Leistungsrelais im Haushalt und in der Gebäudeleittechnik

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Die Nullpunktschaltung mit Relais

Die wohl eleganteste Lösung zum Schalten hoher Einschaltströme moderner Leuchtmittel besteht darin, diesen gar nicht erst entstehen zu lassen. Dies erfolgt, wenn sichergestellt werden kann, dass die Last immer zum Spannungsnulldurchgang geschalten wird. Dazu muss man allerdings mehr als nur einen Widerstand in Serie zur Last schalten.

Typischerweise erfolgt hier die Ansteuerung der Relaisspule mit einem Mikrocontroller. Um immer zum richtigen Zeitpunkt, d.h. im Nulldurchgang zu schalten, muss der Controller die Netzspannung kontinuierlich überwachen. Der Mikrocontroller muss weiterhin in der Lage sein, den exakten Zeitpunkt vom Schalten des Relais verändern (korrigieren) zu können. Dieser Regelkreis ist per Software im Controller sowie qualitativ hochwertigen Relais sicher und zuverlässig zu bewerkstelligen.

Tabelle 1 zeigt eine Übersicht der wichtigsten technischen Daten moderner gepolter Leistungsrelais. Diese sensitiven Relais werden sehr gerne in der Gebäudeleittechnik aufgrund ihrer kleinen Baugröße eingesetzt.

Unterschied monostabiles – bistabiles Relais

Beim Standardrelais (monostabil) bleibt der Anker und damit auch der Schaltkontakt nur solange angezogen, solange eine Spulenspannung anliegt. Wird die Spulenspannung weggenommen, fällt der Kontakt in seine Ausgangslage zurück (Bild 1).

Anders verhält es sich beim bistabilen Relais. Durch den konstruktiven Aufbau des Relais mit einem Dauermagneten benötigt das bistabile Relais nur einen kurzen Impuls zum Schalten (z.B. 100 ms mit Nennspannung, Bild 1). Durch die Magnetkraft des Dauermagneten verharrt das Relais in dieser Stellung ohne Energiezufuhr von außen.

Um das Relais zurückzuschalten erfolgt entweder ein negativer Impuls auf die gleiche Spule (bistabil 1-spulig) oder ein Impuls gleicher Polarität auf die andere Spule (bistabil 2-spulig). Der prinzipielle Aufbau eines 2-spulig bistabilen Leistungsrelais ist in Bild 2 zu sehen, blau eingekreist ist das Antriebssystem.

Bistabile Relais werden werkseitig in zurückgestelltem Zustand ausgeliefert. Eine Schockeinwirkung auf das Relais während des Versands oder bei der Installation kann jedoch den eingestellten Zustand ändern. Bistabile Relais müssen deshalb im praktischen Einsatz generell initialisiert, d.h. in einen definierten Schaltzustand gebracht werden (Reset-Impuls beim Einschalten).

Vorteile von bistabilen Relais

Ein Vorteil bistabiler Relais ist neben der Energieeinsparung eine hohe Kontaktkraft und ein günstiges Prellverhalten über die gesamte Lebensdauer sowie die einfache Ansteuerschaltung z.B. mit einem Mikrocontroller. Zur Ansteuerung benötigt man in der Praxis lediglich noch einen Treiber für die Relaisspule sowie eine Freilaufdiode parallel zur Spule.

Ein weiterer Vorteil bistabiler Relais ist das Temperaturverhalten. Da die Relaisspule immer nur mit Impulsen im Millisekundenbereich betrieben wird, entsteht dadurch auch fast keine Verlustleistung und damit fast keine Wärmeentwicklung. Dieser Aspekt kommt für den Entwickler ganz besonders stark zum Tragen, wenn es um eine hohe Packungsdichte geht (d.h. mehrere Relais auf einer Platine angeordnet sind) und gleichzeitig das Gerät auch bei erhöhten Umgebungstemperaturen (z.B. 85°C) tadellos funktionieren muss.

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