Relé electromecânico

Tecnologia de relé Inclui:
Relé básico de relé Reed Especificações do relé Reed Circuitos de relé de estado sólido

Um relé eléctrico é um interruptor electromecânico – um interruptor electromecânico. Uma corrente relativamente pequena é usada para criar um campo magnético em uma bobina dentro de um núcleo magnético e isto é usado para operar um interruptor que pode controlar uma corrente muito maior.

Desta forma um relé eletromecânico ou relé elétrico pode usar uma pequena corrente para comutar uma corrente muito maior e permitir que ambos os circuitos sejam eletricamente isolados um do outro.

Relés elétricos vêm em uma variedade de tamanhos diferentes e podem ser de uma variedade de tipos diferentes usando tecnologias ligeiramente diferentes, embora todos eles usem o mesmo conceito básico.

Embora os relés eletromecânicos possam ser considerados, em alguns aspectos, como utilizando tecnologia antiga, e os relés de estado sólido / interruptores de estado sólido podem ser considerados como um meio mais eficaz de chavear a corrente elétrica.

No entanto, os relés eletromecânicos têm algumas propriedades únicas que os tornam ideais para muitas aplicações, onde outros tipos podem não ser tão eficazes. Dito isto, interruptores de estado sólido, relés de estado sólido ou interruptores eletrônicos são amplamente utilizados e têm assumido em muitas áreas onde os relés eletromecânicos eram usados anteriormente como interruptores elétricos.

Símbolo do circuito de comutação

Os símbolos dos circuitos para relés eletromecânicos podem variar um pouco – como a maioria dos símbolos de circuitos. O formato mais usado mostra a bobina do relé como uma caixa, e os contatos são colocados perto, como mostrado abaixo.

Outros circuitos, especialmente novos que podem ser um pouco mais antigos podem mostrar a bobina do relé como uma bobina real. Embora isto não esteja de acordo com os últimos padrões do símbolo do circuito de relé, ele pode ser visto em alguns casos e descreve bem o interior do relé.

É possível que haja mais conjuntos de contactos de interruptores eléctricos. Da mesma forma que é possível ter vários pólos num interruptor, o mesmo pode ser feito com relés. É possível ter vários conjuntos de contatos de chaveamento para mudar em múltiplos circuitos.

Base do interruptor do relé

Um relé é uma forma de interruptor elétrico que é operado por eletroímã que muda sobre a comutação quando a corrente é aplicada à bobina.

Estes relés podem ser operados por circuitos de comutação onde o interruptor não pode levar a alta corrente do relé elétrico, ou eles podem ser operados por circuitos eletrônicos, etc. Em qualquer circunstância eles fornecem uma proposta muito simples e atraente para a comutação elétrica.

Os relés têm um número de peças básicas que formam o relé.

• Armação: Uma armação mecânica é necessária para manter os componentes no lugar. Esta armação é normalmente bastante robusta para que possa suportar firmemente os elementos adicionais do relé electromecânico sem movimento relativo.
• Bobina: É necessária uma bobina enrolada ao redor de um núcleo de ferro para aumentar a atração magnética. A bobina do fio faz com que um campo eletromagnético seja criado quando a corrente é ligada e faz com que a armadura seja atraída.
• Armadura: Esta é a parte móvel do relé. Este elemento do relé abre e fecha os contatos e tem um metal ferromagnético para ser atraído pelo eletroímã. O conjunto possui uma mola anexa que devolve a armadura à sua posição original.
• Contactos: Os contactos são operados pela acção do movimento da armadura. Alguns dos contatos de comutação elétrica podem fechar o circuito quando o relé é ativado onde outros podem abrir um circuito. Estes são conhecidos como normalmente abertos e normalmente fechados.

O desenho do relé envolve uma série de aspectos. É um elemento chave do projeto para obter o fluxo magnético necessário para atrair a armadura suficientemente rápido, sem consumir corrente excessiva. Também é necessário assegurar que o relé possa abrir rapidamente uma vez que a corrente de energização seja removida. A retenção magnética nos materiais precisa ser baixa.

Quando uma corrente flui através da bobina, um campo eletromagnético é configurado. O campo atrai uma armadura de ferro, cuja outra extremidade empurra os contatos juntos, completando o circuito. Quando a corrente é desligada, os contatos se abrem novamente, desligando o circuito.

Ao especificar os relés eletromecânicos, se verá que os contatos da chave elétrica vêm em uma variedade de formatos. Como as chaves elétricas comuns, os relés eletromecânicos são definidos em termos de quebras, pólos e lançamentos que o dispositivo possui.

