Soorten schakelaars

Een schakelaar is een apparaat dat is ontworpen om de stroom in een stroomkring te onderbreken, met andere woorden, het kan een elektrische stroomkring maken of verbreken. Elke elektrische en elektronische toepassing maakt gebruik van ten minste één schakelaar om de AAN- en UIT-bediening van het apparaat uit te voeren.

De schakelaars zijn dus het onderdeel van een besturingssysteem en zonder schakelaar kan de bediening niet worden gerealiseerd. Een schakelaar kan twee functies vervullen, namelijk volledig AAN (door de contacten te sluiten) of volledig UIT (door de contacten te openen).

Wanneer de contacten van een schakelaar gesloten zijn, creëert de schakelaar een gesloten pad voor stroom en verbruikt de belasting dus stroom van de bron. Wanneer de contacten van een schakelaar open zijn, wordt er geen stroom verbruikt door de belasting, zoals te zien is in de onderstaande figuur.

Er zijn talloze toepassingen voor schakelaars op uiteenlopende gebieden, zoals thuis, auto’s, industrie, defensie, lucht- en ruimtevaart, enzovoort. In sommige toepassingen worden schakelaars in meerdere richtingen gebruikt (zoals bij de bedrading van gebouwen), waarbij twee of meer schakelaars onderling worden verbonden om een elektrische belasting vanaf meer dan één plaats te bedienen.

Schakelaars kunnen van het mechanische of elektronische type zijn,

Mechanische schakelaars moeten fysiek worden geactiveerd, door de contacten te bewegen, in te drukken, los te laten of aan te raken.

Elektronische schakelaars vereisen geen fysiek contact om een stroomkring te bedienen. Deze worden geactiveerd door halfgeleiderwerking.

Mechanische schakelaars

Mechanische schakelaars kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van verschillende factoren, zoals de wijze van bediening (handmatig, eind- en processchakelaars), aantal contacten (enkelcontact- en meervoudig contactschakelaars), aantal polen en worpen (SPST, DPDT, SPDT, enz.), bediening en constructie (drukknop, drukknop, enz.).), bediening en constructie (drukknop, tuimelschakelaar, draaischakelaar, joystick, enz.), op basis van toestand (kortstondige en vergrendelde schakelaars), enz.

Op basis van het aantal polen en worpen worden schakelaars ingedeeld in de volgende typen. De pool staat voor het aantal afzonderlijke stroomcircuits dat kan worden geschakeld. De meeste schakelaars zijn ontworpen met één, twee of drie polen en worden aangeduid als enkelpolig, dubbelpolig en driepolig.

Het aantal worpen staat voor het aantal toestanden waarin stroom door de schakelaar kan gaan. De meeste schakelaars zijn ontworpen om één of twee worpen te hebben, die worden aangeduid als single throw en double throw schakelaars.

Single Pole Single Throw Switch (SPST)

• Dit is de basis AAN- en UIT-schakelaar die bestaat uit één ingangscontact en één uitgangscontact.
• Hij schakelt één enkel circuit en kan de belasting ofwel inschakelen (ON) of uitschakelen (OFF).
• De contacten van SPST kunnen zowel normaal open als normaal gesloten zijn.

Single Pole Double Throw Switch (SPDT)

• Deze schakelaar heeft drie aansluitingen, één is ingangscontact en de overige twee zijn uitgangscontacten.
• Dit betekent dat het bestaat uit twee ON-posities en een OFF-positie.
• In de meeste van de circuits, worden deze schakelaars gebruikt als omschakelaar om de ingang te verbinden tussen twee keuzes van uitgangen.
• Het contact dat standaard is aangesloten op de ingang wordt aangeduid als normaal gesloten contact en contact dat zal worden aangesloten tijdens de ON-werking is een normaal open contact.

Double Pole Single Throw Switch (DPST)

• Deze schakelaar bestaat uit vier aansluitingen, twee ingangscontacten en twee uitgangscontacten.
• Hij gedraagt zich als twee afzonderlijke SPST-configuraties, die tegelijkertijd werken.
• Hij heeft slechts één AAN-stand, maar kan de twee contacten gelijktijdig bedienen, zodat elk ingangscontact met het overeenkomstige uitgangscontact wordt verbonden.
• In de UIT-stand staan beide schakelaars in geopende toestand.
• Dit type schakelaars wordt gebruikt voor het aansturen van twee verschillende circuits tegelijk.
• Ook kunnen de contacten van deze schakelaar zowel normaal open als normaal gesloten configuraties zijn.

Dubbele Pool Dubbele Throw Schakelaar (DPDT)

• Dit is een dubbele AAN/UIT schakelaar bestaande uit twee AAN posities.
• Het heeft zes klemmen, twee zijn ingangscontacten en de resterende vier zijn de uitgangscontacten.
• Het gedraagt zich als een twee afzonderlijke SPDT configuratie, die tegelijkertijd werken.
• Twee ingangscontacten zijn verbonden met de ene set uitgangscontacten in de ene positie en in een andere positie zijn de ingangscontacten verbonden met de andere set uitgangscontacten.

