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什么是磁性开关:工作原理及电路示例

更新时间: 2022-09-06
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磁性开关是一种机电开关,通过施加的磁场进行操作。磁性开关最初由Valentin Kovalenkov于1922年在列宁格勒电工大学发明,后来由Walter B于1936年在贝尔电话实验室开发。磁性开关包括两个部分:磁铁和磁敏开关,有NO(常开)或NC(常闭)两种类型。

一、什么是磁性开关?

我们将用于在磁场内建立或断开接触的电气开关称为磁开关。通常,如果存在足够强的磁场,则磁性开关功能将保持激活状态,而一旦移除磁场,则将其停用。磁性开关用于移动元件不可能或不希望通过开关直接接触的地方,例如在不稳定的环境中、浸没在液体中等。磁性开关符号如下所示:

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这些开关封装在玻璃材料中,以保持磁场和组件的完整性。因此,这种材料还可以保护开关免受外部条件的影响。在选择或设计开关时,有必要考虑这些参数,例如应用类型、电源要求、电路磁灵敏度和操作环境。

磁性开关的触点额定值是触点可以切换的最大功率(以瓦特为单位)。该开关的触点额定值是流经开关的开关电压和电流的乘积。

二、磁性开关如何工作?

磁性开关使用可移动磁铁,这些开关用于许多应用,从电动汽车充电站到自动路灯。但它们是如何工作的?

磁性开关的基本原理是电磁铁(线圈)通电后断电。当电流流过线圈时,它会产生一个磁场,吸引附近的其他磁铁。当线圈断电并且不再有电流通过时,磁场会崩溃并立即释放其所有能量 - 就像在将橡皮筋拉紧一段时间后松开橡皮筋一样。

实际上,这意味着当您关闭电灯或电器等电子设备时,仍有一些电流流过其内部的电线,足以让它们在一切完全停止之前释放储存的能量。如果没有得到保险丝或断路器的适当保护,这会释放出足够的热量(有时还会产生火花),从而导致计算机和电视等精密电子设备出现问题。

这些开关不受水、油、冰、污垢等的影响。因此这些是灵活的电气开关。这些开关的最佳示例是机电继电器、霍尔效应传感器和簧片开关。

三、磁性开关的类型

磁性开关有簧片开关、霍尔效应开关和三端双向可控硅开关或晶体管开关三种类型。

簧片开关

簧片开关对磁场非常敏感且可定制。与其他类型的开关相比,这些开关的成本相当低。这些类型的开关通常用于限位或接近开关应用,如手机、家用电器门、安全警报器、重型机械和车辆门。

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簧片开关可在不同的磁动势下获得,以 AT(安培匝数)为单位测量。这些开关可能会根据簧片的尺寸、相邻的环境因素和施加的磁场强度而有所不同。

霍尔效应开关

霍尔效应开关等半导体器件没有机械接触。因此,它们不太容易因为机械冲击而断裂。这些开关通常用作电梯轿厢、工厂自动化设备、车辆等执行器中的限位开关。

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这些开关为应用配置提供了额外的选项,因为它们提供单极或全极选项。全极设备可以检测磁铁的南极或北极,而单极设备只检测一个磁极。霍尔效应开关磁灵敏度主要取决于施加的电流和产生的磁场类型。

三端双向可控硅开关或晶体管开关

晶体管或三端双向可控硅开关是最复杂的开关,因为它们包括开关的附加电路。双向可控硅开关主要设计用于交流电压系统内的功率控制和开关应用,而晶体管开关主要设计用于直流电压系统内的功率控制和开关应用。

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这些类型的开关功能强大,非常适合高电流开关和更重负荷的应用。这些开关通常用于控制电机、继电器或其他类型的感应负载。晶体管或三端双向可控硅开关的载流能力可以通过将它们与霍尔效应或簧片开关结合使用来提高。

四、磁性开关电路示例

磁开关电路如下图所示,可以用不同的电子元件构建,如磁开关、3V 电池、470 欧姆电阻和 LED。电路连接如下图所示。这是一个两端开关,一旦将磁铁带入开关的周围区域就会激活。

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通常,这些开关有常开和常闭两种类型。常开磁铁开关是在其周围区域没有磁铁时打开电路的开关,因此电路中没有流动。同样,当磁铁靠近开关时,电路将闭合;结果,电流流过打开负载的电路。

在上面的电路中,我们使用一个连接到LED的磁性开关来演示这个开关是如何工作的。

常闭磁性开关则完全相反,因为该开关将在其周围区域没有磁铁的情况下关闭。因此,如果开关附近没有磁铁,电流可以通过磁性开关传导并打开负载。一旦在开关附近放置了一块磁铁,它就会打开电路,然后负载将被关闭。

在这个示例电路中,我们使用常开开关,这样当磁铁在其周围区域时,LED 就会打开。

这些开关通常处理超过 1A 的电流和 100V。该电路的工作原理是,对于一个NO(常开)开关,当没有磁铁时电路将关闭。当磁铁靠近电路周围区域时,电路将打开,LED 将打开。所以这个开关被称为磁驱动装置。

对于常闭 (NC) 开关,当没有磁铁时,电子电路将打开,因此 LED 将打开。当磁铁布置在电路周围区域附近时,电路将关闭,类似负载的 LED 将关闭。

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