Introducción
Los relés se encuentran en casi cualquier máquina que tenga un sistema eléctrico.
Desde electrodomésticos como lavadoras y refrigeradores hasta aplicaciones industriales como bombas de combustible, control de motores y muchas más. Los relés se utilizan para controlar dispositivos de alta tensión y alta corriente.
En este artículo, analizaremos en profundidad relés electromagnéticos, su principio de funcionamiento, características y el tipo de relés que se encuentran en aplicaciones de automatización industrial.
¿Qué es un relé electromagnético?
Un relé electromagnético es un dispositivo de conmutación que utiliza un imán para encender o apagar el interruptor. Pertenecen a la categoría de dispositivos electromecánicos.
Los dispositivos electromecánicos utilizan contactos físicos para cambiar las salidas. Debido a los movimientos que ocurren dentro del interruptor, tienen un sonido característico de "tic-tac" durante el funcionamiento.
Los relés se utilizan para controlar una carga eléctrica más grande mediante una pequeña señal de entrada. Por ejemplo, la entrada de un pequeño botón pulsador puede activar un relé y así controlar un gran motor de inducción; donde el botón por sí solo no es suficiente para encender / apagar el motor directamente.
Un relé consiste básicamente en una bobina y un conjunto de contactos móviles montados en un resorte. Hay varios tipos de relés en función de su construcción y modo de funcionamiento. Veamos la funcionalidad básica de un relé electromagnético.
¿Cómo funcionan los relés electromagnéticos?
Hay muchos tipos de relés. Debido a la simplicidad de la construcción, veamos el relé de tipo inducido atraído y cómo funciona. El siguiente diagrama muestra la construcción típica de un relé de este tipo, que tiene una configuración unipolar de doble tiro (SPDT).
Los componentes principales de un relé son los solenoide / electroimán, conjunto de resorte de inducido y del contactos. Analicemos sus tareas individuales y cómo funcionan juntas para actuar como un interruptor.
El solenoide (también conocido como electroimán) es una bobina de cobre enrollada alrededor de un material ferromagnético. Este suele ser un núcleo de hierro sólido. Cuando se aplica un voltaje a la bobina, se genera un campo magnético alrededor de la bobina.
El núcleo de hierro concentra este campo magnético para convertirse en un imán hasta que se elimina el voltaje de la bobina.
Los solenoides generalmente se operan con corriente CC y no son compatibles con fuentes de CA. Sin embargo, también hay disponibles relés operados por CA.
Los relés de CA tienen un componente adicional en el electroimán llamado 'anillo de sombreado'. Esto evita que el electroimán se desmagnetice siempre que el suministro de CA cruza el punto cero. Por lo tanto, la armadura puede permanecer atraída por el electroimán mientras la bobina esté encendida.
El conjunto de armadura y resorte es el componente móvil que se encuentra en un relé. La armadura está colocada de tal manera que cuando el electroimán está encendido, puede desviar la armadura hacia él.
Hay un resorte de retorno en su lugar para asegurar que el inducido regrese a su posición inicial cuando la bobina no está encendida. La armadura es conductora, ya que debería llevar la corriente de conmutación desde el terminal común a los terminales de salida.
Los contactos son las siguientes partes más importantes y más abusadas en un relé. Al cambiar una carga, la armadura mueve los contactos entre los contactos estacionarios. Esto hace que se generen chispas. Si la carga conmutada es una carga altamente inductiva, como un motor, a veces también se pueden ver arcos.
Por lo tanto, el material de contacto se selecciona para resistir corrosión eléctrica. Por lo general, están hechos de níquel plateado, óxido de plata y cadmio y óxido de plata y estaño.
Una vez que se energiza la bobina, el electroimán se activa. Esto hace que la armadura sea atraída hacia el electroimán, que a su vez hace la conexión entre el contacto común y el contacto normalmente abierto.
Al mismo tiempo, se corta la conexión entre el contacto normalmente cerrado y el contacto común.
Hay varios tipos de relés electromagnéticos disponibles. Algunos de ellos se utilizan para controlar cargas pesadas, mientras que otros se utilizan principalmente como dispositivos de protección.
Tipos de relés electromagnéticos
- Relé de tipo inducido atraído
- El relé de tipo inducido atraído es el tipo más simple de relés electromagnéticos. Hay dos tipos de relés de inducido atraídos: armadura con bisagras y tipo de émbolo. Tipo de armadura con bisagras es el más común.
- Cuando la bobina está energizada, los contactos se rompen / cierran dependiendo del modo de salida normalmente abierto / cerrado.