Drukknopschakelaar

• Het is een kortstondige contactschakelaar die verbinding maakt of verbreekt zolang er druk wordt uitgeoefend (of wanneer de knop wordt ingedrukt).
• Deze druk wordt meestal geleverd door een knop die door iemands vinger wordt ingedrukt.
• Deze knop keert terug naar zijn normale stand, zodra de druk wordt opgeheven.
• Het inwendige veermechanisme bedient deze twee toestanden (ingedrukt en losgelaten) van een drukknop.
• Het bestaat uit stationaire en beweegbare contacten, waarvan de stationaire contacten in serie zijn geschakeld met het te schakelen circuit, terwijl de beweegbare contacten zijn verbonden met een drukknop.
• Drukknoppen worden in hoofdzaak ingedeeld in normaal open, normaal gesloten en dubbelwerkende drukknoppen, zoals in bovenstaande figuur is aangegeven.
• Dubbelwerkende drukknoppen worden in het algemeen gebruikt voor het aansturen van twee elektrische circuits.

Toggle Switch

• Een toggle switch wordt handmatig bediend (of omhoog of omlaag geduwd) door een mechanische hendel, hefboom of schommelmechanisme. Deze worden vaak gebruikt als lichtregelschakelaars.
• De meeste van deze schakelaars worden geleverd met twee of meer hendelposities die in de versies van SPDT, SPST, DPST en DPDT schakelaar. Deze worden gebruikt voor het schakelen van hoge stromen (zo hoog als 10 A) en kan ook worden gebruikt voor het schakelen van kleine stromen.
• Deze zijn verkrijgbaar in verschillende ratings, maten en stijlen en worden gebruikt voor verschillende soorten toepassingen. De AAN-stand kan elk van hun niveauposities zijn, echter, bij conventie is de neerwaartse de gesloten of AAN-stand.

Eindschakelaar

• De regelschema’s van een eindschakelaar zijn weergegeven in bovenstaande figuur , waarin vier variëteiten van eindschakelaars worden gepresenteerd.
• Sommige schakelaars worden bediend door de aanwezigheid van een voorwerp of door de afwezigheid van voorwerpen of door de beweging van een machine in plaats van door menselijke handbediening. Deze schakelaars worden eindschakelaars genoemd.
• Deze schakelaars bestaan uit een soort stootarm die door een voorwerp wordt bediend. Wanneer deze bumperarm wordt bediend, zorgt dit ervoor dat de schakelaarcontacten van positie veranderen.

Vlotterschakelaars

• Vlotterschakelaars worden hoofdzakelijk gebruikt voor het aansturen van DC- en AC-motorpompen op basis van de vloeistof of het water in een tank of carter.
• Deze schakelaar wordt bediend wanneer de vlotter (of het drijvende voorwerp) naar beneden of naar boven beweegt op basis van het waterniveau in een tank.
• Deze vlotterbeweging van stang of kettingassemblage en tegengewicht veroorzaakt het openen of sluiten van elektrische contacten. Een andere vorm van vlotterschakelaar is de kwikbol type schakelaar die niet bestaat uit een vlotter staaf of ketting arrangement.
• Deze bol bestaat uit kwik contacten zodanig dat wanneer het vloeistofniveau stijgt of daalt, de toestand van de contacten verandert ook.
• Het symbool van de bal vlotterschakelaar is weergegeven in de bovenstaande figuur. Deze vlotterschakelaars kunnen van het normaal open of normaal gesloten type zijn.

Doorstromingsschakelaars

• Deze worden hoofdzakelijk gebruikt om de beweging van vloeistof of luchtstroom door een pijp of kanaal te detecteren. De luchtstroomschakelaar (of microschakelaar) is geconstrueerd door middel van een snap-action.
• Deze microschakelaar is bevestigd aan een metalen arm.Aan deze metalen arm is een dun stukje kunststof of metaal verbonden.
• Wanneer een grote hoeveelheid lucht door het metalen of plastic stuk stroomt, veroorzaakt dit de beweging van de metalen arm en bedient zo de contacten van de schakelaar.
• Vloeistofstroomschakelaars zijn ontworpen met een peddel die over de vloeistofstroom in een pijp wordt gestoken. Wanneer vloeistof door de pijp stroomt, verandert de kracht die tegen de peddel wordt uitgeoefend de positie van de contacten.
• De bovenstaande figuur toont het schakelsymbool dat zowel voor luchtstroom als vloeistofstroom wordt gebruikt. Het vlagsymbool op de schakelaar geeft de peddel aan die de stroming of beweging van de vloeistof detecteert.
• Deze schakelaars weer normaal open of normaal gesloten configuraties.

