Relais (DC): 99,9% minder stroom en vergrendelingsoptie: 5 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Relaisschakeling is een fundamenteel element van elektrische besturingssystemen. Al in 1833 werden vroege elektromagnetische relais ontwikkeld voor telegrafiesystemen. Voorafgaand aan de uitvinding van vacuümbuizen en later halfgeleiders, werden relais gebruikt als versterkers. Dat wil zeggen, bij het omzetten van signalen met een laag vermogen in signalen met een hoger vermogen, of wanneer het schakelen van de belasting op afstand gunstig of noodzakelijk was, waren relais de geavanceerde optie. Telegraafstations waren met elkaar verbonden door kilometers koperdraad. Elektrische weerstand in die geleiders beperkte de afstand waarover het signaal kon worden gecommuniceerd. Met relais kon het signaal onderweg worden versterkt of "herhaald". Dit komt omdat overal waar een relais was aangesloten, een andere stroombron kon worden geïnjecteerd, waardoor het signaal voldoende werd versterkt om het verder langs de lijn te sturen.

Elektromagnetische relaisschakeling is misschien niet langer de modernste technologie, maar wordt nog steeds veel gebruikt in industriële besturingen en waar echt galvanisch geïsoleerd schakelen gewenst of vereist is. Solid-state relais, de tweede van de twee primaire categorieën relaisschakelaars, hebben enkele voordelen ten opzichte van elektromagnetische relais. SSR's kunnen compacter zijn, energiezuiniger, sneller fietsen en hebben geen bewegende delen.

Het doel van dit artikel is om een eenvoudige methode te tonen om de energie-efficiëntie en functionaliteit van standaard DC-aangedreven elektromagnetische relaisschakelaars te verhogen.

Ga naar bouwinstructies

Stap 1: De 3 gemeenschappelijke elektromagnetische relaistypen

1. Standaard niet-vergrendelend (monostabiel):

• Enkele spoel van magneetdraad rond een kern met lage magnetische permeabiliteit (alleen gemagnetiseerd wanneer de spoel wordt bekrachtigd).
• Schakelanker in stabiele staat gehouden (niet naar binnen getrokken) door een veer.
• Vereist dat er een gelijkspanning op de spoel wordt aangelegd, in beide polariteiten, om het schakelanker naar binnen te trekken.
• Vereist een continue stroom om het poolstuk op het anker tijdelijk te magnetiseren en deze toestand vast te houden.
• Er is meer stroom nodig om het anker naar binnen te trekken dan nodig is om het vast te houden.

Gebruik: Algemeen doel.

2. Vergrendeling (bistabiel):

Enkele spoeltype:

• Enkele spoel van magneetdraad rond een semi-magnetisch permeabele kern (blijft licht gemagnetiseerd).
• Schakelanker in ontgrendelde toestand gehouden (niet naar binnen getrokken) door een veer.
• Vereist slechts een korte puls gelijkstroom die op de spoel wordt toegepast, in één polariteit, om het schakelanker in deze toestand naar binnen te trekken en magnetisch te vergrendelen.
• Er hoeft slechts een korte puls met omgekeerde polariteit op de spoel te worden toegepast om te ontgrendelen.

Dubbel spoeltype:

• Twee spoelen van magneetdraad rond een semi-magnetisch permeabele kern (blijft licht gemagnetiseerd).
• Schakelanker in ontgrendelde toestand gehouden (niet naar binnen getrokken) door een veer.
• Vereist slechts een korte puls gelijkstroom om op één spoel, in één polariteit, te worden toegepast om het schakelanker in deze toestand in te trekken en magnetisch te vergrendelen
• Vereist slechts een korte puls gelijkstroom om te worden toegepast op de tweede spoel, in één polariteit, om te ontgrendelen.

Gebruik: Buiten industriële besturing, meestal gebruikt voor RF- en audiosignaalomschakeling.

3. Riettype:

• Enkele spoel van magneetdraad rond een kern met lage magnetische permeabiliteit (alleen gemagnetiseerd wanneer de spoel wordt bekrachtigd).
• Nauw geplaatste veermetalen contacten hermetisch afgesloten in een glazen buis (riet).
• Riet wordt dicht bij de spoel geplaatst.
• Contacten worden door hun veerspanning in de stabiele toestand gehouden.
• Vereist dat er een gelijkspanning op de spoel wordt toegepast, in beide polariteiten, om de contacten geopend of gesloten te trekken.
• Vereist een continue stroom om de contacten magnetisch in de niet-stabiele toestand te houden.

Toepassingen: Bijna uitsluitend gebruikt voor het schakelen van kleine signalen.

Stap 2: Voors en tegens van de 3 typen

1. Standaard niet-vergrendelend (monostabiel):

Voordelen:

• Meestal de meest voor de hand liggende.
• Bijna altijd de goedkoopste optie.
• Veelzijdig en betrouwbaar.
• Geen drivercircuit nodig.

nadelen:

• Niet energiezuinig bij conventionele aandrijving.
• Produceer warmte wanneer deze gedurende lange tijd wordt geactiveerd.
• Luidruchtig bij schakelen.

2. Vergrendeling (bistabiel):

Voordelen:

• Energiezuinig, soms meer dan SSR's.
• Eenmaal geactiveerd, houdt u een van beide statussen vast, zelfs als er geen stroom aanwezig is.

nadelen:

• Minder direct beschikbaar dan standaard relais.
• Bijna altijd hoger geprijsd dan standaard relais.
• Gewoonlijk minder schakelaarconfiguratie-opties in vergelijking met standaardrelais.
• Stuurcircuits nodig.

3. Riet:

Voordelen:

Meestal de meest compacte van de 3 types

nadelen:

Meer gespecialiseerd, minder beschikbaar, minder opties

Stap 3: Knijp dat sap uit als een vrek

Een conventionele manier om de houdstroom van een standaardrelais te verminderen, is om de spoel via een serieweerstand te verbinden met een grote elektrolytische condensator parallel aan de weerstand. De meeste niet-vergrendelende relais hebben slechts ongeveer 2/3 (of minder) van de activeringsstroom nodig om de status vast te houden.

Wanneer stroom wordt toegepast, stroomt een stroomstoot die voldoende is om het relais te activeren, door de spoel terwijl de condensator wordt opgeladen.

Zodra de condensator is opgeladen, wordt een houdstroom beperkt door en geleverd via de parallel geschakelde weerstand.

Stap 4: Maximaliseer je ellendige kattenkwaad

Tweede prijs in de Electronics Tips & Tricks Challenge