Relais versus contactors voor elektrische besturingssystemen

Relais en contactors zijn belangrijke elektrische schakelapparaten die worden gebruikt om circuits veilig en efficiënt te besturen. Hoewel ze op een vergelijkbare manier werken, zijn ze ontworpen voor verschillende niveaus van elektrische belasting. Dit artikel legt uit hoe relais en contactors werken, vergelijkt hun belangrijkste verschillen, beschrijft hun componenten en types, en toont de belangrijkste factoren die u moet controleren voordat u een keuze tussen hen maakt.

Catalogus

Wat zijn relais en contactors?

Relais en contactors zijn schakelapparaten die het mogelijk maken dat het ene elektrische circuit het andere bestuurt.

Een relais is over het algemeen geschikt voor het schakelen van controle signalen en laag- tot gemiddeld vermogen belastingen. Relais zijn verkrijgbaar met verschillende spoelspanningen, contactwaarden, maten en contactarrangementen, waaronder normaal open (NO), normaal gesloten (NC) en wisselcontacten.

Een contactor is een zwaar schakelapparaat dat voornamelijk is ontworpen voor krachtbelastingen. Het heeft grotere contacten, een sterker werkmechanisme en betere boogbeheersing functies dan een standaard controle relais. Veel contactors bevatten ook hulpcapaciteiten voor controle, indicatie en vergrendeling.

Hoe werken relais en contactors?

Relais en contactors stellen een besturingscircuit in staat om een apart elektrisch belasting te schakelen. Hoewel beide apparaten vergelijkbare interne componenten gebruiken, zijn ze ontworpen voor verschillende operationele vereisten.

Werkingsprincipe van relais

Een relais is een elektrisch bediende schakelaar die een laagvermogen besturingscircuit gebruikt om een apart belastingscircuit te regelen. Zoals weergegeven in de afbeelding, omvatten de belangrijkste onderdelen de elektromagnetische spoel, beweegbare anker, veer en relaiscontacten. Het besturingscircuit en het belastingscircuit zijn elektrisch geïsoleerd, maar mechanisch verbonden via het anker.

Wanneer de schakelschakelaar gesloten is, stroomt er stroom door de spoel. De spoel produceert een magnetisch veld en wordt een elektromagneet. Deze magnetische kracht trekt het beweegbare anker naar de spoel toe, waardoor de relaiscontacten van positie veranderen.

Voor een normaal open contact sluit de beweging van het anker het contact en voltooit het belastingscircuit. Stroom kan dan van de voedingsbron naar de aangesloten belasting vloeien. In de afbeelding stelt het sluiten van het contact gemarkeerd met CR de belasting in staat om te functioneren.

Wanneer de schakelschakelaar geopend is, stopt de stroom door de spoel en verdwijnt het magnetische veld. De veer brengt het anker terug naar zijn normale positie, opent het contact en verbreekt de belasting. Relais maken het daarom mogelijk om een klein controlesignaal een ander circuit veilig te schakelen zonder de twee elektrische circuits direct te verbinden.

Werkingsprincipe van contactors

Zoals weergegeven in de afbeelding, heeft een contactor twee aparte circuitsecties. Het besturingscircuit aan de rechterkant levert stroom aan de spoel, terwijl het krachtcircuit aan de linkerkant stroom naar de aangesloten belasting voert. Deze circuits zijn elektrisch gescheiden, maar mechanisch verbonden via de elektromagneet en het anker.

Wanneer spanning op de spoel wordt aangelegd, produceert deze een magnetisch veld in de elektromagnet. Deze magnetische kracht trekt de armatuur naar de magnetische kern. De beweging van de armatuur zorgt ervoor dat de beweegbare contacten de vaste contacten raken, waardoor de stroomkring wordt gesloten. Stroom kan dan door de contactor naar de aangesloten apparatuur stromen.

In een driefasige motorcontactor sluiten drie hoofdcontacten normaal gesproken bijna gelijktijdig om alle drie de voedingslijnen te verbinden. Hulpkontakten kunnen ook van positie veranderen met de hoofdcontacten. Ze worden gebruikt voor controletaken zoals het energiek houden van de spoel, elektrische vergrendeling en statusindicatie.

