Que Es Un Relé Electromecánico - Símbolo, Conceptos Básicos, Ventajas Y Desventajas

Un relé eléctrico es un interruptor eléctrico electromagnético, un interruptor electromecánico. Se utiliza una corriente relativamente pequeña para crear un campo magnético en una bobina dentro de un núcleo magnético y esto se utiliza para operar un interruptor que puede controlar una corriente mucho mayor.

De esta manera, un relé electromecánico o un relé eléctrico puede utilizar una pequeña corriente para conmutar una corriente mucho mayor y permitir que ambos circuitos estén eléctricamente aislados el uno del otro.

Los relés eléctricos vienen en una variedad de tamaños diferentes y pueden ser de una variedad de tipos diferentes usando tecnologías ligeramente diferentes, aunque todos usan el mismo concepto básico.

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Aunque los relés electromecánicos pueden considerarse, en algunos aspectos, como una tecnología antigua, y los relés de estado sólido / interruptores de estado sólido podrían considerarse como un medio más eficaz para conmutar la corriente eléctrica.

No obstante, los relés electromecánicos tienen algunas propiedades únicas que los hacen ideales para muchas aplicaciones, en las que otros tipos pueden no ser tan eficaces. Dicho esto, los interruptores de estado sólido, los relés de estado sólido o los interruptores electrónicos se utilizan ampliamente y han tomado el relevo en muchas áreas en las que los relés electromecánicos se utilizaban anteriormente como interruptores eléctricos.

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Símbolo del circuito del relé

Los símbolos de los circuitos de los relés electromecánicos pueden variar un poco, como la mayoría de los símbolos de los circuitos. El formato más utilizado muestra la bobina del relé como una caja, y los contactos se colocan cerca como se muestra a continuación.

Otros circuitos, especialmente los nuevos que pueden ser un poco más antiguos, pueden mostrar la bobina del relé como una bobina real. Aunque esto no se ajusta a los últimos estándares de símbolos de circuitos de relés, puede verse en algunos casos y describe bien el interior del relé.

Es posible que haya más juegos de contactos de interruptores eléctricos. De la misma manera que es posible tener múltiples polos en un interruptor, lo mismo puede hacerse con los relés. Es posible tener varios juegos de contactos de interruptor para cambiar sobre múltiples circuitos.

Conceptos básicos de los interruptores de relés

Un relé es una forma de interruptor eléctrico que funciona con un electroimán que cambia sobre la conmutación cuando se aplica corriente a la bobina.

Estos relés pueden ser operados por circuitos de interruptor donde el interruptor no puede tomar la alta corriente del relé eléctrico, o pueden ser operados por circuitos electrónicos, etc. En cualquiera de las dos circunstancias proporcionan una propuesta muy simple y atractiva para la conmutación eléctrica.

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Los relés tienen un número de partes básicas que forman el relé:

• Frame: Se necesita un marco mecánico para mantener los componentes en su lugar. Este marco es normalmente bastante robusto, de modo que puede soportar firmemente los elementos adicionales del relé electromecánico sin movimiento relativo.
• Bobina: Se necesita una bobina enrollada alrededor de un núcleo de hierro para aumentar la atracción magnética. La bobina de alambre hace que se cree un campo electromagnético cuando se conecta la corriente y provoca que la armadura sea atraída.
• Armadura: Esta es la parte móvil del relé. Este elemento del relé abre y cierra los contactos y tiene un metal ferromagnético para ser atraído por el electroimán. El conjunto tiene un resorte que devuelve la armadura a su posición original.
• Contactos: Los contactos son accionados por la acción del movimiento de la armadura. Algunos de los contactos de conmutación eléctrica pueden cerrar el circuito cuando se activa el relé, mientras que otros pueden abrir un circuito. Estos se conocen como normalmente abiertos y normalmente cerrados.

El diseño de los relés implica una serie de aspectos. Es un elemento clave del diseño para obtener el flujo magnético necesario para atraer la armadura con suficiente rapidez, sin consumir excesiva corriente. También es necesario asegurar que el relé pueda abrirse rápidamente una vez que se elimine la corriente de energía. La retención magnética en los materiales debe ser baja.

