Relé electromagnético: dispositivo, marcado, tipos + detalles de conexión y ajuste.
Convertir señales eléctricas en la cantidad física correspondiente: movimiento, fuerza, sonido, etc.etc., se realiza mediante accionamientos. Una unidad debe clasificarse como convertidor porque es un dispositivo que cambia un tipo de cantidad física a otro.
El variador generalmente se activa o controla mediante una señal de comando de bajo voltaje. Además, se clasifica como dispositivo binario o continuo según el número de estados estables. Por tanto, un relé electromagnético es un accionamiento binario, teniendo en cuenta dos estados estables disponibles: encendido - apagado.
El artículo presentado examina en detalle los principios de funcionamiento de un relé electromagnético y el alcance de uso de los dispositivos.
El contenido del artículo:
Conceptos básicos del diseño de unidades
El término "relé" es característico de los dispositivos que proporcionan una conexión eléctrica entre dos o más puntos a través de una señal de control.
El tipo de relé electromagnético (EMR) más común y utilizado es el diseño electromecánico.
El esquema de control fundamental de cualquier equipo siempre brinda la posibilidad de encenderlo y apagarlo. La forma más sencilla de realizar estos pasos es utilizar interruptores de bloqueo eléctrico.
Se pueden utilizar interruptores operados manualmente para el control, pero tienen desventajas. Su inconveniente obvio es configurar los estados "encendido" o "apagado" físicamente, es decir, manualmente.
Los dispositivos de conmutación manual suelen ser de gran tamaño, de acción lenta y capaces de conmutar corrientes pequeñas.
Mientras tanto, los relés electromagnéticos están representados principalmente por interruptores controlados eléctricamente. Los dispositivos tienen diferentes formas, dimensiones y se dividen según sus niveles de potencia nominal. Las posibilidades para su aplicación son amplias.
Dichos dispositivos, equipados con uno o más pares de contactos, pueden formar parte de un diseño único de actuadores de potencia más grandes: contactores, que se utilizan para conmutar la tensión de red o dispositivos de alto voltaje.
Principios fundamentales del funcionamiento de EMR
Tradicionalmente, los relés de tipo electromagnético se utilizan como parte de circuitos de control de conmutación eléctricos (electrónicos). En este caso, se instalan directamente sobre placas de circuito impreso o en una posición libre.
Estructura general del dispositivo.
Las corrientes de carga de los productos utilizados suelen medirse desde fracciones de amperio hasta 20 A o más. Los circuitos de relés están muy extendidos en la práctica electrónica.
El diseño de un relé electromagnético convierte el flujo magnético generado por el voltaje CA/CC aplicado en fuerza mecánica. Gracias a la fuerza mecánica resultante, se controla el grupo de contactos.
El diseño más común es una forma de producto que incluye los siguientes componentes:
- bobina excitante;
- núcleo de acero;
- chasis de soporte;
- grupo de contacto.
El núcleo de acero tiene una parte fija llamada balancín y una parte móvil cargada por un resorte llamada armadura.
Básicamente, la armadura complementa el circuito del campo magnético cerrando el espacio de aire entre la bobina eléctrica estacionaria y la armadura en movimiento.
La armadura se mueve sobre bisagras o gira libremente bajo la influencia del campo magnético generado. Esto cierra los contactos eléctricos conectados a los accesorios.
Normalmente, un resorte de retorno ubicado entre el balancín y la armadura devuelve los contactos a su posición original cuando se desactiva la bobina del relé.
Funcionamiento del sistema electromagnético de relé.
Un diseño EMR clásico simple tiene dos conjuntos de contactos eléctricamente conductores.
En base a esto, se realizan dos estados del grupo de contacto:
- Contacto normalmente abierto.
- Contacto normalmente cerrado.
En consecuencia, un par de contactos se clasifica como normalmente abierto (NO) o, en un estado diferente, normalmente cerrado (NC).
Para un relé con una posición de contacto normalmente abierta, el estado "cerrado" se logra sólo cuando la corriente de campo pasa a través de la bobina inductiva.
En otra opción, la posición normalmente cerrada de los contactos permanece constante cuando no hay corriente de excitación en el circuito de la bobina. Es decir, los contactos del interruptor vuelven a su posición cerrada normal.
Por lo tanto, los términos "normalmente abierto" y "normalmente cerrado" deben referirse al estado de los contactos eléctricos cuando la bobina del relé está desenergizada, es decir, el voltaje de suministro del relé está apagado.
Grupos de contactos de relés eléctricos.
Los contactos de relé suelen ser elementos metálicos conductores de electricidad que se tocan entre sí y completan un circuito, actuando de manera similar a un simple interruptor.
Cuando los contactos están abiertos, la resistencia entre los contactos normalmente abiertos se mide como un valor alto en megaohmios. Esto crea una condición de circuito abierto cuando se elimina el paso de corriente en el circuito de la bobina.
Si los contactos están cerrados, la resistencia del contacto debería ser teóricamente cero, lo que se debe a un cortocircuito.
