Un relé es un interruptor accionado eléctricamente . Consiste en un conjunto de terminales de entrada para una o múltiples señales de control y un conjunto de terminales de contacto operativo. El interruptor puede tener cualquier número de contactos en múltiples formas de contacto , como contactos de cierre, contactos de apertura o combinaciones de los mismos.
Los relés se utilizan cuando es necesario controlar un circuito mediante una señal independiente de baja potencia, o cuando se deben controlar varios circuitos mediante una señal. Los relés se utilizaron por primera vez en circuitos telegráficos de larga distancia como repetidores de señal: actualizan la señal procedente de un circuito transmitiéndola a otro circuito. Los relés se utilizaron ampliamente en centrales telefónicas y en las primeras computadoras para realizar operaciones lógicas.
La forma electromecánica tradicional de un relé utiliza un electroimán para cerrar o abrir los contactos, pero también se han inventado relés que utilizan otros principios operativos, como los relés de estado sólido que utilizan propiedades semiconductoras para el control sin depender de piezas móviles . Se utilizan relés con características operativas calibradas y, a veces, múltiples bobinas operativas para proteger los circuitos eléctricos contra sobrecargas o fallas; En los sistemas de energía eléctrica modernos, estas funciones son realizadas por instrumentos digitales todavía llamados relés de protección o relés de seguridad .
Los relés de enclavamiento requieren solo un pulso de energía de control para operar el interruptor de manera persistente. Otro impulso aplicado a un segundo conjunto de terminales de control, o un impulso con polaridad opuesta, restablece el interruptor, mientras que impulsos repetidos del mismo tipo no tienen efectos. Los relés de enclavamiento magnético son útiles en aplicaciones en las que la interrupción de la energía no debería afectar los circuitos que controla el relé.
Los relés eléctricos comenzaron en su aplicación a los telégrafos . A menudo se cita al científico estadounidense Joseph Henry por haber inventado un relé en 1835 para mejorar su versión del telégrafo eléctrico , desarrollado anteriormente en 1831. [1] [2] [3] [4]
Sin embargo, hasta 1840 no se concedió una patente oficial a Samuel Morse para su telégrafo, que ahora se llama relé. El mecanismo descrito actuaba como un amplificador digital, repitiendo la señal telegráfica, y permitiendo así que las señales se propagaran hasta donde se deseara. [5]
La palabra relé aparece en el contexto de las operaciones electromagnéticas a partir de 1860. [6]
Un relé electromagnético simple consta de una bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo de hierro dulce (un solenoide), un yugo de hierro que proporciona una trayectoria de baja reluctancia para el flujo magnético, una armadura de hierro móvil y uno o más conjuntos de contactos (hay dos). contactos en el relé que se muestra en la foto). La armadura está articulada al yugo y unida mecánicamente a uno o más conjuntos de contactos móviles. La armadura se mantiene en su lugar mediante un resorte de modo que cuando se desactiva el relé hay un espacio de aire en el circuito magnético. En esta condición, uno de los dos conjuntos de contactos del relé que se muestra en la imagen está cerrado y el otro conjunto está abierto. Otros relés pueden tener más o menos juegos de contactos según su función. El relé de la imagen también tiene un cable que conecta la armadura al yugo. Esto asegura la continuidad del circuito entre los contactos móviles de la armadura y la pista del circuito de la placa de circuito impreso (PCB) a través del yugo , que está soldado a la PCB.
Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina, genera un campo magnético que activa la armadura y el consiguiente movimiento de los contactos móviles establece o interrumpe (según la construcción) una conexión con un contacto fijo. Si el conjunto de contactos estaba cerrado cuando se desenergizó el relé, entonces el movimiento abre los contactos y rompe la conexión, y viceversa si los contactos estaban abiertos. Cuando se corta la corriente a la bobina, la armadura es devuelta por una fuerza, aproximadamente la mitad de fuerte que la fuerza magnética, a su posición relajada. Por lo general, esta fuerza la proporciona un resorte, pero la gravedad también se usa comúnmente en arrancadores de motores industriales. La mayoría de los relés están fabricados para funcionar rápidamente. En una aplicación de bajo voltaje, esto reduce el ruido; en una aplicación de alto voltaje o corriente, reduce la formación de arcos.