Wanneer de spoelspanning wordt verwijderd, verdwijnt het magnetische veld. De veer die in de afbeelding wordt weergegeven, brengt de armatuur terug naar zijn normale positie en scheidt de beweegbare contacten van de vaste contacten. Dit opent de stroomkring en ontkoppelt de last. In een werkelijke contactor helpen boogschuilplaatsen om de elektrische boog te beheersen en te doven die ontstaat wanneer de hoge stroom wordt onderbroken.

Relais- en contactorcomponenten

Hoofdcomponenten van het relais

Een mechanisch relais bevat verschillende onderdelen die samenwerken om een elektrische schakeling te openen of te sluiten. Wanneer er stroom door de spoel loopt, creëert het een magnetisch veld dat de armatuur aantrekt en de contactpositie verandert.

• Armatuur – Een beweegbaar metalen onderdeel dat naar de kern wordt getrokken wanneer de spoel van stroom wordt voorzien.

• Contacten – Conductoronderdelen die de laadcircuits openen of sluiten. Ze kunnen normaal open, normaal gesloten of wisselcontacten zijn.

• Kern – Een magnetisch metalen stuk binnenin de spoel dat het magnetische veld versterkt en concentreert.

• Draadspoel – Een geïsoleerde koperen wikkeling die een magnetisch veld creëert wanneer er stroom doorheen loopt.

• Stroombron – Levert de spanning en de stroom die nodig zijn om de relaisspoel te voorzien van energie.

• Besturingscircuit – Stuurt het elektrische signaal dat het relais activeert of deactiveert.

• Laadverbinding – Verbindt de relaiscontacten met het apparaat dat wordt bestuurd, zoals een motor, lamp, verwarming of ventilator.

Hoofdcomponenten van de contactor

Hoofd interne en externe onderdelen van een driefasige elektrische contactor.

• Elektromagnetische spoel – Produceert een magnetisch veld wanneer de controle spanning wordt aangelegd.

• Beweegbare armatuur – Beweegt naar de vaste kern wanneer de spoel van stroom wordt voorzien.

• Vaste yoke of magnetische kern – Voltooit het magnetische pad en versterkt de magnetische kracht.

• Schaduws spoel – Vermindert trillingen, zoemen en contactgeluiden in een AC contactor.

• Hoofdcontacten – Dragen en schakelen de hoogstroom laadcircuits. De afbeelding toont drie sets voor driefasige stroom.

• Contactdrager of brug – Beweegt alle drie de hoofdcontacten tegelijkertijd.

• Terugveerver – Brengt de armatuur en contacten terug naar hun normale positie wanneer de spoel niet van stroom is voorzien.

• Boogschuilplaatsen of suppressors – Verdeling, koeling en doven van de elektrische boog die ontstaat wanneer de hoofdcontacten openen.

• Hulpkontactblok – Biedt extra normaal open of normaal gesloten contacten voor controle, vergrendeling en statusindicatie.

• Spoelaansluitingen A1 en A2 – Verbindt de spoel met het besturingscircuit.

• Hoofdvoedingsterminals L1–L3 en T1–T3 – L1–L3 verbindt met de inkomende voedingsbron, terwijl T1–T3 verbindt met de last.

Vergelijking relais versus contactor

Doel

Een relais is ontworpen om laagstroom- of laagspanningscircuits te schakelen, zoals controlesignalen en elektronische apparaten. Een contactor is ontworpen om hoogstroomstroomcircuits te schakelen, waaronder elektrische motoren, verwarmingselementen, compressoren en industriële machines.

Stroom- en spanningswaarde

Relais behandelen typisch stromen van enkele milliampères tot ongeveer 10–30 A, afhankelijk van het model. Contactors zijn ontworpen voor veel hogere belastingen, die gewoonlijk variëren van 20 A tot enkele honderden ampères, met bedrijfsspanningen tot 690 V AC of hoger in industriële systemen.

Contactconfiguratie

Relais zijn verkrijgbaar met meerdere contactarrangementen, waaronder normaal open (NO), normaal gesloten (NC) en wisselcontacten (SPDT of DPDT). Contactors maken voornamelijk gebruik van normaal open hoofdcontacten voor het schakelen van voeding, terwijl aparte hulpkontakten NO- of NC-functies bieden voor besturingscircuits.

