Elektromagnetisch relais

Introductie

Relais zijn te vinden in bijna elke machine met een elektrisch systeem.

Van huishoudelijke apparaten zoals wasmachines en koelkasten tot industriële toepassingen zoals brandstofpompen, motorbesturing en nog veel meer. Relais worden gebruikt om hoogspannings- en hoogstroomapparaten te besturen.

In dit artikel gaan we dieper in op: elektromagnetische relais, hun werkingsprincipe, kenmerken en het type relais dat wordt aangetroffen in industriële automatiseringstoepassingen.

Wat is een elektromagnetisch relais?

Een elektromagnetisch relais is een schakelapparaat dat een magneet gebruikt om de schakelaar aan of uit te zetten. Ze behoren tot de categorie van elektromechanische apparaten. 

Elektromechanische apparaten gebruiken fysieke contacten om de uitgangen te schakelen. Door de bewegingen die in de schakelaar plaatsvinden, hebben ze tijdens het gebruik een karakteristiek 'tikkend' geluid.

Relais worden gebruikt om een ​​grotere elektrische belasting te regelen met een klein ingangssignaal. De invoer van een kleine drukknop kan bijvoorbeeld een relais activeren en daarmee een grote inductiemotor aansturen; waarbij de drukknop alleen niet voldoende is om de motor direct aan/uit te zetten.

Een relais bestaat in feite uit een spoel en een set verende bewegende contacten. Er zijn meerdere soorten relais op basis van hun constructie en werking. Laten we eens kijken naar de basisfunctionaliteit van een elektromagnetisch relais.

Hoe werken elektromagnetische relais?

Er zijn veel soorten relais. Laten we, vanwege de eenvoud van constructie, eens kijken naar de aangetrokken ankertype relais en hoe het functioneert. Het onderstaande diagram toont de typische constructie van een dergelijk relais, dat een enkelpolige dubbele worp (SPDT)-configuratie heeft.

De belangrijkste componenten van een relais zijn de solenoïde/elektromagneet, anker-veer montage en contacten. Laten we het hebben over hun individuele taken en hoe ze samenwerken om als schakelaar te fungeren.

De solenoïde (ook bekend als de elektromagneet) is een koperen spoel die rond een ferromagnetisch materiaal is gewikkeld. Dit is meestal een solide ijzeren kern. Wanneer er een spanning op de spoel wordt gezet, wordt er een magnetisch veld rond de spoel gegenereerd.

De ijzeren kern concentreert dit magnetische veld om een ​​magneet te worden totdat de spanning naar de spoel is verwijderd.

Elektromagneten werken meestal met gelijkstroom en zijn niet compatibel met wisselstroombronnen. Er zijn echter ook AC-gestuurde relais beschikbaar.

AC-relais hebben een extra component in de elektromagneet genaamd 'shading ring'. Dit voorkomt dat de elektromagneet demagnetiseert wanneer de AC-voeding het nulpunt passeert. Daarom kan het anker aangetrokken blijven door de elektromagneet zolang de spoel is ingeschakeld.

Het anker-veersamenstel is het bewegende onderdeel dat zich in een relais bevindt. Het anker is zo gepositioneerd dat wanneer de elektromagneet wordt ingeschakeld, het het anker naar zich toe kan afbuigen.

Er is een terugstelveer aanwezig om ervoor te zorgen dat het anker terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie wanneer de spoel niet is ingeschakeld. Het anker is geleidend omdat het de schakelstroom van de gemeenschappelijke terminal naar de uitgangsterminals moet voeren.

De contacten zijn de volgende belangrijkste en meest misbruikte onderdelen in een relais. Bij het schakelen van een belasting verplaatst het anker de contacten tussen de stationaire contacten. Hierdoor ontstaan ​​vonken. Als de geschakelde belasting een sterk inductieve belasting is, zoals een motor, kunnen soms ook bogen worden gezien.

Daarom is het contactmateriaal geselecteerd om bestand te zijn tegen de elektrische corrosie. Meestal zijn ze gemaakt van zilvernikkel, zilvercadmiumoxide en zilvertinoxide.

Zodra de spoel wordt bekrachtigd, wordt de elektromagneet geactiveerd. Hierdoor wordt het anker aangetrokken naar de elektromagneet, die op zijn beurt de verbinding maakt tussen het gemeenschappelijke contact en het normaal open contact.

Tegelijkertijd wordt de verbinding tussen normaal gesloten contact en het gemeenschappelijke contact verbroken.

Er zijn verschillende soorten elektromagnetische relais beschikbaar. Sommige worden gebruikt om zware lasten te controleren, terwijl andere voornamelijk worden gebruikt als beveiligingsinrichtingen.

Elektromagnetische relaistypen

• Aangetrokken ankertype relais
  • Aangetrokken relais van het ankertype is het eenvoudigste type elektromagnetische relais. Er zijn twee soorten aangetrokken ankerrelais: scharnierend anker en type zuiger. Type scharnierend anker is de meest voorkomende.

