Relè elettromagnetico: dispositivo, marcatura, tipologie + dettagli di connessione e regolazione

Conversione dei segnali elettrici nella corrispondente quantità fisica: movimento, forza, suono, ecc.ecc., viene effettuato utilizzando azionamenti. Un azionamento dovrebbe essere classificato come convertitore perché è un dispositivo che modifica un tipo di grandezza fisica in un altro.

L'azionamento viene solitamente attivato o controllato da un segnale di comando a bassa tensione. È ulteriormente classificato come dispositivo binario o continuo in base al numero di stati stabili. Pertanto, un relè elettromagnetico è un'unità binaria, tenendo conto dei due stati stabili disponibili: on - off.

L'articolo presentato esamina in dettaglio i principi di funzionamento di un relè elettromagnetico e l'ambito di utilizzo dei dispositivi.

Guidare le basi della progettazione

Il termine "relè" è caratteristico dei dispositivi che forniscono un collegamento elettrico tra due o più punti attraverso un segnale di controllo.

Il tipo più comune e ampiamente utilizzato di relè elettromagnetico (EMR) è il design elettromeccanico.

Questo è l'aspetto di un progetto di una numerosa serie di prodotti chiamati relè elettromagnetici. Qui è illustrata una versione chiusa del meccanismo mediante copertura in plexiglass trasparente

Lo schema di controllo fondamentale per qualsiasi apparecchiatura prevede sempre la possibilità di accenderla e spegnerla. Il modo più semplice per eseguire questi passaggi è utilizzare gli interruttori di blocco dell'alimentazione.

Gli interruttori azionati manualmente possono essere utilizzati per il controllo, ma presentano degli svantaggi. Il loro evidente svantaggio è l’impostazione fisica, cioè manuale, degli stati “on” o “off”.

I dispositivi di commutazione manuale sono generalmente di grandi dimensioni, ad azione lenta, in grado di commutare piccole correnti.

Il meccanismo di commutazione manuale è un "parente lontano" dei relè elettromagnetici. Fornisce la stessa funzionalità: commutazione delle linee di lavoro, ma è controllata esclusivamente manualmente

Nel frattempo, i relè elettromagnetici sono rappresentati principalmente da interruttori controllati elettricamente. Gli apparecchi hanno forme, dimensioni diverse e sono suddivisi in base alla potenza nominale. Le possibilità per la loro applicazione sono ampie.

Tali dispositivi, dotati di una o più coppie di contatti, possono far parte di un unico progetto di attuatori di potenza più grandi: contattori, utilizzati per commutare la tensione di rete o dispositivi ad alta tensione.

Principi fondamentali del funzionamento dell'EMR

Tradizionalmente, i relè di tipo elettromagnetico vengono utilizzati come parte dei circuiti di controllo della commutazione elettrica (elettronica). In questo caso vengono installati direttamente sui circuiti stampati o in posizione libera.

Struttura generale del dispositivo

Le correnti di carico dei prodotti utilizzati vengono solitamente misurate da frazioni di ampere a 20 A o più. I circuiti relè sono molto diffusi nella pratica elettronica.

Dispositivi di varie configurazioni, progettati per l'installazione su schede elettroniche o direttamente come dispositivo installato separatamente

La struttura di un relè elettromagnetico converte il flusso magnetico generato dalla tensione CA/CC applicata in forza meccanica. Grazie alla forza meccanica risultante, il gruppo di contatto viene controllato.

Il design più comune è un modulo di prodotto che include i seguenti componenti:

• bobina eccitante;
• anima in acciaio;
• telaio di supporto;
• gruppo di contatto.

L'anima in acciaio ha una parte fissa chiamata bilanciere e una parte mobile caricata a molla chiamata armatura.

Essenzialmente, l'armatura integra il circuito del campo magnetico chiudendo il traferro tra la bobina elettrica stazionaria e l'armatura mobile.

Disposizione dettagliata della struttura: 1 – molla di sgancio; 2 – anima metallica; 3 – ancora; 4 – contatto normalmente chiuso; 5 – contatto normalmente aperto; 6 – contatto generale; 7 – bobina di filo di rame; 8 - bilanciere

L'armatura si muove su cardini o ruota liberamente sotto l'influenza del campo magnetico generato. Questo chiude i contatti elettrici collegati ai raccordi.

