Skakelaar

Elektriese skakelaars. Bo, v.l.n.r: klinkskakelaar/stroombreker, kwikskakelaar, skyfskakelaar, Dubbelinlynpakketskakelaar, oppervlakgemonteerde skakelaar, rietskakelaar, Onder, v.l.n.r: Muurskakelaar, klein wisselskakelaar, inlynskakelaar, drukknopskakelaar, wiegskakelaar, mikroskakelaar

'n Elektriese skakelaar is 'n toestel wat daarop gemik is om twee geleiers aan mekaar te verbind of die verbinding tussen twee elektriese geleiers te onderbreek. Die bekendste skakelaars is dié wat in gewone huishoudelike toepassings gebruik word om 'n ligte of ander toestelle aan of af te skakel. Skakelaars word ook dikwels in die elektronika gebruik, in rekenaars en in telekommunikasie. Hierde toepassings benut gewoonlik elektroniese skakelaars, hierdie artikel konsentreer egter meer op skakelaars wat tipies in swaarstroom toepassings soos wat tipies in huishoudelike toepassings, kantore en fabrieke gebruik word.

Bou van 'n skakelaar

'n Skakelaar bestaan tipies uit twee metaalkontakte. Hierdie metaal is gewoonlik 'n korrosiebestande metaal omdat ander metale geneig is om 'n nie-geleidende oksidasielaag te vorm wat sal verhoed dat die skakelaar werk. Ander eienskappe waarop die metaal gekies word is elektriese geleidingsvermoë, hardheid (weerstand teen verwering), metaalsterkte, lae koste en giftigheid. Soms word die kontakte met edelmetale geplateer. 'n Skakelaar kan ook so ontwerp word dat die twee kontakoppervlakke oormekaar skuur tydens werking sodat die oppervlakke skoongevee word.

'n Skakelaar vereis ook 'n aandrywer (die bewegende dele wat die kontakte teenmekaar vasdruk) wat gebruik word om die skakelaar se posisie te verander. Die aandrywer kan die vorm aanneem van 'n wissel, 'n wieg of 'n drukknop of enige ander soort meganiese verbinding.

Saamgestelde skakelaars

Skakelaars verander nie altyd slegs tussen een van twee toestande nie maar kan ook ontwerp word om meer as een skakeling te doen tydens 'n oorskakeling. Daar bestaan 'n verskeidenheid sulke skakelaars wat aangedui word na aanleiding van die aantal skakelaksies wat uitgevoer word en die aantal punte (pole) wat met mekaar verbind word. Sommige skakelaars word ook benoem na aanleiding van hulle normale toestand, d.w.s. hetsy hulle normaal toe of normaalweg oop is.

Afkorting	Verduideliking van Afkorting	Bedradingsnaam	Beskrywing	Simbool	IEC 60617
EPES	Enkelpool, enkelskakeling	Eenrigting	'n Eenvoudige aan-af skakelaar: Die twee terminale is óf aanmekaar verbind of glad nie aan enige punt verbind nie, soos in die geval van 'n gewone ligskakelaar.
EPDS	Enkelpool, dubbele skakeling	Tweerigting	'n Eenvoudige skakelaar vir oorskakelings: C (Common) word verbind aan L1 af aan L2.
EPO	Enkelpool oorskakeling of Enkelpool, middel af		Gelykstaande aan EPDS.
DPES	Dubbelpool, enkelskakeling	Dubbelpool	Gelykstaande aan twee EPES skakelaars wat deur 'n enkele meganisme beheer word
DPDS	Dubbelpool, dubbele skakeling		Gelykstaande aan twee EPDS skakelaars wat deur 'n enkele meganisme beheer word.
DPO	Dubbelpool oorskakeling of Dubbelpool, middel af		Gelykstaande aan DPDS.
		Intermediêre skakelaar	DPDS skakelaar wat intern bedraad is vir die omkeer van polariteit: slegs vier eerder as ses drade word na buite die skakelaaromhulsel gebring.

Maak-voor-breek, breek-voor-maak

In 'n skakelaar met multiskakelings is daar twee moontlike oorgangstoestande soos daar van die een posisie na 'n ander beweeg word. In sommige skakelaarontwerpe word die nuwe kontakte verbind voordat die ou verbindings verbreek word. Dit staan bekend as 'n maak-voor-breek tipe skakelaar en verseker dat die bewegende kontak nooit 'n oop stroombaan veroorsaak nie (word ook soms na verwys as 'n kortsluitskakelaar). Die alternatief is 'n breek-voor-maak tipe skakelaar waar die ou kontakverbinding eers verbreek word voordat die nuwe een verbind word. Dit verseker dat daar nooit 'n kortsluiting tussen die kontakte plaasvind nie. Beide soorte ontwerpe word algemeen gebruik vir verskillende toepassings.

Sydige skakelaars

'n Sydige skakelaar is een wat 'n (veer) bevat wat die aandrywer na 'n sekere posisie laat terugkeer. So 'n skakelaar kan byvoorbeeld aangeskakel word wanneer die aandrywer/knop gedruk word, maar weer outomaties afskakel wanneer die knop gelos word. Sulke skakelaars word tipies gebruik om te verseker dat 'n operateur wel teenwoordig/wakker is tydens die werking van die toestel wat bedryf word.

