Relais für hohe Gleichströme
Dem Lichtbogen keine Chance
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Magnetische und elektronische Lösung
Den Lichtbogen im Relais magnetisch zu löschen hat sich als hilfreich erwiesen. Dazu wird in den Kontaktraum ein Dauermagnet integriert. Entsteht beim Abschalten ein Lichtbogen, wird dieser nach physikalischen Gesetzmäßigkeiten im mag-netischen Feld abgelenkt. Anstatt wie bisher über den kürzesten Weg zwischen den geöffneten Relaiskontakten zu brennen, weicht der Lichtbogen seitlich zwischen den Kontakten aus. Da der Vorgang wie ein Herausblasen aussieht, werden solche Bauteile auch Blasmagnet-Relais genannt (Bild 4). Dabei verlängert sich der Lichtbogen erheblich und sogar die höhere DC-Schaltspannung reicht nicht mehr aus, um ihn aufrecht zu erhalten. Der Lichtbogen verlischt daher innerhalb weniger Millisekunden. Typische Koppelrelais dieser Art schalten Lasten bis 220 V und 10 A sicher ab (Bild 5). Hierbei handelt es sich immerhin um den 30-fachen Wert im Vergleich zu baugleichen Relais ohne Blasmagnet.
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Eine weitere Alternative zum Schalten von Lasten bei höherer Gleichspannung bringt der Einsatz von modernen halbleiterbasierten Solid-State-Relais (SSR). In diesem Fall liegt der Schlüssel darin, moderne Hochspannungs-Mosfets zu verwenden. So wird bis 300 V rein elektronisch geschaltet, ohne dass überhaupt ein Lichtbogen entsteht. Folglich tritt auch kein Verschleiß auf. Entsprechende Geräte sind den elektromechanischen Relais nicht nur in puncto Lebensdauer überlegen: Sie prellen nicht und schalten zudem schnell und völlig geräuschlos.
Als Beispiel sei eine besonders schmale Variante aus der Produktfamilie PLC von Phoenix Contact angeführt (Bild 6). Das Solid-State-Relais kann zwar nur Lasten bis 300 V/1 A schalten, übertrifft handelsübliche Standardrelais allerdings immer noch um den Faktor 3 bis 5 und bietet ferner die oben aufgelisteten Vorteile. Darüber ist das SSR gerade einmal 6,2 mm breit.
Als dritter Lösungsansatz zum Schalten höherer DC-Lasten bietet sich die Reihenschaltung von mehreren Schließern oder Öffnern eines herkömmlichen mehrpoligen Koppelrelais an. Je nach Anzahl der so elektrisch in Reihe geschalteten Kontakte lassen sich bei einer Schaltspannung von 220 V Ströme im unteren einstelligen Ampere-Bereich abschalten. Eine Auskunft zum Schaltstrom gibt die Lastgrenzkurve des Relaisherstellers, sofern sie für diese besondere Verschaltungsart ermittelt worden ist.
Fazit
Bei geeigneter Wahl eines speziellen Koppelrelais vorzugsweise mit Blasmagnet lassen sich selbst höhere DC-Lasten bis 250 V und 10 A problemlos schalten. Kommen diese zum Einsatz, muss man nicht mehr mit lästigen Ausfällen rechnen, wie sie in gleichen Anwendungen beim Einsatz von herkömmlichen Standardrelais aufgrund von stehenden Lichtbögen vorkommen. Treten in der Applikation Schaltspannungen bis 300 V und Ströme bis 1 A auf, zeigt sich ein Hochspanungs-SSR als interessante Alternative zu den elektromechanischen Pendants, weil es mit einer Abmessung von 6,2 mm nur klemmenbreit ist und völlig verschleißfrei schaltet.
Weiterführende Literatur
Andreas Wöhrmeier, Elektromechanisches und Halbleiterrelais: Symbiotische Verbindung, DESIGN&ELEKTRONIK 13/2017 40f.
- Dem Lichtbogen keine Chance
- Magnetische und elektronische Lösung
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