Relé - Relay

Un relevo
Esquema de relé electromecánico que muestra una bobina de control, cuatro pares de contactos normalmente abiertos y un par de contactos normalmente cerrados
Un relé en miniatura de estilo automotriz con la cubierta antipolvo quitada

Un relé es un interruptor operado eléctricamente . Consiste en un conjunto de terminales de entrada para una o varias señales de control y un conjunto de terminales de contacto de funcionamiento. El interruptor puede tener cualquier número de contactos en múltiples formas de contacto , como hacer contactos, romper contactos o combinaciones de los mismos.

Los relés se utilizan cuando es necesario controlar un circuito mediante una señal independiente de baja potencia, o donde varios circuitos deben ser controlados por una señal. Los relés se utilizaron por primera vez en circuitos telegráficos de larga distancia como repetidores de señales: refrescan la señal que llega de un circuito transmitiéndola a otro circuito. Los relés se utilizaron ampliamente en las centrales telefónicas y las primeras computadoras para realizar operaciones lógicas.

La forma tradicional de un relé utiliza un electroimán para cerrar o abrir los contactos, pero se han inventado otros principios operativos, como en los relés de estado sólido que utilizan propiedades de semiconductores para el control sin depender de partes móviles . Los relés con características operativas calibradas y, a veces, múltiples bobinas operativas se utilizan para proteger los circuitos eléctricos de sobrecargas o fallas; en los sistemas de energía eléctrica modernos, estas funciones se realizan mediante instrumentos digitales que todavía se denominan relés de protección .

Los relés de enclavamiento requieren solo un pulso de potencia de control para operar el interruptor de manera persistente. Otro pulso aplicado a un segundo conjunto de terminales de control, o un pulso con polaridad opuesta, restablece el interruptor, mientras que los pulsos repetidos del mismo tipo no tienen ningún efecto. Los relés de enclavamiento magnético son útiles en aplicaciones en las que la energía interrumpida no debería afectar los circuitos que el relé está controlando.

Historia

Contactos de relé de telégrafo y resorte

En 1809, Samuel Thomas von Sömmerring diseñó un relé electrolítico como parte de su telégrafo electroquímico.

A menudo se afirma que el científico estadounidense Joseph Henry inventó un relé en 1835 para mejorar su versión del telégrafo eléctrico , desarrollado a principios de 1831.

Se afirma que el inventor inglés Edward Davy "ciertamente inventó el relé eléctrico" en su telégrafo eléctrico c.1835.

Un dispositivo simple, que ahora se llama relé, se incluyó en la patente telegráfica original de 1840 de Samuel Morse . El mecanismo descrito actuó como un amplificador digital, repitiendo la señal telegráfica y permitiendo así que las señales se propaguen hasta donde se desee.

La palabra relé aparece en el contexto de las operaciones electromagnéticas de 1860.

Diseño y operación básicos

Relé electromecánico simple
Operación sin diodo de retorno, la formación de arco provoca la degradación de los contactos del interruptor
Funcionamiento con diodo flyback, se evita la formación de arcos en el circuito de control

Un relé electromagnético simple consiste en una bobina de alambre envuelto alrededor de un núcleo de hierro dulce (un solenoide), un yugo de hierro que proporciona una ruta de baja reluctancia para el flujo magnético, una armadura de hierro móvil y uno o más conjuntos de contactos (hay dos contactos en el relé ilustrado). El inducido está articulado al yugo y unido mecánicamente a uno o más conjuntos de contactos móviles. La armadura se mantiene en su lugar mediante un resorte, de modo que cuando el relé se desenergiza, hay un espacio de aire en el circuito magnético. En esta condición, uno de los dos conjuntos de contactos del relé ilustrado está cerrado y el otro conjunto está abierto. Otros relés pueden tener más o menos conjuntos de contactos dependiendo de su función. El relé de la imagen también tiene un cable que conecta el inducido al yugo. Esto asegura la continuidad del circuito entre los contactos móviles en la armadura y la pista del circuito en la placa de circuito impreso (PCB) a través del yugo , que está soldado a la PCB.

Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, genera un campo magnético que activa la armadura, y el consiguiente movimiento de los contactos móviles hace o rompe (dependiendo de la construcción) una conexión con un contacto fijo. Si el conjunto de contactos estaba cerrado cuando el relé se desenergizó, entonces el movimiento abre los contactos y rompe la conexión, y viceversa si los contactos estaban abiertos. Cuando se apaga la corriente a la bobina, el inducido es devuelto por una fuerza, aproximadamente la mitad de fuerte que la fuerza magnética, a su posición relajada. Por lo general, esta fuerza la proporciona un resorte, pero la gravedad también se usa comúnmente en los arrancadores de motores industriales. La mayoría de los relés están fabricados para funcionar rápidamente. En una aplicación de bajo voltaje, esto reduce el ruido; en una aplicación de alto voltaje o corriente, reduce la formación de arcos .

