Stromstoßrelais für die Lichtsteuerung: Funktionsweise, Typen, Kennzeichnung und Anschluss

Um die modernen Anforderungen an die Beleuchtung von Wohnungen, Büroräumen und Unternehmen zu erfüllen, werden komplexe Elektrifizierungssysteme eingesetzt. Bei deren Planung wird für die Lösung einzelner Aufgaben eine Reihe von Geräten verwendet, die ständig verbessert werden.

So wird das Impulsschaltrelais zur Beleuchtungssteuerung von mehreren Stellen erst seit relativ kurzer Zeit eingesetzt. Es verdrängt nach und nach die Standardschaltungen mit Wechselschaltern.

Wo kann das Impulsschaltrelais verwendet werden?

Die Einführung dieses Geräts in den Hausgebrauch erklärt sich durch die einfache Bequemlichkeit. Denn es ermöglicht, die Beleuchtung von mindestens zwei Stellen aus zu steuern.

In einer Wohnung kann dies das Schlafzimmer sein, wo das Einschalten am Eingang und das Ausschalten neben dem Bett erfolgt. In Büros sind es lange Flure, Treppenhäuser und große Konferenzräume.

Die Verwendung von zwei Schaltern für die Treppenbeleuchtung ist eine Notwendigkeit geworden. Wenn man das Licht im Erdgeschoss einschaltet, ist es durchaus logisch, es mit dem zweiten Schalter oben auszuschalten.

Mit der Aufgabe der Dreipunktsteuerung kommen Wechselschalter und Kreuzschalter zurecht. Diese Schaltung findet auch heute noch breite Anwendung. Allerdings hat sie auch offensichtliche Nachteile.

Erstens ist es ein recht montageaufwändiges System, bei dem der Strom seinen Weg über den Hauptschalter, den Verteilerkasten, die Schalter selbst und dann zu den Beleuchtungslampen nimmt. Bei der Installation treten nicht selten Fehler auf. Wenn mehr als drei Steuerstellen erforderlich sind, wird die Schaltung noch komplizierter.

Die Schaltung zeigt deutlich die Überlastung mit Leitungen: vom ersten Schalter fünf, vom zweiten sechs, von der ersten und zweiten Beleuchtung jeweils drei Kabel.

Zweitens haben alle Drähte den gleichen Querschnitt, da sie den Strom derselben Spannung verwenden, was sich auf die Gesamtkosten auswirkt. Darin enthalten ist auch der Preis der Wechselschalter, der ein Vielfaches der Kosten gewöhnlicher Schalter beträgt.

Die Notwendigkeit der Verwendung eines Impulsrelais ergibt sich jedoch nicht nur aus Komfortgründen. Es wird auch für die Signalgebung und den Schutz eingesetzt.

Zum Beispiel ermöglicht dieses Gerät in einem Industriebetrieb zum Starten von Produktionsprozessen, die eine hohe elektrische Leistung erfordern, den Bediener zu schützen. Da es mit Niederspannungsströmen arbeitet oder sogar ferngesteuert wird.

Aufbau und Funktionsprinzip

Im allgemeinen Sinne ist ein Relais ein elektrotechnischer Mechanismus, der einen Stromkreis schließt oder öffnet, basierend auf bestimmten elektrischen oder anderen Parametern, die auf ihn einwirken.

Seine Schaltkonstruktion wurde bereits 1831 von J. Henry erfunden. Und zwei Jahre später begann man, sie für den Betrieb des Telegrafen von S. Morse einzusetzen.

Man kann zwei Hauptgruppen unterscheiden: elektromechanische und elektronische. Bei der ersten Art führt ein Mechanismus die Arbeit aus, bei der zweiten ist eine Leiterplatte mit Mikrocontroller für alles zuständig. Seine Funktionsweise lässt sich gut am Beispiel eines elektromechanischen Relais betrachten, das ein Impulsrelais ist.

Bei der Wahl der Betriebsart des Relais müssen die Einschalthäufigkeit, die Art und Größe des Stroms sowie die Art der zu testenden Lasten berücksichtigt werden.

Konstruktiv lässt es sich wie folgt darstellen:

1. Spule – ein Kupferdraht, der auf einen Sockel aus nichtmagnetischem Material gewickelt ist. Er kann mit einer Gewebeisolierung versehen oder mit einem nicht leitenden Lack überzogen sein.
2. Kern, der Eisen enthält und beim Durchfließen von elektrischem Strom durch die Spulenwindungen in Aktion tritt.
3. Beweglicher Anker – eine Platte, die am Anker befestigt ist und auf die Schließkontakte einwirkt.
4. Kontaktsystem – unmittelbar der Schalter des Stromkreis-Zustands.

