Ein Relais ist ein elektronisch betriebener Schalter, der von einem Elektromagneten fernbetätigt wird, der einen Kontaktsatz anzieht, um einen Schaltkreis zu schließen oder zu öffnen. Elektrische Relais werden häufig zum Schalten von Signalen, Hochfrequenzen, Hochstromschaltungen (bei Verwendung einer Niederstromschaltung) und Lasten wie Widerstands-, Motor-, Lampen-, induktiven und kapazitiven Anwendungen verwendet. Dies ist hilfreich, wenn ein Reihenschalter oder eine vorhandene Schaltung nicht über die Kapazität verfügt, den erforderlichen Strom zu verarbeiten.
Relais-Funktionen
- Galvanische Trennung von Primärkreis oder Ansteuerkreis und Lastkreisen
- Single-Input-/Multiple-Output-Fähigkeit
- Trennung verschiedener Lastkreise für mehrpolige Relais
- Trennung von AC- und DC-Schaltungen
- Schnittstelle zwischen elektronischen und Netzstromkreisen
- Mehrere Schaltvorgänge – z. B. Zeitverzögerung und Signalzustand
- Dient als Verstärker
TE fertigt verschiedenste Relaistypen, darunter Kfz-Relais wie Hochvolt-Relais für Kraftfahrzeuge, Hochstromrelais für Kraftfahrzeuge, selbsthaltende (bistabile) Relais und nicht selbsthaltende (monostabile) Relais, Steckrelais, Leistungsrelais, Hochfrequenzrelais, Reed-Relais, Zeitschalter-Relais, Signalrelais, Schutzrelais, Allzweckrelais, EMR-Relais (elektromechanische Relais) und Halbleiterrelais, auch bekannt als SSRs oder SSR-Relais.
Neben vielen anderen Anwendungen werden unsere EMR-Relais normalerweise zur elektrischen Isolation, zur Steuerung der Stromversorgung in Fertigungs- und Transportanwendungen sowie zum Schalten kleinerer Ströme in einem Regelkreis, z. B. in der Gebäudeautomationstechnik und Schalttafeln, eingesetzt.
Unsere Umschaltrelais werden von den folgenden Marken angeboten: AGASTAT, Axicom, CII, DRI Relays (DRI), HARTMAN, KILOVAC, KISSLING, OEG, Potter and Brumfield und SCHRACK.
Wie funktioniert ein Relais?
Relais basieren immer auf denselben Teilsystemen und Funktionsprinzipien, unabhängig davon, ob es sich um elektromechanische Relais oder elektronische Relais handelt oder ob sie zum Schalten von Signal- oder Hochleistungslasten ausgelegt sind. Relais wandeln ein elektrisches Eingangssignal auf der Primärseite in ein Zwischen- und nicht-elektrisches physikalisches Signal um. Diese Geräte wandeln auch das nicht-elektrische physikalische Signal erneut um, um ein Schaltelement (Sekundärseite) z. B. Kontakte zu betätigen, die elektrischen Strom (d. h. Leistungs-, Laststrom) schalten und leiten. Relais verwenden das nicht-elektrische Signal zwischen der Primär- und der Sekundärseite, um die notwendige galvanische Trennung zwischen den Eingangs- und Leistungskreisen zu gewährleisten. Relais können mit einem Ausgang mehrere Schaltkreise und Funktionen aktivieren. Dies ermöglicht höhere Kosteneinsparungen, da Hochstrom-Kapazitätsschalter teurer als Niedrigstromversionen sind.
Relais können auch Logikfunktionen an bestimmten Eingängen ausführen, z. B. das Ver- und Entriegeln eines Ausgangs von einem momentanen Eingang aus. Wenn ein Schalter keinen hohen Strom aufnehmen kann oder über eine elektronische Schaltung betrieben wird, kann das Relais über Schalterkreise betrieben werden. Lichtbögen in Kombination mit Kontaktprellungen sind einer der Parameter, die den Einschaltstrom begrenzen. In der Entwicklungs- und Testphase einer Anwendung muss darauf geachtet werden, dass der Einschaltspitzenstrom die Relaisspezifikation nicht überschreitet. Sie benötigen ein Relais für hohen Einschaltstrom, wenn Sie Einschaltströme behandeln müssen, die extrem hoch sein können.