Funcionamiento de un relé de 12 A

Cuando la bobina se energiza con corriente continua , a menudo se coloca un diodo o resistor a través de la bobina para disipar la energía del campo magnético que colapsa en la desactivación, que de otro modo generaría un pico de voltaje peligroso para los componentes del circuito semiconductor . Dichos diodos no se usaban ampliamente antes de la aplicación de transistores como controladores de relé, pero pronto se volvieron omnipresentes ya que los primeros transistores de germanio fueron fácilmente destruidos por esta oleada. Algunos relés automotrices incluyen un diodo dentro de la caja del relé. Los resistores, aunque son más duraderos que los diodos, son menos eficientes para eliminar los picos de voltaje generados por los relés y, por lo tanto, no se usan con tanta frecuencia.

Un pequeño relé de cuna que se utiliza a menudo en electrónica. El término "cuna" se refiere a la forma de la armadura del relé.

Si el relé está impulsando una carga grande, o especialmente reactiva , puede haber un problema similar de sobrecorrientes alrededor de los contactos de salida del relé. En este caso, un circuito amortiguador (un condensador y una resistencia en serie) a través de los contactos puede absorber la sobretensión. Los condensadores con la clasificación adecuada y la resistencia asociada se venden como un solo componente empaquetado para este uso común.

Si la bobina está diseñada para ser energizada con corriente alterna (CA), se usa algún método para dividir el flujo en dos componentes fuera de fase que se suman, aumentando el tirón mínimo en la armadura durante el ciclo de CA. Normalmente, esto se hace con un pequeño "anillo de sombreado" de cobre engarzado alrededor de una parte del núcleo que crea el componente retardado y fuera de fase, que sostiene los contactos durante los cruces por cero del voltaje de control.

Los materiales de contacto de los relés varían según la aplicación. Los materiales con baja resistencia al contacto pueden oxidarse con el aire o pueden tender a "pegarse" en lugar de separarse limpiamente al abrirse. El material de contacto se puede optimizar para baja resistencia eléctrica, alta resistencia para soportar operaciones repetidas o alta capacidad para soportar el calor de un arco. Cuando se requiera una resistencia muy baja, o se deseen voltajes inducidos térmicamente bajos, se pueden usar contactos chapados en oro, junto con paladio y otros metales semipreciosos no oxidantes. Los contactos plateados o plateados se utilizan para la conmutación de señales. Los relés humedecidos con mercurio abren y abren circuitos usando una película delgada y autorrenovable de mercurio líquido. Para los relés de mayor potencia que conmutan muchos amperios, como los contactores de circuitos de motores, los contactos se hacen con una mezcla de óxido de cadmio y plata, lo que proporciona una baja resistencia de contacto y una alta resistencia al calor del arco eléctrico. Los contactos utilizados en circuitos que transportan decenas o cientos de amperios pueden incluir estructuras adicionales para la disipación de calor y la gestión del arco producido al interrumpir el circuito. Algunos relés tienen contactos reemplazables en campo, como ciertos relés de máquinas herramienta; estos pueden reemplazarse cuando están desgastados, o cambiarse entre el estado normalmente abierto y normalmente cerrado, para permitir cambios en el circuito controlado.

Terminología

Símbolos de circuito de relés (C denota el terminal común en los tipos SPDT y DPDT).

Dado que los relés son interruptores , la terminología aplicada a los interruptores también se aplica a los relés; un relé conmuta uno o más polos , cada uno de cuyos contactos puede activarse energizando la bobina. Los contactos normalmente abiertos (NA) conectan el circuito cuando el relé está activado; el circuito se desconecta cuando el relé está inactivo. Los contactos normalmente cerrados (NC) desconectan el circuito cuando se activa el relé; el circuito está conectado cuando el relé está inactivo. Todas las formas de contacto involucran combinaciones de conexiones NA y NC.

La Asociación Nacional de Fabricantes de Relés y su sucesora, la Asociación de la Industria de Relés e Interruptores definen 23 formas distintas de contacto eléctrico que se encuentran en relés e interruptores. De estos, los siguientes se encuentran comúnmente:

  • SPST-NO (unipolar de un solo tiro, normalmente abierto) relés tienen una sola forma A de contacto o hacer contacto. Estos tienen dos terminales que se pueden conectar o desconectar. Incluyendo dos para la bobina, dicho relé tiene cuatro terminales en total.
  • Los relés SPST-NC (unipolar de un solo tiro, normalmente cerrados) tienen un solo contacto de forma B o de ruptura . Al igual que con un relé SPST-NO, dicho relé tiene cuatro terminales en total.
  • Los relés SPDT ( unipolar de doble tiro) tienen un solo juego de forma C , se rompen antes de hacer o transferir contactos. Es decir, un terminal común se conecta a cualquiera de los otros dos, sin conectarse nunca a ambos al mismo tiempo. Incluyendo dos para la bobina, dicho relé tiene un total de cinco terminales.
  • DPST : los relés bipolares de un solo tiro son equivalentes a un par de interruptores o relés SPST accionados por una sola bobina. Incluyendo dos para la bobina, dicho relé tiene un total de seis terminales. Los polos pueden ser Forma A o Forma B (o uno de cada uno; las designaciones NO y NC deben usarse para resolver la ambigüedad).
  • DPDT : los relés bipolares y de doble tiro tienen dos juegos de contactos de forma C. Son equivalentes a dos interruptores o relés SPDT accionados por una sola bobina. Dicho relé tiene ocho terminales, incluida la bobina
  • Forma D - hacer antes de romper
  • Forma E: combinación de D y B

El designador S ( simple ) o D ( doble ) para el recuento de polos puede reemplazarse con un número, que indica múltiples contactos conectados a un solo actuador . Por ejemplo, 4PDT indica un relé de doble tiro de cuatro polos que tiene 12 terminales de conmutación.

