Jenis Relay – Penjelasan, Konstruksi, Operasi

Jenis relay bergantung pada konstruksi, aplikasi, fungsi, dan cara kerja.

Relay adalah saklar elektrik, yang berarti adalah saklar yang dikontrol oleh listrik. Saklar ini dapat dibuat ON dan OFF dengan memberikan sinyal atau pulsa tegangan. Sebagai contoh, kita dapat menggunakan pin I/O pada mikrokontroler terhubung dengan LED kecil untuk menyalakan atau mematikannya.

Akan menjadi cerita yang berbeda ketika kita ingin menggunakan LED lebih dari 5W atau bohlam pada rumah kita. Karena mikrokontroler umumnya hanya menghasilkan pulsa tegangan 5V dengan arus rendah, hal ini tidak akan cukup.

Ini dimana relay akan digunakan dan tentunya akan sangat mudah. Relay mampu untuk menghantarkan tegangan lebih tinggi dan arus lebih tinggi. Ketika berurusan dengan aplikasi listrik rumah, PLC, industri, dan sektor otomotif kita akan sering menemukan beberapa jenis relay.

Apa itu Relay dan Jenis Relay

Tidak hanya digunakan untuk aplikasi pensaklaran elektrik, relay dapat digunakan untuk aplikasi proteksi listrik. Karena mampu untuk melindungi dan untuk pensaklaran sebuah rangkaian, hal ini merupakan komponen elektrik yang penting untuk rangkaian kontrol.

Inilah mengapa kita akan berhadapan dengan banyak jenis relay.

Meskipun terdapat banyak konstruksi untuk relay, pada dasarnya mereka sama dengan saklar lain. Relay juga dapat menggunakan kondisi Normally Open (NO) dan Normally Close (NC) untuk operasinya.

Hal yang membedakan antara relay dengan saklar fisik adalah kita hanya menggunakan listrik untuk mengontrol rangkaian listrik. Kita hanya butuh menggunakan tegangan rendah untuk memicu relay yang terhubung ke rangkaian tegangan lebih tinggi.

Inilah kenapa relay sangat aman untuk mengontrol rangkaian tegangan tinggi karena relay mampu memberikan isolasi antara rangkaian kontrol tegangan rendah dari rangkaian beban tegangan tinggi secara menyeluruh.

Kita akan belajar semua tentang jenis relay disini beserta konstruksi dan aplikasinya.

Baca juga : istilah elektronika

Jenis Relay : Konstruksi

Relay pada dasarnya memiliki lima terminal:

• Terminal kontak NO
• Terminal kontak NC
• Terminal common (COM)
• 2 terminal coil

Untuk pemahaman lebih baik, amati terminal relay asli di bawah:

Ingat bahwa relay di atas adalah contoh paling dasar.

Jika kita ingin mengamati apa isi dari relay di atas, kita dapat mengamati gambar di bawah:

Sekarang kita akan belajar setiap terminalnya.

Terminal coil

Ini dimana kita menghubungkan rangkaian input atau rangkaian kontrol. Kita akan memberikan tegangan rendah ke coil untuk mengubah kondisi relay.

Dengan kata lain, ini dimana kita mengontrol kondisi pensaklaran pada relay. Kita dapat mengaktifkan atau menonaktifkan coil pada relay dengan tegangan AC atau DC tergantung jenisnya.

Coil akan menarik atau menolak armature, menghasilkan kontak NO atau NC.

Terminal NO

Terminal NO digunakan untuk terminal rangkaian beban yang mana dalam kondisi “Normally Open” ketika coil tidak diaktifkan.

Relay akan berubah ke rangkaian tertutup (close circuit) dengan terminal COM ketika coil diaktifkan. Kondisi ini akan tetap bertahan sampai coil dinonaktifkan.

Terminal NC

Terminal NC digunakan untuk terminal rangkaian beban dalam kondisi “Normally Close” ketika coil tidak aktif.

Relay ini akan berubah ke rangkaian terbuka (open circuit) dari terminal COM ketika coil diaktifkan. Kondisi ini akan tetap bertahan sampai coil dinonaktifkan.

Terminal COM

Terminal Common atau COM adalah terminal dimana kita menghubungkan ujung dari rangkaian beban.

