Strømreléer – Forstå det grunnleggende

Reléer fungerer hovedsakelig som brytere som styrer driften av andre brytere i elektriske kretser. Ved å bruke et inngangssignal med lav effekt, kan de styre kretser med høyere effekt. Aktivering av reléets laveffektsignal utløser strømsetting av en elektromagnet, som igjen initierer bevegelse av et magnetanker. Denne bevegelsen fører så til at elektriske kontakter lukkes, noe som dermed legger til rette for overføring av strøm til den styrte kretsen.

En av hovedfordelene til denne konstruksjonen ligger i evnen til å isolere laveffekt-styringssignalet fra kretsen som har høyere effekt. Denne isolasjonen beskytter ikke bare operatørene mot potensielle farer, men også utstyret mot potensielle skader. I tillegg forenkler dette oppsettet ekstern styring av enheter eller systemer, noe som muliggjør drift fra avstand.

Opphavet av elektromekaniske reléer kan spores tilbake til 1835, og til tross for betydelige fremskritt i komponentene og mangfoldet gjennom årene, har deres grunnleggende funksjon overlevd. Et av de mest tradisjonelle reléene gjennom historien, er strømreléet. Selv om alle elektriske reléer styrer strømmen, er det ikke riktig å kalle alle reléer «strømreléer» (eller effektreléer). Denne artikkelen vil se nærmere på strømreléer, som omfatter fordeler, konfigurasjoner og viktige valgkriterier.

Grunnleggende om strømreléer

Strømreléer er kjent for sin spesialiserte evne til å håndtere strømveksling på høyt nivå, som varierer fra flertallige forsterkere til mye høyere størrelsesordener. Den mer robuste konstruksjonen og de større dimensjonene gjør at strømrelékontakter tåler store strømmer, noe som gjør dem ideelle i konstruksjoner som krever strømverdier som vanligvis overstiger 10 ampere.

De opplever økt bruk på tvers av ulike bransjer, som omfatter bilsystemer, heisstyringer, ventilaktuatorer og diverse enheter som er preget av høye innledende strømstøt, for eksempel motorer, solenoider, strømforsyninger og elektroniske ballaster.

I likhet med andre elektriske komponenter, kommer reléer med iboende begrensninger når det gjelder strømmen de trygt kan håndtere. Hver modell er tildelt en maksimal nominell effekt, noe som sikrer effektiv tilpasning med et bredt spekter av laster, fra enheter med lav effekt, for eksempel lyspærer, til robuste maskiner, for eksempel store motorer. Overskridelse av den angitte nominelle effekten kan imidlertid føre til permanent skade på reléet.

I tillegg kan feiljustering av kontakter indusere kontaktlysbuer, gjenkjent ved at strøm flyter gjennom luftgapet mellom relékontakter når de er åpne, men nær hverandre. Dette fenomenet utgjør ikke bare risikoer som gnister og varmeproduksjon, men også erosjon av kontakter og generering av uønsket elektrisk interferens, som potensielt kan skade utstyr i nærheten.

Figur 1: Elektromekanisk relékontaktlysbue. (Bildekilde: Same Sky)

Strømreléer – spesialkonstruert for å takle de elektriske belastningene til enheter som håndterer høy strøm, for eksempel varmeapparater, motorer, belysningsmatriser og industrielt utstyr. Den økte strøm- og spenningsklassifiseringen til strømreléer stammer i stor grad fra bruken av bryterkontaktmaterialer som er forskjellige fra de i vanlige reléer. Disse materialene er valgt fordi de tåler påkjenningene fra høyeffektkonstruksjoner, noe som sikrer pålitelig drift og lang levetid i krevende industrielle omgivelser.

Strømrelékontaktmaterialer

Når strømmen flyter gjennom relékontakter, møter den motstand, en faktor som er avhengig av størrelsen og materialsammensetningen til kontaktene. Forhøyet motstand forsterker ikke bare strømmen som avledes i reléet, men øker også varmeproduksjonen. En måte å redusere kontaktmotstanden på, er å velge kontaktmaterialer med omhu.