Sin embargo, esta condición no siempre se cumple.El grupo de contactos de cada relé individual tiene una cierta resistencia de contacto en el estado "cerrado". Esta resistencia se llama estable.
Características del paso de corrientes de carga.
Para la práctica de instalar un nuevo relé electromagnético, se observa que la resistencia del contacto de conmutación es pequeña, generalmente inferior a 0,2 ohmios.
Esto se explica de forma sencilla: las puntas nuevas permanecen limpias por ahora, pero con el tiempo la resistencia de la punta aumentará inevitablemente.
Por ejemplo, para contactos que transportan una corriente de 10 A, la caída de tensión será de 0,2x10 = 2 voltios (ley de Ohm). De esto se desprende que si el voltaje de alimentación suministrado al grupo de contactos es de 12 voltios, entonces el voltaje de la carga será de 10 voltios (12-2).
Cuando las puntas de contacto metálicas se desgastan sin estar adecuadamente protegidas contra cargas inductivas o capacitivas elevadas, el daño del arco es inevitable.
Un arco eléctrico (que produce chispas en los contactos) provoca un aumento de la resistencia de contacto de las puntas y, como consecuencia, daños físicos.
Si continúa utilizando el relé en esta condición, las puntas de contacto pueden perder por completo sus propiedades de contacto físico.
Pero hay un factor más grave cuando el daño del arco termina soldando los contactos entre sí, creando condiciones de cortocircuito.
En tales situaciones, existe el riesgo de dañar el circuito controlado por el EMR.
Entonces, si la resistencia del contacto aumenta debido a la influencia del arco eléctrico en 1 ohmio, la caída de voltaje en los contactos para la misma corriente de carga aumenta a 1 × 10 = 10 voltios CC.
Aquí, la magnitud de la caída de voltaje a través de los contactos puede ser inaceptable para el circuito de carga, especialmente cuando se trabaja con voltajes de suministro de 12-24 V.
Tipo de material del contacto del relé
Para reducir la influencia del arco eléctrico y las altas resistencias, las puntas de contacto de los relés electromecánicos modernos están fabricadas o recubiertas con diversas aleaciones a base de plata.
De esta manera es posible prolongar significativamente la vida útil del grupo de contacto.
En la práctica, se utilizan los siguientes materiales para procesar las puntas de los grupos de contactos de relés electromagnéticos (electromecánicos):
- Ag - plata;
- AgCu - plata-cobre;
- AgCdO - óxido de plata-cadmio;
- AgW - plata-tungsteno;
- AgNi - plata-níquel;
- AgPd - plata-paladio.
El aumento de la vida útil de las puntas de los grupos de contactos del relé reduciendo el número de arcos eléctricos se logra conectando filtros de condensadores resistivos, también llamados amortiguadores RC.
Estos circuitos electrónicos están conectados en paralelo con grupos de contactos de relés electromecánicos. El pico de tensión, que se nota en el momento de abrir los contactos, con esta solución parece ser corto con seguridad.
El uso de compuertas RC permite suprimir el arco eléctrico que se forma en las puntas de contacto.
Diseño típico de contactos EMR
Además de los clásicos contactos normalmente abiertos (NO) y normalmente cerrados (NC), la mecánica de conmutación de relés también implica una clasificación basada en la acción.
Características del diseño de elementos de conexión.
Los diseños de relés de tipo electromagnético en esta realización permiten uno o más contactos de interruptor separados.
El diseño de los contactos se caracteriza por el siguiente conjunto de abreviaturas:
- SPST (Single Pole Single Throw): unidireccional unipolar;
- SPDT (unipolar de doble tiro): bidireccional unipolar;
- DPST (bipolar de un solo tiro) – bipolar unidireccional;
- DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolar bidireccional.
Cada uno de estos elementos de conexión se denomina "polo". Cualquiera de ellos se puede conectar o resetear, activando simultáneamente la bobina del relé.
Sutilezas del uso de dispositivos.
A pesar de la simplicidad del diseño de los interruptores electromagnéticos, existen algunas sutilezas en la práctica de utilizar estos dispositivos.
Por lo tanto, los expertos no recomiendan categóricamente conectar todos los contactos de relé en paralelo para conmutar de esta manera un circuito de carga de alta corriente.
Por ejemplo, conecte una carga de 10 A conectando dos contactos en paralelo, cada uno de los cuales está clasificado para una corriente de 5 A.
Estas sutilezas de instalación se deben al hecho de que los contactos de los relés mecánicos nunca se cierran ni se abren al mismo tiempo.
Como resultado, uno de los contactos estará sobrecargado en cualquier caso.E incluso teniendo en cuenta una sobrecarga a corto plazo, el fallo prematuro del dispositivo en dicha conexión es inevitable.
Los productos electromagnéticos se pueden utilizar como parte de circuitos eléctricos o electrónicos con bajo consumo de energía como interruptores de corrientes y voltajes relativamente altos.