Cuando la bobina se energiza con corriente continua , a menudo se coloca un diodo de retorno o una resistencia amortiguadora a través de la bobina para disipar la energía del campo magnético colapsante ( EMF inverso ) en la desactivación, que de otro modo generaría un pico de voltaje peligroso para los componentes del circuito semiconductor . Estos diodos no se utilizaban mucho antes de la aplicación de los transistores como controladores de relé, pero pronto se volvieron omnipresentes ya que los primeros transistores de germanio eran fácilmente destruidos por esta sobretensión. Algunos relés automotrices incluyen un diodo dentro de la caja del relé. Las resistencias, si bien son más duraderas que los diodos, son menos eficientes para eliminar los picos de voltaje generados por los relés [7] y, por lo tanto, no se usan con tanta frecuencia.
Si el relé está impulsando una carga grande, o especialmente reactiva , puede haber un problema similar de sobrecorriente alrededor de los contactos de salida del relé. En este caso, un circuito amortiguador (un condensador y una resistencia en serie) entre los contactos puede absorber la sobretensión. Los condensadores con clasificación adecuada y la resistencia asociada se venden como un solo componente empaquetado para este uso común.
Si la bobina está diseñada para ser energizada con corriente alterna (CA), se utiliza algún método para dividir el flujo en dos componentes desfasados que se suman, aumentando la tracción mínima sobre la armadura durante el ciclo de CA. Normalmente, esto se hace con un pequeño "anillo de sombreado" de cobre engarzado alrededor de una porción del núcleo que crea el componente retardado y desfasado, [8] que sujeta los contactos durante los cruces por cero del voltaje de control. [9]
Los materiales de contacto para relés varían según la aplicación. Los materiales con baja resistencia al contacto pueden oxidarse con el aire o tender a "pegarse" en lugar de separarse limpiamente al abrirse. El material de contacto se puede optimizar para lograr una baja resistencia eléctrica, una alta resistencia para soportar operaciones repetidas o una alta capacidad para soportar el calor de un arco. Cuando se requiere una resistencia muy baja o se desean voltajes inducidos térmicamente bajos, se pueden usar contactos chapados en oro, junto con paladio y otros metales semipreciosos no oxidantes. Para la conmutación de señales se utilizan contactos plateados o plateados. Los relés humedecidos con mercurio conectan y desconectan circuitos utilizando una fina película de mercurio líquido que se renueva automáticamente. Para relés de mayor potencia que conmutan muchos amperios, como contactores de circuitos de motores, los contactos se fabrican con una mezcla de plata y óxido de cadmio, lo que proporciona una baja resistencia de contacto y una alta resistencia al calor del arco. Los contactos utilizados en circuitos que transportan decenas o cientos de amperios pueden incluir estructuras adicionales para la disipación del calor y la gestión del arco producido al interrumpir el circuito. [10] Algunos relés tienen contactos reemplazables en campo, como ciertos relés de máquinas herramienta; estos pueden reemplazarse cuando estén desgastados o cambiarse entre el estado normalmente abierto y normalmente cerrado, para permitir cambios en el circuito controlado. [11]
Dado que los relés son interruptores , la terminología aplicada a los interruptores también se aplica a los relés; un relé conmuta uno o más polos , cada uno de cuyos contactos puede activarse energizando la bobina. Los contactos normalmente abiertos (NO) conectan el circuito cuando se activa el relé; el circuito se desconecta cuando el relé está inactivo. Los contactos normalmente cerrados (NC) desconectan el circuito cuando se activa el relé; el circuito está conectado cuando el relé está inactivo. Todos los formularios de contacto implican combinaciones de conexiones NO y NC.
La Asociación Nacional de Fabricantes de Relés y su sucesora, la Asociación de la Industria de Relés e Interruptores definen 23 formas distintas de contacto eléctrico que se encuentran en relés e interruptores. [12] De estos, los siguientes se encuentran comúnmente:
El designador S ( simple ) o D ( doble ) para el recuento de polos se puede reemplazar con un número, que indica múltiples contactos conectados a un solo actuador . Por ejemplo, 4PDT indica un relé de doble vía de cuatro polos que tiene 12 terminales de conmutación.
