Relaisconstructie

Elektriciteit en magnetisme

Een elektrische stroom door een geleider zal magnetische veldlijnen produceren die de geleider omringen. Als die geleider in een spoelvorm is gewikkeld, zal het geproduceerde magnetische veld langs de lengte van de spoel worden georiënteerd. Hoe groter de stroom, hoe groter de sterkte van het magnetische veld, als alle andere factoren gelijk zijn:

Smoorspoelen en magnetische velden

Inductoren reageren tegen stroomveranderingen vanwege de energie die in dit magnetische veld is opgeslagen. Wanneer we een transformator construeren van twee inductorspoelen rond een gemeenschappelijke ijzeren kern, gebruiken we dit veld om energie van de ene spoel naar de andere over te dragen.

Er zijn echter eenvoudigere en directere toepassingen voor elektromagnetische velden dan de toepassingen die we hebben gezien met inductoren en transformatoren.

Het magnetische veld dat wordt geproduceerd door een spoel van stroomvoerende draad kan worden gebruikt om een ​​mechanische kracht uit te oefenen op elk magnetisch object, net zoals we een permanente magneet kunnen gebruiken om magnetische objecten aan te trekken, behalve dat deze magneet (gevormd door de spoel) kan worden aan- of uitgezet door de stroom aan of uit te zetten via de spoel.

Magneten

Als we een magnetisch object in de buurt van zo'n spoel plaatsen om dat object te laten bewegen wanneer we de spoel met elektrische stroom bekrachtigen, hebben we een zogenaamde solenoïde. Het beweegbare magnetische object wordt een anker genoemd en de meeste armaturen kunnen worden verplaatst met gelijkstroom (DC) of wisselstroom (AC) die de spoel bekrachtigt.

De polariteit van het magnetische veld is niet relevant voor het aantrekken van een ijzeren anker. Elektromagneten kunnen worden gebruikt om deurvergrendelingen elektrisch te openen, kleppen te openen of te sluiten, robotarmen te bewegen en zelfs elektrische schakelmechanismen te bedienen. Als er echter een solenoïde wordt gebruikt om een ​​set schakelcontacten te bedienen, hebben we een apparaat dat zo handig is dat het zijn eigen naam verdient:het relais.

Relais

Relais zijn uitermate handig wanneer we een grote hoeveelheid stroom en/of spanning moeten regelen met een klein elektrisch signaal.

De relaisspoel die het magnetische veld produceert, verbruikt mogelijk slechts een fractie van een watt aan vermogen, terwijl de contacten die door dat magnetische veld worden gesloten of geopend, honderden keren zoveel vermogen naar een belasting kunnen geleiden. In feite werkt een relais als een binaire (aan of uit) versterker.

Net als bij transistors, vindt het vermogen van het relais om het ene elektrisch signaal met het andere te besturen toepassing bij de constructie van logische functies. Dit onderwerp wordt in een andere les uitgebreider behandeld. Voorlopig zal het "versterkende" vermogen van het relais worden onderzocht.

In het bovenstaande schema wordt de spoel van het relais bekrachtigd door de laagspanningsbron (12 VDC), terwijl het enkelpolige enkelvoudige worpcontact (SPST) het hoogspanningscircuit (480 VAC) onderbreekt.

Het is vrij waarschijnlijk dat de stroom die nodig is om de relaisspoel te bekrachtigen honderden keren minder zal zijn dan de nominale stroomsterkte van het contact. Typische relaisspoelstromen zijn ver onder 1 ampère, terwijl typische contactwaarden voor industriële relais ten minste 10 ampère zijn.

Relaismontage

Eén relaisspoel/armatuur kan worden gebruikt om meer dan één set contacten te bedienen. Die contacten kunnen normaal open, normaal gesloten of een combinatie van beide zijn.

Net als bij schakelaars is de "normale" toestand van de contacten van een relais die toestand wanneer de spoel spanningsloos is, net zoals je het relais op een plank zou aantreffen, niet aangesloten op een circuit.

Relaiscontacten kunnen open luchtkussens van metaallegering, kwikbuizen of zelfs magnetische rieten zijn, net als bij andere soorten schakelaars. De keuze van contacten in een relais hangt af van dezelfde factoren die de keuze van contacten in andere soorten schakelaars bepalen.

