Funktionsweise elektrischer Stromstoßrelais: Impulssteuerung, Spulentypen und Anwendungen

Stellen Sie sich eine Straßenlaternensteuerung vor, die sich nach einer Netzunterbrechung ihren Schaltzustund merken muss, oder einen intelligenten Zähler, der den Lastschalterstatus während eines Ausfalls beibehalten muss. Ein herkömmliches Relais lässt seinen Anker fallen, sobald die Spulenspannung verschwindet, verliert den Kontaktzustand und zwingt das System, die Position beim Neustart neu zu lernen. Bei einem elektrischen Stromstoßrelais ist dies nicht der Fall. Es bleibt genau dort, wo es war, ohne Spulenstrom, da sein Magnetkreis bewusst mit zwei stabilen Positionen aufgebaut ist. Dieser einzige Verhaltensunterschied ist der Grund, warum Stromstoßrelais die Standardwahl in intelligenten Zählern, Beleuchtungssteuerungen, Ladeinfrastrukturen und vielen anderen Leistungsschaltkonstruktionen sind.

In diesem Artikel wird erläutert, wie elektrische Stromstoßrelais funktionieren, was Einzelspulen- und Doppelspulenversionen unterscheidet, welche Spezifikationen tatsächlich wichtig sind und was Ingenieure bei der Entwicklung eines Produkts häufig übersehen.

Was ist ein elektrisches Stromstoßrelais?

Ein elektrisches Stromstoßrelais, auch bistabiles Relais oder Impulsrelais genannt, ist ein elektromechanisches Schaltgerät, das seine Kontaktposition beibehält, nachdem die Spule stromlos ist. Ein standardmäßiges monostabiles Relais kehrt in die Standardkontaktposition zurück, wenn der Spulenstrom stoppt; Ein Stromstoßrelais verriegelt den Anker mithilfe eines Permanentmagneten oder eines speziell geformten Magnetkreises im zuletzt angeforderten Zustand. Ein kurzer Stromimpuls durch die Spule, typischerweise mehrere zehn Millisekunden, reicht aus, um den Zustand zu ändern.

In Datenblättern werden zwei wichtige Begriffe verwendet: eingestellt and zurückgesetzt . Set bringt die Kontakte in Betriebsstellung; Durch Zurücksetzen werden sie in die Freigabeposition zurückgebracht. Wenn der Impuls endet, behält das Relais diese Position auf unbestimmte Zeit bei, bis der nächste Impuls eintrifft.

Einzelspulen-Verriegelungsrelais

Eine Spule übernimmt sowohl das Setzen als auch das Zurücksetzen. Der Unterschied liegt in der Polarität des angelegten Impulses: Ein positiver Impuls stellt die Kontakte ein und ein negativer Impuls setzt sie zurück. Dies vereinfacht die Relaiskonstruktion und reduziert die Anzahl der Spulenanschlüsse, die Antriebsschaltung muss jedoch in der Lage sein, die Spannung an der Spule umzukehren.

Doppelspulen-Verriegelungsrelais

Ein Doppelspulendesign bietet zwei separate Spulen im selben Magnetkreis. Durch Erregen einer Spule wird das Relais aktiviert. Durch die Aktivierung des anderen wird dieser zurückgesetzt. Es ist keine Polaritätsumkehr erforderlich, was die Steuerschaltung einfacher macht und für Mikrocontroller-Ausgänge geeignet ist, die nur positive Impulse ansteuern.

Einige Produktfamilien decken beide Optionen unter einer Stellfläche ab. Die FH31L Die Serie ist beispielsweise mit einer Einzelspule oder mit Doppelspulen erhältlich, sodass das gleiche Leiterplattenlayout unterschiedliche Steuerungsstrategien bedienen kann.

FH31L 80A Stromstoßrelais mit Einzel- oder Doppelspulenoptionen Dieses 80-A-Stromstoßrelais unterstützt sowohl Einzel- als auch Doppelspulenkonfigurationen auf derselben Grundfläche und ist damit eine flexible Wahl für intelligente Zähler, die UC2-Konformität und einen geringen Standby-Strom benötigen. Produkt anzeigen →

Wenn Sie eine umfassendere Auffrischung der Kontaktvereinbarungen und der Auswahllogik benötigen, lesen Sie unseren Leitfaden unter Funktionsweise von Relais, Kontakttypen und Auswahlkriterien geht durch die Grundlagen.

