Konstruksi Relai

Listrik dan Magnetisme

Arus listrik yang melalui suatu penghantar akan menghasilkan garis-garis medan magnet yang melingkari penghantar tersebut. Jika konduktor tersebut dililitkan ke dalam bentuk kumparan, maka medan magnet yang dihasilkan akan berorientasi sepanjang kumparan. Semakin besar arus, semakin besar kekuatan medan magnet, semua faktor lain dianggap sama:

Induktor dan Medan Magnet

Induktor bereaksi terhadap perubahan arus karena energi yang tersimpan dalam medan magnet ini. Saat kita membuat transformator dari dua kumparan induktor di sekitar inti besi yang sama, kita menggunakan medan ini untuk mentransfer energi dari satu kumparan ke kumparan lainnya.

Namun, ada kegunaan yang lebih sederhana dan lebih langsung untuk medan elektromagnetik daripada aplikasi yang telah kita lihat dengan induktor dan transformator.

Medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan kawat berarus dapat digunakan untuk memberikan gaya mekanis pada benda magnet apa pun, seperti halnya kita dapat menggunakan magnet permanen untuk menarik benda magnet, kecuali magnet ini (yang dibentuk oleh kumparan) dapat dihidupkan atau dimatikan dengan menyalakan atau mematikan arus melalui koil.

Solenoid

Jika kita menempatkan benda magnetik di dekat kumparan tersebut dengan tujuan membuat benda itu bergerak ketika kita memberi energi pada kumparan dengan arus listrik, kita memiliki apa yang disebut solenoida. Benda magnetik yang dapat bergerak disebut jangkar, dan sebagian besar jangkar dapat digerakkan dengan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC) yang memberi energi pada kumparan.

Polaritas medan magnet tidak relevan untuk tujuan menarik angker besi. Solenoid dapat digunakan untuk membuka kait pintu secara elektrik, membuka atau menutup katup, menggerakkan anggota tubuh robot, dan bahkan menggerakkan mekanisme sakelar listrik. Namun, jika solenoid digunakan untuk menggerakkan satu set kontak sakelar, kami memiliki perangkat yang sangat berguna sehingga pantas diberi nama sendiri:relai.

Relay

Relai sangat berguna saat kita perlu mengontrol arus dan/atau tegangan dalam jumlah besar dengan sinyal listrik yang kecil.

Kumparan relai yang menghasilkan medan magnet mungkin hanya mengonsumsi daya sepersekian watt, sedangkan kontak yang ditutup atau dibuka oleh medan magnet itu mungkin dapat menghantarkan daya ratusan kali lipat ke beban. Akibatnya, relai bertindak sebagai penguat biner (hidup atau mati).

Sama seperti transistor, kemampuan relai untuk mengontrol satu sinyal listrik dengan yang lain menemukan aplikasi dalam konstruksi fungsi logika. Topik ini akan dibahas secara lebih rinci dalam pelajaran lain. Untuk saat ini, kemampuan "menguatkan" relai akan dieksplorasi.

Dalam skema di atas, koil relai diberi energi oleh sumber tegangan rendah (12 VDC), sedangkan kontak kutub tunggal, lemparan tunggal (SPST) memutus rangkaian tegangan tinggi (480 VAC).

Sangat mungkin bahwa arus yang dibutuhkan untuk memberi energi pada koil relai akan ratusan kali lebih kecil dari nilai arus kontak. Arus koil relai tipikal jauh di bawah 1 amp, sedangkan peringkat kontak tipikal untuk relai industri setidaknya 10 amp.

Perakitan Relai

Satu kumparan relai / rakitan armature dapat digunakan untuk menggerakkan lebih dari satu set kontak. Kontak tersebut mungkin terbuka secara normal, tertutup secara normal, atau kombinasi keduanya.

Seperti halnya sakelar, status kontak relai "normal" adalah saat koil tidak diberi energi, sama seperti Anda akan menemukan relai duduk di rak, tidak terhubung ke sirkuit apa pun.

Kontak relai dapat berupa bantalan udara terbuka dari paduan logam, tabung merkuri, atau bahkan buluh magnetik, sama seperti jenis sakelar lainnya. Pilihan kontak dalam relai bergantung pada faktor yang sama yang menentukan pilihan kontak pada jenis sakelar lainnya.