Faktoren für die Qualität und Zuverlässigkeit von Relais
BENUTZERSCHNITTSTELLE
- Auswahl des Relais für die Anwendung
- Elektrische Lastparameter innerhalb der Spezifikationen
- Spulenbetriebsparameter
- Umgebungstemperatur
- Mechanische Beanspruchung
- Klima und Feuchtigkeit
- Verarbeitung während der Montage
HERSTELLERSCHNITTSTELLE
- Auswahl des richtigen Materials
- Geeignetes Design
- Optimaler Fertigungsprozess
- Lagerbedingungen
- Wahl des Transports
Wissenswertes über Signalrelais und Leistungsrelais
Signalrelais schalten Signale, Daten und Sprache bis zu einer Widerstandslast von etwa 2 Ampere. Typische Anwendungen sind Messsysteme, Computerschnittstellen und Telekommunikationsgeräte. Zu Signalrelais gehören Jochrelais, Reed-Relais und Halbleiterrelais. Leistungsrelais können bis zu 600 Volt und 100 Ampere schalten. Diese Relais bieten Hochstromschaltung, die sich mit dem Schaltbereich von Schützen überschneiden kann. Für Allzweck-Leistungsrelais wird eine Steuerungsart verwendet, die als Pulsweitenmodulation (PWM) bezeichnet wird. Das PWM-Schema arbeitet mit einer Festkörpersteuerung und wird normalerweise verwendet, um den Leistungsbedarf des Haltestroms der Relaisspule zu regulieren. Dies wiederum trägt zur Reduzierung der von der Relaisspule abgegebenen Wärme bei. Dieses Schema wird im Allgemeinen für den Wirkungsgrad der Spulenhalteleistung und die Wärmereduzierung der Relaisspule und der Gesamtstruktur verwendet.
Elektromagnetische Relais
Ein elektromagnetisches Relais kann nach der Art des Zwischensignals zwischen der Primärseite und dem Schaltelement klassifiziert werden. Ein vom Eingangssignal erzeugtes Magnetfeld betätigt die mechanischen Kontakte. Beispiele hierfür sind das Standard-Joch-Relais und das Reed-Relais. Das Standard-Joch-Relais besteht aus einer Drahtspule, die um einen weichen Eisenkern, einen Anker und einen oder mehrere Kontaktsätze gewickelt ist. Die Drahtspule erzeugt beim Anlegen von Strom ein elektromagnetisches Feld, wodurch der Anker bewegt wird. Der Anker ist der bewegliche Teil des Relais. Er ist am Joch befestigt und mechanisch mit den beweglichen Kontakten verbunden und kann die Kontakte so öffnen bzw. schließen. Durch eine Feder wird der Anker in seine ursprüngliche Position zurückgezogen. Der Anker wird durch eine Feder an seiner Position gehalten, d. h., wenn das Relais entregt ist, ist ein Luftspalt im Magnetkreis vorhanden.
Elektronische Relais
Elektronische Relais sind in einer Vielzahl von Größen und Typen mit leicht unterschiedlichen Technologien erhältlich, weisen aber alle dasselbe grundlegende Funktionsprinzip auf. Elektronische Relais verwenden elektronische Schalter – z. B. Transistoren, Triacs – als Hauptschaltelement. So kann das Relais einen viel größeren Schaltkreis steuern. Zudem gibt es elektronische Relaistypen, die andere Übertragungsweisen nutzen, z. B. optische, Frequenzmodulation oder kapazitive Effekte. Dazu gehören Optokoppler (auf der Primärseite wird ein optisches Signal durch eine Leuchtdiode übertragen, während ein Phototransistor als Empfänger fungiert und das Schaltelement steuert), thermoelektrische Relais (Eingangsenergie auf primärer Seite erhitzt ein Bimetallteil, das die Kontakte mechanisch betätigt), und Piezo-Relais (Kontakte werden mechanisch durch den piezoelektrischen Effekt betätigt).