EN 50005 se encuentran entre las normas aplicables para la numeración de terminales de relé; Los terminales de un relé SPDT típico que cumpla con la norma EN 50005 se numerarán 11, 12, 14, A1 y A2 para las conexiones C, NC, NO y de bobina, respectivamente.

DIN 72552 define los números de contacto en relés para uso automotriz:

  • 85 = bobina de relé -
  • 86 = bobina de relé +
  • 87 = contacto común
  • 87a = contacto normalmente cerrado
  • 87b = contacto normalmente abierto

Tipos

Relé coaxial

Cuando los transmisores y receptores de radio comparten una antena, a menudo se utiliza un relé coaxial como relé TR (transmisión-recepción), que cambia la antena del receptor al transmisor. Esto protege al receptor de la alta potencia del transmisor. Estos relés se utilizan a menudo en transceptores que combinan transmisor y receptor en una sola unidad. Los contactos del relé están diseñados para no reflejar ninguna potencia de radiofrecuencia hacia la fuente y para proporcionar un aislamiento muy alto entre los terminales del receptor y el transmisor. La impedancia característica del relé se corresponde con la impedancia de la línea de transmisión del sistema, por ejemplo, 50 ohmios.

Contactor

Un contactor es un relé de servicio pesado con clasificaciones de corriente más altas, que se utiliza para conmutar motores eléctricos y cargas de iluminación. Las clasificaciones de corriente continua para contactores comunes varían desde 10 amperios hasta varios cientos de amperios. Los contactos de alta corriente se fabrican con aleaciones que contienen plata . La inevitable formación de arco provoca la oxidación de los contactos; sin embargo, el óxido de plata sigue siendo un buen conductor. Los contactores con dispositivos de protección contra sobrecargas se utilizan a menudo para arrancar motores.

Relé de contactos guiados por la fuerza

Un relé de contactos guiados por la fuerza tiene contactos de relé que están vinculados mecánicamente entre sí, de modo que cuando la bobina del relé está energizada o desenergizada, todos los contactos vinculados se mueven juntos. Si un conjunto de contactos en el relé se inmoviliza, ningún otro contacto del mismo relé podrá moverse. La función de los contactos guiados por la fuerza es permitir que el circuito de seguridad verifique el estado del relé. Los contactos de guía forzada también se conocen como "contactos de guía positiva", "contactos cautivos", "contactos bloqueados", "contactos enlazados mecánicamente" o "relés de seguridad".

Estos relés de seguridad deben seguir las reglas de diseño y las reglas de fabricación que se definen en una de las principales normas de maquinaria EN 50205: Relés con contactos de guía forzada (enlazados mecánicamente). Estas reglas para el diseño de seguridad son las que se definen en las normas de tipo B como la EN 13849-2 como Principios básicos de seguridad y Principios de seguridad probados para maquinaria que se aplica a todas las máquinas.

Los contactos guiados por la fuerza por sí mismos no pueden garantizar que todos los contactos estén en el mismo estado; sin embargo, sí garantizan, sin que existan fallas mecánicas graves, que ningún contacto esté en estados opuestos. De lo contrario, un relé con varios contactos normalmente abiertos (NO) puede pegarse cuando se energiza, con algunos contactos cerrados y otros todavía ligeramente abiertos, debido a tolerancias mecánicas. De manera similar, un relé con varios contactos normalmente cerrados (NC) puede quedarse en la posición sin energía, de modo que cuando se energiza, el circuito a través de un conjunto de contactos se rompe, con un espacio marginal, mientras que el otro permanece cerrado. Al introducir contactos NA y NC, o más comúnmente, contactos conmutados, en el mismo relé, es posible garantizar que si cualquier contacto NC está cerrado, todos los contactos NA están abiertos y, a la inversa, si algún contacto NA está cerrado, todos los contactos NC están abiertos. No es posible garantizar de manera confiable que un contacto en particular esté cerrado, excepto mediante la detección potencialmente intrusiva y que degrada la seguridad de las condiciones de su circuito; sin embargo, en los sistemas de seguridad, el estado NO es generalmente el más importante y, como se explicó anteriormente, esto es verificable de forma fiable detectando el cierre de un contacto de sentido opuesto.

Los relés de contacto de guía forzada se fabrican con diferentes conjuntos de contactos principales, ya sea NO, NC o conmutados, y uno o más conjuntos de contactos auxiliares, a menudo de corriente o voltaje reducido, utilizados para el sistema de monitoreo. Los contactos pueden ser todos NA, NC, conmutados o una combinación de estos, para los contactos de monitorización, de modo que el diseñador del sistema de seguridad pueda seleccionar la configuración correcta para la aplicación en particular. Los relés de seguridad se utilizan como parte de un sistema de seguridad diseñado.