Boogonderdrukking

De meeste relais vertrouwen op kleine contactafstanden en contactmaterialen om het booggevaar te minimaliseren omdat zij relatief lage stromen schakelen. Contactors bevatten boogschuilplaatsen of boogsuppressoren die de elektrische boog creëren, koelen en doven die ontstaat bij het schakelen van hoogvermogen lasten, waardoor de veiligheid verbetert en de levensduur van de contacten wordt verlengd.

Fysieke afmetingen

Relais zijn compact en lichtgewicht, waardoor ze geschikt zijn voor printplaten (PCB's), elektronische apparatuur en bedieningspanelen. Contactors zijn veel groter omdat ze grotere contacten, sterkere magnetische systemen en boogregelingcomponenten bevatten die nodig zijn voor hoog vermogen schakelen.

Energieverbruik

Relaisspoelen verbruiken over het algemeen minder stroom omdat ze alleen genoeg magnetische kracht nodig hebben om kleine contacten te verplaatsen. Contactorspoelen vereisen meer energie om grotere ankers en zwaar belastbare contacten te bedienen die hoge stroom kunnen dragen.

Schakelsnelheid

Relais schakelen meestal sneller omdat ze lichtere bewegende onderdelen en een kortere contactreis hebben. Contactors schakelen iets langzamer vanwege hun grotere ankers, sterkere terugveerspellen en zwaardere contactassemblages.

Elektrisch leven

Relais bieden een lange levensduur in toepassingen met laag vermogen, maar slijten sneller wanneer ze worden gebruikt met zware lasten. Contactors zijn specifiek ontworpen voor frequente schakeling bij hoge stroom en bieden typisch een veel hogere elektrische levensduur onder industriële bedrijfsomstandigheden.

Hoofdtypen elektrische relais

Elektrische relais zijn beschikbaar in verschillende ontwerpen. Sommige gebruiken bewegende contacten, terwijl andere vertrouw op halfgeleider schakeling of gespecialiseerde sensorfuncties. Elk type is geschikt voor verschillende controle-, tijd-, bescherming- en signaaltoepassingen.

Elektromechanisch Relais

Een elektromechanisch relais schakelt een circuit door fysieke contactbeweging. Stroom die door de spoel stroomt, creëert magnetische kracht die een anker verplaatst en de contactpositie verandert. De zichtbare schakelactie, elektrische isolatie en het brede scala aan contactarrangementen maken het geschikt voor apparaten, voertuigcircuits, machinebesturingen en algemene elektrische systemen.

Solide-staat Relais

In plaats van bewegende contacten, gebruikt een solide-staat relais elektronische onderdelen zoals transistors, thyristors of triacs. Deze constructie biedt stille werking, snelle respons en een lange levensduur in toepassingen die herhaaldelijk schakelen. Solide-staat relais worden vaak geselecteerd voor temperatuurregelaars, industriële automatisering, verwarmers en productie-apparatuur.

Reed Relais

Een reed relais heeft dunne magnetische contactbladen die zijn afgesloten in een verzegelde glazen buis. Wanneer de spoel wordt geactiveerd, bewegen de bladen samen of scheiden om het circuit te schakelen. De verzegelde constructie voorkomt dat stof en vocht de contacten bereiken, waardoor reed relais nuttig zijn voor meetinstrumenten, telecommunicatie, meetapparatuur en gevoelige signaalcircuits.

Latching Relais

Een latching relais houdt zijn contactpositie vast, zelfs nadat de spoelspanning is verwijderd. Een kort elektrisch pulssignaal verandert het relais van de ene toestand naar de andere, zodat continue spoelspanning niet nodig is. Dit helpt het energieverbruik te verminderen in slimme meters, afstandsbedieningen, verlichtingssystemen en batterij-aangedreven apparatuur.

Tijdvertraging Relais

Een tijdvertraging relais verandert zijn contacten pas nadat een geselecteerde periode is verstreken. Afhankelijk van het ontwerp kan de vertrAGING optreden wanneer de spoel is geactiveerd, gedeactiveerd of beide. Het helpt motorstartsequenties, apparatuurafsluitingen, pompopdracht, ventilatiesystemen en andere processen die tijdshakeling vereisen, te controleren.

