Przekaźnik bistabilny - czym jest i jak działa?
Współczesne układy sterowania instalacjami elektrycznymi coraz częściej wykorzystują elementy zapewniające stabilne przełączanie obwodów bez konieczności ciągłego zasilania układu sterującego. Do takich rozwiązań należy przekaźnik bistabilny, szeroko stosowany w automatyce budynkowej i systemach oświetleniowych. W artykule przedstawiamy zasadę jego działania, podział na rodzaje, obszary zastosowań oraz przykładowy schemat podłączenia.
Spis treści:
- Co to jest przekaźnik bistabilny?
- Jakie są rodzaje przekaźników bistabilnych?
- Gdzie używane są przekaźniki bistabilne?
- Jak działają przekaźniki bistabilne?
- Schemat podłączenia przekaźnika bistabilnego
- Czy warto używać przekaźników bistabilnych?
Co to jest przekaźnik bistabilny?
Przekaźnik bistabilny to element wykonawczy, który zmienia i utrzymuje swój stan (załączony/wyłączony) bez potrzeby stałego zasilania cewki. Oznacza to, że pobiera energię tylko w momencie przełączania. Jest to możliwe dzięki zastosowaniu specjalnego mechanizmu zatrzaskowego lub układu elektronicznego, który „pamięta” ostatni stan.
W praktyce przekaźnik bistabilny działa jak elektryczny odpowiednik przycisku typu toggle:
- impuls sterujący przełącza położenie styków,
- układ pozostaje w tym stanie do czasu podania kolejnego impulsu.
Ta właściwość sprawia, że przekaźniki bistabilne są niezwykle popularne w systemach instalacyjnych i automatyce budynkowej, gdzie kluczowa jest energooszczędność oraz niezawodność. Nawet po chwilowym zaniku napięcia przekaźnik utrzymuje swój stan, co ma ogromne znaczenie np. w sterowaniu oświetleniem czy urządzeniami wymagającymi zachowania bieżącej konfiguracji.
Przekaźniki bistabilne łączą prostotę klasycznych przekaźników z funkcją pamięci stanu – bez konieczności stosowania dodatkowej elektroniki.Jakie są rodzaje przekaźników bistabilnych?
Przekaźniki bistabilne występują w kilku wariantach konstrukcyjnych i funkcjonalnych, dzięki czemu mają szerokie zastosowania. Różnice między nimi wynikają głównie z budowy cewki, rodzaju mechanizmu przełączającego oraz sposobu wyzwalania impulsu sterującego.
Przekaźniki bistabilne jednocewkowe (monostabilno-bistabilne)
To najczęściej spotykany wariant w instalacjach budynkowych. Przełączanie odbywa się za pomocą krótkiego impulsu, który zmienia stan styków. Kolejny impuls ponownie przełącza przekaźnik - jak w działaniu typowego przycisku bistabilnego.
Najważniejsze zalety:
- prosta konstrukcja,
- niskie zużycie energii,
- idealne do sterowania oświetleniem schodowym i korytarzowym.
Przekaźniki bistabilne dwucewkowe (dwustanowe z oddzielnym sterowaniem)
Wyposażone są w dwie osobne cewki:
- jedna odpowiada za załączenie,
- druga za wyłączenie.
Są bardziej precyzyjne i odporne na zakłócenia, dlatego częściej używa się ich w automatyce przemysłowej, modułach sterujących i systemach bezpieczeństwa.
Przekaźniki mechaniczne bistabilne (z mechanizmem zatrzaskowym)
W takich przekaźnikach stan przełączenia utrzymywany jest dzięki mechanicznemu zatrzaskowi. Jest to klasyczne, trwałe i niezawodne rozwiązanie, odporne na skoki napięcia i warunki środowiskowe.
Stosowane są w układach, które wymagają pewnego działania nawet w trudnych warunkach.
Elektroniczne przekaźniki bistabilne (SSR bistabilne)
Wersja pozbawiona elementów mechanicznych - oparta na elektronice półprzewodnikowej.
Zalety:
- bardzo szybkie przełączanie,
- brak iskrzenia,
- długa żywotność,
- możliwość integracji z systemami automatyki i sterownikami PLC.
Najczęściej wybierane tam, gdzie liczy się bezgłośna praca i trwałość.
Modułowe przekaźniki impulsowe (stosowane w rozdzielnicach)
To odmiana bistabilnych przekaźników montowanych na szynie DIN. Wyposażone są często w funkcje dodatkowe:
- sterowanie ręczne,
- wskaźnik stanu,
- kompatybilność z systemami inteligentnego domu (np. KNX, Loxone).
