Cosa devi sapere sui relè

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

di Jeff Smoot

Se hai mai acceso il forno di casa, usato l’ascensore di un edificio o acceso la TV con un telecomando, hai messo in azione un relè. I relè forniscono una funzione indispensabile in migliaia di prodotti e sistemi di consumo, commerciali e industriali. Sviluppati per la prima volta nel 1835 per i circuiti telegrafici a lunga distanza e successivamente nelle centrali telefoniche, funzionano ancora in modo affidabile, silenzioso ed efficiente.

Cosa sono i relè?

In un senso molto pratico, i relè sono semplicemente interruttori elettrici. Usano un segnale a bassa potenza per controllare un circuito ad alta potenza, che può essere vicino o a distanza. Il loro design consente di isolare efficacemente il segnale a bassa potenza dal circuito ad alta potenza (noto anche come isolamento galvanico), consentendo un funzionamento elettrico sicuro e robusto per l’utente. Possono essere utilizzati per controllare uno o più circuiti e possono fungere da amplificatori o interruttori di circuito. Il controllo della potenza di un dispositivo a distanza assicura anche una maggiore sicurezza per i processi industriali che possono rappresentare un pericolo fisico per gli operatori. Disponibili in un’ampia varietà di pacchetti, capacità di corrente, opzioni di montaggio e ingombri, sono onnipresenti come i comuni interruttori.

Come funzionano i relè

Per dare un senso all’argomento, dobbiamo prima classificare i relè. Sono di due tipi fondamentali: elettromeccanici (EMR) e a stato solido (SSR); ovviamente la differenza tra loro sta nel fatto che gli uni presentano parti mobili e gli altri no.

La versione elettromeccanica è quella da più tempo in circolazione e contiene dei contatti, un’armatura, una molla e un elettromagnete. Nel loro funzionamento più semplice, una molla mantiene l’armatura in posizione. Quando viene applicata una corrente, l’elettromagnete attira l’armatura, il cui movimento chiude una serie di contatti e consente alla corrente di fluire verso il circuito.

Il funzionamento interno di un relè elettromeccanico

I relè a stato solido, apparsi per la prima volta alla fine degli anni ’50, svolgono la stessa funzione di base dei relè elettromeccanici, ma sono completamente elettronici e non hanno parti mobili. Impiegano un circuito di ingresso, un circuito di controllo e un circuito di uscita per controllare la corrente. Quando viene applicata una tensione superiore alla tensione di ripresa specificata, il circuito di controllo attiva il relè. Quando la tensione scende al di sotto della tensione di caduta, il relè si disattiva.

Relè elettromeccanici e relè a stato solido

Sia i relè elettromeccanici che quelli a stato solido sono dispositivi affidabili, ma ognuno presenta vantaggi e svantaggi che dovrebbero essere considerati all’inizio della fase di progettazione del prodotto o del sistema finale.

I relè elettromeccanici sono dispositivi robusti, con un funzionamento semplice, che funzionano in modo affidabile in una varietà di applicazioni, che possono includere ambienti operativi ad alte correnti e pericolosi. Poiché questo design ha quasi due secoli, le loro caratteristiche prestazionali e i fondamenti operativi sono ben noti. Offrono un isolamento elettrico completo, possono tollerare transitori di corrente e tensione elevati e sono insensibili al rumore elettrico (EMI/RFI).

Il design di base dei relè elettromeccanici, tuttavia, può portare a una degradazione fisica nel tempo. Possono anche essere soggetti a formazione di archi da contatto, con conseguente vaiolatura e cortocircuito. I contatti possono anche essere colpiti da corrosione e ossidazione. A causa della loro natura meccanica, possono anche essere soggetti a rimbalzi da contatto dovuti a urti e vibrazioni, possono generare il proprio rumore EMI/RFI e possono essere influenzati da campi magnetici esterni.

I relè a stato solido, grazie al loro design senza parti mobili, offrono una durata maggiore rispetto ai relè elettromeccanici e funzionano con una potenza di controllo molto inferiore. Forniscono inoltre un ciclo di accensione/spegnimento più rapido, nessun arco e nessun rimbalzo da contatto. Inoltre non sono influenzati da shock meccanici esterni, vibrazioni o campi magnetici. I relè a stato solido funzionano anche a un intervallo di tensione molto più basso rispetto a quelli elettromeccanici, il che li rende applicabili a dispositivi elettronici, ma non a dispositivi con requisiti di potenza più elevati.