So funktioniert der magnetische Verriegelungsmechanismus

Der Schlüssel ist ein Permanentmagnet, der im Anker- oder Kernkreis platziert ist. In einer stabilen Position hält der Magnetfluss den Anker am Kern und hält die Kontakte geschlossen. Wenn ein Stromimpuls in der richtigen Richtung durch die Spule fließt, erzeugt er einen Fluss, der dem Permanentmagnetfluss entgegenwirkt. Sobald der Gegenfluss stark genug ist, löst sich der Anker und schwingt in die andere Position, wo der Magnet ihn erneut festhält, diesmal mit geöffneten Kontakten. Der Spulenstrom kann dann entfernt werden.

Deshalb benötigt die Spule nur während des Übergangs Energie. Die Haltekraft kommt vom Magneten, nicht vom Dauerstrom. Bei einem monostabilen Standardrelais verschwindet die Haltekraft mit dem Spulenstrom; In einem Stromstoßrelais ist es konstruktionsbedingt permanent.

Die praktische Schaltsequenz ist kurz und deterministisch:

1. Der Controller gibt einen Sollimpuls mit ausreichender Amplitude und Breite aus.
2. Der Anker bewegt sich und die Kontakte ändern ihren Zustand.
3. Die Spule wird freigegeben und der Permanentmagnet hält die neue Position.
4. Für den nächsten Zyklus stellt ein Reset-Impuls (umgekehrte Polarität bei einem Einzelspulen-Relais oder die zweite Spule bei einem Doppelspulen-Relais) die Kontakte wieder her.

Single-Coil vs. Doppelspule: Wofür sollten Sie sich entscheiden?

Bei der Wahl kommt es selten auf das Relais selbst an. Es geht um Ihre Ansteuerschaltung, den Kontrollspielraum und den Platz auf der Leiterplatte.

Bei Messplatinen mit begrenztem Platzangebot reduziert ein Einzelspulenrelais die spulenseitige Verlegung auf zwei Leiterbahnen. Bei Mehrkanal-Industriepanels ermöglicht ein Dual-Spulen-Relais einer SPS, jede Spule direkt anzusteuern, ohne sich Gedanken über eine Polaritätsumkehr machen zu müssen.

Wichtige Spezifikationen, die Sie vor dem Kauf bewerten sollten

Die Datenblätter von Stromstoßrelais sehen ähnlich aus wie die Datenblätter von Standardrelais, drei Parameter verdienen jedoch besondere Aufmerksamkeit: Spulenwiderstand, minimale Setz-/Rücksetzimpulsbreite und Kontaktmaterial.

Kontaktmaterial ist eine der am häufigsten übersehenen Spezifikationen. Silberzinnoxid (AgSnO2) widersteht Schweißen und Lichtbogenerosion viel besser als Feinsilber für einschaltstarke Lasten wie Kondensatoren, LED-Treiber und Motoren. Wenn Ihre Last beim Einschalten ein Vielfaches ihres Dauerstroms aufnimmt, wählen Sie ein Relais mit AgSnO2-Kontakten.

UL TÜV CQC RoHS REACH

Wo elektrische Stromstoßrelais verwendet werden

Das bistabile Verhalten von Stromstoßrelais entspricht direkt den realen Anforderungen.

Intelligente Messgeräte und Smart-Grid-Geräte

Intelligente Zähler müssen sich den Verbindungsstatus auch dann merken, wenn das Netz ausfällt, und sie müssen mit einer sehr geringen Standby-Leistung betrieben werden. Die W30L ist ein Beispiel für ein Stromstoßrelais, das speziell für Smart-Meter- und Lichtsteuerungsanwendungen entwickelt wurde und über eine Handsteuerungsoption zur manuellen Überbrückung während der Installation verfügt.

