Relais zijn elektromechanische apparaten die functioneren als schakelaars en werken volgens het principe van elektromagnetische aantrekking om elektrische circuits te besturen en signalen met een laag vermogen mogelijk te maken om systemen met een hoog vermogen veilig en efficiënt te beheren.
Structuur en symbolen van relais
Krediet aan OMRON
Elektromagnetische relais bestaan uit drie hoofdcomponenten: een elektromagnetische spoel, een beweegbaar anker en contacten. De spoel, meestal gemaakt van geïsoleerd draad gewikkeld rond een ijzeren kern, genereert een magnetisch veld wanneer het onder spanning wordt gezet. Het anker, een beweegbaar ijzeren onderdeel, wordt aangetrokken door dit magnetische veld, waardoor de toestand van het relais verandert.
Relaissymbolen in elektrische schema's vertegenwoordigen deze componenten en hun functies:
- Spoel symbolen: Vaak afgebeeld als een cirkel of ovaal met twee uiteinden.
- Contactsymbolen: Weergegeven als lijnen die open (normally open, NO) of gesloten (normally closed, NC) kunnen zijn.
- Armatuur: Weergegeven door een lijn die de spoel met de contacten verbindt.
Gebruikelijke relaissymbolen zijn onder andere:
- SPST (Single Pole Single Throw): Eén schakelbaar contact.
- SPDT (Single Pole Double Throw): Eén schakelbaar contact met twee mogelijke posities.
- DPST/DPDT: Dubbelpolige versies met twee sets contacten.
Met deze gestandaardiseerde symbolen kunnen technici snel de configuraties van relais in schakelschema's begrijpen, waardoor het ontwerpen en oplossen van problemen met elektrische systemen efficiënter verloopt.
Relais Werkingsprincipe
Het werkingsprincipe van een relais draait om de wisselwerking tussen elektrische en magnetische velden. Wanneer er stroom door de spoel van het relais loopt, genereert dit een magnetisch veld dat een beweegbaar anker aantrekt. Dit anker is verbonden met een of meer contacten die elektrische circuits openen of sluiten, afhankelijk van de configuratie van het relais. Het proces omvat:
- De spoel bekrachtigen met een elektrisch signaal
- Creatie van een magnetisch veld rond de spoel
- Beweging van het anker door magnetische aantrekking
- Schakelen van contacten om het circuit te regelen
- Het spanningsloos maken van de spoel zorgt ervoor dat het anker terugkeert naar zijn oorspronkelijke positie, vaak geholpen door een veermechanisme.
Dankzij dit eenvoudige maar effectieve mechanisme kunnen relais fungeren als tussenschakel tussen regelcircuits met laag vermogen en belastingscircuits met hoog vermogen, waardoor ze van onschatbare waarde zijn in diverse elektrische en elektronische toepassingen.
Elektromagnetisch aantrekkingsmechanisme
Het hart van de werking van een relais wordt gevormd door elektromagnetische aantrekkingskracht, die de basis vormt voor het schakelmechanisme. Wanneer een elektrische stroom door de spoel van het relais loopt, genereert dit een magnetisch veld dat kracht uitoefent op een beweegbaar anker. Dit anker is mechanisch verbonden met de contacten van het relais, waardoor ze openen of sluiten, afhankelijk van de configuratie van het relais. De sterkte van het magnetische veld, en dus de kracht die op het anker werkt, is recht evenredig met de stroom die door de spoel vloeit. Wanneer de spoel spanningsloos wordt gemaakt, zorgt een veermechanisme ervoor dat het anker en de contacten terugkeren naar hun oorspronkelijke positie, waardoor het relais wordt gereset. Door dit elegante samenspel van elektrische en mechanische componenten kunnen relais effectief krachtige circuits besturen met signalen met een laag vermogen, waardoor ze essentieel zijn in verschillende toepassingen waar veiligheid en automatisering van het grootste belang zijn.
Normaal open vs gesloten contacten
Relais kunnen worden geconfigureerd met verschillende soorten contacten, voornamelijk Normally Open (NO) en Normally Closed (NC). Bij NO-configuraties blijft het circuit open wanneer het relais niet bekrachtigd is en sluit het wanneer het bekrachtigd wordt. NC-configuraties daarentegen houden het circuit gesloten als het relais niet bekrachtigd is en open als het bekrachtigd is. Dankzij deze veelzijdigheid kunnen relais op maat worden gemaakt voor verschillende toepassingen, zoals het regelen van circuits met een hoog vermogen of het implementeren van veiligheidsmechanismen. De keuze tussen NO- en NC-contacten hangt af van de specifieke vereisten van het systeem, zodat ingenieurs circuits kunnen ontwerpen die op de juiste manier reageren op zowel normale bedrijfsomstandigheden als potentiële storingen.
Belangrijkste functies van relais
Relais hebben meerdere kritieke functies in elektrische systemen, verbeteren de veiligheid en maken geavanceerde besturingsmechanismen mogelijk. Ze fungeren als circuitcontrollers die automatisering in verschillende apparaten mogelijk maken door circuits in en uit te schakelen op basis van besturingssignalen. Daarnaast bieden relais cruciale bescherming door de stroom uit te schakelen wanneer onveilige omstandigheden worden gedetecteerd, waardoor circuits worden beschermd tegen overbelasting.
Deze veelzijdige apparaten faciliteren ook signaalisolatie, waardoor interferentie tussen verschillende circuitsecties wordt voorkomen en apparaten met een laag vermogen, zoals microcontrollers, in staat worden gesteld om belastingen met een hoog vermogen, zoals motoren of verwarmingstoestellen, aan te sturen zonder directe elektrische verbinding. In complexe systemen kunnen relais meerdere besturingssignalen integreren, waardoor geavanceerde automatiserings- en besturingsschema's voor verschillende toepassingen mogelijk worden.
Soorten relais
Relais zijn er in verschillende types, elk ontworpen voor specifieke toepassingen en bedrijfsomstandigheden. Enkele veel voorkomende types zijn:
- Elektromagnetische relais: Het meest basale en meest gebruikte type, dat werkt volgens het principe van elektromagnetische aantrekking.
- Solid-state relais (SSR): Gebruiken halfgeleiders voor het schakelen, waardoor ze sneller werken en een langere levensduur hebben dan elektromagnetische relais.
- Rietrelais: Gebruik een reed-schakelaar in een glazen buis, die bekend staat om zijn hoge schakelsnelheid en lage contactweerstand.
- Relais met tijdvertraging: Bevatten een vertragingsmechanisme voor het activeren of deactiveren van contacten, handig bij sequentiëring en procesregeling.
- Vergrendelende relais: Behouden hun positie nadat de stuurstroom is uitgeschakeld, ideaal voor energiebesparende toepassingen.
Relais worden ook ingedeeld op basis van hun contactconfiguraties, zoals enkelpolig enkelvoudig (SPST), enkelpolig dubbelwandig (SPDT) en dubbelpolig dubbelwandig (DPDT), die elk verschillende schakelmogelijkheden bieden. De keuze van het relaistype hangt af van factoren zoals schakelsnelheid, stroomvereisten, omgevingscondities en de specifieke behoeften van de toepassing.