Cuando una corriente fluye a través de la bobina se crea un campo electromagnético. El campo atrae una armadura de hierro, cuyo otro extremo empuja los contactos entre sí, completando el circuito. Cuando se desconecta la corriente, los contactos se abren de nuevo, desconectando el circuito.

Al especificar los relés electromecánicos, se verá que los contactos del interruptor eléctrico vienen en una variedad de formatos. Como los interruptores eléctricos ordinarios, los relés electromecánicos se definen en términos de interrupciones, polos y lanzamientos que tiene el dispositivo.

• Ruptura: Mientras que muchos de los términos aplicados a los relés electromecánicos también se aplican a los interruptores eléctricos de baja potencia, éste es más aplicable a los de mayor potencia. Es el número de lugares o contactos separados en los que un interruptor se utiliza para abrir o cerrar un solo circuito eléctrico.*Todos los relés son de simple o doble ruptura. Un contacto SB de una sola ruptura, rompe un circuito eléctrico en un solo lugar. Luego, como su nombre lo indica, un contacto DB de doble ruptura, rompe el circuito en dos lugares.*Los contactos de ruptura simple se utilizan normalmente para conmutar dispositivos de menor potencia, posiblemente circuitos electrónicos o aplicaciones de conmutación eléctrica de baja potencia. Los contactos de doble ruptura se utilizan para la conmutación eléctrica de dispositivos de alta potencia. Si uno de los contactos se atasca, entonces el otro es probable que aún conmute e interrumpa el circuito.
• Polo: El número de polos que posee un interruptor eléctrico es el número de diferentes juegos de contactos de conmutación que tiene. Un interruptor unipolar sólo puede conmutar un circuito, mientras que un interruptor bipolar puede conmutar dos circuitos diferentes y aislados al mismo tiempo. Un interruptor unipolar se denota a menudo con las letras SP, y uno bipolar con DP. Los relés pueden tener uno, dos o más polos.
• Tirar: El número de lanzamientos en un interruptor eléctrico es el número de posiciones que están disponibles. Para un relé electromecánico, normalmente sólo hay uno o dos lanzamientos. Un relé de un solo tiro hará y romperá un circuito, mientras que un relé de doble tiro actuará como un cambio de ruta de una conexión de un punto final a otro diferente. El tiro simple y el tiro doble se denotan a menudo con las letras ST y DT.

Por ejemplo, la especificación de un relé eléctrico puede citar un polo único, de tiro único: SPST o uno puede describirse como de doble polo y tiro único: DPST, etc. Estos términos permiten el número de juegos de contactos de conmutación y si son de apertura/cierre o si proporcionan una función de cambio.

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Contactos de relé electromecánicos

Con el fin de proporcionar un servicio fiable y maximizar la vida útil del relé. Se utilizan diferentes materiales en los contactos para asegurar que funcionen bien para su uso previsto.

Uno de los problemas que se producen con los contactos es que se producen picaduras - típicamente el material tiende a acumularse en el centro de un contacto, mientras que hay una pérdida de material del otro donde se produce una "picadura". Esta es una de las principales causas del fallo de los contactos y se produce especialmente cuando se generan chispas.

Los diferentes relés tienen diferentes tipos de material utilizado para los contactos de los interruptores, dependiendo de las aplicaciones y del rendimiento requerido. Hay muchos acabados que pueden utilizarse, algunos de los más utilizados se enumeran a continuación con sus atributos.