EMR-Relais im Vergleich zu SSR-Relais
VERGLEICH DER ALLGEMEINEN FÄHIGKEITEN
Eigenschaften |
EMR |
SSR |
Empfindlichkeitsresistenz gegen Missbrauch oder fehlerhafte Anwendung |
Gut |
Schlecht |
Empfindlich gegen Korrosion, Oxidation oder Verunreinigungen |
Ja |
Nein |
Empfindlich gegen Stöße, Vibrationen oder Beschleunigung |
Ja |
Nein |
Strahlenempfindlichkeit |
Mittelmäßig |
Schlecht |
Gehäuseflexibilität |
Gut |
Mittelmäßig |
Kosten pro Pol |
Am geringsten |
Mittelmäßig |
Eingang TTL & CMOS (Puffer) Kompatibilität |
Mittelmäßig |
Am besten |
Ansprech- und Abfallzeit |
5-20 mS |
25-10 mS |
Kompatibilität mit Military/Aerospace Specs |
Gut |
Schlecht |
Einfache Felerbehebung |
Gut |
Schlecht |
Eingangs/Ausgangs-Isolierfestigkeit |
4 Kv |
>4 Kv |
Normaler Fehlermodus (Ausgang) |
Offen |
Kurzgeschlossen |
Normaler Verschleißmechanismus |
Kontakte |
LED |
Wissenswertes über selbsthaltende und nicht selbsthaltende Relais
Relais können mehrere Kontaktsätze haben, um mehrere Kontakte umzuschalten. Die Kontakte werden durch die Ankerbewegung betätigt und sind Arbeits- oder Ruhekontakte, je nachdem, ob das Relais aktiviert wird oder einen Schaltkreis öffnet. Wenn ein Kontakt bei ruhendem Relais geöffnet wird, wird dies als Schließer (NO) bezeichnet, während bei geschlossenem Kontakt bei ruhendem Relais das Relais als Öffner (NC) bezeichnet wird. NO-Relais sind häufiger als NC-Relais.
Nicht selbsthaltende (monostabile) Relais haben nur eine stabile Position – AUS oder entregte Position. Sie bleiben in diesem entregten Zustand, ohne Strom zu erhalten. Die meisten Leistungsrelais sind monostabile Relais mit einem neutralen Spulensystem. Wenn der Strom durch den Spulenkreis läuft, schaltet das Relais in die entregte Position. Eine interne Spule erzeugt eine magnetische Kraft, die die erregte Position hält. Wenn der Strom abgeschaltet wird, kehrt das Relais in die entregte Position zurück. Aus diesem Grund sind nicht selbsthaltende Relais – auch monostabile Relais genannt – in Drucktastenanwendungen wie Tastaturen und Mikrocontroller-Eingabetasten nützlich. Während selbsthaltende und nicht selbsthaltende Relais in Design und Funktion ähnlich sind, besteht der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Prinzipien darin, dass das selbsthaltende Relais in der Position bleibt, in der es zuletzt mit Strom versorgt wurde, und ein nicht selbsthaltendes Relais in seine normale Position zurückkehrt, sobald der Strom von der Spule entfernt wird.
Selbsthaltende (bistabile) Relais behalten die letzte geschaltete Position nach Unterbrechung des erregenden Stroms durch die Spule bei. Um ein selbsthaltendes Relais zurückzusetzen, muss die Spule gegenerregt werden. Selbsthaltende Relais haben zwei stabile Positionen – EIN und AUS – und behalten die letzte Schaltposition bei. Um den Zustand zu ändern, ist eine Stromversorgung erforderlich. Bistabile Relais bieten zwei Vorteile: Nach dem Umschalten wird null Strom verbraucht, und die Kapazität des Relais, seinen Schaltzustand auch über einen längeren Zeitraum beizubehalten. Da die Relaisspule nicht erregt ist, erzeugt sie keine Wärme, d. h., dass das Relais kühler ist und einen größeren Strombereich aufweist. Bei selbsthaltenden Relais verändern die Kontakte aufgrund des Memory-Effekts ihren Zustand auch bei einem Stromausfall nicht. Selbsthaltende Relais werden in zahlreichen Anwendungen eingesetzt.
Selbsthaltende Relais werden häufig in Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch oder hohen Temperaturen verwendet, bei denen das Anlegen der Spulenspannung über eine lange Zeit aufgrund des Stromverbrauchs oder der Selbsterwärmung der Spule nicht verantwortet werden kann. Anstatt eine kontinuierliche Spannung an die Spule anzulegen, wird sie daher mit kurzen Spannungsimpulsen betrieben. Selbsthaltende Relais ändern die Kontaktposition, wenn eine Spulenspannung angelegt wird, und bleiben in dieser Position, auch wenn die Spannung abgeschaltet wird. (Für den Betrieb eines selbsthaltenden Relais ist der Begriff SET üblich). Zum Zurücksetzen eines selbsthaltenden Relais muss ein weiterer Spannungsimpuls angelegt werden. Erfahren Sie mehr über die beiden grundlegenden Designs für selbsthaltende Relais auf dem Markt: mechanische selbsthaltende Relais und magnetische selbsthaltende Relais.
