Un relè è un interruttore azionato elettricamente utilizzato per controllare l'alta tensione o l'alta corrente utilizzando un piccolo segnale. Fornisce isolamento elettrico tra i circuiti di controllo e di carico, migliorando la sicurezza e l'affidabilità. I relè sono utilizzati nei sistemi di alimentazione, nelle macchine, nei veicoli e nell'automazione. Questo articolo spiega in dettaglio come funzionano i relè, le loro parti, i tipi, i valori nominali, le applicazioni, i guasti e i suggerimenti per la progettazione.
Panoramica del relè
Un relè è un interruttore ad azionamento elettrico progettato per consentire a una corrente piccola e a bassa potenza di controllare una corrente molto più grande, rendendolo un componente di base nei moderni circuiti elettrici ed elettronici. Questa capacità è richiesta nelle applicazioni in cui il controllo diretto di dispositivi ad alta tensione o ad alta corrente potrebbe comportare rischi per la sicurezza o ridurre l'efficienza. Isolando il lato di controllo dal lato di alimentazione, i relè proteggono i circuiti sensibili a bassa potenza da picchi di tensione, sovratensioni e altre sollecitazioni elettriche potenzialmente dannose. Oltre alla sicurezza, i relè consentono l'automazione, consentendo a controller, microcontroller e sensori di azionare in modo affidabile carichi pesanti come motori, sistemi di illuminazione, unità HVAC e macchinari industriali.
Funzioni del relè
Un relè è un tipo di interruttore che utilizza l'elettricità per controllare altri circuiti elettrici. All'interno di un relè, c'è una bobina di filo. Quando l'elettricità scorre attraverso la bobina, crea un campo magnetico. Questo campo magnetico tira un piccolo pezzo di metallo chiamato armatura, che si muove e cambia la posizione dei contatti. I contatti sono chiusi per consentire il passaggio dell'elettricità o aperti per arrestare il flusso.
Il processo funziona in fasi:
• La bobina riceve elettricità - forme di campo magnetico.
- L'armatura si muove - i contatti si accendono o si spengono.
• La bobina si spegne: una molla riporta l'armatura nella posizione iniziale.
Componenti di un relè
Il relè è un interruttore elettrico che utilizza un elettromagnete per funzionare. La parte induttiva principale è la bobina e il nucleo, che genera una forza magnetica quando una corrente elettrica crea un campo magnetico. Questo gruppo è spesso protetto da un alloggiamento.
Il meccanismo di commutazione meccanico include l'armatura, che si muove in risposta alla forza magnetica e fornisce una polarizzazione meccanica per il funzionamento. Una molla lavora per riportare l'armatura nella sua posizione originale quando il campo magnetico viene rimosso; Questa molla è spesso realizzata in una lega d'argento per la conduttività.
L'azione di commutazione elettrica avviene in corrispondenza dei contatti: il contatto mobile viene fisicamente spostato dall'armatura per collegare o scollegare i circuiti, mentre i contatti fissi (NO/NC) rappresentano lo stato normalmente aperto (NO) o normalmente chiuso (NC) del relè, determinando la connessione predefinita del circuito.
Specifiche della bobina del relè
| Parametro | Cosa significa | Esempio (relè da 5 V) |
|---|---|---|
| Resistenza della bobina | La resistenza della bobina, calcolata come tensione divisa per corrente. | R = 5V ÷ 0,07A = 71Ω |
| Potenza della bobina | La quantità di energia elettrica utilizzata dalla bobina, calcolata come tensione per corrente. | P = 5 V × 0,07 A = 0,35 W |
| Tensione di pull-in | La tensione alla quale il relè inizia ad accendersi. Di solito circa il 75-80% della tensione nominale. | 3,8–4 V |
| Tensione di caduta | La tensione al di sotto della quale il relè si spegne. Di solito circa il 10-30% della tensione nominale. | 1–1,5 V |
Commutazione dei contatti del relè
Commutazione CA
Quando si commutano i carichi CA, la corrente passa naturalmente attraverso lo zero in ogni ciclo della corrente alternata. Ciò aiuta a fermare gli archi elettrici che possono formarsi quando i contatti si aprono, rendendo la commutazione c.a. più facile e meno dannosa per i contatti del relè.
Commutazione CC
La CC è costante e non passa attraverso lo zero. Ciò rende più probabile la formazione di un arco quando i contatti si aprono. Questi archi possono danneggiare o saldare i contatti, pertanto è necessaria un'attenzione particolare quando si utilizzano relè con carichi c.c.
Metodi per prevenire gli archi elettrici
• Diodi flyback: comunemente utilizzati per i carichi CC per reindirizzare in modo sicuro la corrente.
• Snubber RC: utilizzati sia per CA che per CC per limitare i picchi di tensione.
• Varistori a ossido di metallo (MOV): sopprimono i transitori ad alta tensione e proteggono i contatti.