- Los relés de tipo inducido atraído normalmente funcionan con CC y, una vez activados, los contactos no vuelven a su posición inicial. Deben restablecerse manualmente.
- Los relés electromagnéticos del tipo de inducido atraído se encuentran en dispositivos de seguridad como relés de protección contra sobrecorriente, sobretensión y subtensión, y en ocasiones también se utilizan como relés auxiliares.
- Relé tipo disco de inducción
- Siguiendo el principio de inducción electromagnética y Principio de Ferrari, los relés de tipo disco de inducción se utilizan principalmente como relés de protección en sistemas de CA.
- Cuando está energizado, el disco dentro del relé comienza a girar. El contacto móvil también gira con el disco y puede entrar en contacto con el contacto de campo, completando el circuito. La desactivación del relé hace que el resorte gire el disco en la dirección opuesta y regrese al punto inicial.
- El relé tipo disco de inducción está especialmente diseñado para funcionar con sistemas de CA y no funciona con suministros de CC continuos.
- Relé tipo copa de inducción
- Los relés de tipo taza de inducción son similares a los relés de tipo disco de inducción. La principal diferencia es que en el tipo de copa de inducción, el disco giratorio en el relé tipo disco se reemplaza por una copa de aluminio en forma de C. Esto reduce la inercia del disco y permite un funcionamiento más rápido.
- Los relés de tipo copa de inducción se utilizan en aplicaciones de alta velocidad, como aplicaciones de comparación direccional o de fase. Esto es posible debido a su alta sensibilidad, estabilidad a las vibraciones y menor inercia.
- Hay dos tipos principales de relés de tipo taza de inducción: relés de reactancia o tipo Mho (para medir la reactancia en circuitos), relés direccionales o de potencia (proporcionan el par máximo para disparar contactos en condiciones de falla).
- Relé tipo haz equilibrado
- Los relés electromagnéticos de haz equilibrado también son un tipo de relé de inducido atraído. Tienen una bisagra colocada en el medio de la armadura en lugar de en un extremo. Los dos extremos tienen electroimanes independientes, uno que prueba el par de sujeción / retención (izquierda) y el otro que proporciona el par de funcionamiento (derecha).
- Durante el funcionamiento normal, la fuerza de atracción generada por el electroimán de retención es suficiente para que el inducido permanezca atraído hacia él. En este punto, el campo de la bobina operativa se cancela. En una condición de falla donde la corriente de operación es alta, la fuerza de atracción del electroimán de operación se vuelve mayor que la del electroimán de retención. Esto obliga al rayo a desviarse y hace contacto con los contactos del circuito de disparo.
- Estos relés son generalmente más rápidos, sin embargo, cualquier transitorio de CC (picos) también puede activarlos. Por lo tanto, estos relés no se usan comúnmente.
- Relé de tipo bobina móvil
- Entre la familia de relés electromagnéticos, los relés de tipo bobina móvil son los más sensibles. Se utilizan en aplicaciones de protección a distancia y diferencial debido a su alta sensibilidad y funcionan solo con sistemas de CC. Para los sistemas de CA, se pueden adaptar mediante circuitos rectificadores adicionales.
- En este tipo de relé, la bobina móvil puede ser de tipo axial o rotatorio. El tipo axial tiene el doble de sensibilidad que el tipo rotativo. La bobina se enrolla alrededor de la parte móvil (eje) como se muestra en la figura anterior. La aplicación de corriente a través de la bobina hace que gire debido a la repulsión causada por los polos del imán permanente. La rotación hace que el contacto móvil cierre los contactos del circuito de disparo.
- Relé de tipo hierro móvil polarizado
- Los relés de tipo polarizado, como su nombre indica, tienen una bobina polarizada. Esto implica que el relé solo funcionará con una cierta polaridad de voltaje aplicada a la bobina. Este tipo de relés se encuentran especialmente en aplicaciones de alta sensibilidad donde los sistemas operan con suministros de CC.
- La construcción de estos relés es similar a la de los relés de tipo bobina móvil, pero los relés de polarización también contienen imanes permanentes para introducir la polaridad en la bobina.
Símbolo de relé electromagnético
Los relés electromagnéticos se representan de numerosas formas en diagramas eléctricos. Algunos contienen símbolos genéricos y algunos diagramas pueden tener símbolos complejos, que indican el tipo de actuación y el número de polos / salidas de los relés. Echemos un vistazo a algunos de los símbolos de relé más comunes que se encuentran en los dibujos eléctricos.