Was sind Industrierelais?
Ausgelegt für Zuverlässigkeit in rauen Umgebungen
Industrierelais werden fernbetätigt, um den elektrischen Stromfluss zu steuern, indem sie einen Stromkreis entweder unterbrechen oder schließen. Sie funktionieren ähnlich wie Standardrelais, sind aber zusätzlich für den zuverlässigen Betrieb in rauen Industrieumgebungen ausgelegt. Unsere Relais erfüllen die Industrierichtlinien, z. B. Underwriters Laboratory (UL).
Anwendungen von Industrierelais
- Fertigungsstraßen
- Roboter
- Aufzüge
- Schalttafeln
- CNC-Maschinen
- Bewegungssteuerungssysteme
- Beleuchtungs- und Gebäudesysteme
- Solartechnik
- HLK-Anlagen
- Andere sicherheitsrelevante Anwendungen
Andere Relaistypen: ISO-Relais und schlanke Relais.
ISO-Relais werden in der Automobilindustrie normalerweise als Mini-ISO- oder Mikro-ISO-Relais bezeichnet. Sie werden auch als Plug-in-Relais bezeichnet und ihre Faston-Anschlüsse entsprechen den ISO-Spezifikationen. Bei Mini-ISO-Relais wird zudem zwischen dem Mini-ISO-Relais und dem Maxi-ISO-Relais unterschieden, manchmal auch als Power-Mini-Relais bezeichnet. Schlanke Relais werden für Schalttafeln und Bedienpulte mit ca. 6 mm pro Kanal verwendet. Diese äußerst kompakten und leichten Relais sind ideal bei begrenztem Platz. Schlanke Relais werden in Automatisierungssystemen, DCS-Systemen, von Maschinenherstellern sowie in SPS- und Transportsystemen eingesetzt.
Dieser Anwendungshinweis behandelt Probleme hinsichtlich der Methoden, mit denen elektromagnetische Relaisspulen entregt werden, speziell bei Verwendung eines Halbleiterschalters, sowie deren Auswirkung auf die Lebensdauer des Relais. Er befasst sich in erster Linie mit dem Abschaltzyklus des Relais und erörtert folgende Themen: 1) Die Anker- und Schaltdynamik des Relaissystems bei der Entregung der Spule 2) Das Auftreten von spuleninduzierten Spannungen 3) Techniken zum Schutz des Festkörperschalters 4) Die nachteilige Auswirkung einer einfachen Spulenunterdrückungsdiode auf die Schaltdynamik von Relais und die Kontaktlebensdauer 5) Das typische „Kleben“ zwischen Gegenkontakten und die reduzierte Fähigkeit zu öffnen, wenn Diodenunterdrückung verwendet wird 6) Wie die Zugabe einer Zenerdiode zu einer gewöhnlichen Diode sowohl Spannungsunterdrückung als auch zuverlässige Schaltleistung bieten kann Die Relais-Abschaltung oder der „Abfall“ in typischen Klapperrelais entwickelt sich normalerweise wie folgt: Wenn die Spulenversorgung unterbrochen wird, fällt der magnetische Fluss bis zu dem Punkt ab, an dem die abnehmende magnetische Haltekraft (Versuch, den Anker auf dem Sitz zu halten) unter die Federkräfte fällt (Versuch, den Anker zu lösen), und die Ankeröffnung beginnt. Mit fortschreitender Ankeröffnung nehmen die Federkräfte entsprechend der Ankerposition ab; die Gegenmagnetkraft nimmt jedoch sowohl mit der Ankerposition als auch mit dem Abfall des Spulenstroms ab (beides reduziert den Spulenmagnetfluss). Wenn der elektrische Strom in einer Relaisspule unterbrochen wird, kann eine induzierte Spannungsschwankung in der Größenordnung von Hunderten oder sogar Tausenden von Volt über dieser Spule erzeugt werden, wenn ihr magnetischer Fluss, der durch die Spulenwindungen verbunden ist, zusammenbricht. Diese induzierte Spannung erscheint zusammen mit der Spulenversorgungsspannung über dem Spulen-Unterbrechungsschalter in einem einfachen Reihenschaltkreis.