• Wanneer de spoel wordt bekrachtigd, zijn de contacten verbroken/gesloten, afhankelijk van de normaal open/dicht-uitgangsmodus. 
• Relais van het aangetrokken ankertype werken normaal gesproken met gelijkstroom en wanneer ze eenmaal zijn geactiveerd, keren de contacten niet terug naar hun oorspronkelijke positie. Ze moeten handmatig worden gereset.
• Elektromagnetische relais van het aangetrokken ankertype worden in veiligheidsapparatuur aangetroffen als overstroom-, overspannings- en onderspanningsbeveiligingsrelais en worden soms ook als hulprelais gebruikt.

• Inductieschijf type relais:
  • Volgens het principe van elektromagnetische inductie en Het principe van Ferrari, inductieschijfrelais worden voornamelijk gebruikt als beveiligingsrelais in AC-systemen.
  • Wanneer bekrachtigd, begint de schijf in het relais te draaien. Het bewegende contact roteert ook met de schijf en kan in contact komen met het veldcontact, waardoor het circuit wordt voltooid. Door het relais uit te schakelen, draait de veer de schijf in de tegenovergestelde richting en keert terug naar het beginpunt.

• Relais van het inductieschijftype is speciaal ontworpen om te werken met AC-systemen en werkt niet met continue DC-voedingen.

• Relais van het type inductiebeker
  • Relais van het inductiekoptype zijn vergelijkbaar met de relais van het inductieschijftype. Het belangrijkste verschil is dat bij het type inductiebeker de roterende schijf in het schijftype relais wordt vervangen door een C-vormige aluminium beker. Dit vermindert de schijftraagheid en maakt een snellere werking mogelijk.

• Relais van het inductiekoptype worden gebruikt in toepassingen met hoge snelheid, zoals richtings- of fasevergelijkingstoepassingen. Dit is mogelijk door hun hoge gevoeligheid, trillingsstabiliteit en lagere traagheid.
• Er zijn twee hoofdtypen relais van het type inductiebeker: reactantie- of Mho-type relais (voor het meten van reactantie in circuits), richtings- of vermogensrelais (leveren maximaal koppel om contacten te activeren bij foutcondities).

• Gebalanceerd straaltype relais
  • Elektromagnetische relais van het gebalanceerde straaltype zijn ook een type aangetrokken ankerrelais. Ze hebben een scharnier dat in het midden van het anker is geplaatst in plaats van aan een uiteinde. De twee uiteinden hebben onafhankelijke elektromagneten, waarvan de ene het vasthoud- / vasthoudkoppel (links) en de andere het bedieningskoppel (rechts) levert.

• Tijdens normaal bedrijf is de aantrekkingskracht die wordt gegenereerd door de vasthoudende elektromagneet voldoende om het anker erdoor aangetrokken te houden. Op zijn punt wordt het veld van de bedieningsspoel erdoor tenietgedaan. Bij een foutconditie waarbij de bedrijfsstroom hoog is, wordt de aantrekkingskracht van de werkende elektromagneet groter dan de vasthoudende elektromagneet. Dit dwingt de straal om af te buigen en maakt contact met de contacten van het uitschakelcircuit.
• Deze relais zijn over het algemeen sneller, maar eventuele DC-transiënten (pieken) kunnen ze ook activeren. Daarom worden deze relais niet vaak gebruikt.

• Relais van het bewegende spoeltype:
  • Onder de familie van elektromagnetische relais zijn relais met bewegende spoel het meest gevoelig. Ze worden gebruikt in toepassingen voor afstands- en differentiële bescherming vanwege hun hoge gevoeligheid en werken alleen met DC-systemen. Voor AC-systemen kunnen ze achteraf worden ingebouwd met behulp van extra gelijkrichtercircuits.

• In dit type relais kan de bewegende spoel van het type zijn: axiaal of roterend. Het axiale type heeft tweemaal de gevoeligheid dan het roterende type. De spoel wordt om het bewegende deel (spil) gewikkeld zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding. Door stroom door de spoel aan te brengen, gaat deze roteren vanwege de afstoting die wordt veroorzaakt door de polen in de permanente magneet. De rotatie zorgt ervoor dat het bewegende contact de contacten van het uitschakelcircuit sluit.

• Gepolariseerd relais van het type bewegend ijzer
  • Gepolariseerde relais hebben, zoals de naam al doet vermoeden, een gepolariseerde spoel. Dit houdt in dat het relais alleen werkt met een bepaalde polariteit van de spanning die op de spoel wordt toegepast. Dit type relais wordt vooral aangetroffen in zeer gevoelige toepassingen waarbij de systemen op gelijkstroomvoedingen werken. 
  • De constructie van deze relais is vergelijkbaar met de relais van het type met bewegende spoel, maar polariserende relais bevatten ook permanente magneten om de polariteit in de spoel te introduceren.

Elektromagnetisch relaissymbool

Elektromagnetische relais worden op tal van manieren weergegeven in elektrische schema's. Sommige bevatten generieke symbolen en sommige diagrammen kunnen complexe symbolen bevatten, die het activeringstype en het aantal polen/uitgangen van de relais aangeven. Laten we eens kijken naar enkele van de meest voorkomende relaissymbolen in elektrische tekeningen.