Relé de enclavamiento

Relé de enclavamiento con imán permanente

Un relé de enclavamiento, también llamado impulso , biestable , torreón , o estancia del relé, o simplemente pestillo , mantiene cualquiera de las posiciones de contacto de forma indefinida sin energía eléctrica aplicada a la bobina. La ventaja es que una bobina consume energía solo por un instante mientras se conmuta el relé, y los contactos del relé retienen esta configuración durante un corte de energía. Un relé de enclavamiento permite el control remoto de la iluminación del edificio sin el zumbido que se puede producir desde una bobina energizada continuamente (CA).

En un mecanismo, dos bobinas opuestas con un resorte sobre el centro o un imán permanente mantienen los contactos en su posición después de que la bobina se desenergiza. Un pulso a una bobina enciende el relé y un pulso a la bobina opuesta lo apaga. Este tipo se usa ampliamente cuando el control es de interruptores simples o salidas de un solo extremo de un sistema de control, y tales relés se encuentran en aviónica y numerosas aplicaciones industriales.

Otro tipo de enganche tiene un núcleo remanente que retiene los contactos en la posición operada por el magnetismo remanente en el núcleo. Este tipo requiere un pulso de corriente de polaridad opuesta para liberar los contactos. Una variación utiliza un imán permanente que produce parte de la fuerza necesaria para cerrar el contacto; la bobina suministra suficiente fuerza para mover el contacto abierto o cerrado ayudando u oponiéndose al campo del imán permanente. Un relé controlado por polaridad necesita interruptores de cambio o un circuito de impulsión de puente H para controlarlo. El relé puede ser menos costoso que otros tipos, pero esto se compensa en parte por el aumento de los costos en el circuito externo.

En otro tipo, un relé de trinquete tiene un mecanismo de trinquete que mantiene los contactos cerrados después de que la bobina se energiza momentáneamente. Un segundo impulso, en la misma bobina o en una separada, libera los contactos. Este tipo se puede encontrar en ciertos automóviles, para la inmersión de los faros y otras funciones en las que se necesita una operación alterna en cada activación del interruptor.

Un relé escalonado es un tipo especializado de relé de enclavamiento multidireccional diseñado para las primeras centrales telefónicas automáticas .

Un disyuntor de fuga a tierra incluye un relé de enclavamiento especializado.

Las primeras computadoras a menudo almacenaban bits en un relé de enclavamiento magnético, como ferreed o el posterior remreed en el interruptor 1ESS .

Algunas computadoras tempranas usaban relés ordinarios como una especie de pestillo: almacenan bits en relés de resorte de alambre ordinarios o relés de lengüeta al retroalimentar un cable de salida como entrada, lo que da como resultado un circuito de retroalimentación o circuito secuencial . Un relé de enclavamiento eléctrico de este tipo requiere energía continua para mantener el estado, a diferencia de los relés de enclavamiento magnético o relés de trinquete mecánico.

En las memorias de computadora, los relés de enclavamiento y otros relés fueron reemplazados por la memoria de línea de retardo , que a su vez fue reemplazada por una serie de tecnologías de memoria cada vez más rápidas y cada vez más pequeñas.

Relé de máquina herramienta

Un relé de máquina herramienta es un tipo estandarizado para el control industrial de máquinas herramienta , máquinas de transferencia y otros controles secuenciales. Se caracterizan por una gran cantidad de contactos (a veces extensibles en el campo) que se convierten fácilmente de estado normalmente abierto a normalmente cerrado, bobinas fácilmente reemplazables y un factor de forma que permite instalar de manera compacta muchos relés en un panel de control. Aunque estos relés alguna vez fueron la columna vertebral de la automatización en industrias como el ensamblaje de automóviles, el controlador lógico programable (PLC) desplazó principalmente al relé de la máquina herramienta de las aplicaciones de control secuencial.

Un relé permite que los circuitos sean conmutados por equipos eléctricos: por ejemplo, un circuito temporizador con un relé podría cambiar la alimentación a una hora preestablecida. Durante muchos años, los relés fueron el método estándar para controlar los sistemas electrónicos industriales. Se pueden usar varios relés juntos para realizar funciones complejas ( lógica de relé ). El principio de la lógica del relé se basa en relés que activan y desactivan los contactos asociados. La lógica de relés es el predecesor de la lógica de escalera , que se usa comúnmente en los controladores lógicos programables .

Relé de mercurio

Un relé de mercurio es un relé que utiliza mercurio como elemento de conmutación. Se utilizan donde la erosión de los contactos sería un problema para los contactos de relé convencionales. Debido a consideraciones ambientales sobre la cantidad significativa de mercurio utilizado y las alternativas modernas, ahora son comparativamente poco comunes.

Relé mojado por mercurio

Un relé de lengüeta humedecido con mercurio

Un relé de láminas humedecido con mercurio es una forma de relé de láminas que emplea un interruptor de mercurio , en el que los contactos están humedecidos con mercurio . El mercurio reduce la resistencia de contacto y mitiga la caída de voltaje asociada. La contaminación de la superficie puede resultar en una mala conductividad para señales de baja corriente. Para aplicaciones de alta velocidad, el mercurio elimina el rebote de los contactos y proporciona un cierre de circuito prácticamente instantáneo. Los relés en contacto con mercurio son sensibles a la posición y deben montarse de acuerdo con las especificaciones del fabricante. Debido a la toxicidad y al costo del mercurio líquido, estos relés han caído cada vez más en desuso.