EN 50005 se encuentra entre las normas aplicables para la numeración de terminales de relés; Los terminales de un relé SPDT típico que cumple con EN 50005 estarían numerados 11, 12, 14, A1 y A2 para las conexiones C, NC, NO y bobina, respectivamente. [14]
DIN 72552 define números de contacto en relés para uso automotriz:
Cuando los transmisores y receptores de radio comparten una antena, a menudo se utiliza un relé coaxial como relé TR (transmisión-recepción), que conmuta la antena del receptor al transmisor. Esto protege al receptor de la alta potencia del transmisor. Estos relés se utilizan a menudo en transceptores que combinan transmisor y receptor en una sola unidad. Los contactos del relé están diseñados para no reflejar ninguna potencia de radiofrecuencia hacia la fuente y para proporcionar un aislamiento muy alto entre los terminales del receptor y del transmisor. La impedancia característica del relé coincide con la impedancia de la línea de transmisión del sistema, por ejemplo, 50 ohmios. [15]
Un contactor es un relé de alta resistencia con corrientes nominales más altas, [16] que se utiliza para conmutar motores eléctricos y cargas de iluminación. Las clasificaciones de corriente continua para contactores comunes varían desde 10 amperios hasta varios cientos de amperios. Los contactos de alta corriente están fabricados con aleaciones que contienen plata . La inevitable formación de arcos provoca la oxidación de los contactos; sin embargo, el óxido de plata sigue siendo un buen conductor. [17] Los contactores con dispositivos de protección contra sobrecargas se utilizan a menudo para arrancar motores. [18]
Un relé de contactos guiados por fuerza tiene contactos de relé que están unidos mecánicamente entre sí, de modo que cuando la bobina del relé se activa o desactiva, todos los contactos vinculados se mueven juntos. Si un conjunto de contactos del relé queda inmovilizado, ningún otro contacto del mismo relé podrá moverse. La función de los contactos guiados por fuerza es permitir que el circuito de seguridad verifique el estado del relé. Los contactos de guía forzada también se denominan "contactos de guía positiva", "contactos cautivos", "contactos bloqueados", "contactos unidos mecánicamente" o "relés de seguridad".
Estos relés de seguridad deben seguir reglas de diseño y reglas de fabricación que se definen en una norma principal de maquinaria EN 50205: Relés con contactos guiados forzadamente (unidos mecánicamente). Estas reglas para el diseño de seguridad son las definidas en las normas de tipo B, como EN 13849-2, Principios básicos de seguridad y Principios de seguridad probados para maquinaria que se aplican a todas las máquinas.
Los contactos guiados por fuerza por sí solos no pueden garantizar que todos los contactos estén en el mismo estado; sin embargo, sí garantizan, sin que exista una falla mecánica grave, que ningún contacto se encuentre en estados opuestos. De lo contrario, un relé con varios contactos normalmente abiertos (NO) puede atascarse cuando se energiza, con algunos contactos cerrados y otros todavía ligeramente abiertos, debido a tolerancias mecánicas. De manera similar, un relé con varios contactos normalmente cerrados (NC) puede quedarse en la posición no energizada, de modo que cuando se energiza, el circuito a través de un conjunto de contactos se interrumpe, con un espacio marginal, mientras que el otro permanece cerrado. Al introducir contactos NA y NC, o más comúnmente, contactos inversores, en el mismo relé, es posible garantizar que si algún contacto NC está cerrado, todos los contactos NA estarán abiertos y, a la inversa, si algún contacto NA está cerrado, Todos los contactos NC están abiertos. No es posible garantizar de manera confiable que un contacto en particular esté cerrado, excepto mediante una detección potencialmente intrusiva y que degrada la seguridad de las condiciones de su circuito; sin embargo, en los sistemas de seguridad generalmente es el estado NO el más importante y, como se explicó anteriormente, esto es fiablemente verificable detectando el cierre de un contacto de sentido opuesto.
Los relés de contacto guiados por fuerza se fabrican con diferentes conjuntos de contactos principales, ya sea NA, NC o conmutados, y uno o más conjuntos de contactos auxiliares, a menudo de corriente o tensión nominal reducida, que se utilizan para el sistema de monitoreo. Los contactos pueden ser todos NA, todos NC, de conmutación o una combinación de estos, para los contactos de monitoreo, de modo que el diseñador del sistema de seguridad pueda seleccionar la configuración correcta para la aplicación particular. Los relés de seguridad se utilizan como parte de un sistema de seguridad diseñado.
Un relé de enclavamiento, también llamado relé de impulso , biestable , de retención o de estancia , o simplemente de enclavamiento , mantiene cualquiera de las posiciones de contacto indefinidamente sin que se aplique energía a la bobina. La ventaja es que una bobina consume energía solo por un instante mientras se activa el relé, y los contactos del relé conservan esta configuración durante un corte de energía. Un relé de enclavamiento permite el control remoto de la iluminación del edificio sin el zumbido que puede producirse a partir de una bobina energizada continuamente (CA).