To one najczęściej występują w instalacjach oświetlenia korytarzy, klatek schodowych i budynków użyteczności publicznej.
Gdzie używane są przekaźniki bistabilne?
Przekaźniki bistabilne stosuje się powszechnie w instalacjach elektrycznych, systemach sterowania i automatyce budynkowej. Są obecnie jednym z najbardziej uniwersalnych elementów sterujących. Ich popularność wynika przede wszystkim z możliwości sterowania jednym obwodem z wielu różnych punktów bez konieczności wykorzystywania złożonego okablowania.
1. Instalacje oświetleniowe w budynkach mieszkalnych i komercyjnych
To najbardziej rozpowszechnione zastosowanie. Przekaźniki bistabilne pozwalają sterować oświetleniem:
- z wielu przycisków dzwonkowych,
- bez potrzeby stosowania przełączników krzyżowych i schodowych,
- z zachowaniem minimalnej liczby przewodów.
Spotykamy je w:
- korytarzach,
- klatkach schodowych,
- garażach,
- dużych halach i magazynach,
- inteligentnych domach.
2. Automatyka budynkowa i systemy Smart Home
Przekaźniki bistabilne są często elementem:
- modułów oświetleniowych,
- systemów KNX, Loxone, Fibaro,
- integracji z systemami alarmowymi i sterownikami IoT.
Zapewniają działanie nawet przy zaniku zasilania - po powrocie napięcia urządzenia wracają do poprzedniego stanu.
3. Układy sterowania w automatyce przemysłowej
W przemyśle stosuje się głównie przekaźniki bistabilne dwucewkowe oraz elektroniczne ze względu na stabilność i odporność na zakłócenia. Wykorzystuje się je do:
- podawania sygnałów START/STOP,
- przełączania trybów pracy maszyn,
- sterowania blokadami i układami bezpieczeństwa,
- pamięci stanu w prostych sekwencjach.
4. Sterowanie urządzeniami z dużej odległości
Dzięki temu, że impuls sterujący jest krótki, a stan się utrzymuje samoczynnie, przekaźniki bistabilne świetnie nadają się do sterowania urządzeniami, które są:
- oddalone od szafy sterowniczej,
- zasilane okresowo,
- narażone na przerwy w dostawie energii (np. elektrownie fotowoltaiczne).
5. Systemy sygnalizacji i kontroli dostępu
Przekaźniki bistabilne często występują w:
- centralach alarmowych,
- kontrolerach bram i furtek,
- systemach hotelowych (np. sterowanie oświetleniem po włożeniu karty).
6. Aplikacje samochodowe i akumulatorowe
W systemach zasilanych z akumulatorów ważna jest oszczędność energii.
Dlatego przekaźniki bistabilne stosuje się do:
- włączania dodatkowego oświetlenia,
- przełączania obwodów w kamperach,
- sterowania osprzętem w pojazdach specjalistycznych.
Chcesz dowiedzieć się więcej o innych przekaźnikach? Sprawdź nasz artykuł: Przekaźniki do inteligentnego domu – na co zwrócić uwagę?
Jak działają przekaźniki bistabilne?
Zasada działania przekaźnika bistabilnego opiera się na zdolności do trwałego utrzymywania jednego z dwóch stanów - załączony (ON) lub wyłączony (OFF) - przy minimalnym poborze energii. Przekaźnik pobiera prąd wyłącznie w momencie zmiany położenia styków, a po wykonaniu przełączenia pozostaje w danym stanie bez zasilania cewki. Tę właściwość zawdzięcza specjalnej konstrukcji mechanicznej lub elektronicznej.
1. Impuls sterujący zmienia stan przekaźnika
Kluczową różnicą względem przekaźników monostabilnych jest to, że przekaźnik bistabilny nie wymaga ciągłego zasilania, aby utrzymać pozycję styków.
Działa to następująco:
- do cewki podawany jest krótki impuls elektryczny,
- mechanizm wewnętrzny przełącza styki na przeciwną pozycję,
- nowy stan pozostaje trwały aż do następnego impulsu.
2. Mechanizm działania - zależnie od konstrukcji
a - Bistabilny mechaniczny (z zatrzaskiem)
W wersjach mechanicznych za „zapamiętanie” stanu odpowiada:
- zatrzask sprężynowy,
- magnes trwały,
- lub układ zapadkowy.
