Elektromechanisch relais

Relay Technology Includes:
Relais basics Reed relais Reed relais specs Relais circuits Solid state relais

Een elektrisch relais is een elektromagnetisch bediende elektrische schakelaar – een elektromechanische schakelaar. Een relatief kleine stroom wordt gebruikt om een magnetisch veld te creëren in een spoel binnen een magnetische kern en dit wordt gebruikt om een schakelaar te bedienen die een veel grotere stroom kan regelen.

Op deze manier kan een elektromechanisch relais of elektrisch relais een kleine stroom gebruiken om een veel grotere stroom te schakelen en beide circuits elektrisch van elkaar te isoleren.

Elektrische relais zijn er in een verscheidenheid van verschillende maten en ze kunnen van verschillende typen zijn met behulp van enigszins verschillende technologieën, hoewel ze allemaal hetzelfde basisconcept gebruiken.

Hoewel elektromechanische relais in sommige opzichten kunnen worden beschouwd als het gebruik van oude technologie, en solid state relais / solid state schakelaars kunnen worden beschouwd als een effectiever middel om elektrische stroom te schakelen.

Niettemin hebben elektromechanische relais enkele unieke eigenschappen die ze ideaal maken voor vele toepassingen, waar andere typen misschien niet zo effectief zijn. Dat gezegd hebbende, worden solid-state schakelaars, solid-state relais of elektronische schakelaars op grote schaal gebruikt en hebben ze het overgenomen op veel gebieden waar vroeger elektromechanische relais werden gebruikt als elektrische schakelaars.

Relaiscircuitsymbool

De circuitsymbolen voor elektromechanische relais kunnen enigszins variëren – zoals de meeste circuitsymbolen. Het meest gebruikte formaat toont de relaisspoel als een doos, en de contacten zijn dichtbij geplaatst zoals hieronder getoond.

In andere, vooral wat oudere, schakelingen wordt de relaisspoel soms als een echte spoel weergegeven. Hoewel dit niet voldoet aan de meest recente normen voor relaisschakelsymbolen, kan het in sommige gevallen toch worden gezien en beschrijft het de binnenkant van het relais goed.

Het is mogelijk dat er nog meer sets van elektrische schakelcontacten zijn. Net zoals het mogelijk is om meerdere polen op een schakelaar te hebben, kan hetzelfde worden gedaan met relais. Het is mogelijk meerdere sets schakelcontacten te hebben om over meerdere circuits te kunnen schakelen.

Basisprincipes van relaisschakelaars

Een relais is een vorm van elektrische schakelaar die wordt bediend door een elektromagneet die de schakeling omschakelt wanneer er stroom op de spoel wordt gezet.

Deze relais kunnen worden bediend door schakelkringen waarbij de schakelaar de hoge stroom van het elektrische relais niet aankan, of ze kunnen worden bediend door elektronische schakelingen enz. In beide omstandigheden bieden zij een zeer eenvoudig en aantrekkelijk voorstel voor elektrisch schakelen.

Relais hebben een aantal basisonderdelen die het relais vormen.

• Frame: Een mechanisch frame is nodig om de componenten op hun plaats te houden. Dit frame is gewoonlijk vrij robuust, zodat het de aanvullende elementen van het elektromechanische relais stevig kan dragen zonder relatieve beweging.
• Spoel: Een spoel gewikkeld om een ijzeren kern om de magnetische aantrekkingskracht te vergroten is nodig. De draadspoel veroorzaakt bij het inschakelen van de stroom een elektromagnetisch veld, waardoor het anker wordt aangetrokken.
• Armatuur: Dit is het bewegende deel van het relais. Dit element van het relais opent en sluit de contacten en het heeft een ferromagnetisch metaal dat door de elektromagneet wordt aangetrokken. Aan de assemblage is een veer bevestigd die het anker in zijn oorspronkelijke positie terugbrengt.
• Contacten: De contacten worden bediend door de werking van de beweging van het anker. Sommige van de elektrische schakelcontacten kunnen het circuit sluiten wanneer het relais wordt geactiveerd, terwijl andere een circuit kunnen openen. Deze zijn bekend als normaal open en normaal gesloten.

Relais ontwerpen heeft met een aantal aspecten te maken. Het is een essentieel element van het ontwerp om de vereiste magnetische flux te verkrijgen om het anker voldoende snel aan te trekken, zonder bovenmatige stroom te verbruiken. Ook moet ervoor worden gezorgd dat het relais snel kan openen zodra de bekrachtigingsstroom wordt verwijderd. De magnetische retentie in de materialen moet laag zijn.

