Construcción de relés

Electricidad y magnetismo

Una corriente eléctrica a través de un conductor producirá líneas de campo magnético que rodean al conductor. Si ese conductor se envuelve en forma de bobina, el campo magnético producido se orientará a lo largo de la bobina. Cuanto mayor sea la corriente, mayor será la fuerza del campo magnético, siendo todos los demás factores iguales:

Inductores y campos magnéticos

Los inductores reaccionan contra cambios en la corriente debido a la energía almacenada en este campo magnético. Cuando construimos un transformador a partir de dos bobinas inductoras alrededor de un núcleo de hierro común, usamos este campo para transferir energía de una bobina a la otra.

Sin embargo, existen usos más simples y directos de los campos electromagnéticos que las aplicaciones que hemos visto con inductores y transformadores.

El campo magnético producido por una bobina de alambre portador de corriente puede usarse para ejercer una fuerza mecánica sobre cualquier objeto magnético, al igual que podemos usar un imán permanente para atraer objetos magnéticos, excepto que este imán (formado por la bobina) puede ser encendido o apagado encendiendo o apagando la corriente a través de la bobina.

Solenoides

Si colocamos un objeto magnético cerca de dicha bobina con el propósito de hacer que ese objeto se mueva cuando energizamos la bobina con corriente eléctrica, tenemos lo que se llama un solenoide. El objeto magnético móvil se llama armadura, y la mayoría de las armaduras se pueden mover con corriente continua (CC) o corriente alterna (CA) energizando la bobina.

La polaridad del campo magnético es irrelevante para atraer una armadura de hierro. Los solenoides se pueden usar para abrir pestillos de puertas eléctricamente, abrir o cerrar válvulas, mover ramas robóticas e incluso activar mecanismos de interruptores eléctricos. Sin embargo, si se usa un solenoide para activar un conjunto de contactos de interruptor, tenemos un dispositivo tan útil que merece su propio nombre:el relé.

Relés

Los relés son extremadamente útiles cuando tenemos la necesidad de controlar una gran cantidad de corriente y / o voltaje con una pequeña señal eléctrica.

La bobina del relé que produce el campo magnético solo puede consumir fracciones de un vatio de potencia, mientras que los contactos cerrados o abiertos por ese campo magnético pueden conducir cientos de veces esa cantidad de energía a una carga. En efecto, un relé actúa como un amplificador binario (encendido o apagado).

Al igual que con los transistores, la capacidad del relé para controlar una señal eléctrica con otra encuentra aplicación en la construcción de funciones lógicas. Este tema se tratará con mayor detalle en otra lección. Por ahora, se explorará la capacidad de "amplificación" del relé.

En el esquema anterior, la bobina del relé es energizada por la fuente de bajo voltaje (12 VCC), mientras que el contacto unipolar, de un solo tiro (SPST) interrumpe el circuito de alto voltaje (480 VCA).

Es muy probable que la corriente requerida para energizar la bobina del relé sea cientos de veces menor que la corriente nominal del contacto. Las corrientes típicas de la bobina del relé están muy por debajo de 1 amperio, mientras que las clasificaciones de contacto típicas para los relés industriales son de al menos 10 amperios.

Ensamblaje del relé

Se puede utilizar un conjunto de bobina / inducido de relé para activar más de un conjunto de contactos. Esos contactos pueden estar normalmente abiertos, normalmente cerrados o cualquier combinación de los dos.

Al igual que con los interruptores, el estado "normal" de los contactos de un relé es el estado en el que la bobina está desenergizada, tal como encontraría el relé en un estante, no conectado a ningún circuito.

Los contactos del relé pueden ser almohadillas al aire libre de aleación de metal, tubos de mercurio o incluso lengüetas magnéticas, al igual que con otros tipos de interruptores. La elección de contactos en un relé depende de los mismos factores que dictan la elección de contactos en otros tipos de interruptores.

Los contactos al aire libre son los mejores para aplicaciones de alta corriente, pero su tendencia a corroerse y producir chispas puede causar problemas en algunos entornos industriales. Los contactos de mercurio y lengüeta no tienen chispas y no se corroen, pero tienden a tener una capacidad de transporte de corriente limitada.

Ejemplos de dispositivos de retransmisión física

Aquí se muestran tres pequeños relés (de aproximadamente dos pulgadas de altura, cada uno), instalados en un panel como parte de un sistema de control eléctrico en una planta de tratamiento de agua municipal:

Las unidades de relé que se muestran aquí se denominan "base octal" porque se conectan a enchufes correspondientes, las conexiones eléctricas se aseguran mediante ocho clavijas de metal en la parte inferior del relé. Las conexiones de terminales de tornillo que ves en la fotografía donde los cables se conectan a los relés son en realidad parte del conjunto del zócalo, en el que se enchufa cada relé.

Este tipo de construcción facilita la extracción y el reemplazo del relé (s) en caso de falla.

Otros beneficios de los relés

Aparte de la capacidad de permitir que una señal eléctrica relativamente pequeña cambie una señal eléctrica relativamente grande, los relés también ofrecen aislamiento eléctrico entre la bobina y los circuitos de contacto. Esto significa que el circuito de la bobina y los circuitos de contacto están aislados eléctricamente entre sí.

Un circuito puede ser de CC y el otro de CA (como en el circuito de ejemplo que se muestra anteriormente) y / o pueden tener niveles de voltaje completamente diferentes, a través de las conexiones o desde las conexiones a tierra.

Corriente de entrada y corriente de salida

Si bien los relés son esencialmente dispositivos binarios, ya sea completamente encendidos o completamente apagados, existen condiciones de operación en las que su estado puede ser indeterminado, al igual que con las puertas lógicas de semiconductores. Para que un relé "tire hacia adentro" positivamente del inducido para activar el (los) contacto (s), debe haber una cierta cantidad mínima de corriente a través de la bobina.

Esta cantidad mínima se llama corriente de entrada y es análoga al voltaje de entrada mínimo que requiere una puerta lógica para garantizar un estado "alto" (normalmente 2 voltios para TTL, 3,5 voltios para CMOS).

Sin embargo, una vez que la armadura se acerca al centro de la bobina, se necesita menos flujo de campo magnético (menos corriente de bobina) para mantenerla allí. Por lo tanto, la corriente de la bobina debe caer por debajo de un valor significativamente más bajo que la corriente de entrada antes de que la armadura "caiga" a su posición cargada por resorte y los contactos reanuden su estado normal.

Este nivel de corriente se llama corriente de caída y es análogo al voltaje de entrada máximo que una entrada de puerta lógica permitirá garantizar un estado "bajo" (típicamente 0,8 voltios para TTL, 1,5 voltios para CMOS).

La histéresis, o diferencia entre las corrientes de entrada y salida, da como resultado una operación similar a una puerta lógica de disparo Schmitt. Las corrientes de entrada y salida (y voltajes) varían ampliamente de un relé a otro y son especificadas por el fabricante.

REVISAR:

• Un solenoide es un dispositivo que produce movimiento mecánico a partir de la activación de una bobina de electroimán. La parte móvil de un solenoide se llama armadura .
• Un relevo es un solenoide configurado para activar los contactos del interruptor cuando su bobina está energizada.
• Pull-in la corriente es la cantidad mínima de corriente de la bobina necesaria para activar un solenoide o relé desde su posición "normal" (desenergizado).
• Abandono la corriente es la corriente máxima de la bobina por debajo de la cual un relé energizado volverá a su estado "normal".

HOJAS DE TRABAJO RELACIONADAS:

• Hoja de trabajo básica de relés electromagnéticos