Grazie al loro design unico, i relè a stato solido possono anche essere suscettibili ai transitori di tensione o corrente e al rumore EMI/RFI. Possono, inoltre, generare più calore rispetto ai loro cugini meccanici ed essere influenzati dalla temperatura ambiente. Infine, il completo isolamento elettrico tra il segnale di controllo e il carico non è possibile con i normali interruttori a semiconduttore, ma può essere ottenuto mediante l’uso di dispositivi fotoaccoppiati, che utilizzano componenti optoelettronici per isolare l’ingresso e l’uscita.

Schemi interni dei relè a stato solido

Usi tipici dei relè

In senso lato, i relè vengono utilizzati in qualsiasi applicazione che richieda il controllo sicuro di una corrente elevata tramite una inferiore. Sono comunemente utilizzati laddove è impossibile avere una connessione diretta tra il circuito di controllo e il carico in quanto ciò comporterebbe un rischio per l’operatore o l’apparecchiatura. In un’applicazione che utilizza molta energia, i relè possono essere utilizzati con un singolo cavo a bassa potenza, meno costoso, per controllare il flusso di corrente a distanza.

Data la loro semplicità di progettazione e il loro funzionamento affidabile, i relè vengono utilizzati in dispositivi e sistemi in un’ampia gamma di settori e mercati. Dal loro avvento, i relè sono stati utilizzati nei settori dei trasporti e automobilistico, nonché nei sistemi di alimentazione elettrica, medicale, aerospaziale, della difesa e nell’elettronica di consumo. Successivamente, man mano che l’HVAC si sviluppava e diventava più diffuso, i relè divennero fondamentali nei sistemi HVAC residenziali, commerciali e industriali. Più recentemente, sono stati utilizzati nell’aspetto dei veicoli elettrici in aree automobilistiche, delle energie alternative e delle comunicazioni dati o delle telecomunicazioni. Da questo elenco, è possibile vedere che i relè sono davvero onnipresenti. Basti dire che molti sistemi e dispositivi sarebbero meno che efficaci o addirittura non funzionanti senza la capacità di controllare in sicurezza l’alimentazione fornita dal relè comune.

Tipi comuni di relè

I diversi tipi di relè disponibili mirano a soddisfare esigenze applicative specifiche. Tieni presente che i produttori potrebbero avere condizioni leggermente diverse riguardo alle offerte dei singoli prodotti. In caso di domande, è meglio contattare il fornitore o il distributore autorizzato per ottenere una risposta. Ecco un breve elenco dei principali tipi disponibili:

• Uso generale: relè elettromeccanici comuni che utilizzano una corrente alternata o continua da 12 a 230 V e controllano da 2 a 30 ampere.
• Di segnale: relè utilizzati per controllare carichi a bassa potenza generalmente inferiori a 2A. Scopri di più nel nostro post del blog, Introduzione ai relè di segnale.
• Di potenza: relè progettati per controllare carichi ad alta potenza, offrendo una minore generazione di calore e una riduzione degli archi elettrici. Scopri di più nel nostro post del blog, Introduzione ai relè di potenza.
• Controllo macchina: relè resistenti e durevoli per l’uso con grandi applicazioni industriali.
• Di chiusura: relè che mantengono la condizione impostata o ripristinata (ON o OFF) finché non ricevono un segnale di inversione di tensione.
• Reed: relè operativi compatti e veloci che utilizzano un elettromagnete per controllare uno o più interruttori reed ermeticamente sigillati, offrendo immunità ai contaminanti esterni o all’umidità.
• A commutazione zero: relè che attivano il carico quando viene applicata la tensione di controllo e la tensione di carico è prossima allo zero, quindi disattivano il carico quando viene rimossa la tensione di controllo.

Commutazione zero con relè o altri interruttori

• A commutazione di picco: relè che attivano il carico quando viene applicata una tensione di controllo e la tensione di carico è al suo picco, quindi disattivano il carico quando viene rimossa la tensione di controllo e il carico di corrente è vicino allo zero.
• Ad accensione istantanea: relè che attivano il carico immediatamente non appena viene applicata la tensione di ripresa.
• Con ritardo: relè di controllo con timer integrato per controllare gli eventi in base al tempo.
• A commutazione analogica: relè che controllano la tensione di uscita in funzione della tensione di ingresso, consentendo tensioni di uscita infinite entro il valore nominale del relè.
• Accoppiati otticamente: relè a stato solido che offrono l’isolamento tra i circuiti di controllo e di alimentazione mediante commutazione in risposta a una fonte di luce interna.
• Per applicazioni militari/ad alta affidabilità: relè progettati specificamente per funzionare in ambienti difficili.