• Plata: En muchos aspectos, la plata es uno de los mejores materiales de uso general para los contactos de los relés que tienen un alto nivel de conductividad. Sin embargo, está sujeta a un proceso de sulfuración que obviamente depende de la atmósfera en la que opera el relé - es mucho mayor en las zonas urbanas. Este proceso provoca una fina película en la superficie con una conductividad reducida, aunque un mayor impacto de los contactos en el cierre del contacto del relé puede romperlo. La película también puede dar lugar a una tensión de interfaz de unas pocas décimas de voltio que puede afectar al rendimiento para algunas aplicaciones
• Níquel de plata: Este tipo de contacto fue desarrollado para reducir los efectos de las picaduras. El contacto de plata se alea con níquel para darle una estructura de grano fino y, como resultado, la transferencia de material se produce de forma más uniforme en toda la superficie del contacto, lo que resulta en una mayor vida útil.
• Oxido de cadmio de plata: Los contactos realizados con óxido de cadmio de plata no pueden igualar la muy alta conductividad de los contactos de plata finos, pero sí ofrecen una mayor resistencia a la transferencia de material y a la pérdida de contacto como resultado del arqueo. Esto significa que estos contactos típicamente durarán más tiempo que el de un contacto de plata bajo las mismas condiciones.
• Oro: La alta conductividad y el hecho de que no se oxida significa que el oro es ideal para muchas aplicaciones de conmutación. Sólo se utiliza para la conmutación de baja corriente, ya que no es particularmente robusto... Típicamente, el oro con destellos se utiliza para reducir el costo y como resultado de los bajos niveles de sulfuración, los contactos permanecen en buenas condiciones durante largos períodos. Un problema con los relés es que si no se utilizan durante algún tiempo mientras la resistencia de los contactos puede aumentar, esto no ocurre con el oro.
• Tungsteno: El tungsteno se utiliza en los relés destinados a aplicaciones de alta tensión. Teniendo un alto punto de fusión de más de 3380°C tiene una excelente resistencia de arco-erosión que se requiere para este tipo de conmutación.
• Mercurio: El mercurio se utiliza en un tipo especial de relé de lengüeta llamado relé de lengüeta humedecida en mercurio. Tiene una buena conductividad eléctrica y como es un líquido no hay picaduras causadas por la transferencia de material entre los contactos. Después de que se abren los contactos del interruptor, el mercurio regresa a la reserva de mercurio necesaria para este tipo de relé y el nuevo mercurio se utiliza para la siguiente acción de conmutación. Esta acción anula el efecto de cualquier transferencia de material durante la conmutación.

Aunque se utilizan muchos tipos diferentes de materiales y aleaciones, estos son la mayoría de los materiales y acabados de contacto comúnmente utilizados.

Limitación de entrada para mejorar la fiabilidad

Una de las cuestiones clave que experimentan los sistemas de conmutación eléctrica: tanto los relés electromecánicos como los interruptores de estado sólido, es la de la corriente de irrupción.

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Hay muchos ejemplos de cuán grandes pueden ser los niveles de corriente de irrupción. Una simple bombilla eléctrica incandescente doméstica ilustra bien este punto. Cuando está fría, el filamento tiene una baja resistencia, y sólo cuando la lámpara se calienta su resistencia disminuye. Típicamente, la corriente de irrupción al encenderse puede ser de diez a quince veces la corriente de estado estacionario. Aunque ahora se utilizan normalmente lámparas de estado sólido, este ejemplo sirve para ilustrar bien el punto.

Además, las cargas inductivas como los motores y los transformadores, que a menudo se conmutan mediante relés electromecánicos, tienen una corriente de irrupción muy alta. A menudo la corriente de irrupción puede ser fácilmente diez veces la corriente de estado sólido, por lo que los contactos deben ser clasificados en consecuencia.

En muchas zonas se tiene en cuenta la corriente de irrupción. Se utiliza un factor por el cual la corriente de estado estacionario se multiplica para dar la clasificación de los contactos. A continuación se presenta una tabla de factores de multiplicación típicos.

Por lo tanto, utilizando la tabla siguiente, si se van a conmutar luces fluorescentes y éstas consumen normalmente 1 A, entonces los contactos del relé deben tener una capacidad nominal de 20 A.

Otro problema se produce cuando el circuito se rompe. El EMF posterior generado por la carga inductiva puede provocar fácilmente chispas que pueden destruir rápidamente los contactos del relé.

Métodos como la instalación de limitadores de corriente de entrada en la carga, que a menudo son resistencias con coeficiente de temperatura negativo, pueden ayudar a limitar la corriente de entrada, y los supresores de transitorios pueden ayudar a limitar los CEM posteriores.