La alta velocidad de acción de conmutación del relé humedecido con mercurio es una ventaja notable. Los glóbulos de mercurio en cada contacto se fusionan y, en general, se considera que el tiempo de subida de la corriente a través de los contactos es de unos pocos picosegundos. Sin embargo, en un circuito práctico, puede estar limitado por la inductancia de los contactos y el cableado. Era bastante común, antes de las restricciones sobre el uso de mercurio, utilizar un relé humedecido con mercurio en el laboratorio como un medio conveniente para generar pulsos de tiempo de aumento rápido, sin embargo, aunque el tiempo de aumento puede ser de picosegundos, el momento exacto del evento es , como todos los demás tipos de relés, está sujeto a una considerable fluctuación, posiblemente milisegundos, debido a imperfecciones mecánicas.

El mismo proceso de coalescencia provoca otro efecto, que es una molestia en algunas aplicaciones. La resistencia del contacto no es estable inmediatamente después del cierre del contacto y se desplaza, principalmente hacia abajo, durante varios segundos después del cierre, el cambio quizás sea de 0,5 ohmios.

Relés multivoltaje

Los relés multivoltaje son dispositivos diseñados para funcionar para amplios rangos de voltaje, como 24 a 240 VCA y VCC, y amplios rangos de frecuencia, como 0 a 300 Hz. Están indicados para su uso en instalaciones que no tienen voltajes de alimentación estables.

Relé de protección de sobrecarga

Los motores eléctricos necesitan protección contra sobrecorriente para evitar daños por sobrecargar el motor, o para proteger contra cortocircuitos en los cables de conexión o fallas internas en los devanados del motor. Los dispositivos de detección de sobrecarga son una forma de relé operado por calor donde una bobina calienta una tira bimetálica , o donde un recipiente de soldadura se derrite, para operar contactos auxiliares. Estos contactos auxiliares están en serie con la bobina del contactor del motor, por lo que apagan el motor cuando se sobrecalienta.

Esta protección térmica funciona de forma relativamente lenta, lo que permite que el motor extraiga corrientes de arranque más altas antes de que se dispare el relé de protección. Cuando el relé de sobrecarga está expuesto a la misma temperatura ambiente que el motor, se proporciona una compensación útil, aunque burda, de la temperatura ambiente del motor.

El otro sistema de protección de sobrecarga común utiliza una bobina de electroimán en serie con el circuito del motor que opera directamente los contactos. Esto es similar a un relé de control pero requiere una corriente de falla bastante alta para operar los contactos. Para evitar que los picos cortos de sobrecorriente causen molestias, el movimiento del inducido se amortigua con un amortiguador . Las detecciones de sobrecarga térmica y magnética generalmente se usan juntas en un relé de protección de motor.

Los relés electrónicos de protección contra sobrecargas miden la corriente del motor y pueden estimar la temperatura del devanado del motor utilizando un "modelo térmico" del sistema de armadura del motor que se puede configurar para proporcionar una protección más precisa del motor. Algunos relés de protección de motor incluyen entradas de detector de temperatura para la medición directa desde un termopar o un sensor de termómetro de resistencia integrado en el devanado.

Relé polarizado

Un relé polarizado coloca la armadura entre los polos de un imán permanente para aumentar la sensibilidad. Los relés polarizados se utilizaron en centrales telefónicas de mediados del siglo XX para detectar pulsos débiles y corregir la distorsión telegráfica .

Relé de lengüeta

(desde arriba) Interruptor de lengüeta unipolar, interruptor de lengüeta de cuatro polos y relé de lengüeta unipolar. Escala en centímetros

Un relé de láminas es un interruptor de láminas encerrado en un solenoide. El interruptor tiene un juego de contactos dentro de un tubo de vidrio vacío o relleno de gas inerte que protege los contactos contra la corrosión atmosférica ; los contactos están hechos de material magnético que los hace moverse bajo la influencia del campo del solenoide envolvente o de un imán externo.

Los relés Reed pueden cambiar más rápido que los relés más grandes y requieren muy poca energía del circuito de control. Sin embargo, tienen valores nominales de voltaje y corriente de conmutación relativamente bajos. Aunque es poco común, las lengüetas pueden magnetizarse con el tiempo, lo que hace que se "peguen", incluso cuando no hay corriente; cambiar la orientación de las lengüetas o desmagnetizar el interruptor con respecto al campo magnético del solenoide puede resolver este problema.

Los contactos sellados con contactos humedecidos con mercurio tienen una vida útil más larga y menos vibraciones de contacto que cualquier otro tipo de relé.

Relés de seguridad

Los relés de seguridad son dispositivos que generalmente implementan funciones de protección. En caso de peligro, la tarea de dicha función de seguridad es utilizar las medidas adecuadas para reducir el riesgo existente a un nivel aceptable.

Contactor de estado sólido

Un contactor de estado sólido es un relé de estado sólido de alta resistencia, incluido el disipador de calor necesario, que se utiliza cuando se requieren ciclos frecuentes de encendido y apagado, como calentadores eléctricos, pequeños motores eléctricos y cargas de iluminación. No hay partes móviles que se desgasten y no hay rebote de contacto debido a la vibración. Se activan mediante señales de control de CA o señales de control de CC de controladores lógicos programables (PLC), PC, fuentes de lógica de transistor-transistor (TTL) u otros controles de microprocesador y microcontrolador.

