Kiến thức cơ bản về công tắc: Loại, Tiếp xúc và Vật liệu

Công tắc là bộ phận cơ bản của mọi hệ thống điện và điện tử, hoạt động ở hai trạng thái: BẬT (đóng) hoặc TẮT (mở). Chúng điều khiển nguồn, tín hiệu và an toàn, từ các nút bấm nhỏ đến cầu dao công nghiệp lớn. Với nhiều loại, danh bạ và xếp hạng, bài viết này cung cấp thông tin rõ ràng, chi tiết về danh mục, hoạt động, vật liệu và cách lắp đặt thích hợp của chúng. C1. Chuyển đổi kết thúcview C2. Các loại công tắc chính C3. Chuyển đổi các loại liên hệ: NO so với NC C4. Chuyển đổi cấu hình C5. Chuyển đổi vật liệu tiếp xúc và các loại kín C6. Chuyển đổi xếp hạng và hiệu suất điện C7. Liên hệ Bounce trong công tắc C8. Chuyển đổi mẹo cài đặt C9. Kết thúc C 1. Tổng quan về công tắc Công tắc là một trong những thành phần cơ bản nhất trong hệ thống điện và điện tử. Nó hoạt động như một thiết bị nhị phân, nghĩa là nó chỉ có hai trạng thái chính: Đóng (ON): Mạch đã hoàn tất, cho phép dòng điện chạy qua. Mở (TẮT): Mạch bị gián đoạn, dừng dòng điện. Hành động cơ bản này làm cho các công tắc trở nên cần thiết để điều khiển công suất, tín hiệu và an toàn trong cả hệ thống điện tử hạ thế và phân phối công suất cao. Cho dù đó là một nút bấm nhỏ trên bảng mạch hay một cầu dao lớn trong bảng công nghiệp, nguyên tắc đều giống nhau. 2. Các loại công tắc chính • Công tắc thủ công - Được vận hành trực tiếp bởi một người. Giống như công tắc đèn, công tắc bật tắt, nút bấm. • Công tắc tự động - Được kích hoạt bởi các điều kiện bên ngoài như chuyển động, áp suất hoặc nhiệt độ. Chẳng hạn như công tắc phao, công tắc hành trình và bộ điều nhiệt. • Công tắc điện tử (trạng thái rắn) - Sử dụng chất bán dẫn để điều khiển dòng điện mà không cần các bộ phận chuyển động. Chẳng hạn như MOSFET, rơ le và bộ ghép quang. 2.1 Các loại công tắc tay • Công tắc bật tắt Công tắc bật tắt là thiết bị hoạt động bằng đòn bẩy có thể được bảo trì, ở vị trí BẬT hoặc TẮT cho đến khi thay đổi hoặc tạm thời, nơi cần gạt bật trở lại sau khi nhả ra. Chúng được sử dụng trong hệ thống chiếu sáng, bảng điều khiển ô tô và bảng điều khiển máy móc. Ưu điểm lớn nhất của chúng nằm ở độ bền và phản hồi BẬT / TẮT rõ ràng mà chúng cung cấp, khiến chúng trở thành một trong những loại công tắc dễ nhận biết và đáng tin cậy nhất. • Công tắc nút bấm Công tắc nút bấm được kích hoạt bằng cách nhấn và có sẵn trong cả phiên bản tạm thời và bảo trì. Chuông cửa là một ví dụ đơn giản về nút bấm tạm thời, trong khi một số thiết bị điện tử sử dụng các nút bấm được duy trì, trong đó một lần nhấn sẽ BẬT thiết bị và một lần nhấn khác sẽ TẮT. Trong các ứng dụng an toàn, các nút bấm đầu nấm đóng vai trò là công tắc dừng khẩn cấp. Kích thước nhỏ gọn, hoạt động trực quan và phù hợp để sử dụng thường xuyên khiến chúng trở nên phổ biến trong thang máy, thiết bị điện tử và trạm điều khiển. • Công tắc chọn Công tắc chọn được vận hành bằng đòn bẩy hoặc xoay và có nhiều vị trí cố định, cho phép người dùng