Der Arbeitsweise des Relais liegt das Phänomen der elektromagnetischen Kraft zugrunde. Sie entsteht im ferromagnetischen Kern der Spule, wenn Strom durch sie fließt. Die Spule ist in diesem Fall ein Anziehgerät.

Der Kern ist mit dem beweglichen Anker verbunden, der die Leistungskontakte betätigt und die Schaltung vornimmt. Sie können vom Typ Schließer/Öffner sein. Manchmal kann der Kontaktblock gleichzeitig offene und geschlossene Verbindungsarten enthalten.

Beim Einschalten des Stromkreises fixiert der Mechanismus diese Position, die sich bei erneuter Impulsgabe ändert und bis zur nächsten Änderung wieder fixiert wird.

An die Spule kann zusätzlich ein Widerstand angeschlossen werden, der die Ansprechgenauigkeit erhöht, sowie eine Halbleiterdiode, die die Überspannung an der Wicklung begrenzt. Darüber hinaus kann in der Konstruktion ein Kondensator vorhanden sein, der parallel zu den Kontakten geschaltet ist, um die Funkenbildung zu reduzieren.

Die Funktionsweise des Geräts lässt sich verständlicher darstellen, indem man es in mehrere Blöcke unterteilt:

• Ausführend – das ist die Kontaktgruppe, die den Stromkreis schließt/öffnet;
• Zwischen – Spule, Kern und beweglicher Anker betätigen den ausführenden Block;
• Steuernd – in diesem Relais wird das elektrische Signal in ein Magnetfeld umgewandelt.

Da zum Umschalten der Kontaktstellung ein einmaliger elektrischer Impuls erforderlich ist, kann man daraus schließen, dass diese Geräte nur im Moment des Schaltens Spannung verbrauchen. Dies spart im Vergleich zu herkömmlichen Wechselschaltern erheblich Energie.

Die zweite Variante des Impulsrelais ist der elektronische Typ. Für den Betrieb ist ein Mikrocontroller zuständig. Als Zwischenblock dient hier eine Spule oder ein Halbleiterschalter. Die Verwendung von Elementen wie speicherprogrammierbaren Steuerungen in der Schaltung ermöglicht es, das Relais beispielsweise mit einem Timer zu ergänzen.

Bei diesem Gerätetyp gibt es keine mechanisch beweglichen Teile. Die Arbeit wird von einem Sensor, der das Steuersignal erkennt, und einer Halbleiterelektronik durchgeführt, die den Stromkreis schaltet.

Arten, Kennzeichnung und Vorteile

Die Hauptarten von Impulsrelais sind elektromechanische und elektronische. Elektromechanische werden wiederum nach dem Wirkprinzip klassifiziert.

Varianten von Impulsgeräten

Das bedeutet, dass das Schalten der Leistungskontakte durch andere Kräfte als die Magnetkraft erfolgen kann.

Sie werden unterteilt in:

• elektromagnetische;
• induktive;
• magnetoelektrische;
• elektrodynamische.

Elektromagnetische Vorrichtungen werden in Automatisierungssystemen am häufigsten eingesetzt. Sie sind aufgrund der einfachen Funktionsweise recht zuverlässig, die auf der Wirkung elektromagnetischer Kräfte in einem ferromagnetischen Kern beruht, sofern in der Spule Strom fließt.

Die Betätigung der Kontakte von elektromagnetischen Relais erfolgt durch einen Anker, der in einer Position vom Kern angezogen und in die andere durch eine Feder zurückgestellt wird.

Der Anker, d. h. eine Platte mit magnetischen Eigenschaften, wird von einem Elektromagneten angezogen, der aus einem Kupferdraht besteht, der auf eine Spule mit Joch gewickelt ist.

Induktive haben ein Wirkprinzip, das auf dem Kontakt von Strömen – Wechselstrom mit induzierten magnetischen Flüssen und den Flüssen selbst – basiert. Diese Wechselwirkung erzeugt ein Drehmoment, das eine zwischen zwei Elektromagneten angeordnete Kupferscheibe in Bewegung versetzt. Durch die Drehung schließt und öffnet sie die Kontakte.

Die Funktion von magnetoelektrischen Geräten beruht auf der Wechselwirkung des Stroms in einem Drehrahmen mit dem Magnetfeld eines Permanentmagneten. Die Kontaktöffnung und -schließung erfolgt durch dessen Drehung.