Kita menghubungkan satu titik pada rangkaian beban pada terminal NO atau NC dan menghubungkan ujung satunya pada terminal COM.

Jenis Relay : Pole dan Throw

Ketika belajar dan menggunakan sebuah relay kita perlu tahu berapa banyak pole dan throw yang dimiliki.

Pole

Pole adalah bagian bergerak pada sebuah saklar. Ketika kita ingin membuka atau menutup sebuah rangkaian, ini adalah bagian bergerak untuk melakukannya.

Kita dapat katakan pole mewakili berapa banyak saklar yang kita kontrol.

Throw

Throw adalah bagian diam pada sebuah saklar.

1. Jika pole dan throw terhubung satu sama lain, ini akan menghasilkan rangkaian tertutup (closed circuit).
2. Jika pole dan throw tidak terhubung satu sama lain, ini akan menghasilkan rangkaian terbuka (open circuit).

Kita dapat mengatakan bahwa throw mewakili berapa banyak rangkaian yang kita kontrol.

Relay SPST (Single Pole Single Throw)

Single pole berarti kita hanya mengontrol satu saklar, baik ON atau OFF.

Single throw berarti kita hanya mengontrol satu rangkaian, baik open circuit atau closed circuit.

Relay SPDT (Single Pole Double Throw)

Single pole berarti kita hanya mengontrol satu saklar, baik ON atau OFF.

Double throw berarti relay memiliki dua kondisi berbeda atau dua jalur rangkaian listrik berbeda.

Ketika coil tidak aktif, COM terhubung dengan jalur pertama (NC) dan tidak terhubung pada jalur kedua (NO).

Ketika coil aktif, COM terhubung ke jalur kedua (NO) dan tidak terhubung pada jalur pertama (NC).

Relay DPST (Double Pole Single Throw)

Double pole berarti kita dapat mengontrol dua saklar sebagai dua rangkaian yang benar-benar terisolasi.

Single throw berarti hanya mengontrol antara NO atau NC untuk dua rangkaian ini.

Sebagai contoh, jika kita menggunakan DPST-NO maka:

• Ketika coil tidak aktif, kedua rangkaian pada kondisi NO, open circuit.
• Ketika coil aktif, kedua rangkaian pada kondisi closed circuit.

Relay DPDT (Double Pole Double Throw)

Double pole berarti kita dapat mengontrol dua saklar sebagai dua rangkaian isolasi menyeluruh.

Double throw berarti tiap pole dapat berubah antara dua kondisi: open atau closed circuit untuk dua posisi berbeda.

Relay DPDT adalah dua relay SPDT yang digabungkan tetapi kedua relay bekerja bersamaan.

Jenis Relay : Form

Terkadang kalian akan menemukan relay form A, relay form B, dan lain sebagainya ketika membaca tentang topik elektronik menggunakan relay. Jenis relay ini tidak banyak berbeda dari konfigurasi “pole dan throw”.

Relay Form A

Relay form A adalah relay dengan konfigurasi SPST-NO. Relay ini membuat rangkaian terbuka atau tertutup.

Relay Form B

Relay form B adalah relay dengan konfigurasi SPST-NC. Relay ini membuat rangkaian tertutup atau terbuka.

Relay Form C

Relay form C adalah relay dengan konfigurasi SPDT.

Form C juga dikenal dengan BBM atau Break-Before Make. Ini berarti relay akan “memutus” koneksi NC dan “membuat” koneksi tertutup (closed circuit) dengan throw kedua ketika coil diaktifkan.

Singkatnya:

• Ketika relay tidak diaktifkan maka pole akan terhubung dengan throw pertama.
• Ketika relay tidak diaktifkan maka pole akan tidak terhubung dengan kedua throw kemudian akan terhubung dengan throw kedua.

Relay Form D

Form D adalah relay dengan konfigurasi SPDT.

Form D memiliki hubungan NO dengan pole pertama dan NC dengan pole kedua saat coil tidak diaktifkan.

Relay ini juga dikenal dengan MBB atau Make-Before-Break. Ini berarti relay akan “membuat” koneksi tertutup dengan throw pertama dan “memutus” koneksi dari throw kedua ketika coil aktif.

