Relais und Schütze

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Was ist ein elektromechanisches Relais?

Ein Relais ist ein Gerät, dessen Aufgabe es ist, den Zustand eines Stromkreises zu ändern (öffnen und schließen), um andere Geräte im Stromkreis zu steuern (der Stromkreis kann derselbe sein wie bei einem Schütz, oder ein völlig anderer). Relais sind in industriellen Prozessen wichtig, da sie deren ordnungsgemäßen Ablauf gewährleisten.

Wie funktioniert ein elektromagnetisches Relais?

Der Stromfluss durch die Spule zieht den Anker an. Nach dem Anziehen des Ankers schließen sich die Schließer-Kontakte und die Öffner-Kontakte öffnen sich. Nach Abschalten der Spannung und Abfallen des Ankers öffnen sich die Schließer-Kontakte und die Öffner-Kontakte schließen sich. Bei den am häufigsten vorkommenden Relaiskonstruktionen: Spulenspannung - 230 VAC oder 24 VDC, Arbeitsstrom der Kontakte - von 1 bis 10A, Anzahl der Kontakte – von einem bis vier Schaltpaare.

Es ist zu beachten, dass Relaiskontakte nur eine geringe Strombelastbarkeit haben (bis zu einigen Ampere). Dadurch ist der installierte Elektromagnet viel kleiner als bei Schützen, und die Kontakte haben keine zusätzlichen Kammern zur Löschung von Lichtbögen. Relais haben eine sehr lange Lebensdauer von mehreren zehn Millionen Schaltvorgängen.

Was ist ein Schütz?

Ein Schütz ist ein Schalter, dessen Kontakte durch einen Elektromagneten geschlossen und in diesem Zustand gehalten werden, solange eine geeignete Spannung an der Spule anliegt. Wenn der Spulenstromkreis unterbrochen wird, fällt der Anker ab (durch eine Feder) und die Kontakte öffnen sich.

Aufbau eines Schützes

Funktionsweise und Aufbau sind den elektromagnetischen Relais sehr ähnlich. Der Hauptunterschied liegt in der Anwendung: Schütze werden zum Schalten von Hauptstromkreisen verwendet, z. B. Motoren, während Relais in Hilfskreisen wie Steuer- oder Signalstromkreisen eingesetzt werden. Außerdem unterscheiden sie sich im Aufbau, da ein Schütz zusätzliche Kontakte (sogenannte Hilfskontakte) haben kann, die für Signalisierung oder Verriegelung genutzt werden können.

Es gibt Schütze für Wechselstrom und Gleichstrom. Schütze werden für das Fernschalten von dreiphasigen Wechselstromkreisen in den Nutzungskategorien AC3 und AC4 (Kurzschlussläufermotoren) verwendet. Sie können auch für die Verbindung von Schleifringläufermotoren der Kategorie AC2 oder Heizgeräten der Kategorie AC1 verwendet werden. Gleichstromschütze haben einen elektromagnetischen oder pneumatischen Antrieb, wobei Elektromagnete und Magnetventile mit Gleichstrom gesteuert werden. Gleichstromschütze finden Anwendung in Bereichen wie Eisenbahn-, Straßenbahn- und Akkutechnik.

Was ist ein Halbleiterrelais?

Ein Halbleiterrelais (SSR – Solid State Relay) ist ein Bauteil zur Steuerung von Laststromkreisen mittels eines Halbleiters, der von einem galvanisch getrennten elektronischen Steuerkreis angesteuert wird. Die galvanische Trennung erfolgt über ein optoelektronisches Bauelement, z. B. eine Diode, die Infrarotstrahlung aussendet, eine Photodiode, einen Phototransistor oder einen Fototriac.

Funktionsweise eines Halbleiterrelais

Im Ruhezustand, wenn kein Strom durch die Diode fließt, ist das Element ausgeschaltet. Wenn das Element ausgeschaltet ist, ist sein Ersatzwiderstand sehr hoch. Wenn die Diode aktiviert wird, wird das Fotoelement bestrahlt. Dadurch beginnt das Element zu leiten und schaltet den Lastkreis ein. Diese Lösung ist sehr vorteilhaft, da sie hohe Schaltfrequenzen ermöglicht, eine lange Lebensdauer bietet und vor allem Lichtbögen, die Geräte beschädigen könnten, vermeidet.

Charakteristische Parameter von Halbleiterrelais

Halbleiterrelais haben viele Parameter, die verschiedene Bauelemente des Relais beschreiben. Grundsätzlich lassen sich die Eigenschaften in drei Untergruppen einteilen:

Eingangskreis:

• Steuerspannungsbereich – Spannungsbereich, bei dem das Relais eingeschaltet bleibt,
• Eingangsstrombereich – maximaler Eingangsstrom für Ein- und Ausschaltzustand des Relais,
• Schaltzeiten – Zeit vom Anlegen/Trennen des Signals bis zum vollständigen Ein-/Ausschalten des Relais.

Ausgangskreis:

• Lastspannungsbereich – Spannungsbereich an den Ausgangsklemmen,
• Maximale Spannung – maximal zulässige Überspannung, die das Relais nicht beschädigt,
• Laststrom – maximal zulässiger Strom im Ausgangskreis,
• Maximaler nicht wiederholbarer Überlaststrom – maximaler Stromimpuls mit einer Dauer von einer halben Sinusperiode,
• Maximales I²t – Joule-Integralwert (für Sicherungsauswahl).

Betriebsparameter:

• Isolationsspannung – Effektivwert der Spannung zwischen Eingangs- und Ausgangsklemmen,
• Isolationswiderstand – Minimalwert, gemessen mit einem Gleichstromsignal von 500 V,
• Kapazität Eingang/Ausgang – gemessen zwischen Eingangs- und Ausgangsklemme,
• Temperaturbereich des Relais – Arbeitsbereich des Geräts.

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