Relais dieser Bauart sind sehr empfindlich. Sie haben sich jedoch aufgrund der Ansprechzeit von 0,1–0,2 s, die als langsam gilt, nicht weit verbreitet.

Elektrodynamische Relais arbeiten aufgrund der Kraft zwischen einer beweglichen und einer festen Stromspule. Die Kontaktschließung erfolgt wie bei einem magnetoelektrischen Gerät. Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Induktion im Arbeitsluftspalt elektromagnetisch erzeugt wird.

Elektronische Modelle ähneln konstruktiv fast den elektromechanischen. Sie besitzen dieselben Blöcke: Ausführungs-, Zwischen- und Steuereinheit. Der Unterschied besteht nur im letzteren. Die Schaltsteuerung erfolgt durch eine Halbleiterdiode innerhalb eines Mikrocontrollers auf einer Leiterplatte.

In diesem Gerät fungieren Transistoren und Thyristoren als Halbleiter. Obwohl sie schwierige Bedingungen wie Staub und Vibrationen aushalten, sind sie anfällig für kurzzeitige Strom- und Spannungsüberlastungen.

Diese Relaisart ist mit zusätzlichen Modulen ausgestattet. Beispielsweise ermöglicht ein Timer die Ausführung eines Beleuchtungssteuerungsprogramms nach einer eingestellten Zeitspanne. Dies ist praktisch, um Strom zu sparen, wenn die Geräte nicht benötigt werden. Wenn das Licht ausgeschaltet werden muss, kann dies durch einen Doppeldruck auf die Taste erfolgen.

Vorteile und Nachteile der Haupttypen von Relais

Im Unterschied zu Halbleiterschaltern haben elektromechanische Schalter folgende Vorteile:

1. Relativ geringe Kosten aufgrund preiswerter Komponenten.
2. Geringe Wärmeentwicklung an den eingeschalteten Kontakten aufgrund des geringen Spannungsabfalls.
3. Vorhandensein einer starken Isolierung von 5 kV zwischen Spule und Kontaktgruppe.
4. Unempfindlichkeit gegenüber schädlichen Überspannungsimpulsen, Blitzstörungen und Schaltvorgängen leistungsstarker elektrischer Anlagen.
5. Steuerung von Leitungen mit einer Last bis 0,4 kV bei geringem Gerätevolumen.

Beim Schließen eines Stromkreises mit 10 A wird in einem kleinen Relais weniger als 0,5 W über die Spule abgegeben. Bei elektronischen Pendants kann dieser Wert hingegen mehr als 15 W betragen. Dadurch entstehen keine Kühlungsprobleme und keine Schädigung der Atmosphäre.

Zu den Nachteilen dieser Vorrichtungen zählen:

1. Verschleiß und Probleme beim Schalten induktiver Lasten und hoher Spannungen bei Gleichstrom.
2. Das Ein- und Ausschalten des Stromkreises erzeugt Funkstörungen. Dies erfordert eine Abschirmung oder eine Vergrößerung des Abstands zu störempfindlichen Geräten.
3. Relativ lange Ansprechzeit.

Ein weiterer Nachteil ist der kontinuierliche mechanische und elektrische Verschleiß beim Schalten. Dazu gehören die Oxidation der Kontakte und deren Beschädigung durch Lichtbögen sowie die Verformung von Federblöcken.

Bei der Montage ist zu beachten, dass die elektromechanische Ausführung der Schütze nicht korrekt arbeiten kann, wenn sie sich in horizontaler Position befindet.

Im Gegensatz zu elektromechanischen Relais steuern elektronische Relais das Zwischenmodul mittels eines Mikrocontrollers.

Die Vor- und Nachteile der Elektronik lassen sich am Beispiel der Geräte von F&F im Vergleich zur Marke ABB erläutern, die Mechanik herstellt.

Zu den Vorteilen des ersten Schaltertyps zählen:

• hohe Sicherheit;
• hohe Schaltgeschwindigkeit;
• Verfügbarkeit auf dem Markt;
• Statusanzeigen;
• erweiterte Funktionalität;
• geräuschloser Betrieb.

Darüber hinaus besteht der unbestreitbare Vorteil in mehreren Montagemöglichkeiten – die Installation ist nicht nur auf einer DIN-Schiene des Verteilers, sondern auch in einer Unterputzdose möglich.