Singkatnya:

• Ketika coil tidak diaktifkan, pole akan terhubung dengan throw kedua.
• Ketika coil diaktifkan, pole akan terhubung dengan kedua throw lalu hanya terhubung dengan throw kedua.

Jenis Relay : Operasi dan Aplikasi

Sesuai dengan operasi dan aplikasinya, kita dapat mengklasifikasikan jenis relay dalam banyak kelompok. Di bawah ini kalian akan menemukan jenis relay berdasarkan aplikasi dan prinsip operasi.

1. Relay elektromekanikal

Relay elektromekanikal atau Electromechanical Relay (EMR) adalah jenis relay yang paling dasar. Komponen utamanya adalah:

• Kontak mekanikal yang bergerak (pole), dikenal sebagai armature.
• Coil elektromagnetik.

Prinsip operasi sangat sederhana dan jelas.

Ketika kita mengaktifkan coil maka medan magnet akan dihasilkan. Medan magnet ini menarik armature. Ketika coil tidak aktif, armature bergerak kembali ke posisi semula.

Kita dapat menggunakan relay ini untuk rangkaian AC atau DC tergantung apa tujuan relay ini digunakan.

Perbedaan antara relay AC dan DC adalah kebutuhan dioda freewheeling pada coil DC sebagai proteksi terhadap EMF dan coil yang dinonaktifkan tiba-tiba.

Karena bagian ini adalah coil, polaritas dari sumber kita tidak berpengaruh tetapi kita perlu memperhatikan EMF baliknya.

Kerugian dari relay EMR adalah armature menghasilkan percikan ketika coil dinonaktifkan, ketika armature memutus closed circuit dari kontak.

Percikan ini akan mengurangi umur relay dan meningkatkan resistansi seiring berjalan waktu.

2. Solid State Relay

Solid State Relay atau SSR singkatnya tidak tersusun dari bagian mekanikal.

Relay ini terbuat dari material semikonduktor sama seperti dioda dan transistor. Kemampuan pensaklarannya dioperasikan oleh perangkat semikonduktor seperti thyristor, MOSFET, IGBT, BJT, atau TRIAC.

Perangkat ini butuh konsumsi daya yang lebih rendah pada rangkaian kontrol untuk mengontrol rangkaian beban dengan daya yang jauh lebih tinggi. Jadi, relay ini memiliki penguatan daya yang lebih tinggi dari EMR.

Meskipun tidak ada bagian mekanikal untuk mengoperasikan fungsinya, relay ini tetap bekerja sangat baik untuk mengisolasi rangkaian tegangan rendah (input) dari rangkaian tegangan tinggi (output).

Prinsip isolasi ini diperoleh dari penggunaan optocoupler di dalamnya.

Ketika pulsa tegangan diberikan ke SSR, cahaya infrared dipancarkan. Pada sisi lain, penerima (receiver) fotosensitif terbuat dari material semikonduktor siap untuk menerima sinyal infrared.

Kemudian, sinyal ini diproses menjadi sinyal listrik dan merubah kondisi saklar pada rangkaian tegangan tinggi.

Karena semuanya dioperasikan oleh material semikonduktor dan pemrosesan sinyal listrik, pensaklaran SSR ini berkecepatan tinggi dan konsumsi daya lebih rendah dari EMR.

Tentu saja, karena tidak ada kontak fisik, umur relay menjadi lebih panjang.

Kerugian dari penggunaan SSR adalah drop tegangan pada material semikonduktor diubah menjadi energi panas.

Keuntungan dari penggunaan SSR adalah umur yang panjang karena tidak ada bagian mekanik yang bergerak. SSR juga menghasilkan noise lebih rendah.

Ada beberapa jenis relay SSR:

Photo Coupled SSR

SSR ini memiliki perangkat photosensitif semikonduktor untuk operasi pensaklaran. Sinyal kontrol akan dipancarkan oleh LED dan perangkat photosensitif memasuki mode konduksi sesaat setelah cahaya LED dideteksi.

Tingkat isolasi photo coupler ini terbilang tingkat tinggi dibandingkan transformer coupled SSR karena beroperasi penuh dengan sinyal elektrik.

Transformer Coupled SSR

Awalnya, rangkaian kontrol akan menghasilkan arus DC dan dikonversi menjadi arus AC dengan bantuan konverter DC-AC.