• Quebra: Embora os termos aplicados a relés eletromecânicos também se apliquem a interruptores elétricos de baixa potência, este é mais aplicável a interruptores de maior potência. É o número de locais ou contatos separados onde um interruptor é usado para abrir ou fechar um único circuito elétrico.
  Todos os relés são de simples ou dupla interrupção. Um único disjuntor, contato SB quebra um circuito elétrico em apenas um lugar. Então, como o nome indica, uma dupla interrupção, o contato DB quebra o circuito em dois lugares.
  Os contatos de interrupção única são normalmente usados quando comutando dispositivos de baixa potência, possivelmente circuitos eletrônicos ou aplicações de comutação elétrica de baixa potência. Os contatos de dupla interrupção são usados para a comutação elétrica de dispositivos de alta potência. Se um dos contatos se fixar, então é provável que o outro ainda comute e quebre o circuito.
• Pólo: O número de pólos que um interruptor elétrico possui é o número de diferentes conjuntos de contatos de comutação que ele possui. Um interruptor de um pólo só pode comutar um circuito, enquanto um interruptor de dois pólos pode comutar dois circuitos diferentes e isolados ao mesmo tempo. Um interruptor de um pólo é frequentemente denotado pelas letras SP, e um pólo duplo por DP. Os relés podem ter um, dois ou mais pólos.
• Lança: O número de lançamentos num interruptor eléctrico é o número de posições que estão disponíveis. Para um relé eletromecânico, normalmente há apenas um ou dois lançamentos. Um relé de lançamento simples fará e interromperá um circuito, enquanto que um relé de lançamento duplo atuará como uma comutação encaminhando uma conexão de um ponto final para um ponto diferente. Lançamentos simples e duplos são frequentemente denotados pelas letras ST e DT.

Por exemplo, uma especificação de relé elétrico pode citar um único pólo, único lance: SPST ou um pode ser descrito como lançamento simples de pólo duplo: DPST, etc. Estes termos permitem o número de conjuntos de contactos de comutação e se são abertos / fechados ou se fornecem uma função de comutação.

Contatos de relé electromecânicos

A fim de fornecer um serviço fiável e maximizar a vida útil do relé. Diferentes materiais são usados nos contatos para garantir que eles operem bem para o uso pretendido.

Um dos problemas que ocorre com os contatos é que ocorre pitting – tipicamente o material tende a se acumular no centro de um contato, enquanto há uma perda de material do outro onde ocorre um “pit”. Esta é uma das principais causas de falha dos contatos e ocorre especialmente onde são geradas faíscas.

Os diferentes relés têm diferentes tipos de material utilizados para os contatos de comutação, dependendo das aplicações e do desempenho requerido. Há muitos acabamentos que podem ser utilizados, alguns dos mais utilizados estão listados abaixo com seus atributos.

• Prata: Em muitos aspectos, a prata é um dos melhores materiais de uso geral para contatos de relé com um alto nível de condutividade. No entanto, está sujeita a um processo de sulfidação que obviamente depende da atmosfera em que o relé opera – é muito superior em áreas urbanas. Este processo causa uma película fina na superfície com condutividade reduzida, embora um maior impacto no fechamento do contato do relé possa romper-se através dele. A película também pode dar origem a uma tensão de interface de alguns décimos de volts que pode afetar o desempenho para algumas aplicações
• Níquel prata: Este tipo de contato foi desenvolvido para reduzir os efeitos do pitting. O contato de prata é ligado com níquel para dar-lhe uma estrutura de grão fino e como resultado a transferência de material ocorre de forma mais uniforme em toda a superfície do contato resultando em maior vida útil.
• Óxido de cádmio de prata: Os contatos feitos com óxido de cádmio de prata não podem igualar a condutividade muito alta dos contatos de prata fina, mas oferecem maior resistência à transferência de material e perda de contato como resultado do arco. Isto significa que estes contatos tipicamente durarão mais do que os contatos de prata sob as mesmas condições.
• Ouro: A alta condutividade e o fato de não oxidar significa que o ouro é ideal para muitas aplicações de comutação. Ele só é usado para comutação de baixa corrente, pois não é particularmente robusto… Tipicamente o ouro é usado para reduzir o custo e como resultado dos baixos níveis de sulfidação, os contatos permanecem em boas condições por longos períodos. Um problema com relés é que se eles não forem usados por algum tempo enquanto a resistência de contato pode aumentar – isto não ocorre com ouro.
• Tungstênio: O tungstênio é usado em relés que são destinados a aplicações de alta tensão. Tendo um alto ponto de fusão acima de 3380°C, ele tem excelente resistência de arco-erosão que é necessária para este tipo de comutação.
• Mercúrio: O mercúrio é utilizado em um tipo especial de relé de palheta chamado relé de palheta molhada de mercúrio. Tem boa condutividade elétrica e como é um líquido não há pitting causado pela transferência de material entre os contatos. Depois que os contatos do relé são abertos, o mercúrio retorna à piscina de mercúrio necessária para este tipo de relé e mercúrio novo utilizado para a próxima ação de comutação. Esta ação nega o efeito de qualquer transferência de material durante a comutação.

Embora sejam utilizados muitos tipos diferentes de material e liga, estes são a maioria dos materiais de contato e acabamentos comumente utilizados.

Limitação de energização para melhorar a confiabilidade

Uma das principais questões que são experimentadas pelos sistemas de comutação elétrica: relés eletromecânicos, bem como interruptores de estado sólido, é a da corrente de energização.