Overbelast Relais

Een overbelast relais beschermt een motor wanneer er te veel stroom te lang aanhoudt. Na het detecteren van een overbelasting onderbreekt het de contactor spoelcircuits, waardoor de contactor de motor ontkoppelt. Omdat het reageert op aanhoudende overbelasting en niet op ernstige kortsluitingen, moet het worden gebruikt met een geschikte zekering of stroomonderbreker.

Beschermend Relais

Beschermende relais houden toezicht op elektrische systemen en identificeren abnormale bedrijfsomstandigheden. Ze kunnen stroom, spanning, frequentie, fasebalans, impedantie of stroomrichting meten. Wanneer er een gevaarlijke storing wordt gedetecteerd, signaleert het relais een stroomonderbreker om het aangetaste gedeelte te isoleren. Deze apparaten zijn essentieel in onderstations, opwekkingsinstallaties, transmissienetwerken en industriële stroomsystemen.

Hoofdtypen elektrische contactors

Contactors kunnen worden geclassificeerd op basis van het soort stroom dat ze schakelen, hun interne constructie of de applicatie die ze bedienen.

AC Contactor

AC contactors regelen belastingen die worden aangedreven door wisselstroom. Veel ontwerpen bevatten een afschaduwring die helpt om brom, trillingen en contactgeluiden te voorkomen wanneer het wisselstroommagnetische veld van richting verandert. Ze worden veel geïnstalleerd in motorstarters, pompen, ventilatoren, compressoren en airconditioningssystemen.

DC Contactor

DC-contactoren zijn gebouwd voor gelijkstroomcircuiten. Omdat een DC-boog niet natuurlijk door nul gaat zoals een AC-boog, vereisen deze contactoren sterkere boogbeheersingskenmerken, zoals magnetische uitblaas- of verlengde boogkamers. Typische installaties zijn onder andere elektrische voertuigen, batterijbanken, zonnepanelen, DC-motoren en oplaadstations.

Magnetische contactor

Een magnetische contactor werkt via een elektromagnetische spoel en beweegbare armatuur. Het van energie voorzien van de spoel sluit de hoofdcontacten, terwijl het verwijderen van de spoelspanning de terugveerspring opent. Dit ontwerp stelt grote elektrische belastingen in staat om op afstand te worden bestuurd via drukknoppen, sensoren, timers, controllers of PLC-uitgangen. De meeste moderne AC- en DC-contactoren gebruiken dit werkingsprincipe.

Vacuümcontactor

Vacuümcontactoren plaatsen hun hoofdcontacten binnen afgesloten vacuümonderbrekers. De afwezigheid van lucht helpt om bogen snel te doven en vermindert de slijtage van de contacten. Hun duurzame constructie maakt ze geschikt voor middenspanningmotoren, transformatoren, mijnbouwapparatuur en industriële energie-distributiesystemen.

Specifieke contactor

Specifieke contactoren worden vervaardigd voor een bepaalde apparatuurcategorie in plaats van voor algemeen industrieel gebruik. Ze hebben normaal gesproken een compact ontwerp en een beperkte selectie accessoires of contactconfiguraties. Ze worden vaak aangetroffen in airconditioners, koelsystemen, elektrische verwarmers, ventilatieapparatuur en vergelijkbare systemen.

Omkeercantor

Een omkeercantorassemblage combineert twee contactoren met mechanische of elektrische vergrendeling. Eén contactor voorziet de motor van de normale fasevolgorde, terwijl de andere twee fasen omwisselt om de rotatie te omkeren. Vergrendeling voorkomt dat beide contactoren gelijktijdig sluiten. Deze opstelling wordt gebruikt in kranen, hijstoestellen, transportbanden, deuren en werktuigen die voorwaartse en achterwaartse beweging vereisen.

Verlichtingscontactor

Verlichtingscontactoren schakelen verschillende lampen of verlichtingscircuits vanuit één controlelocatie. Ze kunnen werken via timers, fotocellen, gebouwbeheersystemen of handmatige schakelaars. Hun hogere schak capaciteiten maken ze geschikt voor magazijnen, kantoren, winkelcentra, stadions, parkeergelegenheden en buitenverlichtingsinstallaties.