Arus AC akan mengalir melalui sisi primer trafo dan arus ditingkatkan untuk mengontrol perangkat solid state seperti TRIAC dan memicu rangkaian.

Tingkat isolasi SSR bergantung pada desain dan kemampuan trafo.

3. Relay Hybrid

Seperti namanya, relay ini adalah kombinasi lebih dari satu jenis relay. Relay hybrid adalah kombinasi relay EMR dan SSR.

Ingat bahwa baik relay EMR dan SSR memiliki kerugian masing-masing:

• EMR menghasilkan percikan ketika memutus hubungan.
• SSR memiliki drop tegangan yang diubah ke energi panas.

Menggabungkan keduanya akan menghilangkan kerugian masing-masing.

Di dalam relay hybrid adalah EMR dan SSR terhubung secara paralel.

Urutan operasinya adalah:

1. Pertama, rangkaian kontrol tegangan rendah mengaktifkan SSR.
2. Arus beban tinggi diambil alih oleh SSR.
3. Karena tidak ada bagian mekanikal, masalah percikan sudah hilang.
4. Kedua, rangkaian kontrol tegangan rendah mengaktifkan EMR.
5. Karena coil diaktifkan namun tidak membawa arus beban tinggi, tidak ada percikan yang dihasilkan oleh kontak armature.
6. Sesaat setelah kontak EMR tertarik, rangkaian kontrol sudah tidak mengontrol SSR.
7. Selama EMR aktif, relay ini mengatur arus beban tanpa rugi daya yang diubah ke energi panas.

4. Relay Reed

Di antara jenis relay lain, relay ini memiliki konstruksi yang paling sederhana.

Relay reed menggunakan prinsip kerja medan elektromagnetik. Relay ini dibangun dari sebuah coil elektromagnetik, saklar reed, dan dioda untuk perlindungan EMF balik.

Saklar reed adalah saklar yang terbuat dari dua bilah pisau logam terbuat dari material feromagnetik. Kedua pisau ini diinkubasi dalam tabung yang diisi gas inert.

Coil elektromagnetik dililitkan di sekeliling saklar reed dimana saklar bekerja sebagai armature. Pada kedua ujung saklar reed terhubung dengan input dan output pada rangkaian.

Relay ini menggunakan prinsip yang sama dengan EMR.

Ketika kita mengaktifkan relay reed, pisau logam akan menarik satu sama lain dan membuat closed circuit. Tidak seperti EMR, relay ini memiliki kontak yang jauh lebih kecil dan massa lebih rendah.

Gas inert dapat memperpanjang umur relay.

Kerugian dari relay reed ini adalah percikan yang dihasilkan saat membuat kontak. Bagaimanapun kecepatan pensaklaran lebih baik dari EMR karena kontak yang lebih kecil dan medium yang berbeda.

Kalian dapat menemukan relay ini cukup tidak terpercaya karena ada kemungkinan kontak tetap akan terhubung meskipun coil sudah tidak diaktifkan.

Kita dapat mengatasi masalah ini dengan memasang impedansi seperti resistor atau ferit terhubung seri di antara relay dan kapasitansi. Hal ini dapat mengurangi arus masuk jadi kita menghindari adanya percikan pada relay.

5. Relay Elektrotermal

Relay elektrotermal juga dikenal dengan relay termal agar sederhana.

Hal ini cukup mirip dengan relay reed dimana relay menggunakan dua metal bimetal yang keduanya memiliki koefisien pemuaian termal yang berbeda.

Ketika kita memberikan tegangan, arus akan mengalir melalui konduktor dan menghasilkan panas.

Panas ini akan membuat strip bimetal memuai. Karena koefisien yang berbeda, satu trip akan melengkung dan membuat koneksi tertutup dengan strip yang lain.

Relay termal efektif digunakan untuk proteksi motor listrik.

6. Relay Polar

Dari namanya, relay ini memiliki sensitivitas tinggi terhadap arah arus kita. Kali ini kita akan menggunakan tegangan DC untuk mengaktifkan relay ini tidak seperti EMR dimana kita dapat menggunakan baik AC atau DC.