- Relé - Operado por solenoide - SPST
- Este relé tiene un solo contacto de cierre o de apertura. La parte izquierda representa la bobina mientras que la parte derecha representa los dos contactos del interruptor. A veces, la bobina se representa como se muestra en la imagen de la derecha. Los relés SPST tienen 4 pines.
- Relé - SPDT - Unipolar de doble tiro
- Este relé es similar al modelo SPST, pero tiene dos salidas. Mientras no está activa, la entrada COM está conectada con la salida NC. Cuando está energizado, el relé rompe el contacto con el NC y cierra el contacto con salida NA. Tiene 5 pines en total.
- Relé - DPST - Bipolar de un solo tiro
- Este relé tiene dos interruptores aislados que se pueden usar para dos tareas diferentes. Tiene 6 pines incluidos los 2 pines para la bobina.
Dependiendo del recuento de pines, el número de polos / tiros y la tecnología, hay muchos otros símbolos estándar que se utilizan en los dibujos eléctricos. Electrical-symbols tiene una guía completa sobre estos símbolos en su página web del NDN Collective .
Aplicaciones de relés electromagnéticos
Los relés electromagnéticos se utilizan cuando es necesario conmutar grandes cargas eléctricas mediante una pequeña señal. Los relés también se utilizan para proporcionar aislamiento eléctrico entre sistemas de alto y bajo voltaje para brindar protección a los sistemas de bajo voltaje y a los usuarios.
Los relés encuentran sus aplicaciones en,
- Automóviles
- Bomba de combustible, bocinas, motores de arranque, víboras de parabrisas
- Automatización de edificios
- Sistemas de control de acceso, ascensores, paneles de control.
- Automatización industrial
- Controladores de motor, controladores de luz, distribución y conmutación de la fuente de alimentación
- Electrodomésticos electrodomésticos
- Hornos, lavadoras, unidades de aire acondicionado interior / exterior
Y muchos más.
¿Cuánto dura un relé electromagnético?
Dado que los relés contienen partes móviles y están sujetos a conexión / desconexión constante, tienen una esperanza de vida relativamente menor que sus homólogos de estado sólido.
Normalmente, la primera parte de un relé que falla son los contactos. De acuerdo a FDA, los relés tienen una esperanza de vida de 100,000 operaciones para sus contactos y 10 millones de operaciones en total.
Sin embargo, si los relés están constantemente sometidos a una gran carga, su esperanza de vida podría ser mucho menor. Por ejemplo, si se usa un relé para conmutar cargas mucho más altas que su valor nominal, los contactos pueden degradarse más rápido y finalmente fusionarse, creando una situación peligrosa.
Cómo probar un relé electromagnético
Los relés electromagnéticos se pueden probar utilizando una carga o un multímetro. El procedimiento para verificar un relé usando el multímetro es el siguiente:
- Configure el modo de multímetro en continuidad / zumbador modo. Conecte las sondas a los terminales de la bobina del relé. Si suena el zumbador, la bobina está bien y funciona.
La prueba de la bobina también se puede hacer usando el modo de medición de resistencia. Una bobina funcional tendrá una resistencia de alrededor de 10 a 500 ohmios.
- Conecte las sondas a los terminales NO y COM. En este punto, el timbre no debería sonar. Si suena el zumbador, el relé está averiado.
- Del mismo modo, conecte las sondas a los terminales NC y COM. El timbre ahora debería sonar (si el medidor está en modo de resistencia, debería indicar 0 ohmios).. Si no es así, implica que el relé está averiado.
¿Cuántos pines tiene un relé electromagnético?
Los relés electromagnéticos están disponibles en diferentes formas y tamaños. Dependiendo de su configuración, los relés pueden tener un número de pines de 4, 5, 8 y, a veces, incluso más. Hay algunas configuraciones de relés que están ampliamente disponibles:
- SPST - Unipolar de un solo tiro
- SPDT - Tiro doble monopolar
- DPST - Tiro simple bipolar
- DPDT - Doble tiro bipolar
Además de los terminales de contacto, hay dos terminales adicionales que están conectados a la bobina.
Conclusión
Los relés electromagnéticos son uno de los tipos más comunes de elementos de conmutación que se encuentran en los sistemas de automatización. Se utilizan para controlar cargas de alto voltaje y alta corriente utilizando señales de voltaje más bajo.
Los relés se utilizan como interruptores y dispositivos de seguridad. Como alternativa, existen relés de estado sólido que pueden reemplazar a los relés electromecánicos, que son más robustos y duraderos.