Relé de estado sólido

Los relés de estado sólido no tienen partes móviles.
Contactores de estado sólido de 25 A y 40 A

Un relé de estado sólido (SSR) es un componente electrónico de estado sólido que proporciona una función similar a un relé electromecánico pero no tiene ningún componente móvil, lo que aumenta la confiabilidad a largo plazo. Un relé de estado sólido utiliza un tiristor , TRIAC u otro dispositivo de conmutación de estado sólido, activado por la señal de control, para conmutar la carga controlada, en lugar de un solenoide. Se puede utilizar un optoacoplador (un diodo emisor de luz (LED) acoplado con un fototransistor ) para aislar el control y los circuitos controlados.

Relé estático

Un relé estático consta de un circuito electrónico para emular todas aquellas características que se logran mediante las partes móviles de un relé electromagnético.

Relé de retardo de tiempo

Los relés de temporización están dispuestos para una demora intencional en la operación de sus contactos. Una demora muy corta (una fracción de segundo) usaría un disco de cobre entre la armadura y el conjunto de cuchillas móviles. La corriente que fluye en el disco mantiene el campo magnético durante un breve período de tiempo, lo que prolonga el tiempo de liberación. Para un retraso un poco más largo (hasta un minuto), se usa un dashpot. Un amortiguador es un pistón lleno de líquido al que se le permite escapar lentamente; Se utilizan salpicaderos llenos de aire y de aceite. El período de tiempo se puede variar aumentando o disminuyendo el caudal. Para períodos de tiempo más largos, se instala un temporizador mecánico. Los relés pueden disponerse para un período de tiempo fijo, o pueden ser ajustables en campo o configurados de forma remota desde un panel de control. Los relés de temporización basados ​​en microprocesadores modernos proporcionan una temporización de precisión en un amplio rango.

Algunos relés están construidos con una especie de mecanismo de "amortiguador" adjunto a la armadura que evita el movimiento completo e inmediato cuando la bobina está energizada o desenergizada. Esta adición le da al relé la propiedad de actuación con retardo de tiempo. Los relés de retardo de tiempo se pueden construir para retrasar el movimiento del inducido en la activación, desactivación o ambas cosas de la bobina.

Los contactos de relé de retardo de tiempo deben especificarse no solo como normalmente abiertos o normalmente cerrados, sino también si el retardo opera en la dirección de cierre o en la dirección de apertura. La siguiente es una descripción de los cuatro tipos básicos de contactos de relé de retardo de tiempo.

Primero tenemos el contacto normalmente abierto, temporizado-cerrado (NOTC). Este tipo de contacto normalmente está abierto cuando la bobina está apagada (desenergizada). El contacto se cierra mediante la aplicación de energía a la bobina del relé, pero solo después de que la bobina se haya alimentado continuamente durante el tiempo especificado. En otras palabras, la dirección del movimiento del contacto (ya sea para cerrar o para abrir) es idéntica a un contacto NA normal, pero hay un retraso en la dirección de cierre. Debido a que el retardo ocurre en la dirección de la activación de la bobina, este tipo de contacto se conoce alternativamente como retardo a la conexión normalmente abierto.

Relés de vacío

Un relé de vacío es un relé sensible que tiene sus contactos montados en una carcasa de vidrio evacuado, para permitir el manejo de voltajes de radiofrecuencia de hasta 20,000 voltios sin descargas eléctricas entre los contactos, aunque el espaciado de los contactos es tan bajo como unas pocas centésimas de pulgada cuando está abierto.

Aplicaciones

Un relé de bobina de CA DPDT con embalaje "cubo de hielo"

Los relés se utilizan siempre que sea necesario controlar un circuito de alta potencia o alto voltaje con un circuito de baja potencia, especialmente cuando se desea el aislamiento galvánico . La primera aplicación de relés fue en largas líneas telegráficas , donde la señal débil recibida en una estación intermedia podía controlar un contacto, regenerando la señal para su posterior transmisión. Los dispositivos de alto voltaje o alta corriente se pueden controlar con pequeños interruptores piloto y cableado de bajo voltaje. Los operadores pueden aislarse del circuito de alto voltaje. Los dispositivos de baja potencia, como los microprocesadores, pueden activar relés para controlar cargas eléctricas más allá de su capacidad de accionamiento directo. En un automóvil, un relé de arranque permite controlar la alta corriente del motor de arranque con pequeños cables y contactos en la llave de encendido.

Los sistemas de conmutación electromecánicos, incluidas las centrales telefónicas Strowger y Crossbar , hicieron un uso extensivo de relés en circuitos de control auxiliares. The Relay Automatic Telephone Company también fabricó centrales telefónicas basadas únicamente en técnicas de conmutación de relés diseñadas por Gotthilf Ansgarius Betulander . La primera central telefónica pública basada en retransmisiones en el Reino Unido se instaló en Fleetwood el 15 de julio de 1922 y permaneció en servicio hasta 1959.