Existem muitos exemplos de quão grandes podem ser os níveis de corrente de energização. Uma simples lâmpada elétrica incandescente doméstica ilustra bem o ponto. Quando fria o filamento tem uma baixa resistência, e só quando a lâmpada aquece é que a sua resistência diminui. Normalmente a corrente de irrupção ao ligar pode ser dez a quinze vezes a corrente de estado estável. Embora as lâmpadas de estado sólido sejam agora normalmente utilizadas, este exemplo serve para ilustrar bem o ponto.

Carga indutiva adicional como motores e transformadores, que são frequentemente comutados por relés eletromecânicos têm uma corrente de irrupção muito alta. Muitas vezes a corrente de irrupção pode facilmente ser dez vezes a corrente de estado estacionário, portanto os contatos precisam ser classificados de acordo.

Em muitas áreas é feita uma provisão para acomodar a corrente de irrupção. Um fator é usado pelo qual a corrente em estado estacionário é multiplicada para dar a classificação dos contatos. Uma tabela de fatores típicos de multiplicação é dada abaixo.

Multiplicadores comuns usados para acomodar a corrente de irrupção nos relés
Carga a ser comutada	Multiplicador
Luzes fluorescentes (CA)	10
Lâmpadas incandescentes	6
Motores	6
Aquecedores resistivos	1
Transformadores	20

Por isso, utilizando a tabela abaixo, se as luzes fluorescentes tiverem que ser comutadas e normalmente consomem 1 A, então os contatos do relé devem ser classificados em 20 A.

Ocorre um outro problema quando o circuito é interrompido. Os campos eletromagnéticos gerados pela carga indutiva podem facilmente levar a faíscas que podem destruir rapidamente os contatos do relé.

Métodos como a instalação de limitadores de energização na carga que são frequentemente resistores de coeficiente de temperatura negativo podem ajudar a limitar a corrente de energização, e supressores transitórios podem ajudar a limitar os campos eletromagnéticos de energização de trás.

Vida operacional do relé

Um dos principais problemas associados aos relés eletromecânicos é a vida útil dos contatos. Ao contrário dos relés de estado sólido e interruptores eletrônicos, os contatos mecânicos desgastam-se com comutação e têm uma vida útil limitada.

Duas figuras estão disponíveis para a vida útil do relé eletromecânico:

• Expectativa de vida elétrica: A expectativa de vida elétrica é o número de ações de comutação que são realizadas enquanto a comutação, ou seja, os contatos, fornecem o nível necessário de condutividade. É muito dependente da aplicação como corrente de arranque e arco voltaico criado pelos CEM de volta, etc. Muitos relés de potência têm uma expectativa de vida elétrica de possivelmente 100 000 operações, embora, como mencionado, isto é muito dependente da carga que está comutando.
• Expectativa de vida útil mecânica: A expectativa de vida útil mecânica é de recifes para os aspectos mecânicos do relé. É o número de ações de comutação mecânica que podem ser realizadas independentemente do desempenho elétrico. Muitas vezes a expectativa de vida mecânica de um relé é de cerca de 10 000 000 de operações de muito mais.

O fim da vida mecânica dos contatos geralmente ocorre quando os contatos grudam ou soldam, ou quando o arco, etc. causou a queima e transferência de material de tal forma que a resistência de contato suficiente não pode ser alcançada. As condições para isso dependerão do relé e de sua aplicação. As especificações serão normalmente definidas na folha de dados do relé.

Vantagens e desvantagens dos relés

Como com qualquer tecnologia há vantagens e desvantagens no uso de relés eletromecânicos. Ao projetar o circuito, é necessário ponderar os positivos e negativos para selecionar a tecnologia certa para o circuito em questão.

Algumas vezes outra opção que pode ser considerada quando se requer isolamento elétrico entre dois circuitos pode ser um opto-isolador. Estes opto-isoladores são frequentemente incorporados em interruptores de estado sólido, muitas vezes também chamados de relés de estado sólido, resultando na obtenção de altos níveis de isolamento. O uso de opto-isoladores em interruptores de estado sólido / relés de estado sólido fornece isolamento completo entre o circuito de entrada e saída.

Relés eletromecânicos estão em uso há muitos anos como interruptores elétricos e a tecnologia é bem estabelecida. Estes relés eletromecânicos ou elétricos podem tolerar algum abuso e normalmente são relativamente tolerados a picos ou picos de tensão transitórios. Neste aspecto, eles são melhores que interruptores de estado sólido / relés de estado sólido e embora eles se desgastam mais rapidamente, especialmente quando eles estão comutando cargas indutivas de eles têm que tolerar picos de tensão em suas cargas.

As relés e interruptores de estado sólido estão agora presentes no mercado e oferecem altos níveis de confiabilidade, as opções de relés eletromecânicos versus relés de estado sólido precisam ser cuidadosamente consideradas. Em alguns casos, relés mais antigos estão sendo substituídos por relés de estado sólido, mas em outros casos, os relés eletromecânicos podem oferecer a melhor opção..

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