W30L 40A/50A Stromstoßrelais mit manueller Überbrückung Dieses Stromstoßrelais wurde für intelligente Messgeräte und Beleuchtungssteuerung entwickelt und bietet einen niedrigen Standby-Stromverbrauch, einen manuellen Steuerschalter für die Installation sowie eine UL/TUV/CQC-Zertifizierung und eignet sich somit für energiebewusste Anwendungen. Produkt anzeigen →

Der Zähler verbraucht pro Schaltvorgang nur wenige Millisekunden lang Spulenstrom, wodurch der gesamte Messkreis innerhalb enger Energiebudgets bleibt.

Lichtsteuerung und Smart Home

Beleuchtungsstromkreise werden häufig von zwei oder mehr Standorten aus geschaltet. Ein Stromstoßrelais in einem zentralen Bedienfeld empfängt kurze Impulse von Drucktasten oder einem Heimcontroller und hält den Beleuchtungszustand ohne kontinuierlichen Spulenverbrauch. Zweikontaktversionen können sowohl eine stromführende als auch eine neutrale Leitung schalten und erhöhen so die Sicherheit in Haushaltsinstallationen.

Neue Energie- und Ladeinfrastruktur

Wechselrichter, Photovoltaikanlagen und AC-Ladesäulen verwenden Stromstoßrelais zum Zu- und Abschalten der Last. Hochstrommodelle beherrschen die Kontaktschaltung von 100 A, 120 A oder sogar 125 A, was für Stromverteilungs- und Energiespeichersysteme nützlich ist.

Für das Schalten mit höherem Strom ist die FH21L bietet eine Schaltleistung von 90 A und ist eine repräsentative Wahl für das Lastmanagement in neuen Energieinstallationen.

FH21L 90A Stromstoßrelais für Lastmanagement Mit einer Schaltleistung von 90 A und Einzel- oder Doppelspulenversionen eignet sich dieses TÜV-konforme Relais für das Lastmanagement neuer Energien und kann für Messeinrichtungen in Shunts oder Transformatoren integriert werden. Produkt anzeigen →

Industrielle Steuerung und Datenleistung

Industrieschalttafeln verwenden selbsthaltende Relais, wenn sich eine Maschine nach einer Prozessunterbrechung an ihren Zustand erinnern muss. Datenstromversorgungen nutzen sie auch, um die Stromverteilung nach Stromausfällen in einer bekannten Konfiguration zu halten. Für diese Vertikalen gelten die gleichen Vorteile hinsichtlich geringer Leistungsaufnahme und Zustandshaltung. Wenn die Messung Teil Ihres nächsten Projekts ist, können Sie sich auch unsere ansehen Übersicht über die Anwendung intelligenter Stromzähler für einen umfassenden Überblick über die Anforderungen an Relais, Stromwandler und Shunts.

Treiberschaltungsdesign: Vier häufige Fehler

Das Relais ist nur die Hälfte des Designs. Die Ansteuerschaltung bestimmt, ob das Verriegelungsrelais tatsächlich verriegelt.

1. Verwendung einer einfachen Flyback-Diode auf einem Einzelspulenrelais

Eine Flyback-Diode über der Spule schützt den Treiber, aber in einem Einzelspulen-Verriegelungsrelais unterdrückt sie auch den Rücksetzimpuls, da die Diode in die umgekehrte Richtung leitet und den negativen Impuls effektiv kurzschließt. Verwenden Sie eine H-Brücke und platzieren Sie Unterdrückungskomponenten so, dass sie den Impuls mit umgekehrter Polarität nicht blockieren.

2. Ignorieren der minimalen Impulsbreite und des minimalen Stroms

Wenn der Impuls zu kurz ist oder die Spulenspannung sinkt, erreicht der Anker möglicherweise nicht die stabile magnetische Position. Messen Sie die Spannung an den Spulenanschlüssen, nicht an der Stromversorgung, und verwenden Sie die minimale Impulsbreite im Datenblatt mit einem Spielraum von 20–30 %.

3. Den Kontaktstrom vergessen

Kapazitive oder motorische Lasten können für einige Millisekunden ein Vielfaches ihres Dauerstroms aufnehmen. Dieser Einschaltstrom tritt genau dann auf, wenn die Kontakte schließen und leichte Kontakte verschweißen können. Wählen Sie ein Relais mit einem Kontaktnennstrom, der über dem ungünstigsten Einschaltstrom liegt, nicht über der Dauerlast.

