Elektriske relæer kan opdeles i to kategorier, nemlig elektromekaniske relæer og solid-state relæer.
Elektromekaniske relæer
Elektromekaniske relæer er de enheder, som er af elektromagnetisk natur og omdanner den magnetiske flux, som genereres af det lave indgangseffekt DC eller AC-signal omkring relæerne, til den mekaniske kraft, som bruges til at betjene de elektriske kontakter i relæerne. De mest almindeligt anvendte elektromekaniske relæer har et kredsløb; viklet omkring en absorberende jernkerne; som er kendt som det primære kredsløb.
Jernkernen har både en fast del kaldet åg og et anker, som er en bevægelig fjederbelastet del, som lukker luftgabet mellem bevægeligt anker og fast elektrisk spole, og dermed fuldender magnetfeltkredsløbet. Armaturet lukker de kontakter, der er fastgjort til det, og kan frit bevæge sig mellem det genererede magnetfelt på grund af dets dreje- eller hængslede position. En eller flere fjedre er forbundet mellem ankeret og åget for at generere returslaget for at genoprette forbindelserne til deres oprindelige position, når relæspolen er deaktiveret eller er i sin slukket tilstand.
Konstruktion af elektromekanisk relæ
Ovenstående figur viser det simple relæ, som har to sæt elektrisk ledende kontakter. Relæer kan være 'normalt åbne' eller 'normalt lukkede'. Parret af kontakter er karakteriseret som Normally Open or make contacts, og et par er karakteriseret som normalt lukkede eller bryde kontakter. I normalt åbne kontakter er kontakterne åbne, når der ikke er indgangseffekt, de er kun lukkede, når der er en feltstrøm, mens i normalt lukkede kontakter er kontakterne lukkede, når der ikke er indgangseffekt, de er kun åbne, når der er en feltstrøm. Disse termer bruges som standard for de strømløse kredsløb, der er i deres slukkede tilstande.
Kontakterne på relæer er elektrisk ledende metalstykker, når de kontakter hinanden fuldender de kredsløbet og leder strømmen gennem kredsløbet ligesom kontakter. I åben tilstand har de en meget høj modstand i mega ohm og fungerer som et åbent kredsløb, mens de i lukket tilstand fungerer som en lukket kontakt, og ideelt set burde de have en modstand på nul, men der er altid en vis mængde kontaktmodstand som betegnes som 'ON modstand'.
Nye kontakter og relæer har en meget lav ON-modstand, fordi deres spidser er pæne og nye, men over tid vil denne modstand øges. Der er en buevirkning observeret i kontakterne, som omtales som skaden i kontaktspidserne, hvis de ikke er ordentligt beskyttet mod høje kapacitive og induktive belastninger. Da strømmen vil flyde gennem kontakterne, når de er tilsluttet, og bueeffekten, hvis den ikke kontrolleres, vil blive ved med at stige, hvilket gør modstanden stor, hvilket til sidst resulterer i de revnede og ikke-ledende kontakter, selv når de er i lukket tilstand.
For at reducere buevirkningerne og høj 'ON-modstand' i ledninger og forbedre deres levetid, er de moderne ledningsspidser lavet af eller belagt med forskellige sølvlegeringer. Nogle af dem omfatter Ag (fint sølv), AgCu (sølvkobber), AgCdO (sølvcadmiumoxid), AgW (sølvwolfram), AgNi (sølvnikkel), platin-, guld- og sølvlegeringer og AgPd (sølvpalladium).
Den lange levetid af relækontakter kan opnås ved at bruge filtreringsteknikken, som gøres ved at tilføje et modstandskondensatornetværk kendt som Snubber Circuit parallelt med relækontaktspidser. Dette RC-kredsløb vil kortslutte højspændingen, hvilket i sidste ende vil undertrykke enhver bueeffekt.
