Mechanische relais: een basisoverzicht

(Bron afbeelding: Panasonic)

Hier op onze afdeling Applications Engineering worden we ontzettend vaak gebeld door klanten die na het lezen van het gegevensblad voor een relais door de bomen het bos niet meer zien of die een geschikt relais proberen te vinden voor hun toepassing. Dit blog gaat over mechanische relais en de terminologie die hiervoor wordt gebruikt. In een volgend blog zal ik het ook over halfgeleiderrelais gaan hebben.

Laten we beginnen met de basis. Mechanische relais bestaan uit een spoel (elektromagneet) en contacten. De spoel wordt geactiveerd wanneer de juiste spanning erop wordt gezet en er stroom doorheen gaat. Nadat de spoel eenmaal geactiveerd is, oefent hij een kracht uit op het gemeenschappelijke (common - COM) contact dat de spoel beweegt, waardoor hij in verbinding wordt gebracht met het normaal open (NO) contact. Voor een video over hoe dit werkt en een beter zicht op de interne onderdelen zie:

Het voornaamste doel bij het gebruik van een relais is om op afstand hoge stroombelastingen te schakelen, een hoge stroombelasting te regelen met een microcontroller of sensor, een laagspanningsregelcircuit elektrisch te isoleren van het circuit dat het bestuurt enzovoorts.

Een van de problemen waarmee mensen worstelen met betrekking tot relais is de terminologie. Hieronder heb ik enkele van de meest karakteristieke termen bij elkaar gezet en uitgelegd op welk onderdeel van het relais ze betrekking hebben.

De eerste termen op de lijst hebben betrekking op de spoel of ingang

Spoelspanning (‘Nominale spoelspanning’): dit is de nominale spanning die de spoel op grond van het ontwerp kan accepteren.

Spoelstroom (‘Nominale spoelstroom’): dit is de waarde van de stroom die door de spoel behoort te gaan wanneer de juiste spoelspanning wordt uitgeoefend.

Aanspreekspanning: dit is de minimumspanning die de spoel nodig heeft opdat alle contacten functioneren.

Afvalspanning: dit is de maximale spanningsdrempel waarbij alle contacten naar hun niet-aangesproken status teruggaan.

Spoeltype (‘Spoelbenaming’): er bestaan twee spoeltypes; vergrendelend en niet-vergrendelend.

• Niet-vergrendelend zal alleen actief worden wanneer er een stroom is, en teruggaan naar de ruststand wanneer er geen stroom meer is. Bijv. SPST-NO contacten zullen dichtgaan wanneer er een stroom wordt uitgeoefend en open wanneer de stroom er niet meer is.
• Vergrendelend schakelt om naar de ingestelde positie zodra de stroom begint te stromen en blijft ook geactiveerd nadat de stroom is weggehaald. De enige manier om terug te gaan naar de resetstand is door de stroom om te keren.

(Bron afbeelding: KEMET)

Bovenstaande afbeelding toont eerst het niet-vergrendelende relais, dat, zoals u kunt zien, geen set/reset voor de spoel heeft. Het tweede artikel is een vergrendelend relais met enkele spoel met positieve polariteit op pin 1 en negatief op pin 12 voor set van de spoel en negatief op pin 1 en positief op pin 12 voor reset van de spoel. Het derde artikel is een vergrendelend relais met dubbele spoel dat gelijk is aan het vergrendelende relais met enkele spoel met uitzondering van het feit dat de tweede spoel voor de reset is.

Maximaal toegepaste spanning: dit is de door de fabrikant bepaalde maximumspanning die voor langere periodes kan worden uitgeoefend op de spoel zonder schade of falen te veroorzaken. Sommige fabrikanten geven wat tolerantie om spanningspieken van een zekere duur toe te laten.

De volgende termen hebben betrekking op de contacten of uitgang.

Contactvorm: dit heeft betrekking op de polen en wegen in het schakelgedeelte van het relais. De terminologie is hetzelfde voor schakelaars. De pool is de ingang van de schakelaar. Het aantal polen bepaalt hoeveel afzonderlijke circuits de schakelaar kan aansturen. De weg is de uitgang van een schakelaar. SPST (single-pole single-throw - eenpolig eenwegs) is de meest eenvoudige contactvorm. Een ingang, een uitgang. De uitgangen kunnen NO (normaal open) of NC (normaal gesloten) zijn. (Bijv. Een SPST-NO relais zal alleen de uitgang activeren en het circuit compleet maken zolang de spoel bekrachtigd is, anders blijft hij open tot hij geactiveerd wordt.) SPDT (single-pole double-throw- eenpolig tweewegs) heeft een ingang en twee uitgangen. DPST (double-pole single-throw - tweepolig eenwegs) is twee SPST's in één. Er bestaan nog veel meer combinaties van polen en wegen, maar bovenstaande voorbeelden hebben het concept hopelijk duidelijk gemaakt.

(Bron afbeelding: DigiKey)

Schakelspanning: dit kan worden omschreven als de maximale schakelspanning (de hoogste spanning die het contact veilig kan schakelen zonder schade) of nominale spanning (de spanning die de voorkeur verdient en waarop de levensduurverwachting gebaseerd is).

Nominale contactstroom: dit is de max. stroom die veilig door de contacten kan worden geschakeld. Het is beter om een hogere nominale stroom te kiezen waardoor de contacten minder worden belast.

Hieronder volgt een aantal elektrische of mechanische termen.

Releasetijd (‘Resettijd’): de tijd dat de contacten erover doen om terug te gaan naar de normale status nadat de stroom van de spoel is gehaald.

Contactterugslag: de tijd (ms) die verloren gaat gedurende het schakelen door botsing van de metalen onderdelen.

Mechanische levensduur: dit is het minimumaantal keren dat het relais wordt verwacht te werken onder normale bedrijfsomstandigheden, zoals gedefinieerd door de fabrikant.

Mechanische relais zijn in feite heel simpel, maar kunnen voor verwarring zorgen als je er niet vertrouwd mee bent. Hopelijk heb je wat aan dit blog de volgende keer dat je een relais nodig hebt voor een project.