In genere, una o più molle di ritorno situate tra il bilanciere e l'armatura riportano i contatti nella loro posizione originale quando la bobina del relè è diseccitata.

Funzionamento del sistema elettromagnetico a relè

Un semplice design EMR classico ha due serie di contatti elettricamente conduttivi.

Sulla base di ciò, si realizzano due stati del gruppo di contatto:

1. Contatto normalmente aperto.
2. Contatto normalmente chiuso.

Di conseguenza, una coppia di contatti viene classificata come normalmente aperta (NO) o, in uno stato diverso, normalmente chiusa (NC).

Per un relè con una posizione di contatto normalmente aperto, lo stato "chiuso" si ottiene solo quando la corrente di campo passa attraverso la bobina induttiva.

Una delle due opzioni possibili per impostare il gruppo di contatti predefinito. Qui, nello stato diseccitato della bobina, la posizione "predefinita" è impostata sulla posizione normalmente chiusa (chiusa)

In un'altra opzione, la posizione normalmente chiusa dei contatti rimane costante quando non c'è corrente di eccitazione nel circuito della bobina. Cioè, i contatti dell'interruttore ritornano nella loro normale posizione chiusa.

Pertanto, i termini “normalmente aperto” e “normalmente chiuso” dovrebbero riferirsi allo stato dei contatti elettrici quando la bobina del relè è diseccitata, ovvero la tensione di alimentazione del relè è disattivata.

Gruppi di contatti relè elettrici

I contatti dei relè sono solitamente elementi metallici elettricamente conduttivi che si toccano e completano un circuito, agendo in modo simile a un semplice interruttore.

Quando i contatti sono aperti, la resistenza tra i contatti normalmente aperti viene misurata come valore elevato in megaohm. Ciò crea una condizione di circuito aperto quando viene eliminato il passaggio di corrente nel circuito della bobina.

Il gruppo di contatti di qualsiasi interruttore elettromeccanico in modalità aperta ha una resistenza di diverse centinaia di megaohm. Il valore di questa resistenza può variare leggermente tra i diversi modelli.

Se i contatti sono chiusi, la resistenza di contatto dovrebbe teoricamente essere zero, a causa di un cortocircuito.

Tuttavia, questa condizione non è sempre rispettata.Il gruppo di contatti di ogni singolo relè ha una certa resistenza di contatto nello stato "chiuso". Questa resistenza è chiamata stabile.

Caratteristiche del passaggio delle correnti di carico

Per quanto riguarda l'installazione di un nuovo relè elettromagnetico, la resistenza del contatto di commutazione è piccola, solitamente inferiore a 0,2 Ohm.

Questo si spiega semplicemente: le punte nuove per ora rimangono pulite, ma col tempo la resistenza della punta inevitabilmente aumenterà.

Ad esempio, per contatti che trasportano una corrente di 10 A, la caduta di tensione sarà 0,2x10 = 2 volt (legge di Ohm). Da ciò risulta che se la tensione di alimentazione fornita al gruppo di contatti è di 12 volt, la tensione per il carico sarà di 10 volt (12-2).

Quando le punte di contatto metalliche si usurano senza essere adeguatamente protette da carichi induttivi o capacitivi elevati, il danno da arco è inevitabile.

Un arco elettrico su uno dei contatti di un dispositivo di commutazione elettromeccanico. Questo è uno dei motivi del danneggiamento del gruppo di contatto in assenza di misure adeguate

Un arco elettrico, ovvero una scintilla sui contatti, porta ad un aumento della resistenza di contatto delle punte e, di conseguenza, a danni fisici.

Se si continua ad utilizzare il relè in queste condizioni, le punte di contatto potrebbero perdere completamente le loro proprietà di contatto fisico.

Ma c'è un fattore più grave quando il danno da arco finisce per saldare insieme i contatti, creando condizioni di cortocircuito.

In tali situazioni esiste il rischio di danni al circuito controllato dall'EMR.