4. Die Spule unter Spannung lassen

Ein Stromstoßrelais benötigt keinen kontinuierlichen Spulenstrom. Wenn ein Firmware-Fehler den eingestellten Transistor eingeschaltet hält, kann die Spule überhitzen und der kontinuierliche Fluss in eine Richtung kann dem Permanentmagneten während der gesamten Lebensdauer des Produkts entgegenwirken. Schalten Sie die Antriebsstufe immer nach der erforderlichen Impulsbreite aus.

Häufig gestellte Fragen

F1: Verbraucht ein elektrisches Stromstoßrelais kontinuierlich Strom?

Nein. Die Spule zieht nur während des Setz- oder Rücksetzimpulses Strom, typischerweise für mehrere zehn Millisekunden. Nach dem Impuls hält ein Permanentmagnet den Anker in Position, sodass der Stromverbrauch im Dauerzustand Null ist.

F2: Was passiert, wenn der eingestellte Impuls zu kurz ist?

Der Anker beginnt sich möglicherweise zu bewegen, erreicht jedoch nicht die entgegengesetzte stabile Position. Wenn der Impuls endet, zieht der Permanentmagnet den Anker in den ursprünglichen Zustand zurück oder die Kontakte springen zwischen den Positionen hin und her. Überprüfen Sie das Datenblatt auf die minimale Impulsbreite und fügen Sie einen Spielraum hinzu.

F3: Kann ich auf meiner vorhandenen Platine ein Standardrelais durch ein selbsthaltendes Relais ersetzen?

Nicht ohne die Antriebsschaltung zu ändern. Ein Standard-Relaistreiber, der Gleichstrom in eine Richtung schaltet, kann ein Einzelspulen-Verriegelungsrelais nicht zurücksetzen. Sie benötigen eine H-Brücke oder eine separate Reset-Spule. Kontaktnennwerte und Spulenspannung müssen außerdem zu Ihrer Last und Stromversorgung passen.

F4: Ist es einfacher, ein Einzelspulen- oder Doppelspulen-Relais zu entwerfen?

Für die meisten Ingenieure ist die Doppelspule einfacher, da jede Spule von einem einfachen unipolaren Transistor angesteuert wird und keine Polaritätsumkehr erforderlich ist. Single-Coil spart Platz und Kosten auf der Leiterplatte, erfordert jedoch eine H-Brücke oder einen Ladungspumpentreiber.

F5: Wie lange kann ein Stromstoßrelais seinen Zustand ohne Strom halten?

Praktisch unbegrenzt, solange die mechanischen Teile und der Permanentmagnet ihre Eigenschaften behalten. Datenblätter geben in der Regel eine mechanische Lebensdauer von 100.000 bis 1.000.000 Betätigungen an, und die gehaltene Position wird über die gesamte Lebensdauer des Produkts und nicht über einen bestimmten Zeitraum beibehalten.

Elektrische Stromstoßrelais lösen ein grundlegendes Problem: wie man einen Schaltzustand aufrechterhält, ohne kontinuierlich Spulenstrom zu zahlen. Das Funktionsprinzip ist einfach: Ein Permanentmagnet und ein kurzer Impuls sorgen für die beiden stabilen Positionen, aber die Details zu Spulentyp, Impulsbreite, Kontaktmaterial und Antriebstopologie entscheiden darüber, ob das Produkt jahrelang zuverlässig arbeitet oder im ersten Monat ausfällt. Beginnen Sie mit der Last, arbeiten Sie sich dann rückwärts zum Spulentreiber vor und überprüfen Sie jeden Parameter im Datenblatt bei Ihrer Betriebstemperatur.

Fanhar stellt eine breite Palette elektrischer Stromstoßrelais von 8 A bis 125 A mit Einzel- und Doppelspulenoptionen, UL-/TÜV-/CQC-Zertifizierungen und RoHS-konformen Materialien her. Wenn Sie ein bestimmtes Mess-, Beleuchtungs- oder neues Energiedesign bewerten, finden Sie auf den Produktseiten auf dieser Website detaillierte Spezifikationen, die Sie direkt mit Ihrem Lastprofil vergleichen können.