Grundlagen elektromagnetischer Relais: Konzepte, Typen und Vorteile

WogibtelektromagnetischeRelais?

Elektromagnetische Relais sind elektrische Geräte, die Elektromagnete verwenden, um den Stromfluss in einem Stromkreis zu steuern. Sie werden häufig in verschiedenen Anwendungen verwendet, um Hochleistungsstromkreise mit Steuersignalen mit geringer Leistung zu schalten oder zu steuern.

Abbildung 1 Elektromagnetisches Relais

Grundkomponenten

Elektromagnet: Er ist die Hauptkomponente des Relais und besteht aus einer Drahtspule, die um einen ferromagnetischen Kern gewickelt ist. Der Fluss des elektrischen Stroms innerhalb der Spule führt zur Entstehung eines Magnetfelds. Anker: Der Anker ist ein bewegliches Bauteil, das vom Elektromagneten angezogen wird, wenn die Spule mit Strom versorgt wird. Er besteht normalerweise aus ferromagnetischem Material und ist mechanisch mit den Kontakten verbunden. Kontakte: Die Kontakte sind feststehende oder bewegliche Metallteile, die die elektrische Verbindung herstellen oder unterbrechen, wenn das Relais betätigt wird. Es gibt zwei Arten von Kontakten: normalerweise offen (NO) und normalerweise geschlossen (NC). Im Ruhezustand sind die NO-Kontakte offen und die NC-Kontakte geschlossen. Feder: Eine Feder wird verwendet, um dem Anker eine Rückstellkraft zu verleihen, wenn die Spule stromlos ist. Sie hilft, das Relais in seinen Ausgangszustand zurückzusetzen, wenn das Magnetfeld entfernt wird.

Abbildung 2 Grundkomponenten

Typen elektromagnetischer RelaisRelaisEs gibt verschiedene Typen elektromagnetischer Relais, die jeweils für bestimmte Anwendungen und Betriebsbedingungen entwickelt wurden. Hier stelle ich einige gängige Typen vor. Einpoliges Ein-/Ausschalter-Relais (SPST): Dies ist der einfachste Relaistyp mit einem einzigen Kontaktsatz. Es hat einen normalerweise offenen (NO) Kontakt, der entweder offen oder geschlossen ist, wenn das Relais aktiviert ist. Einpoliges Doppelschalter-Relais (SPDT): Dieses Relais hat einen gemeinsamen Anschluss, der mit einem der beiden anderen Anschlüsse verbunden ist. Es hat einen normalerweise offenen (NO) Kontakt und einen normalerweise geschlossenen (NC) Kontakt. Wenn das Relais aktiviert ist, schließt der NO-Kontakt und der NC-Kontakt öffnet sich. Zweipoliges Ein-/Ausschalter-Relais (DPST): Dieses Relais besteht aus zwei separaten SPST-Relais, die gleichzeitig von einer einzigen Spule betrieben werden. Es hat zwei Kontaktsätze, jeder mit einem normalerweise offenen (NO) und einem normalerweise geschlossenen (NC) Kontakt. Doppelpoliges Umschalter-Relais (DPDT): Dieses Relais hat zwei separate Kontaktsätze mit jeweils einem gemeinsamen Anschluss. Es bietet zwei normalerweise offene (NO) und zwei normalerweise geschlossene (NC) Kontakte. Wenn das Relais aktiviert wird, ändern die Kontakte gleichzeitig ihre Position. Verriegelungsrelais: Dieser Relaistyp, auch als bistabiles Relais bekannt, behält seinen Zustand bei, selbst wenn das Steuersignal entfernt wird. Es hat zwei stabile Zustände, gesetzt und zurückgesetzt, und benötigt einen Stromimpuls in eine Richtung, um seinen Zustand zu ändern, und einen weiteren Impuls in die entgegengesetzte Richtung, um in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. Reed-Relais: Reed-Relais verwenden ein kleines, versiegeltes Glasröhrchen mit zwei magnetischen Zungen, die als Kontakte fungieren. Wenn ein Magnetfeld angelegt wird, schließen sich die Zungen und ermöglichen den Stromfluss. Reed-Relais sind kompakt, haben schnelle Schaltzeiten und bieten einen hohen Isolationswiderstand. Zeitverzögerungsrelais: Diese Relais verfügen über einen Zeitmechanismus, der eine Verzögerung zwischen der Aktivierung des Steuersignals und dem Schalten der Kontakte bewirkt. Sie werden in Anwendungen eingesetzt, die Zeitverzögerungen erfordern, wie z. B. Motorsteuerung, Lichtsteuerung oder Sequenzierungsvorgänge. Halbleiterrelais (SSR): Im Gegensatz zu herkömmlichen elektromagnetischen Relais verwenden SSRs Halbleiterbauelemente wie Thyristoren oder Triacs, um das Schalten durchzuführen. Sie haben keine beweglichen Teile, bieten schnellere Schaltgeschwindigkeiten und hohe Zuverlässigkeit und sind ideal für Anwendungen, bei denen ein geräuscharmer Betrieb und eine lange Lebensdauer erforderlich sind.