Nachteile der Elektronik von F&F im Vergleich zur Mechanik von ABB:

• Funktionsstörungen bei Netzausfällen;
• Überhitzung beim Schalten großer Ströme;
• mögliche Fehlfunktionen ohne ersichtlichen Grund;
• Ausschalten des Geräts bei kurzzeitigem Spannungsausfall;
• hoher Widerstand im geschlossenen Zustand;
• einige Relais arbeiten nur mit Gleichstrom;
• Die Halbleiterschaltung lässt den Strom nicht sofort wieder in die normale Richtung fließen.

Trotz der genannten Nachteile entwickeln sich elektronische Schaltgeräte ständig weiter, und aufgrund des höheren Funktionspotenzials im Vergleich zu elektromechanischen wird ihr überwiegender Einsatz erwartet.

Um Verwechslungen auszuschließen, gibt der Hersteller in den Katalogen des Geschäfts und im technischen Datenblatt des Geräts möglichst detaillierte Produkteigenschaften an.

Wesentliche Kenngrößen

Je nach Verwendungszweck und Anwendungsbereich lassen sich Relais nach mehreren Merkmalen klassifizieren:

• Rückkehrfaktor – Verhältnis des Ankerabfallstroms zum Anzugstrom;
• Abfallstrom – sein Maximalwert an den Klemmen der Spule beim Abfallen des Ankers;
• Anzugstrom – sein Minimalwert an den Klemmen der Spule beim Zurückkehren des Ankers in die Ausgangsposition;
• Einstellwert – der Auslösewert in den vorgegebenen Grenzen, der im Relais eingestellt ist;
• Ansprechwert – der Wert des Eingangssignals, auf das das Gerät automatisch reagiert;
• Nennwerte – Spannung, Strom und andere Größen, die der Wirkung des Relais zugrunde liegen.

Auch elektromagnetische Vorrichtungen lassen sich nach der Ansprechzeit einteilen. Die längste Verzögerung haben Zeitrelais – über 1 Sekunde, mit der Möglichkeit, diesen Parameter einzustellen. Es folgen langsame Relais – 0,15 Sek., normale – 0,05 Sek., schnelle – 0,05 Sek. Und die schnellsten trägheitslosen Relais – weniger als 0,001 Sek.

Entschlüsselung der Kennzeichnung von Produkten

Die Kennzeichnung des Schützes ist häufig in Ladenkatalogen und auf dem Gerät selbst zu finden. Sie gibt eine vollständige Beschreibung der konstruktiven Merkmale, des Verwendungszwecks und der Einsatzbedingungen.

Die Zusammensetzung der Bezeichnung kann am elektromagnetischen Zwischenrelais REP-26 erläutert werden. Es wird in Wechselstromkreisen bis 380 V und Gleichstromkreisen bis 220 V eingesetzt.

Um die Kennzeichnung zu verstehen, müssen Sie die Aufschrift in Blöcke unterteilen und Beschreibungstabellen anwenden, die in Fachnachschlagewerken zu finden sind.

So kann die Produktbezeichnung im Laden aussehen: REP 26-004A526042-40UChL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Diese Art der Bezeichnung kann wie folgt zerlegt werden:

• 26 – Seriennummer;
• XXX – Art und Anzahl der Kontakte;
• X – Verschleißfestigkeitsklasse der Schaltung;
• X – Typ der Einschaltspule, Rückstellart des Relais und Stromart;
• XX – Bauart nach Montageart und Leitungsverbindung;
• XX – Wert des Spulenstroms oder der Spulenspannung;
• X – zusätzliche Konstruktionselemente;
• 40 – Schutzart nach IP oder GOST 14254;
• XXX4 – Klimazone der Anwendung gemäß GOST 15150.

Die Klimaausführung kann sein: UChL – für kaltes und gemäßigtes Klima oder O – für tropisches oder allgemeines Klima.

Laut speziellen Bezeichnungstabellen handelt es sich bei dem betrachteten Gerät um ein elektromagnetisches Zwischenrelais mit vier Umschaltkontakten, der Schaltfestigkeitsklasse A, das mit Gleichstrom arbeitet. Es verfügt über einen Stecksockel mit Laschen zum Anlöten externer Leiter, eine Spule mit 24 V und einen manuellen Betätiger.

Mehrere Arten von Anschlussschemata

Es gibt mehrere Montagevarianten, jede mit ihren eigenen Besonderheiten, Vor- und Nachteilen.

Die Kontaktbezeichnungen des Relais RIO-1 haben folgende Dekodierung:

• N – Neutralleiter;
• Y1 – Einschalteingang;
• Y2 – Ausschalteingang;
• Y – Ein- und Ausschalteingang;
• 11-14 – Schaltkontakte vom Typ Schließer (normalerweise offen).