Konvensjonelle reléer har vanligvis kontakter laget av sølvnikkel, et metall som er kjent for sin allmenne utbredelse i relékonstruksjoner gjennom historien. Sølvnikkelkontakter er svært gode til å veksle resistive laster, der strøm og spenning er i fase med hverandre.

Reléer som er konstruert for høyere laster, slik som strømreléer, bruker derimot kontakter laget av materialer som sølvkadmiumoksid, sølvtinnoksid eller gullegering. Disse materialene er ideelle for å håndtere induktive laster, som kjennetegnes ved at de har asynkron strøm og spenning, noe som kan gi store strøm- eller spenningstopper. Både sølvkadmiumoksid- og sølvtinnoksidkontakter gir redusert elektrisk motstand og reduserer risikoen for kontaktsveising som følge av høye innkoblingsstrømmer. Innføringen av sølvtinnoksid omgår miljømessige bekymringer knyttet til kadmiumbaserte legeringer, og er dermed i samsvar med regulatoriske standarder som opprettholdes av visse nasjoner.

Strømreléer sammenlignet med signalreléer

Strømreléer og signalreléer representerer to populære varianter i reléverdenen. Selv om strømreléer prioriterer håndtering av høyere spenninger og strømmer, tåler de vanligvis færre sykluser før de svikter. Vekselsvis er signalreléer konstruert for å gi en levetid med flere sykluser, men de fungerer med lavere spenninger og minimal strøm.

Kontaktmaterialene som brukes i strømreléer er ikke ideelle for veksling med lav effekt, men de er gunstige for scenarier med høy effekt. Dette stammer fra det faktum at den fysiske forbindelsen mellom kontakter er avgjørende ved lavere spenninger, noe som er diktert av faktorer som kontakttrykk og renhet, i stedet for kontaktmaterialet.

I tillegg medfører bruken av signalrelé i en strømforsyning iboende risikoer, som potensielt kan kulminere i katastrofale feil på grunn av overspenning eller overstrøm. Selv om et slikt relé er i stand til å overleve, vil det mangle viktige funksjoner som lysbueforebygging og selvrensende kontakter, noe som går utover langsiktig pålitelighet.

I beslutningsprosessen mellom strøm- og signalreléer er det viktig å holde fast ved en grunnleggende retningslinje: Sørg alltid for at det er samsvar mellom effektnivået som skal veksles og reléets effektklassifisering. Dette sikrer optimal ytelse, reduserer risikoen for svikt og opprettholder integriteten til reléet og tilknyttede systemer. Du kan lese mer om signalreléer i Same Sky sin andre artikkel med tittelen: Signalreléer – Forstå det grunnleggende.

Ulike typer strømreléer

Strømreléer, i likhet med vanlige reléer, er tilgjengelige i to hovedtyper: elektromekaniske reléer og halvlederreléer.

Elektromekaniske strømreléer er avhengige av en kombinasjon av elektriske spoler, magnetfelt, fjærer, bevegelige magnetankere og kontakter for å regulere strømtilførselen til en enhet.

Halvlederreléer bruker imidlertid ingen bevegelige deler. I stedet utnytter de halvlederenheter som silisiumstyrte likerettere (SCR – silicon-controlled rectifier), trioder for vekselstrøm (TRIAC – triode for alternating current) eller koblingstransistorer for å veksle både veksel- og likestrømmer. Halvlederreléer gir fordeler som raskere vekslingshastigheter og økt pålitelighet sammenlignet med elektromekaniske reléer. Kostnadseffektiviteten reduseres imidlertid etter hvert som strømkravene eskalerer på grunn av de høyere kostnadene forbundet med robuste effekthalvledere og inkluderingen av ekstra varmestyringskomponenter.

