Einführung - Relais und Schütze

Relais und Schütz: Unterschiede

Halbleiterrelais (engl. SSR – Solid State Relay) sind Bauteile, die zur Steuerung von Stromlasten unter Verwendung eines Halbleiters mit einem getrennten elektronischen Schaltkreis dienen. Die galvanische Trennung erfolgt durch ein optoelektronisches Element wie eine Infrarot-LED, Fotodiode, Fototransistor, Fotothyristor oder Fototriak. Im Ruhezustand des Relais, wenn kein Strom durch die LED im Eingangskreis fließt, bleibt das optoelektronische Element ausgeschaltet und sein Ersatzwiderstand ist sehr hoch. Nach der Aktivierung der Diode wird das Fotoelement bestrahlt und beginnt zu leiten, wodurch der Lastkreis eingeschaltet wird. Diese Lösung ermöglicht eine erhebliche Erhöhung der Schaltfrequenz, eliminiert das Phänomen des elektrischen Lichtbogens und ermöglicht eine Lebensdauer von etwa 10⁹ .

Blockdiagramm eines Halbleiterrelais

Das Einschalten des Relais, hängt vom Typ ab, und kann durch Anlegen einer Gleichspannung (von 3V bis 32V) oder einer Wechselspannung (von 90V bis 280V bei 50Hz) an den Eingangskreis erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit, das Relais stromgesteuert auszulösen. Je nach Verwendungszweck werden sie zum Schalten von Gleich- und Wechselströmen gebaut. Es werden auch dreiphasige Relais hergestellt, die beispielsweise zum Einschalten von dreiphasigen Elektromotoren verwendet werden.

Welche Arten und Anwendungen von Relais gibt es?

Wir unterscheiden Relais:

Relais, die im „Nullpunkt“ der Spannung schalten – die Leitfähigkeit tritt ein, wenn die Versorgungsspannung den Nullpunkt durchläuft. Dank dieser Lösung steigt sie allmählich an, ohne Funkstörungen zu verursachen. Sie werden zur Steuerung von induktiven und resistiven Lasten (Heizwiderstände, Glühlampen) verwendet.
Relais, die „sofort“ schalten – der Einschaltzeitpunkt erfolgt sofort nach Anlegen der Steuerspannung. Diese Art der Steuerung ist für Lösungen vorgesehen, bei denen eine kurze Reaktionszeit erforderlich ist.
Relais, die im „Spitzenwert“ der Spannung schalten - das Relais wird aktiviert, wenn die Versorgungsspannung ihren Spitzenwert erreicht. Sie werden bei stark induktiven Lasten (Transformatoren) eingesetzt.
Relais, die analog schalten – gesteuert durch ein analoges Signal (0-10V DC oder 4-20mA DC). Verwendet für die stufenlose Steuerung der Lichtintensität, Heizung usw.

Welche Parameter charakterisieren Halbleiterrelais?

Eingangsschaltung

• Steuerspannungsbereich – Bereich der an den Eingang angelegten Spannungen, in denen das Relais eingeschaltet bleibt (z.B.: 3-32VDC, 9-280VAC),
• Eingangsstrombereich – gibt den maximalen Eingangsstrom für den Ein- und Ausschaltzustand des Relais an,
• Ein- und Ausschaltzeit – die Zeit, die vom Anlegen/Trennen des Steuersignals bis zum vollständigen Ein-/Ausschalten des Relais vergeht.

Ausgangsschaltung

• Lastspannungsbereich – Bereich der an die Ausgangsklemmen angelegten Spannungen,
• maximale Spannung – maximal zulässiger Überspannungswert im Versorgungsnetz, der keine Beschädigung des Relais verursacht,
• Laststrom – maximal zulässiger Stromwert, der im Ausgangskreis fließt,
• maximaler nicht wiederholbarer Überlaststrom – maximaler Stromimpulswert mit einer Dauer von einer Halbwelle der Sinuskurve,
• maximale I² t – Joule-Integralwert, verwendet bei der Auswahl von Sicherungen.

Betriebsparameter

• Isolationsspannung – Effektivwert der Netzspannung, die zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen des Relais auftreten kann,
• Isolationswiderstand – minimaler Wert des Widerstands, gemessen mit einem Gleichstromsignal bei einer Spannung von 500V,
• Kapazität zwischen Eingang und Ausgang – gemessen zwischen den Eingangs- und Ausgangsklemmen,
• Umgebungstemperaturbereich während des Betriebs.

Kühlung des Relais

Die Lebensdauer von Halbleiterrelais ist praktisch unbegrenzt, vorausgesetzt, sie werden ausreichend gekühlt. Daher sollte besonderes Augenmerk auf die Auswahl des Kühlkörpers gelegt werden, Wärmeleitpaste verwendet und ein angemessener Luftstrom sichergestellt werden. Eine gute Lösung ist die Montage des Relais mit Kühlkörper auf einer DIN-Schiene, wobei rundherum freier Raum bleibt.