Quindi, se la resistenza del contatto aumenta di 1 Ohm a causa dell'influenza dell'arco elettrico, la caduta di tensione sui contatti per la stessa corrente di carico aumenta a 1 × 10 = 10 volt CC.

In questo caso l'entità della caduta di tensione sui contatti potrebbe essere inaccettabile per il circuito di carico, soprattutto quando si lavora con tensioni di alimentazione di 12-24 V.

Tipo di materiale del contatto del relè

Per ridurre l'influenza dell'arco elettrico e delle elevate resistenze, le punte di contatto dei moderni relè elettromeccanici sono realizzate o rivestite con varie leghe a base di argento.

In questo modo è possibile prolungare notevolmente la durata del gruppo di contatti.

Punte delle piastre di contatto dei dispositivi di commutazione elettromeccanici. Ecco le opzioni per le punte placcate in argento. Questo tipo di rivestimento riduce il fattore di danno

In pratica, per la lavorazione delle punte dei gruppi di contatti dei relè elettromagnetici (elettromeccanici) vengono utilizzati i seguenti materiali:

• Ag: argento;
• AgCu - argento-rame;
• AgCdO - ossido di argento-cadmio;
• AgW - argento-tungsteno;
• AgNi - argento-nichel;
• AgPd - argento-palladio.

L'aumento della durata delle punte dei gruppi di contatti relè riducendo il numero di archi elettrici si ottiene collegando filtri a condensatori resistivi, chiamati anche smorzatori RC.

Questi circuiti elettronici sono collegati in parallelo con gruppi di contatti di relè elettromeccanici. Il picco di tensione, che si rileva al momento dell'apertura dei contatti, con questa soluzione risulta essere tranquillamente breve.

L'utilizzo degli smorzatori RC permette di sopprimere l'arco elettrico che si forma sulle punte di contatto.

Design tipico dei contatti EMR

Oltre ai classici contatti normalmente aperti (NO) e normalmente chiusi (NC), la meccanica di commutazione dei relè prevede anche una classificazione in base all'azione.

Caratteristiche del design degli elementi di collegamento

I progetti di relè di tipo elettromagnetico in questa forma di realizzazione consentono uno o più contatti di commutazione separati.

Ecco come si presenta un dispositivo, tecnologicamente configurato per la progettazione SPST: unipolare e unidirezionale. Sono disponibili anche altre versioni

Il design dei contatti è caratterizzato dal seguente insieme di abbreviazioni:

• SPST (Single Pole Single Throw) - unipolare unidirezionale;
• SPDT (Single Pole Double Throw) - unipolare bidirezionale;
• DPST (Double Pole Single Throw) – bipolare unidirezionale;
• DPDT (Double Pole Double Throw) – bipolare bidirezionale.

Ciascuno di questi elementi di collegamento è designato come "polo". Ognuno di essi può essere collegato o ripristinato, attivando contemporaneamente la bobina del relè.

Sottigliezze nell'uso dei dispositivi

Nonostante la semplicità del design degli interruttori elettromagnetici, ci sono alcune sottigliezze nella pratica di utilizzo di questi dispositivi.

Pertanto, gli esperti sconsigliano categoricamente di collegare tutti i contatti del relè in parallelo per commutare in questo modo un circuito di carico ad alta corrente.

Ad esempio, collega un carico da 10 A collegando due contatti in parallelo, ciascuno dei quali è valutato per una corrente di 5 A.

Queste sottigliezze di installazione sono dovute al fatto che i contatti dei relè meccanici non si chiudono né si aprono mai contemporaneamente.

Di conseguenza, uno dei contatti verrà comunque sovraccaricato.E anche tenendo conto di un sovraccarico a breve termine, è inevitabile un guasto prematuro del dispositivo in tale connessione.

Un funzionamento errato, così come il collegamento del relè al di fuori delle regole di installazione stabilite, di solito termina con questo risultato. Quasi tutto il contenuto all'interno è stato bruciato

I prodotti elettromagnetici possono essere utilizzati come parte di circuiti elettrici o elettronici a basso consumo energetico come interruttori di correnti e tensioni relativamente elevate.