Inoltre, i relè possono essere normalmente aperti (NO), quando i contatti sono aperti e il circuito non è eccitato, oppure possono essere normalmente chiusi (NC), quando i contatti sono chiusi e il circuito non è eccitato. In breve, i relè sono generalmente specificati come NO o NC quando non viene applicata alcuna alimentazione.

Configurazioni e valori nominali dei relè

I relè sono classificati in base alla quantità di potenza che può essere commutata in sicurezza attraverso il dispositivo. I valori nominali sono CA o CC e di solito sono espressi in ampere. Il valore nominale di un relè deve essere pari o superiore a quella del dispositivo che controllerà.

Poiché i relè possono controllare più circuiti contemporaneamente, sono dotati di designazioni di configurazione per identificarne le caratteristiche. Queste denominazioni sono:

• SPST – Singolo polo, singolo impulso
• DPDT – Doppio polo, doppio impulso
  
• 3PDT – Triplo polo, doppio impulso
  
• SP3T – Singolo polo, triplo impulso
  

Oltre alla quantità di poli e tiri che può avere un relè, un altro modo abbreviato per descrivere aspetti importanti dei relè è quello di il termine “forma”. Leggendo frasi come “1 forma A” o “2 forma C”, è possibile accertare rapidamente due importanti informazioni. Il tipo di modulo indica se l’interruttore è normalmente aperto o normalmente chiuso e, nel caso degli interruttori SPDT, se sono break-before-make o make-before-break. Inoltre, i numeri 1 o 2 prima della forma indicano quanti di questi contatti di stile sono disponibili nel relè. Alcuni degli stili più comuni sono:

• Forma A – Normalmente aperto
• Forma B – Normalmente chiuso
• Forma C – Interruttori SPDT break-before-make
• Forma D – Interruttori SPDT make-before-break

Fasi di selezione del relè e domande da porre

La scelta del relè adatto al tuo progetto richiede informazioni sulle esigenze attuali e sulle esigenze future del prodotto o sistema. Tuttavia, ci sono alcuni fatti di base che è necessario conoscere prima di poter capire quale relè utilizzare.

1. Qual è la tensione CA o CC massima che deve essere commutata (tensione nominale di carico)?
2. Qual è la corrente di carico massima, compresi i potenziali picchi (corrente nominale di carico)?
3. Qual è l’intervallo di tensione della corrente di controllo? E tale corrente è AC o CC?
4. Di quale tipo di montaggio hai bisogno: PCB, plug-in, guida DIN o montaggio a pannello?
5. Qual è il numero di circuiti da commutare?
6. Di che tipo di carico hai bisogno (induttivo o resistivo)?
7. Hai bisogno di una soluzione di gestione termica per l’accumulo di calore resistivo?

Mentre rispondi a queste domande, ci sono degli elementi fisici non ideali che devi prendere in considerazione per le prestazioni e i requisiti reali dei relè stessi. Assicurati di prendere in considerazione questi elementi mentre rispondi alle domande precedenti.

• Sbalzi di tensione in ingresso: se il singolo relè non è specificato correttamente, le sovratensioni possono distruggere il dispositivo e minacciare il sistema.
• Rimbalzo dei contatti: questa tendenza dei relè elettromeccanici non solo può degradare i contatti nel tempo, ma può anche produrre EMI/RFI che possono influire sul sistema.
• Arco elettrico: questa scarica elettrica attraverso la fessura del contatto degraderà i contatti, produrrà rumore e potrebbe essere pericolosa in un ambiente pericoloso.
• Fattori ambientali: i relè sono robusti, ma le caratteristiche prestazionali possono essere influenzate da vibrazioni ambientali, calore, umidità e campi magnetici.

Riepilogo

Per essere un prodotto in circolazione da molti anni, il relè di base viene utilizzato in decine di migliaia di dispositivi e sistemi nei mercati di consumo, industriali e della difesa. Sebbene siano nati come semplici componenti di sistemi telegrafici e siano stati utilizzati persino nello sviluppo dei primi computer, oggi continuano a fornire la funzione di base di controllo sicuro ed efficiente dei dispositivi alimentati elettricamente a distanza. Per soddisfare le tue esigenze di commutazione di corrente a basso o alto livello, CUI Devices offre una gamma di relè di potenza e di segnale con una potenza nominale da 2 a 40 A.

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email