YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. onderzoekt waaromElektromagnetisch relaisblijft gebruikelijk in industriële besturingssystemen, ondanks de groei van solid-state en digitale schakeltechnologieën.
Industriële besturingssystemen zijn aanzienlijk veranderd met PLC's, sensoren, frequentieregelaars, bewaking op afstand en netwerkcontrollers. Toch bevatten veel schakelkasten nog steeds conventionele elektromechanische relais. Het voortdurende gebruik ervan is niet alleen een kwestie van ouder apparatuurontwerp. In veel toepassingen biedt de basisrelaisstructuur nog steeds een praktische combinatie van elektrische isolatie, eenvoudig schakelen en flexibele circuitbesturing.
De basisfunctie van een relais is niet veranderd: een relatief klein stuursignaal bedient contacten in een ander circuit. Deze scheiding is nuttig wanneer de controller en de geregelde belasting verschillende elektrische kenmerken hebben.
Een PLC-uitgang is bijvoorbeeld niet bedoeld om rechtstreeks een motorschakelaar, solenoïde, alarmcircuit of andere belasting te schakelen. Tussen de controller en de belasting kan een relais zitten, waardoor een extra schakelinterface ontstaat.
Drie kenmerken zijn bijzonder relevant:
Deze kenmerken maken relais nuttig, zelfs als het omringende besturingssysteem in hoge mate geautomatiseerd is.
Moderne automatiseringsapparatuur combineert vaak elektronische regelcircuits met een lage spanning met belastingen met een hogere spanning. Deze circuits moeten met elkaar communiceren zonder noodzakelijkerwijs rechtstreeks met elkaar verbonden te zijn.
Een elektromagnetisch relais maakt gebruik van een spoel- en contactmechanisme om deze scheiding te creëren. Wanneer de spoel wordt bekrachtigd, verplaatst het magnetische veld een anker, waardoor de toestand van de contacten verandert.
Het stuurcircuit bedient daarom het relais zonder de belastingsstroom rechtstreeks via de controlleruitgang te leiden.
| Controlevereiste | Relaisfunctie |
|---|---|
| Afzonderlijke besturings- en belastingscircuits | Maakt gebruik van spoel-contact-isolatie |
| Schakel een ander spanningsniveau | Contacten werken onafhankelijk van de spoelspanning |
| Beheer meerdere circuitpaden | Er zijn verschillende contactconfiguraties beschikbaar |
| Zorg voor een fysieke schakelstatus | Contacten komen zichtbaar overeen met een elektrische toestand |
Deze opstelling blijft nuttig in schakelkasten waar verschillende spanningsniveaus en circuitfuncties worden gecombineerd.
Solid-state-schakeling heeft voordelen in toepassingen die een extreem snelle werking of een zeer hoge schakelfrequentie vereisen. Fysieke contacten blijven echter nuttig voor veel conventionele industriële belastingen.
Een mechanisch contact zorgt voor een duidelijk gedefinieerde open of gesloten toestand. Het kan ook worden geselecteerd op basis van de vereiste elektrische belasting en circuitconfiguratie.
Veel voorkomende contactregelingen zijn onder meer:
Dankzij deze flexibiliteit kan één relais verschillende besturingstaken uitvoeren zonder het basiswerkingsprincipe te veranderen.
Voor apparatuurontwerpers gaat de keuze daarom minder over de vraag of mechanisch of elektronisch schakelen universeel beter is en meer over welke technologie in het circuit past.
Industriële machines vereisen zelden slechts één soort schakelactie. Een stuursignaal moet mogelijk het ene circuit starten terwijl een ander circuit wordt losgekoppeld, of een statussignaal naar een afzonderlijke stuuringang sturen.
Een relais met wisselcontacten kan dit type schakeling door middel van één mechanische beweging uitvoeren.
Bijvoorbeeld:
| Vereiste | Mogelijke contactregeling |
|---|---|
| Schakel een circuit in als het onder stroom staat | Normaal geopend |
| Onderbreek een circuit wanneer er spanning op staat | Normaal gesloten |
| Overdracht tussen twee circuits | Omschakeling |
| Zorg voor afzonderlijke besturingspaden | Meerdere contactsets |
Dit is een van de redenen waarom conventionele relais nog steeds voorkomen in machinebedieningspanelen en elektrische kasten.
Een belangrijke beperking van mechanische relais is dat hun contacten en bewegende delen fysieke slijtage ervaren. Elke schakelcyclus brengt beweging van het anker en de contactoppervlakken met zich mee.
Voor toepassingen met een relatief gematigde schakelfrequentie hoeft dit geen significante beperking te vormen. Voor apparatuur die extreem snel of continu schakelt, kunnen ontwerpers solid-state alternatieven overwegen.
Het operationele profiel is daarom van belang.
Een relais kan geschikt zijn wanneer een systeem het volgende vereist:
De werkelijke levensduur is afhankelijk van factoren zoals belastingstype, schakelstroom, spanning, bedrijfsfrequentie, contactmateriaal en omgevingsomstandigheden.