Schutz des Relais

Ein weiterer wichtiger Punkt ist der Schutz vor den Folgen von Kurzschluss oder Überlastung. Träge Sicherungen sind nicht in der Lage, Halbleiterrelais zu schützen, daher sollten ultraschnelle Sicherungen verwendet werden, deren Joule-Integralwert kleiner ist als der des Halbleiters. Für einen vollständigen Schutz des Relais sollte am Ausgang ein Varistor zur Überspannungsschutz angeschlossen werden.

Was ist das Funktionsprinzip von elektromagnetischen Relais?

Funktionsprinzip elektromagnetischer Relaisist ähnlich dem Funktionsprinzip eines elektromagnetischen Schützes. Die Kontakte von Relais haben eine relativ geringe Strombelastbarkeit, im Bereich von einigen Ampere. Daher ist das Relais mit einem wesentlich kleineren Elektromagneten ausgestattet als der Schütz, und die Kontakte haben keine zusätzlichen Vorrichtungen zur Lichtbogenlöschung.

Die Abmessungen des Relais sind kleiner als die des Schützes, jedoch ist die Lebensdauer des Relais sehr hoch und erreicht mehrere zehn Millionen Schaltungen. Relais haben je nach Verwendungszweck ein oder mehrere Kontaktpaare. Sie können durch Änderungen der Stromstärke, Spannung, Stromflussrichtung, Frequenz, Phasenverschiebung usw. aktiviert werden. Das Funktionsprinzip des Relais wird durch die Abbildung erklärt:

Der Stromfluss durch die Spulenwicklung bewirkt das Anziehen des Ankers. Nach dem Anziehen des Ankers schließen sich die Schließkontakte: (1), (2), (3) und die Öffnerkontakte (4) öffnen sich. Nach dem Abschalten der Spannung und dem Abfallen des Ankers öffnen sich die Kontakte: (1),(2),(3) und die Öffnerkontakte (4) schließen sich. In den am häufigsten vorkommenden Konstruktionslösungen von Relais beträgt die Spulenspannung 230VAC oder 24VDC, der Betriebsstrom der Kontakte - von 1 bis 10A, die Anzahl der Kontakte – von einem bis vier umschaltbare Paare.

Was ist ein Schütz?

Ein Schütz ist ein Schalter, dessen Arbeitskontakte mit Hilfe eines Elektromagneten geschlossen werden und in diesem Zustand gehalten werden, solange die Spulenspannung ausreichend hoch ist. Nach der Unterbrechung des Spulenstromkreises des Elektromagneten fällt der Anker (unter der Wirkung einer Feder) ab und die Arbeitskontakte öffnen sich.

Aufbau des Schützes

Funktion und Aufbau des Schützesähnlich dem Aufbau und der Funktionsweise von elektromagnetischen Relais. Der Unterschied besteht darin, dass Schütze zum Schalten von Hauptstromkreisen (z.B. Motoren) dienen, während elektromagnetische Relais für das Schalten von Hilfsstromkreisen (z.B. Steuer-, und Signalkreisen) zuständig sind. Schütze können neben den Hauptkontakten auch mehrere Hilfskontakte zur Signalisierung oder Verriegelung haben. Die Funktionsweise eines Schützes wird durch die Abbildung erklärt:

Unter dem Einfluss des durch die Spule des Schützes S fließenden Stroms entsteht eine Anziehungskraft auf den Anker K, was das Schließen der Hauptkontakte Z1, Z2, Z3 und der Hilfskontakte z1, z2 bewirkt. Schütze sind hauptsächlich für das ferngesteuerte Schalten von dreiphasigen Wechselstromkreisen unter den Bedingungen der Nutzungskategorie AC3 und AC4 (Schalten von Käfigläufermotoren) vorgesehen. Sie können auch zum Schalten von Schleifringläufermotoren (Kategorie AC2) oder Heizgeräten (Kategorie AC1) verwendet werden.

Neben Wechselstromschützen sind auch Gleichstromschütze erhältlich. Sie haben einen elektromagnetischen oder pneumatischen Antrieb, wobei sowohl Elektromagnete als auch Elektromagnetventile mit Gleichstrom gesteuert werden. Die Hauptanwendungen dieser Schütze sind im Eisenbahn-, Straßenbahn- und Akkumulatorbetrieb (Wagen).

Die von der Firma DACPOL angebotenen Schütze sind für AC-Spulen im Leistungsbereich von 1,5 bis 238kW und für DC-Spulen im Leistungsbereich von 2,2 bis 11kW erhältlich. Die Ausrüstung umfasst ein breites Sortiment an Hilfskontakten und verzögerten Klemmenrelais, Schnittstellenmodulen sowie RC-Elementen. Optional können auch thermische Relais zur Absicherung von Elektromotoren montiert werden.