Skakelaar

'n Elektriese skakelaar is 'n toestel wat se funksie 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 ligte of ander toestelle aan of af te skakel. 

Skakelaars word ook dikwels in die elektronika gebruik, in rekenaars en in telekommunikasie. Hierdie toepassings benut gewoonlik elektroniese skakelaars, hierdie artikel konsentreer egter eerder op skakelaars wat tipies in swaarstroomtoepassings soos wat tipies in huise, 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 waarvolgens 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 wees 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 normaalweg toe of normaalweg oop is.

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 'n (enkele) ligskakelaar uit te kom nie.

Twee liggings 

Die aanskakel van 'n lading (soos 'n lig met skakelaars 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 

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 (lewendig/rooi draad)
 '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 (lewendig/rooi draad)
 '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 onmiddellik 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.

Toestandsmasjiene en programmatuur 
'n Eindige toestandsmasjien of program wat op 'n SVE loop kan ontwerp word om 'n vasgestelde aantal kloksiklusse na enige oorgang te wag alvorens 'n nuwe een geregistreer word. Dit maak 'n goedkoop opsie beskikbaar vir die verwydering van bonseffekte as 'n mikroverwerker, mikrobeheerder of hekrooster reeds in gebruik is, maar sal waarskynlik nie die moeite werd wees as dit met enkele logiese hekke gebou word nie.

Histerese 
Dit is verder ook moontlik om histerese in te bou deur die posisie waar die druk van die skakelaar waargeneem word op 'n ander punt voorkom waar 'n los van die skakelaarknop waargeneem word. Solank as wat die spronge klein genoeg is om nie die skakelaar tussen die twee posisies te laat beweeg nie, behoort bonsprobleme opgelos te word. Histerese kan meganies of elektronies (d.w.s. 'n Schmitt-sneller) van aard wees.

Oorskakelaar 
'n Oorskakelaar verskaf twee onderskeibare gebeure, die sluit van die kontakte en die breking van 'n ander. Hulle kan gebruik word vir die voer van 'n flip-flop (wipkring) stroombaan. Op hierdie manier word die druk van die skakelaar eers opgemerk wanneer die kontak gemaak word en die breek van die skakelaar eers wanneer die kontak gebreek word. Wanneer die skakelaar bons tussen hierdie twee toestande word geen verandering waargeneem nie. Om 'n enkele logiese sein van so 'n opstelling te verkry kan 'n eenvoudige SR houwipbaan gebruik word.

Veranderlike weerstand 
Gewone skakelaars word ontwerp om 'n vaste aan-af te verskaf maar dit is ook moontlik om een te ontwerp wat die oorgang meer geleidelik verander tussen die aan/af-toestande. Dit hou die veranderinge in afvoer vanweë bons klein. Deur dan hierdie afvoer na 'n schmitt-sneller te voer kan die uitwerking van die veranderinge wat die bons veroorsaak geëlimineer word.

Sien ook 
 Stroombreker
 Kontaktor
 Analoë skakelaar

Verwysings

Bron 
 Walker, PMB, Chambers Science and Technology Dictionary, Edinburgh, 1988, ISBN 1-85296-150-3 (definition of contact bounce)

Eksterne skakels 
 Verskeie bedradingsmoontlikhede (met diagramme)
 Probleemsporing van bestaande 2/3/4-rigting skakelaars (VSA/Kanada, met diagramme)
 Kort video wat verduidelik hoe om 'n drierigtingskakelaar te installeer  (met stap vir stap instruksies)
 Tutoriaal oor die verwyder van skakelaarbons  Analoë en digitale bonsverwydering word bespreek met skematiese tekeninge en voorbeelde van bronkode.

Elektrisiteit
Elektronika