Po otrzymaniu impulsu rdzeń cewki przemieszcza mechanizm, który zostaje zablokowany w nowej pozycji.
b - Bistabilny jednocewkowy
Jeden impuls zmienia stan na przeciwny. To najpopularniejszy typ w instalacjach oświetleniowych.
Przykład pracy:
- impuls → styki załączają,
- impuls → styki wyłączają.
Układ sterujący nie musi wiedzieć, jaki jest aktualny stan - przekaźnik „pamięta” go mechanicznie.
c - Bistabilny dwucewkowy
Dwie cewki działają niezależnie:
- cewka A = załącza,
- cewka B = wyłącza.
To rozwiązanie stosuje się tam, gdzie wymagana jest pełna kontrola i pewne działanie (np. automatyka przemysłowa).
d - Elektroniczny przekaźnik bistabilny (SSR)
W wersjach półprzewodnikowych funkcję pamięci pełni układ elektroniczny, zwykle flip-flop lub układ zatrzaskowy MOSFET/triak.
Zalety:
- brak ruchomych elementów,
- wysoka odporność na wibracje,
- błyskawiczna praca i ogromna trwałość.
3. Utrzymanie stanu po zaniku zasilania
Jedną z najważniejszych zalet działania przekaźników bistabilnych jest to, że po powrocie zasilania układ wraca do ostatniego stanu, co jest kluczowe w:
- systemach oświetleniowych,
- sterowaniu urządzeniami IoT,
- układach przemysłowych,
- aplikacjach zasilanych akumulatorowo.
Dzięki temu przekaźnik działa jak prosty „pamięcio-łącznik”.
4. Sterowanie z wielu miejsc bez przełączników krzyżowych
Przekaźniki bistabilne umożliwiają wykorzystanie wielu przycisków chwilowych (dzwonkowych) podłączonych równolegle. Każde naciśnięcie przycisku generuje impuls przełączający - to znacznie upraszcza instalację i redukuje liczbę przewodów.
Schemat podłączenia przekaźnika bistabilnego
Podłączenie przekaźnika bistabilnego jest stosunkowo proste, ale wymaga zrozumienia zasad sterowania impulsowego oraz właściwego prowadzenia przewodów do przycisków.
W przeciwieństwie do klasycznych przełączników schodowych i krzyżowych tutaj przyciski chwilowe (tzw. dzwonkowe) są podłączone równolegle, a ich zadaniem jest generowanie krótkiego impulsu sterującego dla cewki przekaźnika.
Poniżej znajdziesz pełne omówienie typowego schematu instalacyjnego wraz z przykładem.
1. Główne elementy schematu
Typowy przekaźnik bistabilny posiada:
- zaciski zasilania cewki (np. A1/A2),
- zestaw styków roboczych (najczęściej 1NO lub 1NO+1NC),
- zacisk sterujący (w modelach do instalacji elektroinstalacyjnych oznaczany zwykle jako „S” lub „T”).
W zależności od typu przekaźnika układ może mieć jedną lub dwie cewki - w instalacjach domowych królują wersje jednocewkowe.
2. Zasilanie przekaźnika
Cewka przekaźnika musi być zasilana zgodnie z jego deklaracją, np.:
- 230 V AC,
- 24 V AC/DC,
- 12 V DC.
Najczęściej stosuje się przekaźniki 230 V, które w prostych instalacjach można podłączyć bez dodatkowego zasilacza.
3. Podłączenie przycisków sterujących
Wszystkie przyciski dzwonkowe prowadzone są równolegle, co oznacza, że każdy z nich realizuje dokładnie ten sam impuls sterujący.
Układ wygląda tak:
- jeden zacisk przycisku → L (lub inny sygnał sterujący),
- drugi zacisk → wejście sterujące przekaźnika (S).
Po naciśnięciu dowolnego przycisku na wejście „S” podawany jest krótki impuls, który powoduje zmianę stanu styków przekaźnika.
4. Włączenie odbiornika (np. oświetlenia)
Odbiornik podłączony jest do styków przekaźnika:
- L → wejście styków przekaźnika (COM),
- wyjście NO → do lampy,
- N → bezpośrednio do lampy.
Po przełączeniu styków odbiornik otrzymuje napięcie i włącza się, a kolejny impuls wyłącza go.
5. Charakterystyczne cechy schematu
- Instalacja jest prostsza niż przy układach schodowych i krzyżowych.
- Cienkie przewody sterujące do przycisków można prowadzić do rozdzielnicy.