Spesiale soorte

Skakelaars kan ook ontwerp word om te reageer op 'n meganiese stimulus: soos byvoorbeeld, vibrasie, helling, lugdruk, vloeistofvlak, die draai van 'n sleutel, linieêre- of draaibeweging of die teenwoordigheid van 'n magnetiese veld (rietskakelaar). Die kwikskakelaar bevat 'n druppel kwik binne-in 'n glasbuis. Die twee kontakte steek binne die buis in en word meganies aanmekaar verbind as die buis se helling sodanig verander dat die kwik oor hulle rol. 'n Voordeel van hierdie soort skakelaar is dat die vloeibare metaal rondom stofpartikels en ander vuiligheid sal vloei wat andersins sou verhoed het dat die kontakte van 'n konvensionele skakelaar toemaak.

Ander soorte skakelaars sluit in:

• Sentrifugale skakelaar
• DIP-skakelaar
• Hall-effek skakelaar
• Traagheidskakelaar
• Membraanskakelaar
• Wisselskakelaar
• Oorskakelaar
• Mindy skakelaar

Intermediêre skakelaar

'n DPDS skakelaar het ses verbindings, maar aangesien die omkeer van polariteit 'n baie algemene gebruik van DPDS skakelaars is, word sommige variante van DPDS skakelaar intern bedraad spesifiek vir polariteitsomkering. Dus het hulle slegs vier terminale eerder as ses. Twee van die terminale is toevoere en twee is afvoere. Intermediêre skakelaars speel ook 'n belangrike rol by veelrigtingskakelaarstelsels waar daar meer as twee skakelaars is (sien onderstaande bespreking).

Veelrigtingskakeling

Veelrigtingskakeling is 'n metode waarop skakelaars in groepe aanmekaar verbind word sodat enige van die skakelaars gebruik kan word om 'n lading aan die kragbron te koppel of te ontkoppel. Dit word dikwels gedoen in die geval van beligtingstelsels om te verseker dat die gebruiker nie deur 'n donker area hoef te beweeg om by die ligskakelaar uit te kom nie.

Twee liggings

1. Eerste Metode
2. Tweede metode
3. Benoeming van terminale

Die aanskakel van 'n lading (soos 'n lig aan beide kante van 'n stel trappe) vereis twee EPDS skakelaars. Daar is twee basiese metodes om dit reg te kry.

Met die eerste metode word die kragbron na die gemene terminaal van een van die skakelaars gekoppel; hierdie skakelaars word dan deur L1 en L2 terminale verbind en dan word die kragvoer na die lig vanaf die gemene terminaal van die tweede skakelaar afgevoer. A word aan B of C gekoppel of D word aan B of C gekoppel; die lig sal dan brand as A aan D gekoppel word, d.w.s. As A en D beide aan B of beide aan C gekoppel word.

Die tweede metode behels die koppeling van die drie terminale van die een skakelaar aan die ooreenstemmende drie terminale van die ander skakelaar en dan die kragtoevoer en die afvoer na die lig aan die L1 en L2 terminale onderskeidelik te koppel. Deur die een skakelaar word A aan B of C verbind, deur die ander ook aan B of C; die lig is aan as B aan C verbind word, d.w.s. as A aan B verbind is deur een skakelaar en aan C verbind is deur die ander skakelaar.

Die bedrading wat benodig word vir die twee benodig kan as volg opgesom word (beaarding is nie ingesluit nie):

Eerste metode:

• Twee drade tussen beide skakelaars
• 'n Enkele draad vanaf een skakelaar na die kragtoevoer (Lewendig/Rooi draad)
• 'n Enkele draad vanaf die een skakelaar na die lading
• 'n Enkele draad vanaf die lading na die kragtoevoer (Neutraal/Swart draad)

Tweede metode:

• Drie drade tussen beide skakelaars
• 'n Enkele draad vanaf enige posisie tussen die twee skakelaars na die kragtoevoer (Lewendig/Rooi draad)
• 'n Enkele draad vanaf enige posisie tussen die twee skakelaars na die lading
• 'n Enkele draad vanaf die lading na die kragtoevoer (Neutraal/swart draad)

Meer as twee liggings

Drierigtingskakeling.
1. Eerste metode
2. Tweede metode
3. Benaming van skakelaarterminale

Vir meer as twee liggings moet die drade wat die L1 en L2 terminale van die twee drierigtingskakelaars deur 'n intermediêre skakelaar gestuur word sodat die verbindings oorgeskakel kan word. Enige aantal intermediêre skakelaars (sien besrywing by saamgestelde skakelaars) kan ingevoeg word wat enige aantal liggings vir die skakelaars moontlik maak.

