. По отключаемому току короткого замыкания.
5. По способу управления приводом:
   • Местного управления (как правило, выключатели, имеющие ручной привод);
   • Дистанционного управления (выключатели, имеющие, помимо ручного, ещё и механический привод. Здесь стоит отметить, что не все виды выключателей можно включить или отключить вручную).
6. По типу привода:
   • Выключатели с ручным приводом;
   • Выключатели с пневматическим приводом;
   • Выключатели с электромагнитным приводом;
   • Выключатели с электромеханическим приводом;
   • Выключатели с механическим приводом;
   • Выключатели с магнитным приводом (Геркон);
   • Автоматические выключатели (которые, помимо ручного привода, имеют один или несколько приводов, приводимых в действие расцепителями автоматической защиты).
7. По способу установки:
   • Открытого исполнения (то есть, выключатели, допускающие установку на открытом воздухе без защиты от атмосферных осадков);
   • Закрытого исполнения (то есть, выключатели, которые не допускается устанавливать на открытом воздухе).
8. По степени влаго-/пыле-/взрывозащищённости (IP).
9. По климатическому исполнению.
10. По наличию/отсутствию дугогасящих устройств:
    • Без специальных устройств дугогашения (как правило, слаботочные выключатели и переключатели или выключатели, в которых наличие дугогасящих устройств конструктивно не предусмотрено, например рубильники, разъединители);
    • Со специальными устройствами дугогашения (выключатели, в задачу которых входит отключение цепей под большой токовой нагрузкой, в том числе и при возникновении короткого замыкания, вследствие отключения которых велик риск образования электрической дуги).
11. По способу гашения дуги/виду дугогасящих устройств:
    • Воздушные выключатели:
      • С дугогасительными камерами магнитного дутья,
      • С дугогасительными камерами газового дутья.
    • Масляные выключатели:
      • С дугогасительными камерами магнитного дутья,
      • С дугогасительными камерами масляного дутья.
    • Маломасляные выключатели;
    • Вакуумные выключатели.
12. По характеру дугогасящей среды:
    • Воздух;
    • Элегаз;
    • Вакуум;
    • Трансформаторное масло.
13. По материалу и исполнению коммутирующих контактов:
    • Цельнометаллические контакты:
      • Медные,
      • Латунные,
      • Серебряные.
    • Цельнометаллические контакты с напылением драгоценных металлов:
      • С серебряным напылением,
      • С золотым напылением.
    • Металло-керамические контакты:
      • Контакты, выполненные из сплава технического серебра с гранулированным керамическим наполнителем методом порошковой металлургии.
    • Жидкие контакты:
      • Ртутный контакт. Например, в выключателях, реагирующих на изменение положения в пространстве, жидким контактом является капля ртути, которая, попадая между электродами, замыкает электрическую цепь (газовое реле).
      • Контакт, роль которого выполняет любая токопроводящая жидкость. Например, в датчиках уровня вода, попадая между электродами, замыкает электрическую цепь.

Бытовой выключатель

Бытовой выключатель — это двухпозиционный коммутационный аппарат с нормально-разомкнутыми контактами, предназначенный для работы в сетях с напряжением до 1000 вольт, не предназначенный для отключения токов короткого замыкания, без специальных устройств дугогашения, местного управления, с ручным приводом.

Остальные характеристики этого выключателя, такие как рабочий ток, степень влаго-/пыле-/взрывозащищённости (IP), климатическое исполнение, способ установки, материал контактов — определяются производителем и зависят от конкретной модели.

Более того, для бытового выключателя актуально конструктивное исполнение — для внутренней установки (встраиваемым в стену, для скрытой проводки) или для внешней установки (устанавливаемым на стену, для открытой проводки).

В основном применяются для включения и выключения освещения (люстр, плафонов). Для этой же цели в продаже появились выключатели с плавным управлением освещённости: светорегуляторы, диммеры, триммеры.

Акустический выключатель

Акустический выключатель — электрический выключатель, управляемый звуком.

Бывает следующих типов:

1. Реагирующие на шум. Такой выключатель реагирует на шум в помещении, при его появлении включает свет. Используется в подъездах и коридорах для экономии электроэнергии.
2. Реагирующие на хлопок. Такой выключатель применяется в квартирах, удобен для применения в спальнях.
3. Реагирующие на слова. Такой выключатель реагирует на определённое слово или тон голоса.

См. также

• Кнопка (техника)
• Автоматический выключатель
• Быстродействующий выключатель
• Высоковольтный выключатель

Ссылки

• Аппараты для коммутации цепей управления: кнопки, выключатели и переключатели
• Проходной выключатель
• Хлопковые выключатели для дома

Источники

• «Электрооборудование станций и подстанций: Учебник для техникумов» Рожкова Л. Д., Козулин В. С. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1987. — 648 с.: ил. ББК 31.277.1 Р63