Wanneer contacten onder belasting openen of sluiten, kunnen de elektrische omstandigheden op het contactoppervlak hitte, vonken en materiaaloverdracht veroorzaken. Herhaaldelijk schakelen heeft geleidelijk invloed op de contactoppervlakken.
Om deze reden is contactmateriaal een belangrijk onderdeel van het relaisontwerp.
Op zilver gebaseerde contactmaterialen worden vaak gebruikt bij elektrisch schakelen vanwege hun elektrische geleidbaarheid en geschiktheid voor contacttoepassingen. Het juiste materiaal hangt echter af van de elektrische belasting en bedrijfsomstandigheden en niet alleen van de materiaalnaam.
Contactprestaties worden beïnvloed door verschillende factoren:
| Factor | Effect |
|---|---|
| Huidig niveau | Beïnvloedt contactverwarming |
| Spanning | Beïnvloedt boogvorming tijdens scheiding |
| Soort belasting | Inductieve belastingen kunnen grotere schakelstress veroorzaken |
| Schakelfrequentie | Bepaalt hoe vaak contacten slijtage ervaren |
| Contactmateriaal | Beïnvloedt de geleidbaarheid en het slijtagegedrag |
Dit is met name relevant bij industriële apparatuur die gedurende langere perioden herhaaldelijk in bedrijf is.
Een andere reden voor het voortgezette gebruik ervan is de eenvoudige integratie. Industriële besturingssystemen bevatten vaak gevestigde bedradingsarchitecturen die gebruik maken van klemmenblokken, contactors, stroomonderbrekers, PLC's, timers en relais.
Een relais kan als tussenschakelelement worden geïnstalleerd zonder dat er grote wijzigingen in het totale besturingsconcept nodig zijn.
Dit is handig wanneer:
Dankzij het vertrouwde werkingsprincipe is het oplossen van problemen bovendien relatief direct. Technici kunnen het spoelcircuit, de contactstatus, de bedrading en de aangesloten belasting afzonderlijk inspecteren.
Het voortdurende gebruik van mechanische relais is vooral zichtbaar in apparatuur waarbij eenvoudig elektrisch schakelen belangrijker is dan werking op extreem hoge snelheid.
Relais kunnen controlleruitgangen koppelen aan motoren, kleppen, indicatoren, alarmen en andere elektrische belastingen.
Ze kunnen een tussenschakelfase bieden tussen elektronische regelaars en veldapparatuur.
Relais kunnen hulpcircuits beheren en zorgen voor een elektrische scheiding tussen verschillende delen van een besturingssysteem.
Bestaande machines kunnen op relais gebaseerde besturingsarchitecturen gebruiken die praktisch te onderhouden blijven in plaats van volledig opnieuw ontworpen te worden.
De toenemende beschikbaarheid van solid-state relais heeft mechanische relais niet geëlimineerd. In plaats daarvan worden de twee technologieën vaak geselecteerd op basis van verschillende operationele vereisten.
| Overweging | Elektromagnetisch relais | Solid-state relais |
|---|---|---|
| Schakelmechanisme | Mechanische contacten | Halfgeleiderapparaten |
| Slijtage voor lichamelijk contact | Ja | Geen mechanische contactslijtage |
| Elektrische isolatie | Beschikbaar via relaisstructuur | Beschikbaar via elektronisch isolatieontwerp |
| Schakelsnelheid | Over het algemeen matig | Over het algemeen sneller |
| Warmte gedrag | Hangt vooral af van contacten en belasting | De warmteafvoer van halfgeleiders kan belangrijk zijn |
| Beste pasvorm | Conventioneel industrieel schakelen | Hoogfrequent of snel elektronisch schakelen |
Geen van beide typen is automatisch geschikt voor elke toepassing. Belastingskarakteristieken, schakelfrequentie, isolatievereisten, installatieomstandigheden en verwachte levensduur moeten samen in overweging worden genomen.
Industriële automatisering vereist niet altijd de nieuwste schakeltechnologie. Apparatuur heeft vaak componenten nodig die gemakkelijk te integreren, te begrijpen, te testen en te vervangen zijn.
Het elektromagnetisch relais blijft in veel besturingstoepassingen aan deze eisen voldoen, omdat het werkingsprincipe eenvoudig is: bekrachtig een spoel, beweeg een mechanisch contactsysteem en verander de circuitstatus.
Die eenvoud maakt het ook gemakkelijker om de beperkingen ervan te identificeren. Contactslijtage, boogvorming, schakelfrequentie, spoelvermogen en belastingskarakteristieken kunnen allemaal worden geëvalueerd tijdens het circuitontwerp.
Terwijl industriële besturingssystemen PLC's, digitale communicatie en elektronische controllers blijven bevatten, blijven mechanische relais nuttig waar fysieke contactschakeling en circuitisolatie vereist zijn. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produceert industriële besturingscomponenten, waaronder relais, AC-schakelaars, drukknopschakelaars, signaallampen en aanverwante producten. De voortdurende aanwezigheid van het elektromagnetische relais in moderne schakelkasten weerspiegelt een praktische technische keuze: wanneer de toepassing vraagt om geïsoleerde, configureerbare mechanische schakeling, kan een conventioneel relais nog steeds de vereiste taak uitvoeren zonder onnodige complexiteit.
