Rob's web

Home - Techniek - Computer - Arduino microcontroler - Actuator - Relais

Relais

Een relais is een door een elektromagneet bediende schakelaar die een willekeurig aantal schakelcontacten kan openen of sluiten. Ze zijn er in zeer veel verschillende uitvoeringsvormen, zowel wat betreft aantal en functie van de contacten, de functie van het relais zelf, de bevestiging van de aansluitingen, de spoelspanning en de afmetingen ervan. Een relais kan worden toegepast om met behulp van een relatief klein elektrisch vermogen in de spoel van de elektromagneet een hoge spanning of een grote stroom te kunnen schakelen. Daarnaast kan de galvanische scheiding tussen de spoel en de contacten (welke deel uitmaken van twee verschillende elektrische, onderling gescheiden circuits) een belangrijk voordeel zijn. Ook kan de aard van de te schakelen signalen vereisen dat er uitsluitend mechanische contacten worden gebruikt.

Het relais is een eenvoudige doch zeer veelgebruikte component in digitale schakelingen. De laatste decennia hebben elektronische alternatieven zoals de transistor, de FET, de thyristor en de triac een grote opmars beleefd. Elektronische relaisschakelingen met deze componenten worden halfgeleiderrelais genoemd.

Een relais dat gebruikt wordt om grote verbruikers zoals elektromotoren te schakelen wordt ook wel contactor of magneetschakelaar genoemd. In deze gevallen worden er drie fasen geschakeld en wordt er met een stuursignaal drie contacten voor de drie fasen van de motor tegelijk bediend.

Constructie

Schematische voorstelling van een relais met wisselcontact

Een relais bestaat uit een elektromagneet die weer bestaat uit een spoel met hierin een (U-vormige) kern, het anker, een plaatje weekijzer dat aangetrokken wordt door de elektromagneet met hieraan bevestigd een of meer contacten, een of meer vaste contacten en een veermechanisme. Door een passende spanning op de spoel te zetten gaat er een stroom lopen door de elektromagneet en wordt in de kern een magnetisch veld opgewekt, waardoor het anker aangetrokken wordt en de contacten bediend worden. Valt de spanning weg, dan verdwijnt het magnetisch veld en zorgt het veermechanisme ervoor dat het ijzeren anker met de contacten terugkeert in de oorspronkelijke stand (de onbekrachtigde of ruststand).

Voor het aantrekken van het anker is aanzienlijk meer elektrische energie nodig dan voor het naderhand vasthouden van het anker tegen de kern. Dit wordt veroorzaakt door het overwinnen van de veel hogere magnetische weerstand van de luchtspleet. Sommige elektronische besturingen verlagen de spanning na bekrachtiging om energie te besparen.

Voor hoge spanningen worden vacuümrelais gebruikt, de contacten bevinden zich in een gesloten (glazen) ruimte waarin een vacuüm heerst. Bij een spanning van 50 kV is een contactspleet van 1 mm al genoeg om een elektrische overslag tegen te gaan.

De galvanische scheiding of het potentiaalvrij schakelen is in toenemende mate van belang, omdat de voor het relais toegepaste besturingselektronica gevoelig kan zijn voor geïntroduceerde "vreemde" spanningen en inductie.

Schematisch

Door een elektrische spanning op de aansluitingen S1 en S2 van de spoel te zetten zal er door de spoel een stroom gaan lopen, waardoor de U-vormige kern (lichtblauw) gemagnetiseerd wordt. Nu wordt het anker (donkerblauw) naar de kern toe getrokken. Het anker zal de magnetische kring optimaliseren, het magnetisme ondervindt in weekijzer een veel kleinere weerstand dan in lucht. Aan het anker is een moedercontact C (van Common, gemeenschappelijk) bevestigd wat in rust het bovenste verbreekcontact NC (van Normally Closed, in rust gesloten) raakt en in bekrachtigde toestand het onderste maakcontact NO (van Normally Open, in rust geopend), zo wordt de elektrische verbinding tussen C en NC omgeschakeld naar die tussen C en NO. Als de spanning van de spoel wordt afgehaald, valt het anker af en blijft daarna in zijn oorspronkelijke positie, tot de spoel opnieuw wordt bekrachtigd. Het eenvoudigste relais heeft alleen een moedercontact (C) en een maak- (NO) of een verbreek- (NC) contact. De meeste relais hebben ten minste een set met een zogeheten wisselcontact (bestaande uit drie contacten: moedercontact, maakcontact en verbreekcontact). Er zijn relais met wel 12 sets contacten.