Tipi di relè comuni e loro applicazioni
| Tipo di relè | Vantaggi | Applicazioni tipiche |
|---|---|---|
| Relè elettromeccanici (EMR) | Economico, fornisce un chiaro isolamento elettrico tra i circuiti di controllo e di carico | Utilizzato nei controlli industriali, negli elettrodomestici e nei sistemi automobilistici |
| Relè lamellare | Elevata velocità di commutazione, dimensioni compatte, sigillato per la protezione e adatto per segnali a bassa corrente | Comunemente utilizzato in dispositivi di comunicazione, strumenti di test e sistemi di instradamento del segnale |
| Relè a stato solido (SSR) | Nessuna parte in movimento, funzionamento silenzioso, elevata velocità di commutazione e lunga durata | Ideale per l'automazione, i sistemi di riscaldamento e le applicazioni che richiedono commutazioni frequenti |
| Relè bistabile | Mantiene la sua posizione anche dopo l'interruzione dell'alimentazione, efficiente dal punto di vista energetico | Utilizzato in circuiti di memoria, sistemi alimentati a batteria e dispositivi di controllo remoto |
Qual è il migliore?
Ogni tipo di relè è più adatto per situazioni specifiche, a seconda dei requisiti del circuito. I relè elettromeccanici sono semplici ed economici, il che li rende utili per molti sistemi di controllo di base. I relè reed sono migliori quando sono richieste una risposta rapida e un funzionamento a bassa corrente poiché commutano rapidamente e sono sigillati per la protezione.
I relè a stato solido sono noti per le loro prestazioni silenziose ed efficienti perché non hanno parti mobili, il che li rende adatti per circuiti che richiedono commutazioni frequenti. I relè bistabili aiutano a risparmiare energia poiché possono rimanere in una posizione senza utilizzare l'alimentazione continua.
Guasti dei relè e loro soluzioni
| Guasto comune | Causa | Fix / Misura preventiva |
|---|---|---|
| Contatto per vaiolatura o saldatura | Si verifica quando una corrente eccessiva o un arco elettrico danneggiano i contatti del relè | Utilizzare contatti classificati per il carico corretto e includere dispositivi di soppressione dell'arco come i circuiti snubber |
| Burnout della bobina | Accade quando la bobina è esposta a una tensione più elevata o a una sovracorrente continua | Operare entro la tensione nominale della bobina e utilizzare componenti di protezione per limitare le sovratensioni |
| Rimbalzo dei contatti o chatter | Deriva da vibrazioni, montaggio inadeguato o debole forza magnetica della bobina | Garantire un montaggio stabile del relè, una corretta tensione di azionamento della bobina e un design del relè di qualità |
| Ossidazione o corrosione | Causato da umidità, polvere o esposizione ad ambienti difficili | Utilizzare relè sigillati o relè con contatti placcati in oro per segnali a bassa corrente |
Diverse applicazioni dei relè
• Fari e fendinebbia
• Controllo del motorino di avviamento
• Avviatori motore
• Controllo del nastro trasportatore
• Controllo intelligente dell'illuminazione
• Commutazione dell'apparecchio
• Protezione da sovracorrente
• Protezione da guasto a terra
• Commutazione di linea
• Instradamento del segnale
• Circuiti di protezione degli altoparlanti
• Frigoriferi (relè compressore)
•Lavatrici
Conclusione
I relè sono fondamentali per un controllo sicuro e affidabile dei circuiti elettrici. La loro capacità di isolare i segnali, gestire carichi diversi e supportare l'automazione li rende utili in molti sistemi. Con una selezione corretta, un cablaggio adeguato e buone pratiche di progettazione, i relè offrono una lunga durata e prestazioni stabili. Comprendere il loro funzionamento e le loro specifiche è necessario per costruire circuiti sicuri ed efficienti.
Domande frequenti [FAQ]
Domanda 1. Che cos'è il materiale del contatto del relè?
È il metallo utilizzato sui contatti dei relè, come l'argento, l'oro o il tungsteno. Influisce sulla conduttività, sulla resistenza agli archi elettrici e sulla durata dei contatti.
Domanda 2. Che cos'è l'isteresi relè?
È la differenza tra la tensione che accende il relè (pull-in) e la tensione che lo spegne (drop-out). Previene le vibrazioni.
Domanda 3. Un relè può commutare sia i carichi c.a. che quelli c.c.?
Sì, ma i valori nominali di CA e CC sono diversi. I carichi CC sono più difficili da commutare e necessitano di limiti di tensione e corrente più bassi.
Domanda 4. Perché utilizzare una presa per relè?
Consente una facile sostituzione del relè, protegge i pin del relè da eventuali danni e migliora la sicurezza del cablaggio.
D5. Cosa significa SPDT o DPDT nei relè?
Vengono descritte le configurazioni dei contatti. SPDT controlla un circuito con due uscite. Il DPDT controlla contemporaneamente due circuiti separati.
Domanda 6. Qual è la differenza tra contatti NA e NC?
I contatti NO (Normalmente Aperti) si chiudono quando il relè è alimentato. I contatti NC (Normalmente Chiusi) si aprono quando il relè è alimentato.