YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. untersucht, warum dasElektromagnetisches Relaisist in industriellen Steuerungssystemen trotz des Wachstums von Halbleiter- und digitalen Schalttechnologien nach wie vor weit verbreitet.
Industrielle Steuerungssysteme haben sich durch SPS, Sensoren, Frequenzumrichter, Fernüberwachung und vernetzte Steuerungen erheblich verändert. Dennoch sind in vielen Schaltschränken immer noch herkömmliche elektromechanische Relais verbaut. Ihre weitere Verwendung ist nicht nur eine Frage des älteren Gerätedesigns. In vielen Anwendungen bietet die grundlegende Relaisstruktur immer noch eine praktische Kombination aus elektrischer Trennung, einfachem Schalten und flexibler Schaltkreissteuerung.
An der Grundfunktion eines Relais hat sich nichts geändert: Ein relativ kleines Steuersignal betätigt Kontakte in einem anderen Stromkreis. Diese Trennung ist nützlich, wenn der Controller und die gesteuerte Last unterschiedliche elektrische Eigenschaften haben.
Beispielsweise ist ein SPS-Ausgang möglicherweise nicht dazu gedacht, ein Motorschütz, ein Magnetventil, einen Alarmkreis oder eine andere Last direkt zu schalten. Zwischen Controller und Last kann ein Relais geschaltet werden, das eine zusätzliche Schaltschnittstelle bietet.
Drei Merkmale sind besonders relevant:
Diese Eigenschaften machen Relais auch dann nützlich, wenn das umgebende Steuerungssystem hochgradig automatisiert ist.
Moderne Automatisierungsgeräte kombinieren häufig elektronische Steuerkreise mit niedriger Spannung und Lasten mit höherer Spannung. Diese Schaltkreise müssen interagieren, ohne unbedingt direkt verbunden zu sein.
Ein elektromagnetisches Relais verwendet einen Spulen- und Kontaktmechanismus, um diese Trennung zu erzeugen. Wenn die Spule mit Strom versorgt wird, bewegt ihr Magnetfeld einen Anker und verändert so den Zustand der Kontakte.
Die Steuerschaltung betätigt daher das Relais, ohne dass der Laststrom direkt über den Reglerausgang geleitet wird.
| Kontrollanforderung | Relaisfunktion |
|---|---|
| Getrennte Steuer- und Lastkreise | Verwendet Spule-Kontakt-Isolierung |
| Wechseln Sie auf eine andere Spannungsebene | Kontakte arbeiten unabhängig von der Spulenspannung |
| Steuern Sie mehrere Leitungspfade | Es stehen verschiedene Kontaktkonfigurationen zur Verfügung |
| Stellen Sie einen physikalischen Schaltzustand bereit | Kontakte entsprechen sichtbar einem elektrischen Zustand |
Diese Anordnung bleibt in Schaltschränken nützlich, in denen verschiedene Spannungsniveaus und Schaltkreisfunktionen kombiniert werden.
Halbleiterschalten bietet Vorteile bei Anwendungen, die einen extrem schnellen Betrieb oder eine sehr hohe Schaltfrequenz erfordern. Für viele herkömmliche Industrielasten sind physische Kontakte jedoch nach wie vor nützlich.
Ein mechanischer Kontakt sorgt für einen klar definierten offenen oder geschlossenen Zustand. Es kann auch entsprechend der erforderlichen elektrischen Last und Schaltungskonfiguration ausgewählt werden.
Zu den üblichen Kontaktvereinbarungen gehören:
Diese Flexibilität ermöglicht es einem Relais, verschiedene Steueraufgaben zu erfüllen, ohne das grundlegende Funktionsprinzip zu ändern.
Für Geräteentwickler kommt es daher weniger darauf an, ob mechanische oder elektronische Schaltung allgemein besser ist, als vielmehr darauf, welche Technologie zur Schaltung passt.
Industriemaschinen erfordern selten nur eine Art von Schaltvorgang. Ein Steuersignal muss möglicherweise einen Stromkreis starten und gleichzeitig einen anderen trennen oder ein Statussignal an einen separaten Steuereingang liefern.
Ein Relais mit Wechslerkontakten kann diese Art der Umschaltung durch eine mechanische Bewegung durchführen.
Zum Beispiel:
| Erfordernis | Mögliche Kontaktvereinbarung |
|---|---|
| Schalten Sie einen Stromkreis ein, wenn er unter Spannung steht | Normalerweise geöffnet |
| Unterbrechen Sie einen Stromkreis, wenn er unter Spannung steht | Normalerweise geschlossen |
| Transfer zwischen zwei Stromkreisen | Umstellung |
| Stellen Sie separate Steuerpfade bereit | Mehrere Kontaktsätze |
Dies ist einer der Gründe, warum herkömmliche Relais weiterhin in Maschinensteuertafeln und Schaltschränken zu finden sind.
Eine wichtige Einschränkung mechanischer Relais besteht darin, dass ihre Kontakte und beweglichen Teile physischem Verschleiß unterliegen. Bei jedem Schaltzyklus werden Anker und Kontaktflächen bewegt.
Bei Anwendungen mit relativ moderater Schalthäufigkeit stellt dies möglicherweise keine wesentliche Einschränkung dar. Für Geräte, die extrem schnell oder kontinuierlich schalten, können Konstrukteure Halbleiteralternativen in Betracht ziehen.
Daher kommt es auf das Betriebsprofil an.
Ein Relais kann geeignet sein, wenn ein System Folgendes erfordert:
Die tatsächliche Lebensdauer hängt von Faktoren wie Lastart, Schaltstrom, Spannung, Betriebsfrequenz, Kontaktmaterial und Umgebungsbedingungen ab.