En un mecanismo, dos bobinas opuestas con un resorte sobre el centro o un imán permanente mantienen los contactos en posición después de que la bobina se desenergiza. Un pulso a una bobina enciende el relé y un pulso a la bobina opuesta apaga el relé. Este tipo se usa ampliamente cuando el control se realiza mediante interruptores simples o salidas de un solo extremo de un sistema de control, y dichos relés se encuentran en aviónica y en numerosas aplicaciones industriales.
Otro tipo de enclavamiento tiene un núcleo remanente que retiene los contactos en la posición operada por el magnetismo remanente en el núcleo. Este tipo requiere un pulso de corriente de polaridad opuesta para liberar los contactos. Una variación utiliza un imán permanente que produce parte de la fuerza necesaria para cerrar el contacto; la bobina proporciona fuerza suficiente para abrir o cerrar el contacto ayudando u oponiéndose al campo del imán permanente. [19] Un relé controlado por polaridad necesita interruptores de conmutación o un circuito de accionamiento de puente H para controlarlo. El relé puede ser menos costoso que otros tipos, pero esto se compensa en parte con el aumento de los costos en el circuito externo.
En otro tipo, un relé de trinquete tiene un mecanismo de trinquete que mantiene los contactos cerrados después de que la bobina se energiza momentáneamente. Un segundo impulso, en la misma bobina o en una bobina separada, libera los contactos. [19] Este tipo se puede encontrar en ciertos automóviles, para bajar los faros y otras funciones donde se necesita una operación alterna en cada accionamiento del interruptor.
Un relé paso a paso es un tipo especializado de relé de enclavamiento multidireccional diseñado para las primeras centrales telefónicas automáticas .
Un disyuntor de fuga a tierra incluye un relé de bloqueo especializado.
Las primeras computadoras a menudo almacenaban bits en un relé de enganche magnético, como el ferrreed o el posterior remreed en el interruptor 1ESS .
Algunas de las primeras computadoras usaban relés comunes como una especie de pestillo : almacenan bits en relés de resorte de alambre o relés de lengüeta comunes alimentando un cable de salida como entrada, lo que da como resultado un circuito de retroalimentación o circuito secuencial . Un relé de enclavamiento eléctrico de este tipo requiere energía continua para mantener el estado, a diferencia de los relés de enclavamiento magnético o los relés de trinquete mecánico. Si bien los circuitos (auto)retenedores a menudo se realizan con relés, también se pueden implementar por otros medios.
En las memorias de las computadoras, los relés de enclavamiento y otros relés fueron reemplazados por memorias de línea de retardo , que a su vez fueron reemplazadas por una serie de tecnologías de memoria cada vez más rápidas y más pequeñas.
Un relé de máquina herramienta es un tipo estandarizado para el control industrial de máquinas herramienta , máquinas de transferencia y otros controles secuenciales. Se caracterizan por una gran cantidad de contactos (a veces extensibles en el campo) que se convierten fácilmente del estado normalmente abierto al estado normalmente cerrado, bobinas fácilmente reemplazables y un factor de forma que permite instalar de forma compacta muchos relés en un panel de control. Aunque estos relés alguna vez fueron la columna vertebral de la automatización en industrias como el ensamblaje de automóviles, el controlador lógico programable (PLC) desplazó en gran medida al relé de máquina herramienta de las aplicaciones de control secuencial.
Un relé permite conmutar circuitos mediante equipos eléctricos: por ejemplo, un circuito temporizador con un relé podría cambiar la alimentación en un momento preestablecido. Durante muchos años, los relés fueron el método estándar para controlar sistemas electrónicos industriales. Se pueden utilizar varios relés juntos para llevar a cabo funciones complejas ( lógica de relés ). El principio de la lógica de los relés se basa en relés que activan y desactivan los contactos asociados. La lógica de relé es la predecesora de la lógica de escalera , que se usa comúnmente en controladores lógicos programables .
Un relé de mercurio es un relé que utiliza mercurio como elemento de conmutación. Se utilizan donde la erosión de los contactos sería un problema para los contactos de relé convencionales. Debido a consideraciones ambientales sobre la cantidad significativa de mercurio utilizado y las alternativas modernas, ahora son comparativamente poco comunes.
