הקדמה לממסרים

ממסרים משחקים תפקיד חשוב באינספור מערכות ויישומים לצרכנים, מסחריים ותעשייתיים. הם משמשים לרוב במערכות יום-יומיות מבלי שנבחין בהם. לדוגמה, ממסרים משמשים כשמכוונים תנור ביתי, מקישים על שלט רחוק של טלוויזיה או מפעילים מעלית.‏ נהגו במקור ב-1835 עבור כינון‏ קישורי טלגרף למרחקים ארוכים, הממסרים הותאמו בהמשך עבור שימוש במרכזיות טלפון והם ממשיכים לפעול באופן מהימן, בלתי מורגש וביעילות רבה.

מפרספקטיבה פרגמטית, ממסרים עובדים כמתגים חשמליים. הם משתמשים באות‏ בהספק נמוך כדי לשלוט על מעגל הספק-גבוה בין אם בסמיכות ובין אם במרחק. התכנון האינהרנטי שלהם מסייע לבידוד אפקטיבי בין האות בהספק הנמוך ומעגל ההספק-הגבוה, הנקרא לעיתים קרובות בידוד גלווני. בידוד זה מבטיח את העבודה הבטוחה והאיתנה של מערכות חשמליות עבור משתמשים. ממסרים מציגים רבגוניות, כי ניתן להשתמש בהם לבקרת מעגל יחיד או מעגלים רבים,‏ והם יכולים לשרת כמגברים או מפסקי זרם.

היכולת לבקר מרחוק אספקת-כוח להתקנים גם מתורגם לאמצעי בטיחות משופרים, במיוחד בתהליכים תעשייתיים העלולים להוות סיכונים פיזיים למפעילים. התקנים רב-תכליתיים אלה זמינים במערך‏ רחב של מארזים המציעים יכולות זרם, אפשרויות הרכבה וחתימות שטח פיזיות מגוונות, מה שהופך אותם לנפוצים כמו המתג היומיומי, שנמצא בכל מקום.

ממסרים – כיצד הם פועלים

עבור הבנה‏ טובה יותר של הנושא, ניתן לסווג ממסרים בשני סוגים יסודיים: אלקטרומכניים (EMR‏) ומצב-מוצק (SSR). ההבדל העיקרי הוא נוכחות או העדר רכיבים נעים.

הוותיק יותר משני הסוגים הוא‏ האלקטרומכני, שכולל מגעים, זרועה מכנית,‏ קפיץ ואלקטרומגנט. בפעולתו הבסיסית ביותר, קפיץ מחזיק את הזרועה במקום. עם העברת זרם, האלקטרומגנט מפעיל כוח משיכה‏ על הזרועה, מה שגורם לה לנוע ולסגור סט מגעים, ובכך לאפשר את זרימת הזרם דרך המעגל.

איור 1‏: המבנה הפנימי הבסיסי‏ של ממסר אלקטרומכני. (מקור תמונה: Same Sky)

באופן הפוך, ממסרי מצב-מוצק, שהופיעו בשנות 1950 המאוחרות, משרתים את אותה מטרה בסיסית כמו ממסרים אלקטרומכניים אך הם אלקטרוניים לגמרי, ללא חלקים נעים. הם כוללים מעגל כניסה, מעגל בקרה ומעגל יציאה לוויסות זרם. כשמיושם מתח העולה על מתח ההפעלה המוגדר, מעגל הבקרה מעורר את הממסר. ברגע שהמתח נופל אל מתחת למתח השחרור, הממסר מושבת.

ממסרים אלקטרומכניים לעומת ממסרי מצב-מוצק

כמו עם כל טכנולוגיה של רכיבים אלקטרוניים, ממסרים אלקטרומכניים ומצב-מוצק, כל אחד בא עם יתרונות וחסרונות מובהקים שיש להחשיבם.

הודות לתכן בן מאתיים השנה שלהם, ממסרים אלקטרומכניים הם התקנים חסונים עם פעולה פשוטה, מדגימים אמינות במגוון יישומים, כולל אלו הכרוכים בזרם גבוה וסביבות מסוכנות. הם מציעים בידוד גלווני מלא, יכולים לעמוד בנחשולי מתח וזרם גבוהים, ובלתי חדירים לרעש חשמלי, כגון הפרעות אלקטרומגנטיות והפרעות תדר רדיו (EMI/RFI‏).