Relay polar menggunakan kombinasi magnet permanen dan elektromagnet. Magnet permanen akan menjadi armature sedangkan elektromagnet akan berperan sebagai coil untuk menarik armature magnet permanen.

Inilah kenapa relay ini disebut relay polar karena polaritas arus akan menentukan posisi armature magnet permanen.

Kita tidak akan menggunakan pegas untuk menarik kontak. Kita hanya perlu memberikan arus dengan arah berlawanan untuk membuat armature bergerak ke posisi lain.

Jika kita mengurangi arus hingga gaya elektromagnetik lebih rendah dari magnet permanen, armature akan kembali ke posisi semula.

Karena tidak ada arus, armature akan berada di posisi kiri atau kanan karena tidak ada netral yang absolut pada medan magnet.

7. Relay Latching

Relay latching atau delay waktu untuk mencegah perubahan kondisi secara langsung setelah diaktifkan. Relay ini akan mempertahankan kondisinya untuk beberapa saat setelah diaktifkan.

Dari karakteristik ini, relay latching sangat efektif untuk membatasi konsumsi dan disipasi daya.

Untuk memperoleh ini, relay latching memiliki permanen magnet di dalamnya. Ketika tegangan diberikan ke coil (mengaktifkan relay), magnet akan menahan kontak.

Karena magnet permanen, kita tidak perlu energi untuk menahan kontak.

Mekanisme akan menyimpan beberapa energi karena posisi kontak akan bertahan pada posisi terakhir setelah tegangan tidak lagi diberikan ke coil.

Relay latching dapat dibuat dari satu atau dua coil. Dua coil lebih mudah karena kita akan memberikan tegangan ke coil kedua daripada memberikan arus terbalik pada coil pertama.

Perhatikan operasi relay latching satu coil di bawah:

1.Pertama kita memiliki relay latching satu coil dengan posisi NO.

2.Kita mengaktifkan coil dengan arus dari sisi atas. Kontak akan berubah posisi dari NO ke NC.

3.Kita berhenti mengaktifkan coil tetapi kontak tetap berada pada posisi yang sama (NC).

4.Kita mengaktifkan coil dengan arus dari sisi bawah. Kontak akan berubah posisi dari NC ke NO.

5.Kita berhenti mengaktifkan coil tetapi kontak tetap berada di posisi yang sama (NO) dan ulangi dari Langkah.(1).

Perhatikan operasi relay latching dua coil di bawah:

1.Pertama kita memiliki relay latching dua coil dengan posisi NO.

2.Kita mengaktifkan coil pertama (kiri) dengan arus dari sisi atas. Kontak akan berubah posisi dari NO ke NC.

3.Kita berhenti mengaktifkan coil pertama tetapi kontak akan tetap pada posisi yang sama (NC).

4.Kita mengaktifkan coil kedua dengan arus dari sisi atas. Kontak akan berubah posisi dari NC ke NO.

5.Kita berhenti mengaktifkan coil kedua tetapi kontak akan tetap berada pada posisi yang sama (NO) dan ulangi dari Langkah.(1).

8. Relay Buchholz

Relay ini menggunakan gas yang beroperasi sebagai saklar. Tidak seperti jenis relay lain yang telah kita baca, relay ini digunakan sebagai detektor dan proteksi otomatis.

Relay ini mampu untuk mendeteksi kesalahan kecil internal untuk mencegah kesalahan besar sebelum terlambat.

Kalian akan menemukan relay ini kebanyakan pada trafo daya tinggi sebagai sistem proteksi, terpasang pada chamber antara tank dan konservator.

Di antara jenis relay, relay Buchholz digunakan untuk relay terendam minyak yang banyak digunakan pada sistem transmisi dan distribusi daya, khususnya pada sisi trafo.

Perhatikan ilustrasi di atas untuk memahami prinsip operasinya:

• Kesalahan kecil internal terjadi di dalam trafo, permukaan minyak akan turun dikarenakan akumulasi gas.
• Pelampung akan miring dan kontak (merkuri) membentuk koneksi tertutup.
• Koneksi tertutup akan menghubungkan relay ke rangkaian alarm.
• Rangkaian alarm aktif.
• Operator akan mengatasi kesalahan secepatnya.