Tuttavia, è assolutamente sconsigliato far passare tensioni di carico diverse attraverso contatti adiacenti dello stesso dispositivo.

Ad esempio, passare da 220 V CA a 24 V CC. Per garantire la sicurezza, è necessario utilizzare sempre prodotti separati per ciascuna opzione.

Tecniche di protezione dalla tensione inversa

Una parte significativa di qualsiasi relè elettromeccanico è la bobina. Questa parte è classificata come carico ad alta induttanza perché è a filo avvolto.

Qualsiasi bobina a filo avvolto ha una certa impedenza, costituita da induttanza L e resistenza R, formando così un circuito in serie LR.

Quando la corrente scorre attraverso la bobina, viene creato un campo magnetico esterno. Quando il flusso di corrente nella bobina viene interrotto in modalità "off", il flusso magnetico aumenta (teoria della trasformazione) e viene generata un'elevata tensione EMF inversa (forza elettromotrice).

Questo valore di tensione inversa indotta può essere molte volte maggiore della tensione di commutazione.

Di conseguenza, esiste il rischio di danni ai componenti a semiconduttore situati vicino al relè. Ad esempio, un transistor bipolare o ad effetto di campo utilizzato per applicare tensione a una bobina del relè.

Opzioni di circuito che forniscono protezione per elementi di controllo a semiconduttore: transistor bipolari e ad effetto di campo, microcircuiti, microcontrollori

Un modo per prevenire danni a un transistor o a qualsiasi dispositivo a semiconduttore di commutazione, inclusi i microcontrollori, è collegare un diodo a polarizzazione inversa al circuito della bobina del relè.

Quando la corrente che scorre attraverso la bobina immediatamente dopo lo spegnimento genera una forza elettromotrice indotta, questa tensione inversa apre il diodo polarizzato inversamente.

Attraverso il semiconduttore, l'energia accumulata viene dissipata, evitando danni al semiconduttore di controllo: transistor, tiristore, microcontrollore.

Il semiconduttore spesso incluso nel circuito della bobina è anche chiamato:

• diodo volano;
• diodo di bypass;
• diodo invertito.

Tuttavia, non c’è molta differenza tra gli elementi. Eseguono tutti una funzione. Oltre all'uso di diodi a polarizzazione inversa, vengono utilizzati altri dispositivi per proteggere i componenti dei semiconduttori.

Le stesse catene di smorzatori RC, varistori all'ossido di metallo (MOV), diodi zener.

Marcatura di dispositivi a relè elettromagnetici

Le denominazioni tecniche che contengono informazioni parziali sui dispositivi sono solitamente indicate direttamente sul telaio del dispositivo di commutazione elettromagnetico.

Questa designazione sembra un'abbreviazione e un insieme di numeri.

Ogni dispositivo di commutazione elettromeccanico è tradizionalmente etichettato. Approssimativamente sulla carrozzeria o sul telaio viene applicata la seguente serie di simboli e numeri, che indicano determinati parametri

Esempio di marcatura della custodia dei relè elettromeccanici:

RES32 RF4.500.335-01

Questa voce è decifrata come segue: relè elettromagnetico a bassa corrente, serie 32, corrispondente al progetto secondo il passaporto RF 4.500.335-01.

Tuttavia, tali designazioni sono rare. Più spesso esistono versioni abbreviate senza indicazione esplicita di GOST:

RES32 335-01

Inoltre, la data di produzione e il numero di lotto sono indicati sul telaio (sul corpo) del dispositivo. Informazioni dettagliate sono contenute nella scheda tecnica del prodotto. Ogni dispositivo o lotto viene fornito con passaporto.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il video spiega in modo popolare come funzionano i dispositivi elettronici di commutazione elettromeccanici. Le sottigliezze dei design, delle caratteristiche di connessione e di altri dettagli sono chiaramente notate:

I relè elettromeccanici vengono utilizzati già da tempo come componenti elettronici. Tuttavia, questo tipo di dispositivi di commutazione può essere considerato obsoleto. I dispositivi meccanici vengono sempre più sostituiti da dispositivi più moderni, puramente elettronici. Uno di questi esempi è relè a stato solido.

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