Abbildung 3 SSR Überlastrelais: Überlastrelais sind dafür ausgelegt, Motoren und andere Geräte vor zu hohem Strom zu schützen. Sie enthalten normalerweise Stromsensorelemente, die den durch die Last fließenden Strom erfassen und das Relais auslösen, wenn der Strom einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet.  

WiefunktionierenelektromagnetischeRelais?

Die Funktionsweise elektromagnetischer Relais basiert auf dem Konzept der elektromagnetischen Induktion. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule eines Relais fließt, erzeugt er ein Magnetfeld um die Spule. Dieses Magnetfeld interagiert dann mit anderen Komponenten des Relais, um den Stromfluss im Schaltkreis zu steuern. Sehen wir uns nun genauer an, wie sie funktionieren. Spulenaktivierung: Ein Steuersignal mit geringer Leistung, wie etwa eine Spannung oder ein Strom, wird an die Spule des Relais angelegt. Dieses Steuersignal aktiviert die Spule und bewirkt, dass ein elektrischer Strom durch sie fließt. Erzeugung eines magnetischen Felds: Wenn der Strom durch die Spule fließt, erzeugt er ein magnetisches Feld um die Spule. Die Spule ist normalerweise um einen ferromagnetischen Kern gewickelt, was die Stärke des magnetischen Felds erhöht. Magnetische Anziehung: Das erzeugte magnetische Feld zieht die bewegliche Komponente des Relais an, die als Anker oder Kolben bezeichnet wird. Der Anker besteht normalerweise aus einem ferromagnetischen Material, das magnetisiert werden kann. Kontaktschaltung: Die Bewegung des Ankers ist mechanisch mit einem oder mehreren Kontaktsätzen innerhalb des Relais verbunden. Wenn der Anker vom Magnetfeld angezogen wird, bewegt er sich auf den Elektromagneten zu, wodurch die Kontakte ihre Position ändern.

1. Normalerweise offene Kontakte (NO): In ihrem Ruhezustand sind die NO-Kontakte offen, d. h. es besteht keine elektrische Verbindung zwischen ihnen. Wenn der Anker angezogen wird, schließt er die NO-Kontakte, wodurch Strom durch das Relais fließen kann.
2. Normalerweise geschlossene Kontakte (NC): In ihrem Ruhezustand sind die NC-Kontakte geschlossen, wodurch eine kontinuierliche elektrische Verbindung hergestellt wird. Wenn der Anker angezogen wird, öffnet er die NC-Kontakte und unterbricht die elektrische Verbindung.