עם זאת, בגלל שלממסרים אלקטרומכניים יש חלקים נעים, ירידה פיזית בביצועים מתרחשת לאורך זמן, ומגעים יכולים להישחק עקב קורוזיה וחמצון. הם עלולים להיות נתונים לקשת מגעים, וכתוצאה מכך לקורוזיית גימום וקצר חשמלי. האופי המכני שלהם עושה אותם פגיעים לניתור מגעים מהלם ורעידות, והם יכולים לחולל רעש EMI/RFI‏ משלהם. נוסף לכך, שדות מגנטיים חיצוניים עלולים להשפיע על הפעולה שלהם.

לעומת זאת, ממסרי מצב-מוצק מציעים חיי עבודה ארוכים יותר ומתפקדים עם הספק בקרה נמוך יותר משמעותית הודות לתכן ללא חלקים נעים שלהם. הם מספקים מחזור הפעלה/השבתה מהיר יותר, נמנעים מיצירת קשת וניתור מגעים, ואינם מושפעים מהלם מכני חיצוני, רעידות או שדות מגנטיים. ממסרי מצב-מוצק עובדים בתחום מתחים‏ נמוך יותר מממסרים אלקטרומכניים, מה שעושה אותם מתאימים עבור התקני אלקטרוניקה אך פחות מתאימים עבור יישומי הספק גבוה.

עם זאת, בשל התכן הייחודי שלהם, ממסרי מצב-מוצק עלולים להיות רגישים לטרנזיינטים של מתח או זרם ורעש EMI/RFI‏. הם נוטים להפיק יותר חום מהמקבילים המכניים שלהם ועלולים להיות רגישים לטמפרטורות סביבה. ראוי לציין, השגת בידוד חשמלי מלא בין אות הבקרה והעומס אינה אפשרית אינהרנטית עם מתגי מוליכים-למחצה סטנדרטיים, אך ניתנת להשגה על ידי שימוש ברכיבים אופטו-אלקטרוניים בהתקנים מצומדים-אופטית, שמבודדים את אותות הכניסה והיציאה.

איור 2‏: הסכמה הפנימית הבסיסית של‏ ממסרי מצב-מוצק. (מקור תמונה: Same Sky)

סוגי ממסרים נפוצים

קיים מערך‏ מגוון של סוגי‏ ממסרים, כל אחד תפור לענות על הדרישות של יישום ספציפי. ראוי לציין שיצרנים יכולים להשתמש במונחים שונים במעט עבור היצע המוצרים שלהם, אבל כאן יש סיכום כללי של סוגי הממסרים העיקריים:

• למטרה כללית (General Purpose): אלו הם ממסרים אלקטרומכניים נפוצים העובדים עם זרם AC‏ או DC‏ בתחום מתחים של 12 עד 230 וולט ויכולים לבקר זרמים מ-2 עד 30 אמפר.
• אותות (Signal): ממסרי אותות משמשים לבקרת עומסי הספק-נמוך, בדרך כלל פחות מ-2 אמפר. לפרטים נוספים, אתם יכולים לפנות אל המאמר של Same Sky ‏"Signal Relays – Understanding the Basics".
• הספק (Power): ממסרי הספק מתוכננים במיוחד לנהל עומסי הספק גבוה, להקטין הפקת חום ולהפחית יצירת קשת. לפרטים נוספים, אתם יכולים לפנות אל המאמר של Same Sky ‏"An Introduction to Power Relays".
• בקרת מכונה (Machine Control): אלו ממסרים מוקשחים לעבודה מאומצת המיועדים לשימוש ביישומים תעשייתיים גדולים.
• ננעלים (Latching): ממסרים ננעלים שומרים על המצב המעורר או הבלתי מעורר שלהם (מצב-מופעל (ON) או מצב-מושבת (OFF)) עד שהם מקבלים אות מתח הופך מצב‏.
• Reed: ממסרי Reed הם קומפקטיים ופועלים במהירות. הם משתמשים‏ באלקטרומגנט כדי לבקר אחד או יותר מתגי Reed אטומים הרמטית, מאפשרים חסינות מפני מזהמים או לחות חיצוניים .
• מיתוג אפס (Zero Switching): ממסרים אלו מפעילים את העומס כשמתח הבקרה‏ מיושם, ומתח העומס קרוב לאפס. הם משביתים את העומס כשמתח הבקרה‏ מוסר.

