Принцип дії вимикачів

Вимикачі призначені для включення та вимикання споживачів електроенергії.

Перемикачі застосовуються для включення різних споживачів з можливістю регулювання їх режимів роботи (наприклад, освітлення та його регулювання, включення електродвигуна з різною частотою обертання його валу).

Найпростіший тип вимикача відомий як ножовий вимикач. Ножеві вимикачі, як правило, не використовуються в сучасних електричних системах, але на їхньому прикладі зручно проілюструвати роботу вимикачів загалом.

Компонент ножового вимикача, що рухається, називається лезом. Лезо зроблено з провідного матеріалу, такого як мідь або латунь. Два затискачі ножового вимикача пов'язані послідовно з електричним ланцюгом. Рукоятка леза покрита пластмасою для захисту від ураження електричним струмом. Ножовий вимикач змонтований на основі з непровідного матеріалу.

У ножового вимикача, що представлений на зображенні, є лише дві позиції: включено та вимкнено. У вимкненому положенні електричний струм у ланцюзі перерваний. Таку позицію можна назвати «неробочим становищем» (англ. - OFF), оскільки пристрій, яким керує вимикач, не працює. У включеному положенні електричний струм протікає через вимикач до решти ланцюга. Таким чином, цю позицію також називають «робочим становищем» (англ. – ON).

У послідовній схемі немає ніякого значення, де розміщений вимикач, оскільки в любому випадку його розмикання перериває протікання електричного струму. Проте стандартна автомобільна практика регламентує розмикання позитивного полюса джерела струму, тоді як негативний, здебільшого з'єднаний із корпусом («масою») автомобіля, перериватися не повинен. На рисунку нижче показано правильне розташування вимикача. Помилково було б розташувати його праворуч від споживача (лампи).

Коли вимикач увімкнено, опір між затискачами дуже низький. Цей низький опір дозволяє електричному струму текти через вимикач майже без втрат. У вимкненому стані вимикач має нескінченно високий опір між затискачами, який перешкоджає протіканню електричного струму.

Дві частини перемикача, які з'єднують або розривають електричний ланцюг, називаються контактами, тому що вони вступають у контакт, коли вимикач замкнутий. Один із контактів називають рухомим, а інший – нерухомим.

Є багато різних типів вимикачів. Вимикачі можуть замкнути або розірвати ланцюг електричного струму в єдиному ланцюгу як ножовий вимикач, розглянутий раніше. Більш складні вимикачі можуть керувати кількома різними ланцюгами одночасно.

Два терміни, полюс та позиція, зазвичай використовуються, щоб описати, як функціонує конкретний вимикач.

Термін полюс визначає кількість вхідних затискачів, які має вимикач. Кількість полюсів дорівнює кількості рухомих контактів у вимикачі, тому що кожен із вхідних затискачів вимикача пов'язаний з рухомим контактом. Оскільки ножовий вимикач, показаний на рисунку вище, має тільки один вхідний затискач і один рухомий контакт, отже ножовий вимикач - однополюсний вимикач.

Термін позиція відноситься до кількості положень, в які вимикач може бути переміщений для замикання електричного ланцюга. Ножовий вимикач - однопозиційний вимикач, тому що може бути переміщений лише в одну позицію для замикання електричного кола. Ножовий вимикач замикає ланцюг тільки в одній позиції (робоче положення, ON).

Полюс та позиція використовуються разом, щоб описати основну функціональність вимикача. Ножовий вимикач може бути описаний як однополюсний вимикач однопозиційний, скорочена назва - SPST (single-pole single-throw). Схематичне зображення вимикача SPST показано на рисунку нижче.

У вимикача може бути більше одного полюса. Вимикач, показаний на рисунку нижче, називається двополюсним вимикачем.

Пунктирна лінія вказує, що між двома рухомими контактами вимикача існує механічний зв'язок, проте ці контакти гальванічно ніяк не пов'язані. Механічний зв'язок виконаний з ізоляційного матеріалу. Механічне з'єднання між контактами вимикача змушує обидва контакти вимикача завжди замикатися або розмикатися одночасно, дозволяючи двом незалежним електричним ланцюгам керуватися одним двополюсним вимикачем.

Оскільки цей вимикач може бути переміщений тільки в одну позицію, це також однопозиційний вимикач. У робочому положенні (ON) вимикач замикає електричні ланцюги. У неробочому положенні (OFF) вимикач не замикає електричні ланцюги. Тому вимикач називається двополюсним однопозиційним вимикачем, DPST (double-pole single-throw). Вимикач DPST схожий на два вимикачі SPST, розташовані один поруч з одним і механічно пов'язані між собою так, щоб один важіль керував обома вимикачами.

Вимикач може мати більше однієї позиції. Перемикач на два положення може бути переміщений у дві різні позиції, щоб замкнути електричний ланцюг, як показано на рисунку нижче.

Цей вимикач має лише один вхідний затискач і один рухомий контакт, таким чином, це однополюсний вимикач. Тому цей вимикач - однополюсний двопозиційний вимикач, SPDT (single-pole double-throw). Приклад вимикача SPDT – перемикач світла головних фар. Перемикач використовується для перемикання між ближнім та дальнім світлом фар і назад.

Інший тип вимикача – багатополюсний багатопозиційний вимикач. Ці вимикачі часто виконують поворотними. Приклад поворотного вимикача – вимикач запалювання (приладів та стартера), який використовується на більшості сучасних автомобілів. Вимикач запалювання показано на рисунку нижче. Цей вимикач має чотири позиції: вимкнено, аксесуари, запалювання і стартер. Вимикач має три рухомі контакти, що переміщаються одночасно.

Більшість вимикачів є фіксованими вимикачами. Фіксація означає, що вимикач залишиться в конкретній позиції, увімкненим або вимкненим.

Нефіксований вимикач вимагає, щоб користувач утримував його у натиснутому стані для збереження стану електричного кола. Для замикання електричного кола в нефіксованих вимикачах необхідно подолати опір пружини. Після того, як вимикач відпущений, він повертається до вихідного стану натягом пружини. Приклад нефіксованого вимикача в автомобілі – вимикач звукового сигналу. Звуковий сигнал використовується протягом короткого проміжку часу. Звуковий сигнал звучатиме, доки його вимикач, розташований у рульовому колесі, натиснутий.

Нормальний стан вимикача означає перебування у вихідному (не натиснутому) стані.

Тип вимикача, у якому пружина підтримує контакти у замкнутому стані, називається нормально замкнутим вимикачем. Нормально замкнутий означає, що вимикач замкнутий доти, доки хтось або щось не втручається, натискаючи на вимикач проти натягу пружини.

Вимикач, у якому пружина підтримує вимикач у розімкнутому стані, називається нормально розімкненим вимикачем. Вимикач звукового сигналу автомобіля – нормально розімкнений вимикач.

Нормально замкнутий і нормально розімкнений стан позначають як NC (normal close) і NO (normal open) відповідно. Схематично це показано на рисунку нижче.