Diese Bezeichnungen werden bei den meisten Relaismodellen verwendet, aber vor dem Anschluss an den Stromkreis sollten Sie sich zusätzlich im Produktpass damit vertraut machen.

Der dargestellte Schaltplan dient zur Steuerung des Lichts von drei Stellen mittels eines Relais und drei Tastern ohne Stellungsfixierung.

In dieser Schaltung nutzen die Leistungskontakte des Relais einen Strom von 16 A. Der Schutz der Steuerkreise und der Beleuchtungssysteme erfolgt durch einen Leitungsschutzschalter von 10 A. Folglich haben die Leitungen einen Durchmesser von mindestens 1,5 mm².

Die Verbindung der Taster ist parallel ausgeführt. Der rote Draht ist die Phase, führt durch alle drei Taster zum Leistungskontakt 11. Der orange Draht ist die Schaltphase, kommt am Eingang Y an. Danach verlässt sie die Klemme 14 und führt zu den Lampen. Der Nullleiter von der Sammelschiene verbindet sich mit der Klemme N und den Leuchten.

Wenn das Licht ursprünglich eingeschaltet war, erlischt es beim Betätigen eines beliebigen Tasters – es erfolgt eine kurzzeitige Umschaltung des Phasenleiters auf die Klemme Y und die Kontakte 11-14 öffnen sich. Das Gleiche geschieht beim anschließenden Betätigen eines anderen Tasters. Allerdings wechseln die Kontakte 11-14 ihre Position und das Licht schaltet sich ein.

Der Vorteil der dargestellten Schaltung gegenüber Wechselschaltern und Kreuzschaltern liegt auf der Hand. Allerdings wird die Fehlersuche bei einem Kurzschluss im Gegensatz zur nächsten Variante etwas schwieriger sein.

Eine solche Schaltung spart Kabel, da der Querschnitt der Steuerkabel auf 0,5 mm² reduziert werden kann. Allerdings muss ein zweites Schutzgerät angeschafft werden.

Diese Anschlussvariante ist weniger verbreitet. Sie ist identisch mit der vorherigen, aber die Steuer- und Beleuchtungskreise haben ihre eigenen Schutzschalter mit 6 A bzw. 10 A. Dies erleichtert die Fehlerlokalisierung.

Wenn mehrere Beleuchtungsgruppen mit einem separaten Relais gesteuert werden müssen, wird die Schaltung etwas abgewandelt.

Diese Anschlussmethode eignet sich gut, um die Beleuchtung ganzer Gruppen ein- und auszuschalten. Zum Beispiel um einen mehrstufigen Kronleuchter oder die Beleuchtung aller Arbeitsplätze in einer Werkstatt auf einmal auszuschalten.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit von Impulsrelais ist ein System mit zentraler Steuerung.

Die Schaltung ist praktisch, weil man beim Verlassen des Hauses die gesamte Beleuchtung mit einem Taster ausschalten kann. Und bei der Rückkehr kann man sie auf die gleiche Weise wieder einschalten.

In dieser Schaltung werden zwei Taster zum Schließen und Öffnen des Stromkreises hinzugefügt. Der erste Taster kann nur die Beleuchtungsgruppe einschalten. Dabei kommt die Phase vom Taster „EIN“ an die Klemmen Y1 jedes Relais und die Kontakte 11-14 schließen sich.

Der Ausschalter funktioniert analog zum ersten Taster. Allerdings erfolgt die Umschaltung auf die Klemmen Y2 jedes Schalters und seine Kontakte nehmen die Öffnungsstellung ein.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Das Videomaterial informiert über Aufbau, Arbeitsweise, Anwendung und Entstehungsgeschichte dieser Art von Geräten:

Der folgende Beitrag beschreibt detailliert das Funktionsprinzip von Halbleiter- oder elektronischen Relais:

Die Verwendung von Impulsschützen findet immer breitere Anwendung in modernen Elektrizierungssystemen. Die steigenden Anforderungen an Funktionalität und Flexibilität der Lichtsteuerung, Materialeinsparung und Sicherheit schaffen einen ständigen Impuls zur Verbesserung der Schütze.

Sie werden kleiner, konstruktiv einfacher und erhöhen die Zuverlässigkeit. Der Einsatz grundlegend neuer Technologien in der Arbeitsweise ermöglicht ihren Einsatz unter harten Bedingungen wie staubigen Produktionsstätten, Vibrationen, Magnetfeldern und Feuchtigkeit.

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