Openluchtcontacten zijn het beste voor toepassingen met hoge stroomsterkte, maar hun neiging tot corrosie en vonken kan in sommige industriële omgevingen problemen veroorzaken. Kwik- en reedcontacten zijn fonkelend en zullen niet corroderen, maar hebben de neiging om beperkt te zijn in de stroomcapaciteit.

Voorbeelden van fysieke relaisapparaten

Hier worden drie kleine relais weergegeven (elk ongeveer 5 cm hoog), geïnstalleerd op een paneel als onderdeel van een elektrisch regelsysteem bij een gemeentelijke waterzuiveringsinstallatie:

De hier getoonde relaiseenheden worden "octal-base" genoemd, omdat ze worden aangesloten op bijpassende stopcontacten, waarbij de elektrische verbindingen zijn vastgezet via acht metalen pinnen op de onderkant van het relais. De schroefklemverbindingen die u op de foto ziet, waar de draden op de relais worden aangesloten, maken in feite deel uit van de socketassemblage, waarin elk relais wordt gestoken.

Dit type constructie vergemakkelijkt het eenvoudig verwijderen en vervangen van het (de) relais(s) in geval van storing.

Andere voordelen van relais

Afgezien van de mogelijkheid om een ​​relatief klein elektrisch signaal een relatief groot elektrisch signaal te laten schakelen, bieden relais ook elektrische isolatie tussen spoel- en contactcircuits. Dit betekent dat het spoelcircuit en de contactcircuits elektrisch van elkaar zijn geïsoleerd.

Het ene circuit kan gelijkstroom en het andere wisselstroom zijn (zoals in het eerder getoonde voorbeeldcircuit), en/of ze kunnen op totaal verschillende spanningsniveaus zijn, over de verbindingen of van verbindingen naar aarde.

Pul-in stroom en drop-out stroom

Hoewel relais in wezen binaire apparaten zijn, die volledig aan of volledig uit zijn, zijn er bedrijfsomstandigheden waarbij hun status onbepaald kan zijn, net als bij logische halfgeleiderpoorten. Om ervoor te zorgen dat een relais het anker positief "intrekt" om het (de) contact(en) te activeren, moet er een bepaalde minimale hoeveelheid stroom door de spoel gaan.

Deze minimale hoeveelheid wordt de intrekstroom genoemd en is analoog aan de minimale ingangsspanning die een logische poort vereist om een ​​"hoge" toestand te garanderen (meestal 2 volt voor TTL, 3,5 volt voor CMOS).

Zodra het anker echter dichter bij het midden van de spoel wordt getrokken, is er minder magnetische veldflux (minder spoelstroom) nodig om het daar te houden. Daarom moet de spoelstroom onder een waarde vallen die aanzienlijk lager is dan de intrekstroom voordat het anker "uitvalt" naar zijn veerbelaste positie en de contacten hun normale toestand hervatten.

Dit stroomniveau wordt de uitvalstroom genoemd en is analoog aan de maximale ingangsspanning die een logische poortingang toelaat om een ​​"lage" toestand te garanderen (meestal 0,8 volt voor TTL, 1,5 volt voor CMOS).

De hysterese, of het verschil tussen in- en uitschakelstromen, resulteert in een werking die vergelijkbaar is met een logische Schmitt-triggerpoort. In- en uitschakelstromen (en spanningen) variëren sterk van relais tot relais en worden gespecificeerd door de fabrikant.

BEOORDELING:

• Een solenoïde is een apparaat dat mechanische beweging produceert door de bekrachtiging van een elektromagneetspoel. Het beweegbare deel van een solenoïde wordt een armatuur genoemd .
• Een estafette is een solenoïde die is ingesteld om schakelcontacten te bedienen wanneer de spoel wordt bekrachtigd.
• Intrekken stroom is de minimale hoeveelheid spoelstroom die nodig is om een ​​solenoïde of relais vanuit zijn "normale" (niet-bekrachtigde) positie te activeren.
• Uitval stroom is de maximale spoelstroom waaronder een bekrachtigd relais terugkeert naar zijn "normale" toestand.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Basis werkblad elektromagnetische relais