Wanneer een stroom door de spoel vloeit, wordt een elektromagnetisch veld opgewekt. Het veld trekt een ijzeren anker aan, waarvan het andere uiteinde de contacten tegen elkaar duwt, waardoor de stroomkring wordt voltooid. Wanneer de stroom wordt uitgeschakeld, gaan de contacten weer open, waardoor de stroomkring wordt verbroken.

Wanneer elektromechanische relais worden gespecificeerd, zal men zien dat de elektrische schakelcontacten er in verschillende formaten zijn. Net als gewone elektrische schakelaars, worden elektromechanische relais gedefinieerd in termen van pauzes, polen en worpen die het apparaat heeft.

• Pauze: Terwijl een aantal van de termen die op elektromechanische relais worden toegepast ook van toepassing zijn op elektrische schakelaars met een laag vermogen, is deze meer van toepassing op schakelingen met een hoger vermogen. Het is het aantal afzonderlijke plaatsen of contacten waar een schakelaar wordt gebruikt om een enkel elektrisch circuit te openen of te sluiten.
  Alle relais zijn ofwel enkel onderbrekend ofwel dubbel onderbrekend. Een single break, SB contact verbreekt een elektrisch circuit op slechts één plaats. Zoals de naam al aangeeft, verbreekt een dubbel onderbrekingscontact (DB) de stroomkring op twee plaatsen.
  Een enkel onderbrekingscontact wordt gewoonlijk gebruikt bij het schakelen van apparaten met een lager vermogen, mogelijk elektronische circuits of elektrische schakeltoepassingen met een laag vermogen. Dubbel onderbrekingscontacten worden gebruikt voor het elektrisch schakelen van apparaten met een hoog vermogen. Als een van de contacten blijft hangen, dan zal de andere waarschijnlijk nog steeds schakelen en de stroomkring verbreken.
• Pool: Het aantal polen dat een elektrische schakelaar bezit is het aantal verschillende sets van schakelcontacten die het heeft. Een enkelpolige schakelaar kan slechts één stroomkring schakelen, terwijl een dubbelpolige schakelaar twee verschillende en geïsoleerde stroomkringen tegelijk kan schakelen. Een enkelpolige schakelaar wordt vaak aangeduid met de letters SP, en een dubbelpolige met DP. Relais kunnen één, twee of meer polen hebben.
• Puls: Het aantal worpen op een elektrische schakelaar is het aantal posities dat beschikbaar is. Voor een elektromechanisch relais zijn er gewoonlijk slechts één of twee worpen. Een relais met één worp maakt en verbreekt een stroomkring, terwijl een relais met twee worpen als omschakelaar fungeert en een verbinding van het ene eindpunt naar het andere leidt. Single throw en double throw worden vaak aangeduid met de letters ST en DT.

In een specificatie van een elektrisch relais kan bijvoorbeeld sprake zijn van single pole, single throw: SPST of een kan worden beschreven als dubbelpolig single throw: DPST, enz. Deze termen maken het mogelijk het aantal sets van schakelaarcontacten en of ze een open / dicht of dat ze een change-over functie.

Elektromechanische relaiscontacten

Om een betrouwbare service te bieden en om de levensduur van het relais te maximaliseren. Voor de contacten worden verschillende materialen gebruikt om ervoor te zorgen dat ze goed functioneren voor het beoogde gebruik.

Een van de problemen die zich met de contacten voordoen, is dat er putvorming optreedt – meestal heeft materiaal de neiging zich op te hopen in het midden van een contact, terwijl er materiaalverlies optreedt bij het andere contact, waar een “put” ontstaat. Dit is één van de belangrijkste oorzaken van contactmislukking en komt vooral voor waar vonken worden gegenereerd.

Verschillende relais hebben verschillende types van materiaal dat voor de schakelaarcontacten wordt gebruikt afhankelijk van de toepassingen en de vereiste prestaties. Er zijn vele klaar die kunnen worden gebruikt, zijn enkele van de meer gebruikte hieronder vermeld met hun attributes.