- Przekaźnik znajduje się w rozdzielnicy lub puszce instalacyjnej, co jest wygodne serwisowo.
- Wszystkie punkty sterowania obsługują dokładnie tę samą funkcję - przełączenie stanu.
6. Dodatkowe funkcje w przekaźnikach modułowych
Nowoczesne przekaźniki bistabilne mogą mieć:
- przycisk ręczny do testowania,
- mechaniczny wskaźnik stanu,
- możliwość sterowania niskim napięciem,
- wejścia współpracujące z automatyką (np. centralne ON/OFF).
Ułatwia to integrację z systemami Smart Home lub z PLC.
Czy warto używać przekaźników bistabilnych?
Tak. Przekaźniki bistabilne warto stosować, bo zużywają bardzo mało energii i działają niezawodnie przez długi czas. Sprawdzają się świetnie tam, gdzie potrzebne jest wygodne sterowanie oświetleniem lub automatyka bez ciągłego poboru prądu.
Poniżej przedstawiono najważniejsze argumenty przemawiające za ich stosowaniem.
1. Minimalne zużycie energii
Przekaźnik bistabilny pobiera prąd tylko w momencie przełączania. Oznacza to:
- oszczędność energii,
- brak nagrzewania cewki,
- mniejsze obciążenie instalacji.
W systemach akumulatorowych jest to ogromna zaleta.
2. Prostsze okablowanie i elastyczność instalacji
Przyciski chwilowe można podłączyć równolegle, prowadząc cienkie przewody sterujące do rozdzielnicy. W praktyce:
- instalacja jest szybka i czysta,
- można łatwo dodać nowe punkty sterowania,
- nie trzeba stosować skomplikowanego układu schodowego/krzyżowego.
To szczególnie korzystne przy remontach, rozbudowie oświetlenia i w dużych obiektach.
3. Pamięć stanu przy zaniku napięcia
Po powrocie zasilania przekaźnik wraca do ostatniego ustawienia. Ma to znaczenie w: systemach Smart Home, przemyśle, sterowaniu urządzeniami, które nie mogą samoczynnie zmieniać trybu po awarii.
4. Duża trwałość i niezawodność
Wiele modeli ma mechanizmy zatrzaskowe lub elektronikę półprzewodnikową, które:
- nie wymagają ciągłej pracy cewki,
- wolniej się zużywają,
- nie ulegają awariom z powodu przegrzania.
5. Możliwość sterowania z wielu miejsc
Przekaźniki bistabilne umożliwiają realizację komfortowego sterowania: oświetleniem, roletami, wentylacją, urządzeniami elektrycznymi.
Bez komplikowania instalacji przełącznikami krzyżowymi i schodowymi.
6. Integracja z systemami automatyki
Wiele przekaźników bistabilnych można podłączyć do:
- centrali alarmowej,
- sterownika PLC,
- automatyki budynkowej,
- systemów IoT.
Dzięki temu stan przekaźnika może być zmieniany zarówno manualnie (przycisk), jak i automatycznie.
7. Niski koszt i szeroka dostępność
Przekaźniki bistabilne są stosunkowo tanie, dostępne w wersjach: modułowych na szynę DIN, miniaturowych, przemysłowych dwucewkowych, elektronicznych SSR.
Umożliwia to dobranie rozwiązania praktycznie do każdej instalacji.
Ile prądu pobiera przekaźnik bistabilny?
Przekaźnik bistabilny pobiera prąd tylko w chwili przełączania, a więc wyłącznie podczas podania impulsu na cewkę. Oznacza to, że jego zużycie energii w stanie spoczynku jest praktycznie zerowe - w przeciwieństwie do przekaźnika monostabilnego, który musi być zasilany cały czas, aby utrzymać stan załączenia.
Typowe wartości poboru prądu podczas impulsu sterującego:
- przekaźniki 230 V AC: ok. 10–30 mA podczas impulsu,
- przekaźniki 24 V AC/DC: ok. 20–60 mA,
- przekaźniki miniaturowe lub elektroniczne (SSR bistabilne): nawet poniżej 10 mA.
Czas trwania impulsu to zwykle poniżej 100 ms, więc faktyczne zużycie energii jest bardzo małe - tak małe, że w skali miesiąca jest praktycznie pomijalne.
Dlatego przekaźniki bistabilne są szczególnie polecane do systemów: oświetleniowych, bateryjnych, inteligentnych budynków, instalacji z wymaganiem minimalnego poboru mocy.