lựa chọn giữa các chế độ hoặc hoạt động khác nhau. Chúng thường được nhìn thấy trong bảng điều khiển công nghiệp, hệ thống HVAC và máy móc yêu cầu nhiều cài đặt hoạt động. Ưu điểm chính của công tắc bộ chọn là khả năng cung cấp nhiều lựa chọn trong một thiết bị điều khiển, đồng thời cung cấp phản hồi trực quan và xúc giác rõ ràng cho từng vị trí. • Công tắc cần điều khiển Công tắc cần điều khiển là thiết bị điều khiển đa trục trong đó chuyển động theo các hướng khác nhau kích hoạt các tiếp điểm riêng biệt. Chúng được yêu cầu trong các ứng dụng như cần cẩu, robot và máy móc công nghiệp, nơi yêu cầu điều khiển đa hướng chính xác. Cần điều khiển cũng được sử dụng trong chơi game, cung cấp khả năng điều khiển trực quan cho các chuyển động phức tạp. Ưu điểm chính của chúng là khả năng điều khiển nhiều chức năng từ một công tắc duy nhất, khiến chúng vừa hiệu quả vừa linh hoạt. 2.2 Các loại công tắc hoạt động theo chuyển động • Công tắc hành trình Công tắc hành trình là thiết bị cơ học được kích hoạt khi tiếp xúc trực tiếp với bộ phận máy chuyển động, chẳng hạn như băng tải đến điểm cuối của nó. Chúng chắc chắn, đáng tin cậy và được sử dụng rộng rãi trong máy CNC, thang máy và hệ thống an toàn. • Công tắc tiệm cận Công tắc tiệm cận cảm nhận các đối tượng mà không cần tiếp xúc. Loại cảm ứng phát hiện kim loại, loại điện dung phát hiện nhựa hoặc chất lỏng và cảm biến quang học sử dụng chùm ánh sáng. Đây là những điều cơ bản trong robot và dây chuyền tự động, cảm biến không tiếp xúc giúp tăng tốc độ và độ bền. 2.3 Các loại công tắc quy trình • Công tắc tốc độ Công tắc tốc độ giám sát chuyển động quay hoặc chuyển động của máy móc. Công tắc dựa trên máy ly tâm hoặc máy đo tốc độ có thể phát hiện quá tốc độ và kích hoạt tắt máy để bảo vệ động cơ, tuabin hoặc băng tải khỏi bị hư hại. • Công tắc áp suất Công tắc áp suất sử dụng màng ngăn, pít-tông hoặc ống thổi để phát hiện những thay đổi về áp suất không khí, chất lỏng hoặc khí. Một ví dụ phổ biến là máy nén khí tắt khi đạt đến áp suất tối đa. Chúng cũng rất quan trọng trong hệ thống thủy lực và khí nén. • Công tắc nhiệt độ Công tắc nhiệt độ dựa vào dải lưỡng kim, cơ chế bóng đèn và mao dẫn hoặc cảm biến điện tử để mở hoặc đóng mạch ở nhiệt độ cụ thể. Bộ điều nhiệt HVAC là ví dụ quen thuộc nhất, nhưng chúng cũng được sử dụng trong máy sưởi công nghiệp và hệ thống lạnh. • Công tắc mức Công tắc mức phát hiện sự hiện diện hoặc vắng mặt của chất lỏng hoặc chất rắn trong bể chứa và silo. Các công nghệ bao gồm phao, đầu dò dẫn điện, mái chèo và thậm chí cả cảm biến hạt nhân cho các điều kiện khắc nghiệt. Chúng đang xử lý nước, xử lý hóa chất và lưu trữ vật liệu rời. • Công tắc dòng chảy Công tắc dòng chảy đo chuyển động của chất lỏng hoặc khí trong đường ống. Công tắc cánh khuấy hoặc cánh gạt phản ứng với sự gián đoạn dòng chảy, trong khi cảm biến chênh lệch áp suất theo dõi các thay đổi trong một hạn chế. Các công tắc này giúp bảo vệ máy