Stromsteuerung: Durch Öffnen oder Schließen der Kontakte kann das Relais den Stromfluss in einem separaten, leistungsstärkeren Stromkreis steuern, der mit den Kontakten des Relais verbunden ist. Dadurch kann das Relais Geräte ein- oder ausschalten oder den Betrieb verschiedener Teile eines Stromkreises steuern. Freigabe und Wiederherstellung: Wenn das Steuersignal entfernt oder abgeschaltet wird, bricht das von der Spule erzeugte Magnetfeld zusammen. Dies führt dazu, dass der Anker durch die Kraft einer Feder oder eines anderen Rückstellmechanismus in seine ursprüngliche Position zurückkehrt. Kontaktzustandsumkehr: Wenn der Anker in seine Ausgangsposition zurückkehrt, kehren auch die Kontakte in ihren Ruhezustand zurück. Die Schließerkontakte öffnen sich und die Öffnerkontakte schließen sich, wodurch ihre Positionen vom vorherigen Zustand umgekehrt werden. Dieser Zyklus aus Erregung der Spule, Erzeugung eines Magnetfelds, Anziehen des Ankers, Schalten der Kontakte und Wiederherstellen des Relais in seinen Ausgangszustand wiederholt sich, solange das Steuersignal angelegt oder entfernt wird. Elektromagnetische Relais werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, bei denen elektrische Isolierung, hohe Schaltleistung oder Steuerung von Hochleistungsschaltkreisen erforderlich sind.

Elektromagnetisches Relais vs. Halbleiterrelais/h2> Elektromagnetische Relais und Halbleiterrelais sind zwei verschiedene Relaistypen, die ähnliche Funktionen erfüllen, aber auf unterschiedliche Weise funktionieren. Hier ist eine Tabelle mit den Unterschieden.  

Kriterien	Elektromagnetisches Relais	Halbleiterrelais
Funktionsprinzip	Verwendet einen Elektromagneten zur Steuerung des Schaltens	Verlässt sich beim Schalten auf Halbleiterbauelemente
Bewegliche Teile	Ja	Nein
Schaltgeschwindigkeit	Langsamer	Schneller
Geräusch	Mechanische Schaltgeräusche	Leiser Betrieb
Kontaktverschleiß	Ja	Nein
Lebensdauer	Begrenzt	Länger
SStoß- und Vibrationsfestigkeit	Mäßig	Hoch
Temperaturbeständigkeit	Mäßig	Hoch
Spannungs- und Stromhandhabung	Hoch	Mittel bis hoch
Geeignet für AC- und DC-Lasten	Ja	Ja
Anwendungen	Motorsteuerung, industrielle Automatisierung, Stromverteilung	Steuerung von Heizungen, Motorantrieben, HLK-Systemen, Photovoltaiksystemen

 

Elektromagnetisches Relais vs. elektromechanisches Relais

Elektromagnetische Relais und elektromechanische Relais sind dasselbe und die Begriffe werden synonym verwendet. Diese Relais verwenden einen Elektromagneten, um das Schalten von Kontakten zu steuern. Beachten Sie die folgenden wichtigen Punkte, wenn Sie elektromagnetische Relais mit anderen Relaistypen vergleichen: Funktionsprinzip: Elektromagnetische Relais arbeiten nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spule fließt, erzeugt sie ein Magnetfeld, das einen beweglichen Anker anzieht oder abstößt. Diese Bewegung des Ankers bewirkt, dass die Kontakte geöffnet oder geschlossen werden, wodurch der Stromfluss im Lastkreis ermöglicht oder unterbrochen wird. Aufbau: Elektromagnetische Relais bestehen aus mehreren Komponenten, darunter Spule, Anker, Feder und Kontakte. Die Spule ist um einen Kern gewickelt und erzeugt bei Aktivierung das Magnetfeld. Der Anker ist normalerweise ein bewegliches Eisen- oder Stahlbauteil, das vom Magnetfeld angezogen oder abgestoßen wird. Die Kontakte bestehen normalerweise aus leitfähigen Materialien und sind mit dem Lastkreis verbunden. Vorteile

• Gute elektrische Isolierung zwischen Steuerkreis und Lastkreis.
• Kann hohe Ströme und Spannungen handhaben.
• Kann sowohl Wechsel- als auch Gleichstromlasten schalten.
• Geeignet für Anwendungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln oder Einschaltströmen.

Anwendungen

• Motorsteuerung und -schutz.
• Industrielle Automatisierung und Prozesssteuerung.
• Stromverteilung und -schaltung in elektrischen Systemen.