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Vida operativa del relé

Una de las cuestiones clave asociadas con los relés electromecánicos es la de la vida de los contactos. A diferencia de los relés de estado sólido y los interruptores electrónicos, los contactos mecánicos se desgastan con la conmutación y tienen una vida limitada.

Hay dos cifras disponibles para la vida útil de los relés electromecánicos:

• Esperanza de vida eléctrica: La esperanza de vida eléctrica es el número de acciones de conmutación que se realizan mientras la conmutación, es decir, los contactos, proporcionan el nivel de conductividad requerido. Depende mucho de la aplicación, como la corriente de entrada y el arco de retorno creado por los CEM de retorno, etc. Muchos relés de potencia tienen una esperanza de vida eléctrica de posiblemente 100 000 operaciones, aunque, como se ha mencionado, esto depende mucho de la carga que está conmutando.
• Esperanza de vida mecánica: La esperanza de vida mecánica se refiere a los aspectos mecánicos del relé. Es el número de acciones mecánicas de conmutación que se pueden llevar a cabo independientemente del rendimiento eléctrico. A menudo, la esperanza de vida mecánica de un relé es de alrededor de 10.000.000 de operaciones o incluso mucho más.

El final de la vida útil de los contactos se produce generalmente cuando los contactos se pegan o se sueldan, o cuando el arco eléctrico, etc., ha causado la quemadura de los contactos y la transferencia de material de tal manera que no se puede lograr una resistencia de contacto suficiente. Las condiciones para ello dependerán del relé y de su aplicación. Normalmente, las especificaciones se definirán en la hoja de datos del relé.

Ventajas y desventajas de los relés

Como con cualquier tecnología, hay ventajas y desventajas en el uso de los relés electromecánicos. Cuando se diseña un circuito, es necesario sopesar los aspectos positivos y negativos para seleccionar la tecnología adecuada para el circuito en cuestión.

Ventajas

• Proporciona aislamiento físico entre los circuitos.
• Normalmente puede soportar altos voltajes.
• Puede tolerar sobrecargas de corto plazo, a menudo sin o con pocos efectos nocivos - los efectos transitorios pueden a menudo dañar irreparablemente los relés de estado sólido / interruptores electrónicos.

Desventajas

• La naturaleza mecánica del relé significa que es lento en comparación con los interruptores de semiconductores.
• Tiene una vida limitada debido a la naturaleza mecánica del relé. Los interruptores de estado sólido tienden a tener un mayor nivel de confiabilidad siempre que no estén sujetos a transitorios que caigan fuera de su rango.
• Suspende el rebote de los contactos cuando éstos comienzan a hacer contacto y luego rebotan físicamente, haciendo y rompiendo el contacto y causando algún arco en mayor o menor grado.

A veces otra opción que puede considerarse cuando se requiere aislamiento eléctrico entre dos circuitos puede ser un opto-aislador. Estos opto-aisladores se incorporan a menudo en interruptores de estado sólido, a menudo también llamados relés de estado sólido, con lo que se consiguen altos niveles de aislamiento. El uso de opto-aisladores en interruptores de estado sólido / relés de estado sólido proporciona un aislamiento completo entre el circuito de entrada y el de salida.

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Los relés electromecánicos se han utilizado durante muchos años como interruptores eléctricos y la tecnología está bien establecida. Estos relés electromecánicos o eléctricos pueden tolerar cierto abuso y normalmente son relativamente tolerantes a las sobretensiones o picos de tensión transitorios.

En este sentido son mejores que los interruptores de estado sólido / relés de estado sólido y aunque se desgastan más rápidamente, especialmente cuando están conmutando cargas inductivas de tienen que tolerar las sobretensiones de conmutación en sus cargas.

Dado que los relés e interruptores de estado sólido están ahora presentes en el mercado y ofrecen altos niveles de fiabilidad, las opciones de los relés electromecánicos frente a los relés de estado sólido deben ser cuidadosamente consideradas. En algunos casos los relés más antiguos están siendo reemplazados por relés de estado sólido, pero en otros casos, los relés electromecánicos pueden ofrecer la mejor opción...