bơm, nồi hơi và đường ống xử lý khỏi bị hư hại. 3. Chuyển đổi các loại tiếp xúc: NO vs NC 3.1 Thường mở (NO) Tiếp điểm Thường mở vẫn mở ở trạng thái không được kích hoạt, có nghĩa là không có dòng điện chạy cho đến khi công tắc được kích hoạt. Khi được kích hoạt, các tiếp điểm đóng lại và cho phép dòng điện đi qua. Một ví dụ đơn giản là nút chuông cửa, trong đó nhấn nút sẽ hoàn thành mạch và kích hoạt chuông. KHÔNG có tiếp điểm nào được sử dụng trong các nút khởi động, điều khiển tạm thời và thiết bị báo hiệu. 3.2 Thường đóng (NC) Tiếp điểm thường đóng thì ngược lại. Nó vẫn đóng ở trạng thái không hoạt động, cho phép dòng điện chạy trong điều kiện bình thường. Khi được kích hoạt, các tiếp điểm mở ra và ngắt mạch. Một ví dụ phổ biến là công tắc khóa liên động an toàn trên cửa máy. Khi cửa được mở, tiếp điểm NC sẽ ngắt mạch để tắt máy vì sự an toàn của người vận hành. Tiếp điểm NC thường được sử dụng trong các hệ thống dừng khẩn cấp, báo động và không an toàn. 4. Cấu hình chuyển đổi | Thời hạn | Ý nghĩa | Ví dụ & Ứng dụng | | ----------------- | ------------------------------------------------------ | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | Cực | Một đường dẫn mạch độc lập mà một công tắc có thể điều khiển. | SP (Cực đơn): Điều khiển một mạch. DP (Hai cực): Điều khiển đồng thời hai mạch. | | Ném | Số đường dẫn đầu ra có sẵn trên mỗi cực. | ST (Ném đơn): Chỉ kết nối hoặc ngắt kết nối một đầu ra. DT (Ném đôi): Cho phép chuyển đổi giữa hai đầu ra. | | SPST | Một cực, Ném đơn. | Điều khiển BẬT / TẮT đơn giản, chẳng hạn như công tắc đèn tường. | | SPDT | Một cực, ném đôi. | Được sử dụng như một công tắc chuyển đổi, định hướng mạch giữa hai đường dẫn. | | DPDT | Hai cực, ném đôi. | Thường được sử dụng để đảo cực trong động cơ DC. | | Tạo trước khi phá vỡ | Một kết nối mới được thực hiện trước khi kết nối cũ bị phá vỡ. | Được tìm thấy trong các công tắc chọn xoay, đảm bảo kết nối liên tục. | | Phá vỡ trước khi thực hiện | Kết nối cũ bị ngắt trước khi kết nối mới được thực hiện. | Được sử dụng trong các thiết kế an toàn hơn để tránh đoản mạch hoặc chồng chéo. | 5. Chuyển đổi vật liệu tiếp xúc và các loại kín 5.1 Tiếp điểm bạc và cadmium Chống oxy hóa mạnh và tốt nhất cho mạch nguồn. Phổ biến trong rơ le, cầu dao và công tắc hạng nặng. 5.2 Danh bạ vàng Chống ăn mòn và đảm bảo tín hiệu sạch ở dòng điện thấp. Được sử dụng trong điện tử và viễn thông, nhưng không phù hợp với công suất cao. 5.3 Công tắc nghiêng thủy ngân Thiết kế kín sử dụng thủy ngân lỏng để đóng các tiếp điểm khi nghiêng. Đáng tin cậy và bảo trì thấp, nhưng nhạy cảm và hạn chế định hướng. 