• Silver: In vele opzichten is zilver een van de beste materialen voor algemene doeleinden voor relaiscontacten die een hoog geleidingsvermogen hebben. Het is echter onderhevig aan een proces van sulfidatie dat uiteraard afhankelijk is van de atmosfeer waarin het relais werkt – in stedelijke gebieden is dit proces veel hoger. Dit proces veroorzaakt een dunne film op het oppervlak met een verminderd geleidingsvermogen, hoewel een grotere impact op het contact bij het sluiten van het relais dit kan doorbreken. De film kan ook aanleiding geven tot een interfacespanning van enkele tienden van een volt, die de prestaties voor sommige toepassingen kan beïnvloeden
• Zilvernikkel: Dit type contact werd ontwikkeld om de effecten van pitting te verminderen. Het zilveren contact wordt gelegeerd met nikkel om het een fijne korrelstructuur te geven en dientengevolge komt de materiaaloverdracht gelijkmatiger over de volledige oppervlakte van het contact resulterend in langere levensduur voor.
• Zilver cadmium oxide: Contacten gemaakt met behulp van zilver cadmium oxide kan niet de zeer hoge geleidbaarheid van fijn zilver contacten evenaren, maar ze bieden wel een verhoogde weerstand tegen materiaal overdracht en contact verlies als gevolg van vonkvorming. Dit betekent dat deze contacten typisch langer zullen duren dan die van een zilveren contact onder dezelfde omstandigheden.
• Goud: Het hoge geleidingsvermogen en het feit dat het niet oxideert betekent dat goud ideaal is voor vele schakeltoepassingen. Het wordt alleen gebruikt voor zwakstroomschakelingen omdat het niet bijzonder robuust is. Typisch wordt goudflashing gebruikt om de kosten te drukken en als gevolg van de lage sulfidatieniveaus blijven de contacten gedurende lange perioden in goede staat. Een probleem met relais is dat als zij enige tijd niet worden gebruikt de contactweerstand kan toenemen – dit doet zich niet voor met goud.
• Wolfraam: Wolfraam wordt gebruikt in relais die bedoeld zijn voor hoogspanningstoepassingen. Met een hoog smeltpunt van meer dan 3380 ° C het heeft uitstekende boog-erosie weerstand die nodig is voor dit type van schakelen.
• Kwik: Kwik wordt gebruikt in een speciaal type reed-relais genaamd een kwik bevochtigd reed-relais. Het heeft een goed elektrisch geleidingsvermogen en omdat het een vloeistof is, is er geen pitting die wordt veroorzaakt door de overdracht van materiaal tussen de contacten. Nadat de schakelcontacten zijn geopend, keert het kwik terug naar de kwikplas die voor dit type relais nodig is en wordt er nieuw kwik gebruikt voor de volgende schakelactie. Deze actie doet het effect van elke materiaaloverdracht tijdens het schakelen teniet.

Hoewel vele verschillende soorten materiaal en legeringen worden gebruikt, zijn dit de meeste van de algemeen gebruikte contactmaterialen en afwerkingen.

Inschakelbegrenzing ter verbetering van de betrouwbaarheid

Een van de belangrijkste problemen waarmee elektrische schakelsystemen te kampen hebben: zowel elektromechanische relais als solid-state schakelaars, is dat van de inschakelstroom.

Er zijn veel voorbeelden van hoe groot de niveaus van inschakelstroom kunnen zijn. Een eenvoudige gloeilamp voor huishoudelijk gebruik illustreert dit goed. In koude toestand heeft de gloeidraad een lage weerstand, en pas wanneer de lamp opwarmt, vermindert de weerstand. Typisch is dat de inschakelstroom bij het inschakelen tien tot vijftien maal zo groot kan zijn als de constante stroom. Ook al worden tegenwoordig meestal solid-state lampen gebruikt, dit voorbeeld illustreert het punt goed.

Eigenlijk inductieve belastingen zoals motoren en transformatoren, die vaak door elektromechanische relais worden geschakeld, hebben een zeer hoge inschakelstroom. Vaak kan de inschakelstroom gemakkelijk het tienvoudige van de stationaire stroom bedragen, zodat de contacten dienovereenkomstig moeten worden belast.

In veel gebieden wordt een voorziening getroffen om de inschakelstroom op te vangen. Een factor wordt gebruikt waarmee de stationaire stroom wordt vermenigvuldigd om de contactclassificatie te geven. Een tabel met typische vermenigvuldigingsfactoren is hieronder gegeven.

Gebruikelijke vermenigvuldigingsfactoren voor de inschakelstroom van relais
Te schakelen belasting	Vermenigvuldigingsfactor
Fluorescentielampen (AC)	10
Gloeilampen	6
Motoren	6
Weerstandsverhittingselementen	1
Transformatoren	20

Gebruik daarom de onderstaande tabel, als fluorescentielampen moeten worden geschakeld en deze verbruiken normaal 1 A, dan moeten de relaiscontacten op 20 A worden berekend.