Sin embargo, no se recomienda estrictamente pasar diferentes voltajes de carga a través de contactos adyacentes del mismo dispositivo.
Por ejemplo, cambie entre 220 V CA y 24 V CC. Siempre se deben utilizar productos separados para cada opción para garantizar la seguridad.
Técnicas de protección de tensión inversa.
Una parte importante de cualquier relé electromecánico es la bobina. Esta pieza se clasifica como carga de alta inductancia porque está enrollada con alambre.
Cualquier bobina bobinada tiene cierta impedancia, que consta de una inductancia L y una resistencia R, formando así un circuito en serie LR.
A medida que la corriente fluye a través de la bobina, se crea un campo magnético externo. Cuando el flujo de corriente en la bobina se detiene en el modo "apagado", el flujo magnético aumenta (teoría de la transformación) y se genera un alto voltaje EMF (fuerza electromotriz) inverso.
Este valor de tensión inversa inducida puede ser varias veces mayor que la tensión de conmutación.
Por lo tanto, existe riesgo de que se dañen los componentes semiconductores que se encuentren cerca del relé. Por ejemplo, un transistor bipolar o de efecto de campo utilizado para aplicar voltaje a una bobina de relé.
Una forma de evitar daños a un transistor o cualquier dispositivo semiconductor de conmutación, incluidos los microcontroladores, es conectar un diodo con polarización inversa al circuito de la bobina del relé.
Cuando la corriente que fluye a través de la bobina inmediatamente después del apagado genera un EMF inducido, este voltaje inverso abre el diodo con polarización inversa.
A través del semiconductor, se disipa la energía acumulada, lo que evita daños al semiconductor de control: transistor, tiristor, microcontrolador.
El semiconductor que a menudo se incluye en el circuito de la bobina también se denomina:
- diodo de volante;
- diodo de derivación;
- diodo invertido.
Sin embargo, no hay mucha diferencia entre los elementos. Todos realizan una función. Además del uso de diodos de polarización inversa, se utilizan otros dispositivos para proteger los componentes semiconductores.
Las mismas cadenas de amortiguadores RC, varistores de óxido metálico (MOV), diodos zener.
Marcado de dispositivos de relé electromagnético.
Las designaciones técnicas que contienen información parcial sobre los dispositivos suelen estar indicadas directamente en el chasis del dispositivo de conmutación electromagnética.
Esta designación parece una abreviatura y un conjunto de números.
Ejemplo de marcado de cajas de relés electromecánicos:
RES32 RF4.500.335-01
Esta entrada se descifra de la siguiente manera: relé electromagnético de baja corriente, serie 32, correspondiente al diseño según el pasaporte RF 4.500.335-01.
Sin embargo, tales designaciones son raras. Más a menudo hay versiones abreviadas sin indicación explícita de GOST:
RES32 335-01
Además, la fecha de fabricación y el número de lote están marcados en el chasis (en la carrocería) del dispositivo. La información detallada está contenida en la ficha técnica del producto. Cada dispositivo o lote se suministra con un pasaporte.
Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.
El vídeo explica de forma popular cómo funciona la electrónica de conmutación electromecánica. Las sutilezas de los diseños, las características de conexión y otros detalles se notan claramente:
Los relés electromecánicos se utilizan como componentes electrónicos desde hace bastante tiempo. Sin embargo, este tipo de dispositivos de conmutación pueden considerarse obsoletos. Los dispositivos mecánicos están siendo sustituidos cada vez más por dispositivos más modernos, puramente electrónicos. Un ejemplo de ello es relés de estado sólido.
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Buenas tardes. ¿Puede decirme qué métodos existen para suprimir la interferencia del funcionamiento del relé?
Buenas tardes Roma. La lucha contra las interferencias es una historia aparte, prácticamente no se ve afectada por el PUE.
El relé genera ondas electromagnéticas cuando los contactos están cerrados/abiertos. Las ondas que se propagan inducen campos electromagnéticos en los cables y las estructuras metálicas a través de las cuales pasan.Permítanme recordarles que un relé activado inicia una cadena de "eventos" que finaliza con la puesta en marcha de los equipos de energía, iniciando corrientes, que también son generadas por ondas electromagnéticas.
Puede protegerse y suprimir interferencias de esta naturaleza concentrando los relés en escudos separados, alejados de dispositivos y equipos que las ondas puedan dañar. Las carcasas de los paneles deben estar conectadas a tierra. Los cables de control y los cables de circuitos operativos que corren riesgo de sufrir interferencias deben tener una funda, trenza o armadura protectora conectada a tierra. Los cables de potencia y control tendidos en los edificios están separados.
Las organizaciones de diseño involucradas en el suministro de energía cuentan con departamentos que trabajan en temas de compatibilidad electromagnética de redes eléctricas, redes de comunicación, automatización, etc.
Se adjunta una captura de pantalla de los puntos PUE relacionados con la interferencia y una lista de GOST que contienen cuestiones de lucha contra la interferencia.