5.4 Công tắc sậy Các tiếp điểm hoạt động bằng nam châm được niêm phong trong kính. Bền trong các thiết lập dễ bị rung, thường được sử dụng trong báo động, cảm biến và rơ le. 6. Chuyển đổi xếp hạng và hiệu suất điện 6.1 Xếp hạng AC so với DC Công tắc AC có thể xử lý dòng điện cao hơn vì sự giao nhau bằng không tự nhiên dập tắt hồ quang. Hồ quang DC tồn tại lâu hơn, vì vậy các công tắc được xếp hạng DC cần tiếp điểm mạnh hơn, lớn hơn. 6.2 Tải cảm ứng và hồ quang Động cơ, rơ le và điện từ tạo ra điện áp tăng đột biến gây ra hồ quang tiếp xúc. Bộ giảm RC (điện trở + tụ điện) trên các tiếp điểm làm giảm mài mòn và kéo dài tuổi thọ của công tắc. 6.3 Dòng điện ướt Công tắc cần dòng điện tối thiểu để làm sạch các tiếp điểm thông qua hồ quang vi mô. Đối với tín hiệu rất thấp, các tiếp điểm mạ vàng được sử dụng để ngăn chặn quá trình oxy hóa và tích tụ điện trở. 7. Liên hệ Bounce trong công tắc | Khía cạnh | Mô tả | | ------------------ | ----------------------------------------------------------------------------- | | Nó là gì | Mở và đóng nhanh các tiếp điểm trong vài mili giây trước khi lắng xuống. | | Các trường hợp vô hại | Mạch có phản hồi chậm, trong đó các xung bổ sung không quan trọng. | | Các trường hợp có vấn đề | Mạch kỹ thuật số hoặc logic hiểu sai các lỗi trả lại là nhiều đầu vào. | | Giải pháp phần cứng | Giảm xóc cơ học, bộ lọc thông thấp RC, mạch kích hoạt Schmitt. | | Giải pháp phần mềm | Phần mềm thoát khỏi trong bộ vi điều khiển và hệ thống nhúng. | 8. Mẹo cài đặt công tắc • Khớp công tắc voltage và xếp hạng dòng điện chính xác với mạch để tránh quá nhiệt hoặc hỏng sớm. • Sử dụng các điểm tiếp xúc kín hoặc được bảo vệ trong môi trường ẩm ướt, bụi bẩn hoặc ăn mòn để duy trì độ tin cậy lâu dài. • Áp dụng bộ giảm RC trên các tải cảm ứng như động cơ, rơ le hoặc điện từ để triệt tiêu hồ quang và kéo dài tuổi thọ tiếp xúc. • Chọn tiếp điểm mạ vàng cho tín hiệu dòng điện hoặc mức logic rất thấp để tránh oxy hóa và đảm bảo chuyển mạch sạch sẽ. • Thêm bộ lọc phần cứng hoặc phần mềm dội lại trong mạch kỹ thuật số để loại bỏ các kích hoạt sai do trả lại tiếp xúc. 9. Kết luận Công tắc có thể trông đơn giản, nhưng thiết kế và hiệu suất của chúng là cơ bản. Loại tiếp xúc, cấu hình, vật liệu và xếp hạng đều ảnh hưởng đến độ an toàn và độ tin cậy. Biết cách ngăn phóng hồ quang, xử lý tải cảm ứng và giảm độ nảy đảm bảo tuổi thọ cao hơn và hoạt động ổn định. Với sự hiểu biết đúng đắn, công tắc vẫn là thành phần cơ bản giúp hệ thống điện và điện tử hoạt động trơn tru. 10. Những câu hỏi thường gặp 10.1 Quý 1. Môi trường ảnh hưởng đến công tắc như thế nào? Điều kiện khắc nghiệt làm giảm độ tin cậy, vì vậy các loại kín hoặc được bảo vệ được sử dụng. 10.2 Câu 2. Sự khác biệt giữa chốt và công tắc tạm thời là gì? Chốt giữ nguyên vị trí và tạm thời chỉ hoạt động khi được nhấn. 10.3 Câu 3. Tại sao sử dụng công tắc trạng thái rắn? Chúng chuyển đổi nhanh hơn, tồn tại lâu hơn và tránh bị nảy tiếp xúc. 10.4 Câu 4. Những tiêu chuẩn an toàn nào áp dụng cho công tắc? Chúng tuân theo IEC, UL, CSA và đôi khi là ATEX hoặc IECEx. 10.5 Câu 5. Công tắc có thể xử lý cả mạch nguồn và mạch tín hiệu không? Có, nhưng các mạch tín hiệu yêu cầu các tiếp điểm dòng điện thấp, chẳng hạn như những tiếp điểm có mạ vàng.