Klassificering af elektromekaniske relæer baseret på kontakttyper
Da NO og NC beskriver, hvordan kontakterne er forbundet, kan de også klassificeres ud fra deres handlinger. De kan laves ved at forbinde en eller flere kontaktkontakter også kaldet poler, som kan forbindes yderligere ved at aktivere relæspolerne, hvilket giver anledning til fire forskellige kontakttyper givet som:
| Type | Beskrivelse | Ansøgning |
| Single Pole Single Throw (SPST) | Den har en enkelt pol og enkelt udgang. Det vil enten være lukket eller helt afbrudt, der er ingen imellem. | De er perfekte til at tænde og slukke. |
| Single Pole Double Throw (SPDT) | Den har en enkelt indgang og to forskellige udgange. Den kan styre to forskellige kredsløb gennem en enkelt indgang. | De bruges i styrekredsløb og PLC-systemudgangskontakter. |
| Dobbeltpolet enkeltkast (DPST) | Den har to indgange og to udgange. Hver af dens terminaler kan enten være i slukket position (åben) eller i tændt position (lukket). | De bruges som termostater til at styre elektriske varmebelastninger. |
| Dobbeltpolet dobbeltkast (DPDT) | Den har to indgange og fire udgange. Hver af indgangene svarer til to udgange. Den kan styre to forskellige kredsløb ad gangen. | De bruges til valg af strømforsyning og lysstyring mv. |
Solid State-relæerne
Solid-State-relæerne har ingen bevægelige dele, men de bruger de optiske og elektriske egenskaber fra solid-state-halvledere til at skabe isolation og udføre koblingsfunktioner. Da de ikke har bevægelige dele i modsætning til elektromekaniske relæer, er der ingen slid på komponenterne. De giver også fuldstændig isolation mellem udgangs- og indgangskontakter, med meget høj modstand i åben tilstand og meget lav i ledende tilstand. De ligner i funktionalitet elektromekaniske relæer, da de også udfører koblingsoperationer. De er kompatible med de fleste IC-logikfamilier uden brug af yderligere forstærkere, drivere eller bufferkredsløb på grund af deres lave inputkontroleffektkrav. De kræver dog, at de er passende monteret på køleplader for at undgå overophedning.
Solid State relæ
Ved nulkrydsningspunktet for AC sinusbølgeformen tænder AC-typen Solid State Relay 'ON', og det forhindrer høje indkommende strømme. Mens der skiftes høje kapacitive og induktive belastninger, bruges RC Snubber-kredsløbet til at eliminere støj- og spændingstransiente spidser. Da udgangskontaktenheden er et halvlederrelæ i fast tilstand, er spændingsfaldet ved udgangen meget højt, hvilket forårsager behovet for varmebelægning for at undgå overophedning af kredsløb og beskadigelse.
Input/Output Interface Moduler
Input/Output-interfacemoduler er et specielt design af halvlederrelæer i solid-state til at forbinde mikrocontrollere, computere og PIC'er til virkelige switches og belastninger. Der er fire grundlæggende typer af I/O-moduler, CMOS-logikniveauudgang eller AC/DC-indgangsspænding til TTL, CMOS-logikindgang til en AC- eller DC-udgangsspænding og TTL. Disse moduler indeholder alle de obligatoriske kredsløb til at give isolation og en komplet grænseflade i en lille enhed. De er tilgængelige som separate solid-state moduler, eller de er integreret i enheder med 4, 8 eller 16 kanaler.
Sammenligningstabel mellem elektromekaniske og solid-state halvlederrelæer
Elektromekaniske relæer bruger mekaniske kontakter til at skifte og har bevægelige dele, mens Solid State Semiconductor Relæer bruger halvlederenheder til at skifte og har ingen bevægelige dele.
| Elektromekaniske relæer | Solid State halvlederrelæer |
| De bruger magnetiske felter, spoler, fjedre og mekaniske kontakter til at udføre skift. | De bruger ingen bevægelige dele, i stedet bruger de optiske og elektriske egenskaber af solid-state halvledere. |
| På grund af de bevægelige dele bliver de beskadiget på komponenterne. | De udsættes ikke for slitage af komponenter. |
| De har en begrænset kontaktlivscyklus og fylder et stort rum. Desuden har de langsom skiftehastighed. | Der er ingen sådanne begrænsninger af større plads og langsom hastighed. |
| En spænding med lille input kan bruges til at styre en stor udgangsspænding. | En spænding med lille input kan bruges til at styre en stor udgangsspænding. |
| De er omkostningseffektive. | De er dyre. |
| De kan skifte små spændingsbelastninger og højfrekvente signaler såsom lyd- og videosignaler. | De kan ikke skifte højfrekvente og små spændingsbelastningssignaler såsom video- og lydsignaler. |
| De har de mest almindelige anvendelser i biler og elektroniske husholdningsapparater osv. | De har de mest almindelige applikationer til omskiftning af AC-belastninger såsom lysdæmpning, motorhastighedskontrol osv. |
Konklusion
Et elektrisk relæ er en kontakt, som tænder og slukker for det elektriske kredsløb gennem et eksternt elektrisk signal. De kan styre en høj elektrisk strøm gennem et laveffektsignal, også klassificeret som transducere, på grund af deres evne til at ændre en fysisk størrelse til en anden. Elektromekaniske relæer bruger magnetiske felter, spoler, fjedre og mekaniske kontakter til at udføre skift. På grund af de bevægelige dele bliver de beskadiget på komponenterne.
De har en begrænset kontaktlivscyklus og optager meget plads, også har de langsom omskiftningshastighed, mens Solid State Semiconductor Relays ikke bruger nogen bevægelige dele i stedet for at bruge elektriske og optiske egenskaber af solid-state halvledere. De gennemgår ikke slid af komponenter, men de er dyre.