Un relé de láminas humedecido con mercurio es una forma de relé de láminas que emplea un interruptor de mercurio , en el que los contactos están humedecidos con mercurio . El mercurio reduce la resistencia de contacto y mitiga la caída de tensión asociada. La contaminación de la superficie puede provocar una mala conductividad de las señales de baja corriente. Para aplicaciones de alta velocidad, el mercurio elimina el rebote de los contactos y proporciona un cierre del circuito prácticamente instantáneo. Los relés bañados en mercurio son sensibles a la posición y deben montarse según las especificaciones del fabricante. Debido a la toxicidad y el coste del mercurio líquido, estos relés han caído cada vez más en desuso.
La alta velocidad de acción de conmutación del relé humedecido con mercurio es una ventaja notable. Los glóbulos de mercurio en cada contacto se fusionan y generalmente se considera que el tiempo de subida de la corriente a través de los contactos es de unos pocos picosegundos. [ cita necesaria ] Sin embargo, en un circuito práctico puede estar limitado por la inductancia de los contactos y el cableado. Era bastante común, antes de las restricciones sobre el uso de mercurio, utilizar un relé humedecido con mercurio en el laboratorio como un medio conveniente para generar pulsos de tiempo de subida rápidos; sin embargo, aunque el tiempo de subida puede ser de picosegundos, el momento exacto del evento es , como todos los demás tipos de relés, está sujeto a una fluctuación considerable, posiblemente de milisegundos, debido a variaciones mecánicas.
El mismo proceso de coalescencia provoca otro efecto, que resulta molesto en algunas aplicaciones. La resistencia del contacto no es estable inmediatamente después del cierre del contacto y oscila, principalmente hacia abajo, durante varios segundos después del cierre, siendo el cambio quizás de 0,5 ohmios. [ cita necesaria ]
Los relés multivoltaje son dispositivos diseñados para funcionar en amplios rangos de voltaje, como 24 a 240 VCA y VCC, y amplios rangos de frecuencia, como 0 a 300 Hz. Están indicados para su uso en instalaciones que no disponen de tensiones de alimentación estables.
Los motores eléctricos necesitan protección contra sobrecorriente para evitar daños por sobrecarga del motor o para proteger contra cortocircuitos en los cables de conexión o fallas internas en los devanados del motor. [20] Los dispositivos de detección de sobrecarga son una forma de relé operado por calor donde una bobina calienta una tira bimetálica , o donde se funde un crisol, para operar contactos auxiliares. Estos contactos auxiliares están en serie con la bobina del contactor del motor, por lo que apagan el motor cuando se sobrecalienta. [21]
Esta protección térmica funciona relativamente lentamente, lo que permite que el motor consuma corrientes de arranque más altas antes de que se dispare el relé de protección. Cuando el relé de sobrecarga está expuesto a la misma temperatura ambiente que el motor, se proporciona una compensación útil, aunque tosca, de la temperatura ambiente del motor. [22]
El otro sistema común de protección contra sobrecargas utiliza una bobina electromagnética en serie con el circuito del motor que opera directamente los contactos. Esto es similar a un relé de control pero requiere una corriente de falla bastante alta para operar los contactos. Para evitar que los picos cortos de sobrecorriente causen molestias al activar el movimiento del inducido, se amortigua con un amortiguador . Las detecciones de sobrecarga térmica y magnética generalmente se usan juntas en un relé de protección de motor. [ cita necesaria ]
Los relés electrónicos de protección contra sobrecargas miden la corriente del motor y pueden estimar la temperatura del devanado del motor utilizando un "modelo térmico" del sistema de armadura del motor que se puede configurar para proporcionar una protección más precisa del motor. Algunos relés de protección de motores incluyen entradas de detector de temperatura para medición directa desde un termopar o sensor de termómetro de resistencia integrado en el devanado. [23]
Un relé polarizado coloca la armadura entre los polos de un imán permanente para aumentar la sensibilidad. Los relés polarizados se utilizaron en las centrales telefónicas de mediados del siglo XX para detectar pulsos débiles y corregir la distorsión telegráfica .
Un relé de láminas es un interruptor de láminas encerrado en un solenoide. El interruptor tiene un juego de contactos dentro de un tubo de vidrio al vacío o lleno de gas inerte que protege los contactos contra la corrosión atmosférica ; Los contactos están hechos de material magnético que los hace moverse bajo la influencia del campo del solenoide envolvente o de un imán externo.