Drukschakelaars

• Deze schakelaars worden vaak gebruikt in industriële toepassingen om de druk van hydraulische systemen en pneumatische apparaten te detecteren.
• Depends on the range of pressure to be measured, these pressure switches are classified into diaphragm operated pressure switch, metal bellow type pressure switch and piston type pressure switch.
• In all these types, pressure detection element operates a set of contacts (which can be either double pole or single pole contacts).
• This switch symbol consist a half-circle connected to a line in which flat part indicates a diaphragm. Deze schakelaars kunnen zowel van het normaal open als normaal gesloten type zijn.

Temperatuurschakelaars

• Het meest voorkomende warmtesensorelement is de bimetaalstrip die werkt volgens het principe van thermische uitzetting.
• De bimetalen strips zijn gemaakt van twee ongelijke metalen (die verschillende thermische uitzettingscoëfficiënten hebben) en zijn met elkaar verbonden.
• De schakelaarcontacten worden bediend wanneer de temperatuur de strip doet buigen of wikkelen. Een andere methode om de temperatuurschakelaar te bedienen is het gebruik van kwikglasbuis.
• Wanneer de buis wordt verwarmd, zet het kwik in de buis uit en genereert dan druk om de contacten te bedienen.

Joystickschakelaar

• Joystickschakelaars zijn handbediende bedieningsapparaten die voornamelijk in draagbare bedieningsapparatuur worden gebruikt.
• Hij bestaat uit een hefboom die vrij beweegt in meer dan één bewegingsas.
• Afhankelijk van de beweging van de ingedrukte hefboom worden een of meer schakelcontacten bediend.
• Deze zijn bij uitstek geschikt om bewegingen naar links en rechts te laten zakken, omhoog te brengen en in gang te zetten.
• Deze worden gebruikt voor bouwmachines, kabelbedieningen en kranen. Het symbool voor de joystick is hieronder afgebeeld.

Draaischakelaars

• Deze worden gebruikt voor het verbinden van een lijn met een van de vele lijnen.
• Voorbeelden van deze schakelaars zijn bereikkeuzeschakelaars in elektrische meetapparatuur, kanaalkeuzeschakelaars in communicatieapparatuur en bandkeuzeschakelaars in multibandradio’s.
• Hij bestaat uit een of meer bewegende contacten (knop) en meer dan een stationair contact.
• Deze schakelaars worden geleverd met verschillende rangschikking van contacten zoals single-polige 12-weg, 3-polige 4-weg, 2-polige 6-weg en 4-polige 3-weg.

Elektronische schakelaars

De elektronische schakelaars worden over het algemeen genoemd als solid-state schakelaars, omdat er geen fysieke bewegende delen en dus afwezigheid van fysieke contacten. De meeste apparaten worden bestuurd door halfgeleider schakelaars zoals motoraandrijvingen en HVAC apparatuur.

Er zijn verschillende soorten solid state schakelaars zijn beschikbaar in de huidige markt met verschillende maten en ratings. Sommige van deze solid state schakelaars zijn transistors, SCR’s, MOSFET’s, TRIAC’s en IGBT’s.

Bipolaire transistors

Een transistor ofwel laat de stroom door of het blokkeert de stroom als vergelijkbaar met de werking van een normale schakelaar.

In schakelcircuits werkt de transistor in de uitschakelmodus voor de UIT- of stroomblokkeringsconditie en in de verzadigingsmodus voor de AAN-conditie. Het actieve gebied van de transistor wordt niet gebruikt voor schakeltoepassingen.

Zowel NPN- als PNP-transistors werken of worden ingeschakeld wanneer er voldoende basisstroom aan wordt toegevoerd. Wanneer er een kleine stroom door de basis stroomt die wordt toegevoerd door een stuurcircuit (aangesloten tussen de basis en de emitter), zorgt dit ervoor dat het collector-emitterpad wordt ingeschakeld.

En hij wordt uitgeschakeld wanneer de basisstroom wordt verwijderd en de basisspanning wordt verlaagd tot een lichte negatieve waarde. Hoewel hij een kleine basisstroom gebruikt, kan hij veel hogere stromen door het collector-emitterpad geleiden.

Vermogensdiode

Een diode kan schakelen tussen zijn hoge en lage impedantietoestand. Voor de bouw van de diodes worden halfgeleidermaterialen als silicium en germanium gebruikt.

Normaal gesproken worden vermogensdiodes gebouwd met silicium om het apparaat bij hogere stromen en hogere junctietemperaturen te laten werken. Deze worden vervaardigd door p- en n-type halfgeleidermaterialen samen te voegen om een PN-junctie te vormen. Het heeft twee terminals namelijk anode en kathode.

