Relè elettromagnetico

Introduzione

I relè si trovano in quasi tutte le macchine dotate di impianto elettrico.

Dagli elettrodomestici come lavatrici e frigoriferi ad applicazioni industriali come pompe di carburante, controllo motore e molti altri. I relè sono utilizzati per controllare dispositivi ad alta tensione e alta corrente.

In questo articolo, daremo uno sguardo approfondito a relè elettromagnetici, il loro principio di funzionamento, le caratteristiche e il tipo di relè che si trovano nelle applicazioni di automazione industriale.

Che cos'è un relè elettromagnetico?

Un relè elettromagnetico è un dispositivo di commutazione che utilizza un magnete per accendere o spegnere l'interruttore. Appartengono alla categoria dei dispositivi elettromeccanici. 

I dispositivi elettromeccanici utilizzano contatti fisici per commutare le uscite. A causa dei movimenti che si verificano all'interno dell'interruttore, hanno un caratteristico suono di "ticchettio" durante il funzionamento.

I relè vengono utilizzati per controllare un carico elettrico maggiore utilizzando un piccolo segnale di ingresso. Ad esempio, l'ingresso di un piccolo pulsante può attivare un relè e quindi controllare un grande motore a induzione; dove il solo pulsante non è sufficiente per accendere/spegnere direttamente il motore.

Un relè è fondamentalmente costituito da una bobina e da una serie di contatti mobili montati a molla. Esistono diversi tipi di relè in base alla loro costruzione e modalità di funzionamento. Diamo un'occhiata alle funzionalità di base di un relè elettromagnetico.

Come funzionano i relè elettromagnetici?

Esistono molti tipi di relè. A causa della semplicità di costruzione, diamo un'occhiata al relè di tipo ad armatura attratto e come funziona. Lo schema seguente mostra la costruzione tipica di un tale relè, che ha una configurazione SPDT (single pole double throw).

I componenti principali di un relè sono i solenoide/elettromagnete, assemblaggio armatura-molla e la contatti. Discutiamo dei loro compiti individuali e di come lavorano insieme per agire come un interruttore.

Il solenoide (noto anche come elettromagnete) è una bobina di rame avvolta attorno a un materiale ferromagnetico. Questo è tipicamente un nucleo di ferro solido. Quando viene applicata una tensione alla bobina, viene generato un campo magnetico attorno alla bobina.

Il nucleo di ferro concentra questo campo magnetico per diventare un magnete fino a quando non viene rimossa la tensione alla bobina.

I solenoidi sono generalmente azionati utilizzando corrente continua e non sono compatibili con sorgenti CA. Tuttavia sono disponibili anche relè azionati in corrente alternata.

I relè AC hanno un componente aggiuntivo nell'elettromagnete chiamato "shading ring". Ciò impedisce all'elettromagnete di smagnetizzare ogni volta che l'alimentazione CA attraversa il punto zero. Pertanto, l'armatura può rimanere attratta dall'elettromagnete finché la bobina è accesa.

Il gruppo armatura-molla è il componente mobile che si trova in un relè. L'armatura è posizionata in modo tale che all'accensione l'elettromagnete possa deviare l'armatura verso di essa.

C'è una molla di ritorno in posizione per garantire che l'armatura ritorni nella sua posizione iniziale quando la bobina non è alimentata. L'armatura è conduttiva in quanto dovrebbe portare la corrente di commutazione dal terminale comune ai terminali di uscita.

I contatti sono le parti successive più importanti e più abusate in un relè. Quando si commuta un carico, l'armatura sposta i contatti tra i contatti stazionari. Questo fa sì che si generino scintille. Se il carico commutato è un carico altamente induttivo come un motore, a volte si possono vedere anche degli archi.

Pertanto, il materiale di contatto è selezionato per resistere al corrosione elettrica. Di solito, sono fatti di nichel argento, ossido di cadmio argento e ossido di stagno argento.

Una volta che la bobina è eccitata, l'elettromagnete si attiva. Ciò provoca l'attrazione dell'armatura verso l'elettromagnete, che a sua volta realizza il collegamento tra il contatto comune ed il contatto normalmente aperto.

Allo stesso tempo, viene interrotto il collegamento tra il contatto normalmente chiuso e il contatto comune.

Sono disponibili diversi tipi di relè elettromagnetici. Alcuni di essi sono utilizzati per controllare carichi pesanti mentre altri sono utilizzati principalmente come dispositivi di protezione.

Tipi di relè elettromagnetici

• Relè ad armatura attratta
  • Il relè di tipo ad armatura attratta è il tipo più semplice di relè elettromagnetici. Esistono due tipi di relè di armatura attratti: armatura incernierata ed tipo a stantuffo. Tipo di armatura incernierata è il più comune.