Figur 2: Eksempel på et halvlederrelé kombinert med en kjøleribbe. (Bildekilde: Same Sky)

Vanlige konfigurasjoner og klassifiseringer

Strømreléer, i likhet med deres motparter som ikke håndterer effekt (non-power counterparts), er kategorisert basert på kontaktkonfigurasjon, noe som forteller hvor mange enheter de kan styre samtidig. De vanlige klassifikasjonene omfatter:

• SPST (enpolet, enveis)
• DPDT (topolet, toveis)
• 3PDT (trepolet, toveis)
• SP3T (enpolet, treveis)

Relékontakter er angitt som enten normalt åpne (NO – normally open) eller normalt lukkede (NC – normally closed), avhengig av tilstanden deres når det ikke tilføres strøm til reléet.

Reléklassifiseringer betegner den maksimale effekten som kan veksles trygt og effektivt av reléet. Disse klassifiseringene uttrykkes vanligvis som ampere for både veksel- og likestrømmer. Det er svært viktig for reléets klassifisering å overskride klassifiseringen til enheten som veksles, med en ekstra sikkerhetsmargin inkludert.

I likhet med reléer som ikke håndterer effekt, kan strømreléer også beskrives ved å bruke begrepet «Form». Begreper som «1 Form A» eller «2 Form C» gir innsikt i reléets egenskaper. Tallet foran «Form» angir antall kontakter som beskrives og er tilgjengelige i reléet. «Form A» betegner et normalt åpent relé, mens «Form B» betegner et normalt lukket relé. «Form C» og «Form D» gjelder for SPDT-reléer, som angir hvilken posisjon som anses som normalt lukket, og om reléet er henholdsvis «brudd før kobling» eller «kobling før brudd». Selv om det er mange andre «former», er disse fire de mest brukte.

• Form A – normalt åpen
• Form B – normalt lukket
• Form C – SPDT-brytere; brudd-før-kobling (break-before-make)
• Form D – SPDT-brytere; kobling-før-brudd (make-before-break)

Ytterligere hensyn

Noen andre hensyn som må tas ved valg av enhet:

• Inngangsstrømstøt: Noen enheter kan produsere betydelige strømstøt under oppstart. For å forhindre skade på enheten, er det viktig å identifisere disse overspenningene før et relé spesifiseres.
• Spoledemping: Syklisk gjennomløp av reléer kan generere høyspente støtspenninger. Spoledemping innebærer å bruke tilleggskomponenter i kretsen for å beskytte utstyr mot disse støtspenningene (transienter). Dette kan imidlertid redusere reléets levetid. Avgjør om en bestemt spoledempningsstrategi er nødvendig for et spesifikt bruksområde.
• Låsing: Et låserelé beholder den siste kontaktposisjonen selv etter at aktiveringseffekten er fjernet. Det kan hende denne funksjonen er nødvendig for enkelte bruksområder.
• Støy: Reléer kan produsere støy fra elektromagnetisk interferens (EMI) eller radiofrekvensinterferens (RFI), som kan være mer distinkt i enheter med høy effekt. Fastsett følsomheten til en enhet eller et system for denne støyen på forhånd.
• Kontaktsprang: Når et relé går gjennom syklusene sine, kan kontaktene oppleve korte åpne-/lukkesykluser, kjent som kontaktsprang, som genererer elektriske pulser. Avhengig av konstruksjonens følsomhet, kan dette spenningsspranget forårsake uønskede virkninger, så det er viktig å avgjøre om kontaktsprang vil påvirke en konstruksjon før et relé spesifiseres.

Figur 3: Eksempel på kontaktsprang og raskt skiftende spenninger. (Bildekilde: Same Sky)

Konklusjon

Reléer er utprøvde, effektive og pålitelige enheter som gir sikker elektrisk styring av systemer og enheter, samtidig som operatøren holdes trygt isolert fra driftsstrømmen. Strømreléer, enten de er elektromekaniske eller faststoff, er spesialkonstruert med forbedrede funksjoner for å håndtere høyere spenninger og strømmer.

Når konstruktører vurderer strømvekslingsbehovene til produktet, er Same Sky her med et mangfoldig utvalg av strømreléer og signalreléer. Enten strømveksling håndteres på lavt eller høyt nivå, har Same Sky reléløsningene som trengs for å effektivt møte en rekke behov.