Wanneer de anode positief wordt gemaakt ten opzichte van de kathode en door de toepassing van spanning groter dan het drempelniveau, wordt de PN-junctie voorwaarts beïnvloed en begint te geleiden (zoals een ON-schakelaar). Wanneer de kathode positief wordt gemaakt ten opzichte van de anode, wordt de PN-junctie omgekeerd en blokkeert de stroom (zoals bij een UIT-schakelaar).

MOSFET

Metaaloxidehalfgeleider-veldeffecttransistor (MOSFET) is een unipolair en hoogfrequent schakelapparaat. Het is een veelgebruikt schakeltoestel in vermogenselektronicatoepassingen. Hij heeft drie aansluitingen, namelijk drain (uitgang), source (gemeenschappelijk) en gate (ingang).

Het is een spanningsgeregeld apparaat, d.w.z. door de ingangsspanning (gate tot source) te regelen, wordt de weerstand tussen de drain en de source geregeld, wat verder de AAN- en UIT-toestand van het apparaat bepaalt.

MOSFET’s kunnen P-kanaals of N-kanaals zijn. De N-kanaals MOSFET wordt ingeschakeld door een positieve VGS toe te passen ten opzichte van de bron (op voorwaarde dat VGS groter is dan de drempelspanning).

P-kanaals MOSFET werkt op een vergelijkbare manier als N-kanaals MOSFET, maar maakt gebruik van omgekeerde polariteit van spanningen. Zowel VGS als VDD zijn negatief ten opzichte van de bron om de P-kanaal MOSFET in te schakelen.

IGBT

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) combineert de verschillende voordelen van een bipolaire junctievermogenstransistor en een vermogens-MOSFET. Net als een MOSFET is het een spanningsgeregeld apparaat en heeft het een lagere spanningsval in de aan-toestand (minder dan die van een MOSFET en dichter bij een vermogenstransistor).

Het is een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen dat met hoge snelheid schakelt. Deze aansluitingen zijn emitter, collector en gate.

Gelijk aan de MOSFET kan IGBT worden ingeschakeld door een positieve spanning (hoger dan de drempelspanning) aan te leggen tussen de gate en de emitter. IGBT kan worden ingeschakeld door de spanning over de gate-emitter tot nul te verlagen. In de meeste gevallen is een negatieve spanning nodig om de uitschakelverliezen te beperken en de IGBT veilig uit te schakelen.

SCR

Een Silicon Controlled Rectifier (SCR) wordt het meest gebruikt voor hoge snelheidsschakelingen in vermogensregeltoepassingen. Het is een eenrichtingsapparaat als een diode, bestaande uit drie aansluitingen, namelijk anode, kathode en gate.

Een SCR wordt in- en uitgeschakeld door de poortingang en de biasing-condities van de anode- en kathode-aansluitingen te regelen. SCR bestaat uit vier lagen van afwisselend P- en N-lagen, zodat de grenzen van elke laag knooppunten J1, J2 en J3 vormen.

TRIAC

Triac (of TRIode AC) schakelaar is een tweerichtingsschakelapparaat dat een equivalent circuit is van twee rug-aan-rug SCR’s verbinding met één gate terminal.

Het vermogen om wisselstroom te regelen in zowel positieve als negatieve pieken van de spanningsgolfvorm maakt vaak dat deze apparaten worden gebruikt in motortoerentalregelaars, lichtdimmers, drukregelsystemen, motoraandrijvingen en andere AC-regelapparatuur.

DIAC

Een DIAC (of DIode AC-schakelaar) is een tweerichtingsschakelapparaat en bestaat uit twee aansluitingen die niet als anode en kathode worden genoemd. Dit betekent dat een DIAC in beide richtingen kan worden bediend, ongeacht de identificatie van de aansluitklemmen. Dit geeft aan dat de DIAC in beide richtingen kan worden gebruikt.

Wanneer een spanning over een DIAC wordt gezet, werkt deze in de voorwaartse blokkeer- of de achterwaartse blokkeermodus, tenzij de toegepaste spanning lager is dan de doorbreekspanning. Zodra de spanning meer dan de omslagspanning wordt verhoogd, treedt lawineoverslag op en begint het apparaat te geleiden.

Gate Turn-Off Thyristor

Een GTO (Gate Turn-Off Thyristor) is een bipolair halfgeleiderschakelapparaat. Het heeft drie aansluitingen: anode, kathode en gate. Zoals de naam al aangeeft, is dit schakeltoestel in staat om via de poortterminal uit te schakelen.

Een GTO wordt ingeschakeld door een kleine positieve poortstroom toe te passen die de geleidingsmodus in gang zet en uitgeschakeld door een negatieve puls aan de poort. GTO symbool bestaat uit dubbele pijlen op de gate terminal die de tweerichtingsstroom van stroom door gate terminal.