Kontak udara terbuka adalah yang terbaik untuk aplikasi arus tinggi, tetapi kecenderungannya untuk menimbulkan korosi dan percikan dapat menyebabkan masalah di beberapa lingkungan industri. Kontak merkuri dan buluh tidak berkilau dan tidak akan menimbulkan korosi, tetapi mereka cenderung terbatas dalam kapasitas pembawa arus.

Contoh Perangkat Relay Fisik

Ditampilkan di sini adalah tiga relai kecil (masing-masing setinggi sekitar dua inci), dipasang pada panel sebagai bagian dari sistem kontrol listrik di instalasi pengolahan air kota:

Unit relai yang ditunjukkan di sini disebut "basis oktal", karena mereka dicolokkan ke soket yang cocok, sambungan listrik diamankan melalui delapan pin logam di bagian bawah relai. Sambungan terminal sekrup yang Anda lihat di foto di mana kabel terhubung ke relai sebenarnya adalah bagian dari rakitan soket, di mana setiap relai dicolokkan.

Jenis konstruksi ini memudahkan pelepasan dan penggantian relai jika terjadi kegagalan.

Manfaat Relay Lainnya

Selain kemampuan untuk memungkinkan sinyal listrik yang relatif kecil untuk mengganti sinyal listrik yang relatif besar, relai juga menawarkan isolasi listrik antara koil dan sirkuit kontak. Ini berarti bahwa sirkuit koil dan sirkuit kontak diisolasi secara elektrik satu sama lain.

Satu sirkuit mungkin DC dan AC lainnya (seperti dalam contoh sirkuit yang ditunjukkan sebelumnya), dan/atau mereka mungkin berada pada level tegangan yang sama sekali berbeda, melintasi koneksi atau dari koneksi ke ground.

Arus Tarik dan Arus Keluar

Sementara relai pada dasarnya adalah perangkat biner, baik sepenuhnya hidup atau mati sepenuhnya, ada kondisi operasi di mana keadaannya mungkin tidak tentu, seperti halnya gerbang logika semikonduktor. Agar relai dapat "menarik" jangkar secara positif untuk menggerakkan kontak, harus ada sejumlah arus minimum tertentu yang melalui koil.

Jumlah minimum ini disebut arus pull-in, dan analog dengan tegangan input minimum yang diperlukan gerbang logika untuk menjamin status "tinggi" (biasanya 2 Volt untuk TTL, 3,5 Volt untuk CMOS).

Namun, begitu angker ditarik lebih dekat ke pusat koil, dibutuhkan fluks medan magnet yang lebih sedikit (arus koil lebih sedikit) untuk menahannya di sana. Oleh karena itu, arus kumparan harus turun di bawah nilai yang jauh lebih rendah daripada arus tarik-masuk sebelum jangkar “putus” ke posisi pegas dan kontak kembali ke keadaan normal.

Level arus ini disebut arus drop-out, dan analog dengan tegangan input maksimum yang diizinkan oleh input gerbang logika untuk menjamin status "rendah" (biasanya 0,8 Volt untuk TTL, 1,5 Volt untuk CMOS).

Histeresis, atau perbedaan antara arus pull-in dan drop-out, menghasilkan operasi yang mirip dengan gerbang logika pemicu Schmitt. Arus pull-in dan drop-out (dan voltase) sangat bervariasi dari relai ke relai, dan ditentukan oleh pabrikan.

TINJAUAN:

• Sebuah solenoid adalah perangkat yang menghasilkan gerakan mekanis dari energi kumparan elektromagnet. Bagian solenoida yang dapat bergerak disebut armature .
• Sebuah relai adalah solenoida yang dipasang untuk menggerakkan kontak sakelar saat koilnya diberi energi.
• Tarik Masuk arus adalah jumlah minimum arus koil yang diperlukan untuk menggerakkan solenoid atau relai dari posisi "normal" (tidak diberi energi).
• Keluar arus adalah arus koil maksimum yang di bawahnya relai yang diberi energi akan kembali ke keadaan "normal".

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Relay Elektromagnetik Dasar