Elektromechanische Relais werden oft von Halbleiterrelais unterschieden, die keine beweglichen Teile haben und zum Schalten auf Halbleiter angewiesen sind. Beide Begriffe werden jedoch im Allgemeinen synonym verwendet. Elektromechanische Relais werden häufig aufgrund ihrer elektrischen Isolierung, der Handhabung hoher Ströme/Spannungen und der Kompatibilität mit verschiedenen Lasttypen verwendet. Sie bleiben trotz des Aufkommens von Halbleiterrelais in einigen Anwendungen eine zuverlässige Wahl.

Die Vorteile von elektromagnetischen RelaisRelais

Elektromagnetische Relais bieten mehrere Vorteile, die sie zu einer beliebten Wahl für verschiedene Anwendungen machen. Hier sind einige wichtige Vorteile von elektromagnetischen Relais: Elektrische Isolierung: Ein wesentlicher Vorteil von elektromagnetischen Relais ist die elektrische Isolierung, die sie bieten. Der Steuerkreis, der die Spule mit Strom versorgt, ist vollständig vom Lastkreis isoliert, der mit den Kontakten verbunden ist. Diese Isolierung schützt empfindliche Steuerkreise vor Spannungsspitzen, Überspannungen oder anderen elektrischen Störungen im Lastkreis. Vielseitigkeit: Elektromagnetische Relais sind vielseitig und können mit einem breiten Spektrum an Spannungen, Strömen und Leistungsstufen umgehen. Sie können sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen verwendet werden und sind daher für verschiedene Anwendungen geeignet. Darüber hinaus können elektromagnetische Relais sowohl Lasten mit geringer als auch hoher Leistung schalten, wodurch sie an unterschiedliche Leistungsanforderungen anpassbar sind. Zuverlässigkeit: Elektromagnetische Relais sind für ihre Zuverlässigkeit bekannt. Sie haben eine lange Lebensdauer und können hohen Temperaturen, Vibrationen und anderen rauen Umgebungsbedingungen standhalten. Diese Zuverlässigkeit macht sie für anspruchsvolle Industrieanwendungen geeignet, bei denen Haltbarkeit entscheidend ist. Einfache Steuerung: Elektromagnetische Relais sind einfach zu steuern. Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, schaltet das Relais seine Kontakte und öffnet oder schließt den Stromkreis. Diese einfache Steuerung macht sie mit einer Vielzahl von Steuerungssystemen kompatibel, darunter Mikrocontroller, SPS (speicherprogrammierbare Steuerungen) und andere elektronische Geräte. Kostengünstig: Elektromagnetische Relais sind im Allgemeinen kostengünstiger als Halbleiterrelais oder andere Schaltgeräte. Sie sind weithin verfügbar und ihre einfache Konstruktion und Bedienung tragen zu ihrer Erschwinglichkeit bei. Diese Kosteneffizienz macht sie zu einer bevorzugten Wahl, insbesondere bei Anwendungen, bei denen Budgetbeschränkungen eine Rolle spielen. Kompatibilität mit verschiedenen Lasten: Elektromagnetische Relais können verschiedene Arten von Lasten handhaben, darunter ohmsche, induktive und kapazitive Lasten. Ob es um die Steuerung von Lichtern, Motoren, Magnetspulen oder anderen Geräten geht, elektromagnetische Relais können die Schaltanforderungen effektiv bewältigen. Diese Vielseitigkeit macht sie für eine breite Palette von Anwendungen geeignet. Ausfallsicherer Betrieb: Im Falle eines Stromausfalls oder einer Störung kehren elektromagnetische Relais normalerweise in ihren Standardzustand zurück. Beispielsweise schließt ein normalerweise geschlossenes (NC) Relais seine Kontakte automatisch, wenn die Stromversorgung unterbrochen wird. Dieser ausfallsichere Betrieb stellt sicher, dass kritische Systeme oder Sicherheitsfunktionen auch unter unvorhergesehenen Umständen aufrechterhalten werden können. Diese Vorteile machen elektromagnetische Relais zu einer zuverlässigen und vielseitigen Wahl für verschiedene Anwendungen, von industriellen Steuerungssystemen bis hin zur Automobilelektronik und darüber hinaus. Es ist jedoch wichtig, die spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung zu berücksichtigen und einen Experten zu konsultieren, um den für Ihre Anforderungen am besten geeigneten Relaistyp zu bestimmen.