Condensator-schakelaarcontactor

Condensator-schakelaarcontactoren zijn ontworpen voor de correctie van het vermogenfactor condensatorbanken. Capacitoren kunnen een zeer hoge inschakelstroom trekken wanneer ze zijn verbonden, dus deze contactoren gebruiken voorgaande contacten of stroombeperkende weerstanden om de initiële piek te verminderen. Dit beschermt de hoofdcontacten tegen aanlassen, oververhitting en voortijdige slijtage.

Relais of contactor: welke moet je kiezen?

Kies een relais voor laagstroomcircuits, signaalverlichting, elektrische isolatie en controlefuncties die normaal open, normaal gesloten of omvormcontacten vereisen. Relais zijn meestal kleiner en geschikter voor lichtere schakeltaken.

Kies een contactor voor hoogstroomlasten, frequente bediening en apparatuur met een hoge start- of inschakelstroom. Contactoren hebben sterkere contacten en betere boogbeheersing, waardoor ze veiliger zijn voor veeleisende stroomcircuits.

Controleer voor het kiezen de belastingsspanning, werkstroom, inschakelstroom, spoelspanning, schakelfrequentie, contacttype en vereiste elektrische rating. Gebruik een contactor wanneer de belasting dicht bij of boven de veilige limiet van een standaard relais ligt.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Waarom kan een relais een resistieve belasting aan, maar faalt het bij een motor van dezelfde stroom?

Motoren en andere inductieve belastingen trekken een hoge inschakelstroom en creëren sterke elektrische bogen wanneer ze worden uitgeschakeld. Een relais dat is beoordeeld voor een resistieve belasting heeft daarom mogelijk een veel lagere beoordeling voor motoren, solenoïdes of transformatoren. Controleer altijd de belasting specifieke contactrating.

2. Kan een AC-contactor worden gebruikt om een DC-belasting te schakelen?

Alleen als de fabrikant een geschikte DC-schakelrating biedt. DC-bogen zijn moeilijker te doven omdat de stroom niet natuurlijk door nul gaat. Het gebruik van een AC-only contactor op DC kan ernstige boogvorming, contactlassen of voortijdige uitval veroorzaken.

3. Waarom wordt er een suppressie-apparaat geïnstalleerd over een relais- of contactorspoel?

Een spoel produceert een spanningspiek wanneer deze wordt uitgeschakeld. Een flybackdiode, RC-snubber, varistor of andere suppressor beperkt deze piek en beschermt de controller, transistor of PLC-uitgang. De juiste suppressor hangt af van of de spoel AC of DC gebruikt.

4. Wat veroorzaakt dat een contactor ratelt in plaats van stevig te sluiten?

Veelvoorkomende oorzaken zijn onder andere een lage spoelspanning, onstabiele stuurkracht, losse bedrading, vuil in de magnetische kern of een onjuiste spoelfrequentie. Ratelen verhoogt de boogvorming, het geluid, de temperatuur en de mechanische slijtage, dus de stuurspanning en de interne toestand moeten onmiddellijk worden gecontroleerd.

5. Wat is relaiscontact bounce, en waarom kan het problemen veroorzaken?

Contact bounce doet zich voor wanneer mechanische contacten snel meerdere keren openen en sluiten voordat ze stabiliseren. Dit kan valse pulsen creëren in tellers, digitale ingangen of stuurcircuits. Debouncing kan worden toegevoegd via software, timingcircuits of signaalconditioneringscomponenten.

6. Kunnen hulpkontakten de hoofdbelastingstroom dragen?

Nee. Hulpkontakten zijn bedoeld voor laagstroomsturing, indicatie, vasthouden en interlocks. Ze hebben normaal gesproken veel lagere stroomwaarden dan de hoofdcontacten en mogen niet worden gebruikt om motoren, verwarmers of andere zware belastingen van stroom te voorzien.

7. Waarom wordt een overbelastingsrelais gebruikt met een contactor?

Een contactor sluit de motor aan en ontkoppelt deze, maar detecteert normaal gesproken geen aanhoudende overbelastingsstroom. Het overbelastingsrelais bewaakt de motorstroom en opent het contactorcircuit wanneer er een overbelasting optreedt. Een zekering of stroomonderbreker is nog steeds vereist voor kortsluitbeveiliging.