El uso de relés para el control lógico de sistemas de conmutación complejos como las centrales telefónicas fue estudiado por Claude Shannon , quien formalizó la aplicación del álgebra booleana al diseño de circuitos de relés en Un análisis simbólico de circuitos de conmutación y relés . Los relés pueden realizar las operaciones básicas de la lógica combinatoria booleana. Por ejemplo, la función booleana AND se realiza conectando contactos de relé normalmente abiertos en serie, la función OR conectando contactos normalmente abiertos en paralelo. La inversión de una entrada lógica se puede realizar con un contacto normalmente cerrado. Los relés se utilizaron para el control de sistemas automatizados para máquinas herramienta y líneas de producción. El lenguaje de programación Ladder se utiliza a menudo para diseñar redes lógicas de relés .

Las primeras computadoras electromecánicas como ARRA , Harvard Mark II , Zuse Z2 y Zuse Z3 usaban relés para registros lógicos y de trabajo. Sin embargo, los dispositivos electrónicos demostraron ser más rápidos y fáciles de usar.

Debido a que los relés son mucho más resistentes que los semiconductores a la radiación nuclear, se utilizan ampliamente en la lógica crítica para la seguridad, como los paneles de control de la maquinaria de manipulación de desechos radiactivos. Los relés de protección electromecánicos se utilizan para detectar sobrecargas y otras fallas en líneas eléctricas abriendo y cerrando disyuntores .

Relés protectores

Para la protección de aparatos eléctricos y líneas de transmisión, se utilizaron relés electromecánicos con características operativas precisas para detectar sobrecargas, cortocircuitos y otras fallas. Si bien muchos de estos relés permanecen en uso, los relés de protección digitales ahora brindan funciones de protección equivalentes y más complejas.

Señalización ferroviaria

Parte de un enclavamiento de relé utilizando relés enchufables en miniatura estilo Q del Reino Unido

Los relés de señalización ferroviaria son grandes considerando los voltajes en su mayoría pequeños (menos de 120 V) y las corrientes (quizás 100 mA) que conmutan. Los contactos están muy espaciados para evitar descargas disruptivas y cortocircuitos durante una vida útil que puede superar los cincuenta años.

Dado que los circuitos de señales ferroviarias deben ser altamente confiables, se utilizan técnicas especiales para detectar y prevenir fallas en el sistema de relés. Para protegerse contra alimentaciones falsas, los contactos de relé de doble conmutación se utilizan a menudo en el lado positivo y negativo de un circuito, por lo que se necesitan dos alimentaciones falsas para causar una señal falsa. No se pueden probar todos los circuitos de relé, por lo que se depende de las características de construcción, como los contactos de carbono a plata, para resistir la soldadura por contacto inducida por rayos y para proporcionar inmunidad de CA.

Los optoaisladores también se utilizan en algunos casos con la señalización ferroviaria, especialmente cuando se debe conmutar un solo contacto.

Consideraciones de selección

Varios relés de 30 contactos en circuitos "Conector" en centrales telefónicas de conmutador 1XB y conmutador 5XB de mediados del siglo XX ; cubierta quitada en uno.

La selección de un relé apropiado para una aplicación particular requiere la evaluación de muchos factores diferentes:

  • Número y tipo de contactos: normalmente abiertos, normalmente cerrados (doble tiro)
  • Secuencia de contacto: "hacer antes de romper" o "romper antes de hacer". Por ejemplo, las centrales telefónicas de estilo antiguo requerían hacer antes de romper para que la conexión no se cayera al marcar el número.
  • Clasificación de corriente de contacto: los relés pequeños conmutan unos pocos amperios, los contactores grandes están clasificados para hasta 3000 amperios, corriente alterna o continua.
  • Voltaje nominal de contacto: relés de control típicos con capacidad nominal de 300 VCA o 600 VCA, tipos de automóviles a 50 VCC, relés especiales de alto voltaje a aproximadamente 15,000 V
  • Vida útil, vida útil: la cantidad de veces que se puede esperar que el relé funcione de manera confiable. Hay tanto una vida mecánica como una vida de contacto. La vida útil de los contactos se ve afectada por el tipo de carga conmutada. La ruptura de la corriente de carga causa un arco no deseado entre los contactos, lo que eventualmente conduce a contactos que se sueldan o que fallan debido a la erosión del arco.
  • Voltaje de la bobina: relés de máquina-herramienta generalmente de 24 VCC, 120 o 250 VCA, los relés para equipos de conmutación pueden tener bobinas de 125 V o 250 VCC,
  • Corriente de la bobina: corriente mínima requerida para un funcionamiento confiable y corriente de retención mínima, así como los efectos de la disipación de potencia en la temperatura de la bobina en varios ciclos de trabajo . Los relés "sensibles" funcionan con unos pocos miliamperios.
  • Paquete / gabinete: abierto, seguro al tacto, de doble voltaje para aislamiento entre circuitos, a prueba de explosiones , al aire libre, resistente al aceite y a las salpicaduras, lavable para ensamblaje de placa de circuito impreso
  • Entorno operativo: temperatura operativa mínima y máxima y otras consideraciones ambientales, como los efectos de la humedad y la sal.
  • Ensamblaje: algunos relés cuentan con una pegatina que mantiene la caja sellada para permitir la limpieza posterior a la soldadura de la PCB, que se retira una vez que se completa el ensamblaje.
  • Montaje: enchufes, placa de enchufes, montaje en riel, montaje en panel, montaje en panel pasante, gabinete para montaje en paredes o equipo
  • Tiempo de conmutación: donde se requiere alta velocidad
  • Contactos "secos": cuando se conmutan señales de nivel muy bajo, es posible que se necesiten materiales de contacto especiales, como contactos chapados en oro.
  • Protección de contacto: suprime la formación de arcos en circuitos muy inductivos
  • Protección de la bobina: suprime la sobretensión producida al cambiar la corriente de la bobina
  • Aislamiento entre contactos de bobina
  • Ensayos aeroespaciales o resistentes a la radiación, garantía de calidad especial
  • Cargas mecánicas esperadas debido a la aceleración  : algunos relés utilizados en aplicaciones aeroespaciales están diseñados para funcionar en cargas de choque de 50 go más.
  • Tamaño: los relés más pequeños a menudo resisten las vibraciones mecánicas y los golpes mejor que los relés más grandes, debido a la menor inercia de las partes móviles y las frecuencias naturales más altas de las partes más pequeñas. Los relés más grandes a menudo manejan voltaje y corriente más altos que los relés más pequeños.
  • Accesorios como temporizadores, contactos auxiliares, lámparas piloto y botones de prueba.
  • Aprobaciones regulatorias.
  • Enlace magnético perdido entre bobinas de relés adyacentes en una placa de circuito impreso.