איור 3‏: עיקרון בסיסי של מיתוג‏ אפס עם ממסרים. (מקור תמונה: Same Sky)

• מיתוג שיא (Peak Switching): ממסרי מיתוג שיא מפעילים את העומס כשמיושם מתח בקרה, ומתח העומס הוא בשיאו. הם משביתים את העומס כשמתח הבקרה‏ מוסר וזרם העומס מתקרב לאפס.
• מופעל מידית (Instant ON): ממסרים מופעלים מידית מפעילים מידית את העומס כשמתח הרמת הזרוע מיושם.
• זמן שיהוי (Time Delay): ממסרי זמן שיהוי כוללים קוצב-זמן מובנה כדי לבקר אירועים המבוססים על זמן.
• מיתוג אנלוגי (Analog Switching): ממסרי מיתוג אנלוגי מנהלים את מתח היציאה כפונקציה של מתח הכניסה, מאפשרים אינסוף מתחי יציאה בתחום דירוג הממסר.
• מצומד אופטית (Optically Coupled): אלו ממסרי מצב-מוצק המספקים בידוד גלווני בין מעגלי הבקרה וההספק על ידי מיתוג כתגובה למקור אור פנימי.
• צבאי/אמינות-גבוהה (Military/Hi-Rel): ממסרים אלו מתוכננים במיוחד לעבוד בסביבות תובעניות וקשות.

ממסרים יכולים להיות מסווגים גם כפתוחים-במצב-רגיל (normally open‏ (NO)), כשהמגעים פתוחים והמעגל אינו מעורר, או סגורים-במצב-רגיל (normally closed‏ (NC)), כשהמגעים סגורים כשהמעגל אינו מעורר. לסיכום, ממסרים בדרך כלל מאופיינים כ-NO או NC כשלא מופעל מתח.

דירוגים ותצורות

ממסרים מדורגים בהתבסס על יכולתם למתג באופן בטוח הספק חשמלי דרך ההתקן. דירוגים אלו מסווגים כ-AC או DC ומבוטאים בדרך כלל באמפרים. חיוני שדירוג הממסר יהיה שווה או גדול מההתקן אותו מבקר.

לממסרים יש את היכולת לבקר מעגלים מרובים בו-זמנית ואמורים לציין את המאפיינים הספציפיים שלהם. אם מודעים לקטבים והשלכות, מאפיינים אלה כוללים SPST‏, DPDT,‏ 3PDT ו-SP3T‏.

נוסף למספר הקטבים וההשלכות, ממסרים יכולים לתאר מאפיינים חשובים תוך שימוש במונח "forms". ביטוים כמו "1‎ Form A‏" או "‎2 Form C‏" מדגישים שני פרטי מידע עיקריים. סוג ה-"form" מציין באם המתג הוא פתוח-במצב-רגיל (NO) או סגור-במצב-רגיל (NC), ובמקרה של מתגי SPDT באם הם מהסוג ניתוק-לפני-חיבור ("break-before-make") או חיבור-לפני-ניתוק ("make-before-break"). המספר (1 או 2) לפני ה-"form" מציין כמה מגעים מאותו סגנון קיימים בממסר. מספר סגנונות מקובלים כוללים:

• Form A‏ - פתוח-במצב-רגיל (NO)
• Form B‏ - סגור-במצב-רגיל (NC)
• Form C - מתגי SPDT ניתוק-לפני-חיבור
• Form D - מתגי SPDT חיבור-לפני-ניתוק

סיכום

בהתחשב בפשטות התכנון והעבודה האמינה שלהם, ממסרים משמשים בהתקנים ומערכות במגוון רחב של תעשיות ושווקים. מקורם כרכיבים בסיסיים במערכות טלגרף, ואפילו תורמים לפיתוח המוקדם של מחשבים, ממסרים שומרים על תפקידם החיוני גם כיום, מבטיחים את הבקרה הבטוחה והיעילה של‏ התקנים מוזנים חשמל ממקום מרוחק.

כדי למלא דרישות של‏ מהנדס למיתוג זרם רמה-נמוכה או רמה-גבוהה, Same Sky מציעה‏ מבחר מקיף של ממסרי הספק ואותות במגוון דירוגים ותצורות.