• Quando la bobina è eccitata, i contatti vengono interrotti/chiusi a seconda della modalità normalmente aperta/chiusa dell'uscita. 
• I relè di tipo ad armatura attratta sono normalmente azionati in corrente continua e, una volta attivati, i contatti non ritornano nella posizione iniziale. Devono essere ripristinati manualmente.
• I relè elettromagnetici ad armatura attirata si trovano nei dispositivi di sicurezza come relè di protezione da sovracorrente, sovratensione e sottotensione e talvolta vengono utilizzati anche come relè ausiliari.

• Relè a disco a induzione
  • Seguendo il principio dell'induzione elettromagnetica e Il principio Ferrari, i relè a disco a induzione sono utilizzati principalmente come relè di protezione nei sistemi CA.
  • Quando eccitato, il disco all'interno del relè inizia a ruotare. Il contatto mobile ruota anche con il disco e può entrare in contatto con il contatto di campo, completando il circuito. La diseccitazione del relè fa sì che la molla faccia ruotare il disco nella direzione opposta e torni al punto iniziale.

• Il relè a disco a induzione è appositamente progettato per funzionare con sistemi CA e non funziona con alimentazioni CC continue.

• Relè a tazza a induzione
  • I relè a tazza a induzione sono simili ai relè a disco a induzione. La differenza principale è che nel tipo a tazza a induzione, il disco rotante nel relè a disco viene sostituito con una tazza in alluminio a forma di C. Ciò riduce l'inerzia del disco e consente un funzionamento più rapido.

• I relè a tazza a induzione sono utilizzati in applicazioni ad alta velocità come applicazioni direzionali o di confronto di fase. Ciò è possibile grazie alla loro elevata sensibilità, stabilità alle vibrazioni e bassa inerzia.
• Esistono due tipi principali di relè a tazza a induzione: reattanza o relè di tipo Mho (per misurare la reattanza nei circuiti), relè direzionali o di potenza (forniscono la coppia massima per attivare i contatti in condizioni di guasto).

• Relè a fascio bilanciato
  • I relè elettromagnetici di tipo a raggio bilanciato sono anche un tipo di relè ad armatura attratta. Hanno una cerniera posta al centro dell'armatura piuttosto che all'estremità. Le due estremità hanno elettromagneti indipendenti, uno che dimostra la coppia di tenuta/ritenzione (a sinistra) e l'altro che fornisce la coppia di funzionamento (a destra).

• Durante il normale funzionamento, la forza di attrazione generata dall'elettromagnete di ritegno è sufficiente affinché l'indotto rimanga attratto su di esso. A questo punto, il campo della bobina operativa viene annullato da esso. In una condizione di guasto in cui la corrente operativa è elevata, la forza di attrazione dall'elettromagnete operativo diventa maggiore dell'elettromagnete di ritenzione. Ciò costringe il raggio a deviare ea entrare in contatto con i contatti del circuito di scatto.
• Questi relè sono generalmente più veloci, tuttavia anche eventuali transitori CC (picchi) possono attivarli. Pertanto questi relè non sono usati comunemente.

• Relè a bobina mobile
  • Nella famiglia dei relè elettromagnetici, i relè a bobina mobile sono i più sensibili. Sono utilizzati in applicazioni di protezione a distanza e differenziale a causa della loro elevata sensibilità e funzionano solo con sistemi DC. Per i sistemi CA, possono essere adattati utilizzando circuiti raddrizzatori aggiuntivi.

• In questo tipo di relè, la bobina mobile può essere di tipo assiale o rotativo. Il tipo assiale ha una sensibilità doppia rispetto al tipo rotativo. La bobina è avvolta attorno alla parte mobile (mandrino) come mostrato nella figura sopra. L'applicazione di corrente attraverso la bobina ne provoca la rotazione a causa della repulsione causata dai poli nel magnete permanente. La rotazione fa sì che il contatto mobile chiuda i contatti del circuito di scatto.

• Relè a ferro mobile polarizzato
  • I relè di tipo polarizzato, come suggerisce il nome, hanno una bobina polarizzata. Ciò implica che il relè funzionerà solo con una certa polarità di tensione applicata alla bobina. Questo tipo di relè si trova specialmente in applicazioni ad alta sensibilità in cui i sistemi funzionano con alimentazione CC. 
  • La costruzione di questi relè è simile ai relè del tipo a bobina mobile, ma i relè di polarizzazione contengono anche magneti permanenti per introdurre la polarità nella bobina.

Simbolo del relè elettromagnetico

I relè elettromagnetici sono rappresentati in numerosi modi negli schemi elettrici. Alcuni contengono simboli generici e alcuni schemi possono avere simboli complessi, indicanti il ​​tipo di attuazione e il numero di poli/uscite dei relè. Diamo un'occhiata ad alcuni dei simboli dei relè più comuni che si trovano negli schemi elettrici.