• Relais – Solenoïde bediend – SPST
  • Dit relais heeft slechts één maak- of verbreekcontact. Het linkergedeelte vertegenwoordigt de spoel, terwijl het rechtergedeelte de twee contacten van de schakelaar vertegenwoordigt. Soms wordt de spoel weergegeven zoals weergegeven in de rechter afbeelding. SPST-relais hebben 4 pinnen.

• Relais – SPDT – Enkelpolige dubbele worp
  • Dit relais is vergelijkbaar met het SPST-model, maar heeft twee uitgangen. Hoewel niet actief, is de COM-ingang verbonden met de NC-uitgang. Bij bekrachtiging verbreekt het relais het contact met de NC en sluit het contact met de NO-uitgang. Het heeft in totaal 5 pinnen.

• Relais – DPST – Dubbelpolige enkele worp
  • Dit relais heeft twee, geïsoleerde schakelaars die voor twee verschillende taken kunnen worden gebruikt. Het heeft 6 pinnen inclusief de 2 pinnen voor de spoel.

Afhankelijk van het aantal pinnen, het aantal polen/worpen en de technologie, worden er tal van andere standaardsymbolen gebruikt in elektrische tekeningen. Electrical-symbols heeft een uitgebreide handleiding over deze symbolen op hun: van de.

Elektromagnetische relaistoepassingen

Elektromagnetische relais worden gebruikt waar grote elektrische belastingen met een klein signaal moeten worden geschakeld. Relais worden ook gebruikt om elektrische isolatie te bieden tussen hoogspannings- en laagspanningssystemen om laagspanningssystemen en de gebruikers te beschermen.

Relais vinden hun toepassingen in,

• Automobiles
  • Brandstofpomp, claxons, startmotoren, windschermadders 
• Domotica
  • Toegangscontrolesystemen, liften, bedieningspanelen
• Industriële automatie
  • Motorcontrollers, lichtcontrollers, stroomverdeling en schakelen
• Huishoudelijke elektrische apparaten
  • Ovens, wasmachines, AC-units voor binnen/buiten

En nog veel meer.

Hoe lang gaat een elektromagnetisch relais mee?

Omdat relais bewegende delen bevatten en voortdurend worden aangesloten/losgekoppeld, hebben ze een relatief kortere levensduur dan hun solid-state tegenhangers.

Meestal zijn de contacten het eerste onderdeel van een relais dat faalt. Volgens FDA, hebben relais een levensduur van 100,000 handelingen voor hun contacten en in totaal 10 miljoen handelingen. 

Als de relais echter constant zwaar worden belast, kan hun levensduur veel lager zijn. Als een relais bijvoorbeeld wordt gebruikt om belastingen te schakelen die veel hoger zijn dan de nominale waarde, kunnen de contacten sneller degraderen en uiteindelijk samensmelten, waardoor een gevaarlijke situatie ontstaat.

Een elektromagnetisch relais testen

Elektromagnetische relais kunnen worden getest met behulp van een belasting- of multimeter. De procedure om een ​​relais te controleren met behulp van de multimeter is als volgt:

1. Stel de multimetermodus in op: continuïteit/zoemer modus. Sluit de sondes aan op de spoelklemmen van het relais. Als de zoemer gaat, is de spoel in orde en functioneel.

Het testen van de spoel kan ook met de weerstandsmeetmodus. Een functionele spoel heeft een weerstand van ongeveer 10-500 Ohm.

1. Sluit de sondes aan op de NO- en COM-aansluitingen. Op dit punt, de zoemer mag niet bellen. Als de zoemer gaat, is het relais defect. 
2. Sluit op dezelfde manier de sondes aan op de NC- en COM-aansluitingen. de zoemer moet nu overgaan (als de meter in de weerstandsmodus staat, moet deze 0 Ohm aangeven.). Als dit niet het geval is, betekent dit dat het relais defect is.

Hoeveel pinnen heeft een elektromagnetisch relais?

Elektromagnetische relais zijn er in alle verschillende soorten en maten. Afhankelijk van hun configuratie kunnen relais een aantal pinnen hebben van 4, 5, 8 en soms zelfs meer. Er zijn een paar configuraties van relais die algemeen verkrijgbaar zijn:

• SPST – Enkele paal, enkele worp
• SPDT – Enkelpolige dubbele worp
• DPST – Dubbelpolige enkele worp
• DPDT – Dubbelpolige dubbele worp

Naast de contactklemmen zijn er nog twee extra klemmen die op de spoel worden aangesloten.

Conclusie

Elektromagnetische relais zijn een van de meest voorkomende soorten schakelelementen in automatiseringssystemen. Ze worden gebruikt om hoogspannings- en hoge stroombelastingen te regelen met behulp van signalen met een lagere spanning.

Relais worden gebruikt als zowel schakelaars als veiligheidsvoorzieningen. Als alternatief zijn er solid-state relais die elektromechanische relais kunnen vervangen, die robuuster en duurzamer zijn.