Een ander probleem doet zich voor wanneer de stroomkring wordt onderbroken. De back EMF gegenereerd door de inductieve belasting kan gemakkelijk leiden tot vonken die snel kan vernietigen de relaiscontacten.

Methodes zoals het aanbrengen van inrush begrenzers op de belasting die vaak negatieve temperatuurcoëfficiënt weerstanden kan helpen om de inschakelstroom te beperken, en transient suppressors kan helpen beperken de back EMF.

Relay operationele levensduur

Een van de belangrijkste kwesties in verband met elektromechanische relais is dat van het contact levensduur. In tegenstelling tot solid-state relais en elektronische schakelaars slijten de mechanische contacten bij het schakelen en hebben zij een beperkte levensduur.

Voor de levensduur van elektromechanische relais zijn twee cijfers beschikbaar:

• Elektrische levensduurverwachting: De elektrische levensverwachting is het aantal schakelhandelingen dat wordt verricht terwijl de schakeling, d.w.z. de contacten, het vereiste geleidingsniveau leveren. Het is zeer afhankelijk van de toepassing zoals inschakelstroom en vlambogen veroorzaakt door tegengestelde EMF, enz. Veel vermogensrelais hebben een elektrische levensduur van mogelijk 100.000 schakelingen, hoewel dit, zoals gezegd, zeer afhankelijk is van de belasting die wordt geschakeld.
• Mechanische levensverwachting: De mechanische levensverwachting heeft betrekking op de mechanische aspecten van het relais. Het is het aantal mechanische schakelhandelingen dat kan worden verricht ongeacht de elektrische prestaties. Vaak ligt de mechanische levensverwachting van een relais rond de 10.000.000 schakelingen of zelfs veel meer.

Het einde van de levensduur van de contacten treedt in het algemeen op wanneer de contacten blijven kleven of lassen, of wanneer de vonkboog, enz. contactverbranding en materiaaloverdracht heeft veroorzaakt, zodat niet meer voldoende contactweerstand kan worden bereikt. De voorwaarden hiervoor zijn afhankelijk van het relais en de toepassing ervan. De specificaties worden gewoonlijk in het gegevensblad van het relais vermeld.

Voordelen en nadelen van relais

Zoals bij elke technologie zijn er voor- en nadelen verbonden aan het gebruik van elektromechanische relais. Bij het ontwerpen van schakelingen is het noodzakelijk de positieve en negatieve aspecten tegen elkaar af te wegen om de juiste technologie voor een bepaalde schakeling te kiezen.

Soms kan een andere optie zijn die kan worden overwogen wanneer elektrische isolatie tussen twee kringen wordt vereist, een opto-isolator zijn. Deze opto-isolatoren worden vaak ingebouwd in solid-state schakelaars, vaak ook solid-state relais genoemd, zodat een hoge mate van isolatie wordt bereikt. Het gebruik van opto-isolatoren in solid-state schakelaars / solid-state relais zorgt voor een volledige isolatie tussen het ingangs- en uitgangscircuit.

Elektromechanische relais worden al zeer vele jaren gebruikt als elektrische schakelaars en de technologie is goed ingeburgerd. Deze elektromechanische of elektrische relais kunnen tegen een stootje en zijn normaliter relatief tolerant ten aanzien van spanningspieken of -pieken van voorbijgaande aard. In dit opzicht zijn zij beter dan schakelaars in vaste toestand/relais in vaste toestand en hoewel zij sneller slijten, vooral wanneer zij inductieve ladingen schakelen van moeten zij inschakelpieken in hun ladingen tolereren.

Omdat er nu solid-state relais en schakelaars op de markt zijn die een hoge mate van betrouwbaarheid bieden, moeten de opties elektromechanische relais versus solid-state relais zorgvuldig worden overwogen. In sommige gevallen worden oudere relais vervangen door solid state relais, maar in andere gevallen kunnen elektromechanische relais de beste optie bieden..

Meer elektronische componenten:
Resistors Condensatoren Inductoren Kwarts kristallen Diodes Transistor Fototransistor FET Geheugentypes Thyristor Connectors RF connectoren Kleppen / Buizen Batterijen Schakelaars Relais
Terug naar menu Componenten . . .