Wenn sich Kontakte unter Last öffnen oder schließen, können die elektrischen Bedingungen an der Kontaktoberfläche zu Hitze, Lichtbogenbildung und Materialübertragung führen. Wiederholtes Schalten wirkt sich nach und nach auf die Kontaktflächen aus.
Aus diesem Grund ist das Kontaktmaterial ein wichtiger Bestandteil des Relaisdesigns.
Kontaktmaterialien auf Silberbasis werden aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit und Eignung für Kontaktanwendungen häufig beim elektrischen Schalten verwendet. Das geeignete Material hängt jedoch von der elektrischen Belastung und den Betriebsbedingungen ab und nicht nur von der Materialbezeichnung.
Die Kontaktleistung wird von mehreren Faktoren beeinflusst:
| Faktor | Wirkung |
|---|---|
| Aktueller Stand | Beeinflusst die Kontakterwärmung |
| Stromspannung | Beeinflusst die Lichtbogenbildung während der Trennung |
| Ladetyp | Induktive Lasten können zu einer höheren Schaltbelastung führen |
| Schaltfrequenz | Bestimmt, wie oft Kontakte abgenutzt werden |
| Kontaktmaterial | Beeinflusst Leitfähigkeit und Verschleißverhalten |
Dies ist insbesondere bei Industrieanlagen relevant, die über längere Zeiträume hinweg wiederholt betrieben werden.
Ein weiterer Grund für ihre weitere Verwendung ist die einfache Integration. Industrielle Steuerungssysteme enthalten häufig etablierte Verkabelungsarchitekturen mit Klemmenblöcken, Schützen, Leistungsschaltern, SPS, Zeitgebern und Relais.
Als Zwischenschaltelement kann ein Relais eingebaut werden, ohne dass große Änderungen am gesamten Steuerungskonzept erforderlich sind.
Dies ist nützlich, wenn:
Das bekannte Funktionsprinzip ermöglicht zudem eine relativ direkte Fehlersuche. Techniker können den Spulenkreis, den Kontaktzustand, die Verkabelung und die angeschlossene Last separat überprüfen.
Der fortgesetzte Einsatz mechanischer Relais ist insbesondere bei Geräten sichtbar, bei denen einfaches elektrisches Schalten wichtiger ist als ein extrem schneller Betrieb.
Relais können Controller-Ausgänge mit Motoren, Ventilen, Anzeigen, Alarmen und anderen elektrischen Lasten verbinden.
Sie können eine Zwischenschaltstufe zwischen elektronischen Steuerungen und Feldgeräten darstellen.
Relais können Hilfsstromkreise verwalten und für eine elektrische Trennung zwischen verschiedenen Teilen eines Steuerungssystems sorgen.
Bestehende Maschinen verwenden möglicherweise relaisbasierte Steuerungsarchitekturen, die weiterhin praktisch zu warten sind und nicht komplett neu entwickelt werden müssen.
Die zunehmende Verfügbarkeit von Halbleiterrelais hat mechanische Relais nicht verdrängt. Stattdessen werden die beiden Technologien häufig nach unterschiedlichen Betriebsanforderungen ausgewählt.
| Rücksichtnahme | Elektromagnetisches Relais | Halbleiterrelais |
|---|---|---|
| Schaltmechanismus | Mechanische Kontakte | Halbleitergeräte |
| Körperkontaktverschleiß | Ja | Kein mechanischer Kontaktverschleiß |
| Elektrische Isolierung | Verfügbar über die Relaisstruktur | Verfügbar durch elektronisches Isolationsdesign |
| Schaltgeschwindigkeit | Im Allgemeinen moderat | Generell schneller |
| Hitzeverhalten | Hängt hauptsächlich von Kontakten und Last ab | Die Wärmeableitung von Halbleitern kann wichtig sein |
| Beste Passform | Konventionelle industrielle Schaltung | Hochfrequenz- oder schnelle elektronische Schaltung |
Keiner der beiden Typen ist automatisch für jede Anwendung geeignet. Lasteigenschaften, Schalthäufigkeit, Isolationsanforderungen, Installationsbedingungen und erwartete Lebensdauer sollten gemeinsam berücksichtigt werden.
Die industrielle Automatisierung erfordert nicht immer die neueste Schalttechnik. Geräte benötigen häufig Komponenten, die einfach zu integrieren, zu verstehen, zu testen und auszutauschen sind.
Das elektromagnetische Relais erfüllt diese Anforderungen weiterhin in vielen Steuerungsanwendungen, da sein Funktionsprinzip einfach ist: Erregen einer Spule, Bewegen eines mechanischen Kontaktsystems und Ändern des Schaltkreiszustands.
Diese Einfachheit macht es auch einfacher, seine Grenzen zu erkennen. Kontaktverschleiß, Lichtbogenbildung, Schaltfrequenz, Spulenleistung und Lasteigenschaften können alle während des Schaltungsentwurfs bewertet werden.
Da industrielle Steuerungssysteme weiterhin SPS, digitale Kommunikation und elektronische Steuerungen umfassen, bleiben mechanische Relais immer dann nützlich, wenn physische Kontaktschaltung und Stromkreistrennung erforderlich sind. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produziert industrielle Steuerungskomponenten, darunter Relais, Wechselstromschütze, Druckschalter, Signallampen und verwandte Produkte. Die anhaltende Präsenz des elektromagnetischen Relais in modernen Schaltschränken spiegelt eine praktische technische Entscheidung wider: Wenn die Anwendung eine isolierte, konfigurierbare mechanische Schaltung erfordert, kann ein herkömmliches Relais die erforderliche Aufgabe immer noch ohne unnötige Komplexität ausführen.
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