Hoe werken relais en hoe gebruik je ze?

Relais zijn elektronische schakelaars. Ze gebruiken elektromagnetisme om een zwaar circuit te schakelen met een klein signaal. Ideaal voor projecten met Arduino, Raspberry Pi of ESP32. Ze isoleren de stuurkant van de lastkant. Zo bescherm je je microcontroller en kun je hogere spanningen of stromen schakelen dan de chip aankan. Je kunt het beste zien als een aan/uit schakelaar die je bedient met een microcontroller i.p.v. met de hand.

Mechanisch of solid state

Er zijn twee soorten relais: mechanisch en solid state (SSR).

Mechanische relais hebben een spoel en een ijzeren kern. Als je stroom op de spoel zet, ontstaat er een magneetveld. Dat trekt een anker aan dat mechanische contacten sluit of opent. Je kiest uit drie soorten contacten: NO (normaal open), NC (normaal gesloten), of COM (combi).

Mechanische relais zijn goedkoop en kunnen veel stroom aan. Maar ze maken een klikgeluid en slijten na miljoenen schakelingen.

Solid state relais schakelen met halfgeleiders zoals triacs of MOSFETs. Ze hebben geen bewegende delen. Dat maakt ze stil, snel en vrijwel slijtvast. Ze zijn wel duurder en kunnen een kleine lekstroom laten lopen.

Hoe werkt een mechanisch relais?

Een spoel vormt het hart van het mechanische relais. Stroom door de spoel wekt een magneetveld op. Dat trekt het anker aan. NO-contacten sluiten, NC-contacten openen. Haal je de spanning weg, dan valt het anker terug.

Let op: als de stroom stopt, stort het magneetveld in. Dat geeft een hoge spanningspiek, ook wel back-emf. Bescherm je microcontroller met een flyback-diode of snubbercircuit. Die leiden de piek veilig af.

Solid state relais uitgelegd

Een Solid state relais heeft een ingang, een optocoupler en een schakelcomponent zoals een triac of MOSFET. De ingang stuurt een LED aan, die de optocoupler activeert. Die stuurt op zijn beurt de schakelaar aan.

Solid State Relais werken met veel soorten spanningen, van 3–32 V DC tot 90–280 V AC. Ze schakelen snel en zonder contact. Ideaal voor intensief gebruik. Maar let op: sommige laten ook in de uit-stand een beetje stroom door.

Relais aansturen met microcontrollers

Arduino

Een Arduino levert 5 V en wat milliampères per pin. Gebruik daarom een kant-en-klare relaismodule. Die heeft meestal een ingebouwde transistor en flyback-diode.

Sluit VCC en GND aan op de Arduino. Verbind de signaalpin met een digitale I/O. Stuur HIGH of LOW om te schakelen. Met simpele C++‑code laat je zo een lamp of motor werken.

Raspberry Pi

De GPIO’s van een Pi geven 3,3 V en kunnen pieken tot 16 mA aan. Gebruik een relaismodule met 3,3 V-trigger of zet er een transistor tussen.

Sluit aan als volgt: GPIO → transistor → spoel → voeding. Gebruik Python met RPi.GPIO om het relais aan te sturen. Vergeet de flyback-diode niet.

ESP32

De ESP32 werkt op 3,3 V en kan tot 40 mA per pin leveren. Kies relaismodules met lage inschakelstroom of bouw een driver met een transistor en weerstand.

Dankzij wifi en Bluetooth is de ESP32 perfect voor afstandsbediening. Denk aan lampen of meldingen via MQTT.

Waar let je op bij de keuze?

Kijk eerst naar de spanning en stroom van je belasting. Kies een relais dat 1,5× zoveel aankan. Zo vang je inschakelpieken op.

Bepaal welk contacttype je nodig hebt. NO voor standaard uit, NC voor failsafe bij stroomuitval.

Let op de stuurstroom. Mechanische relais vragen vaak 5 of 12 V en tientallen mA. Solid state relais schakelen al bij enkele mA via een LED.

Zorg voor goede isolatie en veilige afstanden tussen hoog- en laagspanningsdelen. Denk ook aan schakelsnelheid: mechanisch rond 10 ms, SSR vaak minder dan 1 ms. Levensduur: mechanisch een paar miljoen schakelingen, SSR veel langer.

Let tot slot op afmetingen, montage en koeling.

Praktische toepassingen

Verlichting

Gebruik een 5 V relaismodule met Arduino of ESP32 om een 230 V lamp te schakelen. Laat de nuldraad met rust voor extra veiligheid.

Motoren en pompen

Bij inductieve belastingen kies je een relais dat geschikt is voor AC. Bijvoorbeeld een mechanisch relais van 10 A. Of een SSR met triac. Houd dan rekening met lekstroom die warmte kan veroorzaken.

HVAC en zware lasten

Voor grote systemen zoals HVAC gebruik je relais voor 230 V en minstens 16 A. Voeg overspanningsbeveiliging toe, zoals MOV’s of een RC-snubber.

Veiligheid eerst

Zorg voor goede isolatie en aarding, vooral bij netspanning. Gebruik flyback-diodes of snubbers om pieken op te vangen. Plaats waarschuwingen op je behuizing.

Gebruik schakelaars voor handmatige bediening in noodgevallen. En overweeg EMI-filters om storingen tegen te gaan.

Conclusie

Relais zijn essentieel als je met lage spanning zware lasten wilt schakelen. Kies je voor een mechanisch relais? Dan profiteer je van lage prijs en hoge stroomcapaciteit. Ga je voor een SSR? Dan krijg je snelheid en een lange levensduur.

Je keuze hangt af van spanning, stroom, gedrag en veiligheid. Met deze richtlijnen bouw je betrouwbare schakelingen met Arduino, Pi of ESP32.