Voor gelijkspanningsspoelen maakt het niet uit welke polariteit de aangelegde spanning heeft. In sommige relais is echter een vrijloopdiode over de spoel geïntegreerd, waardoor de polariteit wel vastligt. Voor wisselspanningsspoelen maakt de polariteit niet uit, de kern van deze relais dient echter te zijn opgebouwd uit dunne lagen (gelamelleerde) staalplaat. Deze zijn elektrisch van elkaar geïsoleerd om de wervelstromen in het metaalpakket zoveel mogelijk te beperken.

Uitvoeringen

Relais worden gefabriceerd in vele uitvoeringen die passen bij de specifieke toepassing waarin ze gebruikt moeten worden. Een paar voorbeelden worden hier gegeven:

• Printrelais - Relais met soldeerpennen die door een printplaat worden gestoken en worden vastgesoldeerd.
• SMD-relais - Relais met soldeeraansluitingen dat aan een zijde van een print worden gemonteerd.
• Ω-railrelais - Relais dat op een omegarail (in een schakelkast) wordt geklikt, aansluitingen met schroefcontacten, al dan niet in een voet gestoken.
• Insteekrelais - Relais met vlakke pennen dat in een aansluitvoet worden gestoken, onder meer in auto's toegepast.
• Paneelrelais - Relais met bevestiging voor op een paneel, met soldeer-, schroef- of vlakstekeraansluitingen.

Reed relais in DIP behuizing.

Industriestandaard

De aansluitingen van industriële relais hebben meestal een standaardcodering. De spoelaansluitingen worden met A1 en A2 aangeduid. Bij bistabiele typen kan de tweede spoel met A3 (en eventueel A4) zijn aangeduid. Een stuuringang kan met B1 of B2 worden aangegeven, het eerste wisselcontact met 11, het bijbehorende rustcontact met 12 en het maakcontact met 14. Alle volgende sets hebben nummers die steeds 4 of 10 hoger liggen, dus 15, 16 resp. 18 en 21, 22 resp. 24 enzovoort. Andere coderingen komen ook voor: spoelaansluitingen 13 en 14, wisselcontact 9, 10, 11 resp. 12, rustcontact 1, 2, 3 resp. 4 en maakcontact 5, 6, 7 resp. 8, dit geldt voor relais met maximaal 4 contactsets.

Het aantal contacten wordt wel met vier tekens aangegeven, S voor single, D voor dual, P voor pole en T voor throw. Het eenvoudigste relais is SPST (soms ook: 1P1T): een moedercontact en een maak- of verbreekcontact. DPDT duidt op twee omschakelcontacten en 4PST op vier maak- of verbreekcontacten. Een andere codering maakt gebruik van dezelfde twee eerste letters, aangevuld met NO, NC of CO (van Change Over, wisselcontact). Zo ontstaan bijvoorbeeld SPNO (een maakcontact), DPNC (twee verbreekcontacten) en 4PCO (vier wisselcontacten).

De bekrachtigingsspanning is vaak 24 Vdc of 230 Vac. Andere veel voorkomende spanningen zijn: 3, 5, 6, 12, 48 Vdc en 24, 48 en 115 Vac. Aangezien het plotseling onderbreken van de stroom door een spoel hoge spanningspieken en daarmee storende velden kan genereren, moet de spoel voorzien worden van een vrijloopdiode (voor gelijkspanning) of een RC-filter of varistor (voor wisselspanning). Indien deze stroom door een transistor geschakeld wordt, is de vrijloopdiode letterlijk van levensbelang voor die transistor.

Drie polige relais.

Relais modules

Modules met meerdere relais.

Relais voor het schakelen van hoge stromen tot 30 A.