Die bedrading wat benodig word kan as volg opgesom word (aardlekasie beskerming uitgesluit):

Eerste metode:

• Dubbele drade tussen die reeks skakelaars
• 'n Enkele draad vanaf die eerste skakelaar na die kragtoevoer (rooi draad/lewendig)
• 'n Enkele draad vanaf die laaste skakelaar na die lading (gewoonlik 'n blou draad)
• 'n Enkele draad vanaf die lading na neutraal (die swart draad)

Tweede metode:

• Dubbele drade tussen die reeks skakelaars
• 'n Enkele draad vanaf die eerste skakelaar na die laaste skakelaar
• 'n Enkele draad vanaf enige punt tussen twee van die skakelaars na die kragtoevoer (rooi draad/lewendig)
• 'n Enkele draad tussen dieselfde twee skakelaars en die lading
• 'n Enkele draad vanaf die lading na neutraal (swart draad)

Swaarstroomskakelaars

Wanneer 'n skakelaar ontwerp is om beduidende hoeveelhede stroom te skakel, moet die oorgangstoestand van die skakelaar sowel as die vermoë van die skakelaar om voortdurend die normale bedryfstroom te hanteer oorweeg word. Wanneer 'n skakelaar aan is, is sy weerstand bykans nul en word baie min krag oor die kontakte verloor; wanneer 'n skakelaar af is, is sy weerstand baie hoog en word selfs minder krag verloor oor die kontakte. As die skakelaar oorgeskakel word ontstaan 'n oorgangstoestand waar bykans 'n kwart (of selfs meer as die lading nie suiwer resistief van aard is nie) van die totale lading oor die skakelaar verloor. Om hierdie rede bevat die meeste kragskakelaars (die meeste ligskakelaars en bykans alle groter skakelaars) 'n veermeganisme wat verseker dat die oorgangstydperk tussen die aan en af toestand so kort moontlik is, onafhanklik van die spoed waarteen die gebruiker die aandrywer/knop aktiveer.

Kontakbons

Kontakbons is ook 'n algemene probleem met meganiese skakelaars en relê-skakelaars. Skakelaar- en relê-kontakte word gewoonlik van veerkragtige metale gemaak wat deur 'n aandrywer gedwing word om kontak te maak. Wanneer die kontakte mekaar tref, veroorsaak hulle momentum en elastisiteit dat hulle van mekaar af wegbons. Die resultaat is 'n vinnig pulsende elektriese stroom eerder as 'n skoon oorgang vanaf die geen stroom- tot die volstroomtoestand nie. Die golfvorm word dan veder verander deur die parasitiese induktansie en kapasitansie in die skakelaar en bedrading wat lei tot 'n reeks gedempte sinusoïdale ossilasies. Hierde verskynsel is gewoonlik nie merkbaar in gewone wisselstroombane, waar die bons te vinnig gebeur om die meeste toerusting te beïnvloed nie. Dit veroorsaak egter wel probleme in analoë- en logiese stroombane wat nie ontwerp is om ossilerende spannings te hanteer nie.

Sekwensiële digitale logiese stroombane is veral vatbaar vir kontakbons. Die spanningsgolfvorm wat deur wat deurdie skakelaarbons geskep word voldoen nie aan die amplitude- en tydsreëlingspesifikasies vir die logiese stroombane nie. Die resultaat is dat die stroombaan mag faal as gevolg van probleme soos metastabiliteit, resiestoestande, uitskotpolse en wanfunksies.

Daar is 'n aantal tegnieke wat gebruik word om skakelaarbons te verminder. Die tegnieke kan breedweg verdeel word in tydsgebaseerde tegnieke en histerese gebaseerde tegnieke.

Tydsgebaseerde tegnieke

Tydsgebaseerde tegnieke maak staat op die byvoeging van voldoende vertragings in die stelsel sodat die bons geïgnoreer kan word. Die groot voordeel van sulke tegnieke vereis nie enige spesiale ontwerpe aan die skakelaarkant nie en is daarom oor die algemeen goedkoper. Vir goeie werkverrigting moet hulle ontwerp word om by die skakelaar aan te pas (te veel vertraging en die stelsel is onnodig stadig en te min vertraging sal die bons nie uitgeskakel word nie).

Resistor/Kapasitor

As 'n aan/af skakelaar gebruik word met 'n resistor in serie en met 'n enkele kapasitor in parralel oor die skakelaar geplaas word en die skakelaar word gesluit, sal die kapasitor bykans onmiddelik deur die skakelaar ontlaai. As die skakelaar oopgemaak word, sal die kapasitor 'n tydjie neem om te herlaai. Om hierdie rede sal die kontakbons 'n nalaatbare invloed hê op die afvoer. Die stadige rand van die golwe kan met 'n Schmitt-sneller skoongemaak word indien nodig. Hierdie metode het die voordeel van 'n vinnige reaksie op die aanvanklike druk van die knop maar die stroomstuwings deur die skakelaar is nie altyd wenslik nie. Ander RC gebaseerde stelsels is ook moontlik met verskeie reaksies en sulke stelsels is waarskynlik die maklikste metode wanneer eenvoudige logiese hekke en diskrete komponente gebruik word in die bou daarvan.