Hay muchas consideraciones involucradas en la selección correcta de un relé de control para una aplicación particular, incluidos factores como la velocidad de operación, la sensibilidad y la histéresis . Aunque los relés de control típicos operan en el rango de 5 ms a 20 ms, se encuentran disponibles relés con velocidades de conmutación tan rápidas como 100 μs . Los relés Reed que son accionados por corrientes bajas y cambian rápidamente son adecuados para controlar corrientes pequeñas.

Como con cualquier interruptor, la corriente de contacto (no relacionada con la corriente de la bobina) no debe exceder un valor dado para evitar daños. En los circuitos de alta inductancia , como los motores , se deben abordar otros problemas. Cuando se conecta una inductancia a una fuente de alimentación, existe una sobrecorriente de entrada o una corriente de arranque del electromotor mayor que la corriente de estado estable. Cuando se rompe el circuito, la corriente no puede cambiar instantáneamente, lo que crea un arco potencialmente dañino a través de los contactos de separación.

En consecuencia, para los relés utilizados para controlar cargas inductivas, debemos especificar la corriente máxima que puede fluir a través de los contactos del relé cuando se activa, el valor nominal de cierre ; la calificación continua; y la calificación de rotura . La clasificación de marca puede ser varias veces mayor que la clasificación continua, que es mayor que la clasificación de rotura.

Seguridad y confiabilidad

El cambio mientras está "húmedo" (bajo carga) causa un arco no deseado entre los contactos, lo que eventualmente conduce a contactos que se sueldan o que fallan debido a la acumulación de daño en la superficie causado por la energía destructiva del arco.

Dentro del interruptor de barra transversal del Sistema de Conmutación Electrónica Número Uno (1ESS) y algunos otros diseños de alta confiabilidad, los interruptores de lengüeta siempre se cambian en "seco" (sin carga) para evitar ese problema, lo que prolonga la vida útil de los contactos.

Sin una protección de contacto adecuada , la aparición de arcos eléctricos provoca una degradación significativa de los contactos, que sufren daños importantes y visibles. Cada vez que los contactos de relé abra o se cierre bajo carga, un arco eléctrico puede ocurrir entre los contactos del relé, ya sea una ruptura de arco (cuando la apertura), o un maquillaje / rebote arco (cuando se cierra). En muchas situaciones, el arco de ruptura es más enérgico y, por lo tanto, más destructivo, en particular con cargas inductivas, pero esto puede mitigarse puenteando los contactos con un circuito amortiguador . La corriente de entrada de las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno suele ser diez veces mayor que la corriente de funcionamiento normal. Por lo tanto, los relés diseñados para cargas de tungsteno pueden usar una composición de contacto especial, o el relé puede tener clasificaciones de contacto más bajas para cargas de tungsteno que para cargas puramente resistivas.

Un arco eléctrico a través de los contactos del relé puede estar muy caliente (miles de grados Fahrenheit), lo que hace que el metal de las superficies de contacto se derrita, se acumule y migre con la corriente. La temperatura extremadamente alta del arco divide las moléculas de gas circundantes, creando ozono , monóxido de carbono y otros compuestos. Con el tiempo, la energía del arco destruye lentamente el metal de contacto, lo que hace que parte del material se escape al aire en forma de partículas finas. Esta acción hace que el material de los contactos se degrade, lo que resulta en una falla del dispositivo. Esta degradación del contacto limita drásticamente la vida útil general de un relé a un rango de aproximadamente 10,000 a 100,000 operaciones, un nivel muy por debajo de la vida mecánica del dispositivo, que puede superar los 20 millones de operaciones.

Ver también

Referencias

enlaces externos

  • Medios relacionados con Relay en Wikimedia Commons