• Relè – Azionamento a solenoide – SPST
  • Questo relè ha un solo contatto di apertura o chiusura. La parte sinistra rappresenta la bobina mentre la parte destra rappresenta i due contatti dell'interruttore. A volte la bobina è rappresentata come mostrato nell'immagine a destra. I relè SPST hanno 4 pin.

• Relè – SPDT – Unipolare Bifilare
  • Questo relè è simile al modello SPST, ma ha due uscite. Quando non è attivo, l'ingresso COM è collegato all'uscita NC. Quando eccitato, il relè interrompe il contatto con l'NC e chiude il contatto con l'uscita NA. Ha 5 pin in totale.

• Relè – DPST – Bipolare a un tiro
  • Questo relè dispone di due interruttori isolati che possono essere utilizzati per due diverse attività. Ha 6 pin inclusi i 2 pin per la bobina.

A seconda del numero di pin, del numero di poli/lanci e della tecnologia, negli schemi elettrici vengono utilizzati numerosi altri simboli standard. Simboli elettrici ha una guida completa su questi simboli sul loro sito web.

Applicazioni di relè elettromagnetici

I relè elettromagnetici vengono utilizzati dove è necessario commutare grandi carichi elettrici utilizzando un piccolo segnale. I relè vengono utilizzati anche per fornire isolamento elettrico tra i sistemi ad alta e bassa tensione per fornire protezione ai sistemi a bassa tensione e agli utenti.

I relè trovano le loro applicazioni in,

• Vetture
  • Pompa benzina, clacson, motorini di avviamento, vipere del parabrezza 
• Automazione degli edifici
  • Sistemi di controllo accessi, ascensori, pannelli di controllo
• Automazione industriale
  • Controllori motore, controllori luci, distribuzione e commutazione dell'alimentazione
• Elettrodomestici
  • Forni, lavatrici, condizionatori interni/esterni

E molti altri.

Quanto dura un relè elettromagnetico?

Poiché i relè contengono parti mobili e sono soggetti a connessione/disconnessione costante, hanno un'aspettativa di vita relativamente inferiore rispetto alle loro controparti a stato solido.

In genere, la prima parte di un relè a guastarsi sono i contatti. Secondo FDA, i relè hanno un'aspettativa di vita di 100,000 operazioni per i loro contatti e 10 milioni di operazioni complessive. 

Tuttavia, se i relè sono costantemente sotto carico pesante, la loro aspettativa di vita potrebbe essere molto più bassa. Ad esempio, se un relè viene utilizzato per commutare carichi molto più alti del suo valore nominale, i contatti possono degradarsi più velocemente e alla fine possono fondersi insieme, creando una situazione pericolosa.

Come testare un relè elettromagnetico

I relè elettromagnetici possono essere testati utilizzando un carico o un multimetro. La procedura per controllare un relè utilizzando il multimetro è la seguente:

1. Imposta la modalità multimetro su continuità/cicalino modalità. Collegare le sonde ai terminali della bobina del relè. Se suona il cicalino, la bobina è a posto e funzionante.

Il test della bobina può essere eseguito anche utilizzando il modalità di misurazione della resistenza. Una bobina funzionante avrà una resistenza di circa 10-500 Ohm.

1. Collegare le sonde ai terminali NO e COM. A questo punto il cicalino non dovrebbe suonare. Se suona il cicalino, il relè è difettoso. 
2. Allo stesso modo, collegare le sonde ai terminali NC e COM. il cicalino dovrebbe ora suonare (se lo strumento è in modalità resistenza, dovrebbe indicare 0 Ohm.). In caso contrario, significa che il relè è difettoso.

Quanti pin ha un relè elettromagnetico?

I relè elettromagnetici sono disponibili in tutte le diverse forme e dimensioni. A seconda della loro configurazione, i relè possono avere un numero di pin compreso tra 4, 5, 8 e talvolta anche di più. Esistono alcune configurazioni di relè ampiamente disponibili:

• SPST – Monopalo Singola Tiro
• SPDT – Unipolare Bifilare
• DPST – Doppio Polo Singolo Tiro
• DPDT – Doppio Polo Doppio Tiro

Oltre ai terminali di contatto, ci sono due terminali aggiuntivi che sono collegati alla bobina.

Conclusione

I relè elettromagnetici sono uno dei tipi più comuni di elementi di commutazione presenti nei sistemi di automazione. Sono utilizzati per controllare carichi ad alta tensione e alta corrente utilizzando segnali a tensione inferiore.

I relè sono utilizzati sia come interruttori che come dispositivi di sicurezza. In alternativa esistono relè allo stato solido che possono sostituire i relè elettromeccanici, più robusti e durevoli.