Setiap waktu kesalahan besar terjadi pada trafo (short circuit, kesalahan grounding, dan lain-lain), tekanan di dalam tank meningkat dengan cepat karena tingkat minyak berkurang secara drastis.

Minyak lalu akan bergerak ke konduktor dan menyebabkan sisi bawah katup penutup dibelokkan. Hal ini akan menutup kontak saklar merkuri dan rangkaian pemutus terpicu.

Dari operasi ini, trafo akan terputus dari sumber suplai.

9. Relay Proteksi Overload

Dari namanya, relay ini digunakan sebagai proteksi terhadap kondisi overload (beban berlebih), khususnya untuk arus berlebih pada motor dan rangkaian listrik.

Kita dapat menemukan beberapa jenis relay untuk tujuan ini seperti interchangeable heater bimetallic, fixed bimetallic strip type, dan lain-lain.

Kita semua tahu bahwa setiap motor listrik memiliki batas arus untuk membatasi komponennya rusak. Untuk tujuan ini, motor listrik harus diputuskan dari sumber manapun ketika arus berlebih terjadi.

Sebelum memutus koneksi, kita perlu perangkat untuk mendeteksi arus berlebih ini secara otomatis secepat mungkin. Ini dimana perangkat detektor arus berlebih dipasang contohnya relay operasi panas.

Relay operasi panas dibuat dari coil yang memanaskan strip bimetal. Strip yang dipanaskan ini akan melepaskan pegas untuk mengoperasikan kontak yang terhubung seri dengan coil.

Coil akan dinonaktifkan ketika arus berlebih dideteksi pada beban oleh detektor.

Di samping itu, relay proteksi overload ini dapat mendeteksi suhu belitan motor, jadi motor terlindungi dengan baik dan akurat.

10. Inverse Definite Minimum Time Relay (relay IDMT)

Dari namanya, relay ini bekerja dalam perbandingan terbalik dari “suatu nilai” pada rangkaian. Relay IDMT menghasilkan karakteristik waktu-arus terbatas dengan nilai terbalik.

Apa nilai terbalik yang mengoperasikan relay ini?

Sederhananya:

• Semakin tinggi kesalahan arus yang terdeteksi dalam rangkaian, semakin rendah waktu operasi relay.
• Semakin rendah kesalahan arus yang terdeteksi dalam rangkaian, semakin tinggi waktu operasi relay.

Inilah yang kita sebut kesalahan arus berbanding terbalik terhadap waktu operasi.

Ini dapat diperoleh dengan bantuan inti magnet yang mengalami saturasi ketika arus sedikit lebih tinggi dari arus pick up.

Apa itu arus pick up?

Arus pick up adalah nilai arus dimana nilai penggerak atau kesalahan arus memulai operasi relay.

11. Relay Diferensial

Relay diferensial (perbedaan) menggunakan “nilai diferensial” ketika pengontrolan sinyal atau mengoperasikan relay.

Relay diferensial dimulai ketika perbedaan fasor antara dua atau lebih parameter listrik melebihi nilai yang ditentukan.

Sebagai contohnya, relay diferensial arus akan terpicu ketika arus yang masuk dan arus yang keluar suatu rangkaian memiliki perbedaan pada nilai dan fase.

Ketika relay dalam keadaan normal,ini berarti arus masuk dan arus keluar memiliki nilai dan fase yang sama.

Sesaat setelah kesalahan terjadi, nilai dan fase antara dua arus ini tidak memiliki nilai setara.

Relay terhubung sebagaimana rupa sehingga arus yang masuk dan arus yang keluar mengalir melalui coil operasi relay.

Bagaimana relay ini dibuat, relay akan diaktifkan ketika kesalahan terjadi yang menyebabkan “perbedaan” atau “diferensial” yang kita sebut di atas.

Relay akan mengaktifkan pemutus rangkaian dan membuat rangkaian padam.

Dari ilustrasi di atas, kita paham bahwa relay diferensial memiliki dua CT (center tap) terhubung ke dua sisi trafo daya.

Relay akan membandingkan arus dari kedua sisi dan jika ada perbedaan maka relay akan mulai beroperasi.

Tentu saja ada relay diferensial tegangan, dimana operasinya mirip dengan relay diferensial arus tetapi menggunakan tegangan sebagai parameter.