Los relés de láminas pueden conmutar más rápido que los relés más grandes y requieren muy poca energía del circuito de control. Sin embargo, tienen clasificaciones de tensión y corriente de conmutación relativamente bajas. Aunque es poco común, las cañas pueden magnetizarse con el tiempo, lo que hace que se peguen, incluso cuando no hay corriente presente; cambiar la orientación de las lengüetas o desmagnetizar el interruptor con respecto al campo magnético del solenoide puede resolver este problema.
Los contactos sellados con contactos humedecidos con mercurio tienen una vida útil más larga y menos vibraciones que cualquier otro tipo de relé. [24]
Los relés de seguridad son dispositivos que generalmente implementan funciones de protección. En caso de peligro, la tarea de dicha función de seguridad es utilizar medidas adecuadas para reducir el riesgo existente a un nivel aceptable. [25]
Un contactor de estado sólido es un relé de estado sólido de alta resistencia, que incluye el disipador de calor necesario, que se utiliza cuando se requieren ciclos frecuentes de encendido y apagado, como calentadores eléctricos, motores eléctricos pequeños y cargas de iluminación. No hay piezas móviles que se desgasten y no hay rebote de contacto debido a la vibración. Se activan mediante señales de control de CA o señales de control de CC de controladores lógicos programables (PLC), PC, fuentes lógicas de transistor-transistor (TTL) u otros controles de microprocesadores y microcontroladores.
Un relé de estado sólido (SSR) es un componente electrónico de estado sólido que proporciona una función similar a un relé electromecánico pero no tiene componentes móviles, lo que aumenta la confiabilidad a largo plazo. Un relé de estado sólido utiliza un tiristor , TRIAC u otro dispositivo de conmutación de estado sólido, activado por la señal de control, para conmutar la carga controlada, en lugar de un solenoide. Se puede utilizar un optoacoplador (un diodo emisor de luz (LED) acoplado con un fototransistor ) para aislar los circuitos de control y controlados. [26]
Un relé estático consta de circuitos electrónicos para emular todas aquellas características que se logran mediante piezas móviles en un relé electromagnético.
Los relés temporizadores están dispuestos para un retraso intencionado en el funcionamiento de sus contactos. Un retraso muy corto (una fracción de segundo) utilizaría un disco de cobre entre la armadura y el conjunto de cuchillas móviles. La corriente que fluye en el disco mantiene un campo magnético durante un corto tiempo, alargando el tiempo de liberación. Para un retraso un poco más largo (hasta un minuto), se utiliza un amortiguador. Un amortiguador es un pistón lleno de líquido al que se le permite escapar lentamente; Se utilizan amortiguadores llenos de aire y de aceite. El período de tiempo se puede variar aumentando o disminuyendo el caudal. Para periodos de tiempo más largos se instala un temporizador mecánico. Los relés pueden disponerse para un período de tiempo fijo, o pueden ajustarse en el campo o configurarse de forma remota desde un panel de control. Los relés temporizadores modernos basados en microprocesadores proporcionan sincronización precisa en un amplio rango.
Algunos relés están construidos con una especie de mecanismo de "amortiguador" adjunto a la armadura, que evita el movimiento completo e inmediato cuando la bobina se activa o desactiva. Esta adición le da al relé la propiedad de actuación con retardo de tiempo. Se pueden construir relés de retardo de tiempo para retrasar el movimiento del inducido al activar, desactivar o ambas las bobinas.
Los contactos del relé de retardo de tiempo deben especificarse no sólo como normalmente abiertos o normalmente cerrados, sino también si el retardo opera en la dirección de cierre o en la dirección de apertura. La siguiente es una descripción de los cuatro tipos básicos de contactos de relé de retardo de tiempo.
Primero, tenemos el contacto normalmente abierto y cerrado temporizado (NOTC). Este tipo de contacto normalmente está abierto cuando la bobina no está alimentada (desenergizada). El contacto se cierra aplicando energía a la bobina del relé, pero solo después de que la bobina haya sido alimentada continuamente durante el período de tiempo especificado. En otras palabras, la dirección del movimiento del contacto (ya sea para cerrar o para abrir) es idéntica a la de un contacto NO normal, pero hay un retraso en la dirección de cierre. Debido a que el retardo se produce en la dirección de la activación de la bobina, este tipo de contacto se conoce alternativamente como retardo de activación normalmente abierto.
Un relé de vacío es un relé sensible que tiene sus contactos montados en una carcasa de vidrio al vacío, para permitir el manejo de voltajes de radiofrecuencia [ se necesita aclaración ] de hasta 20.000 voltios sin descargas disruptivas entre los contactos, incluso aunque el espacio entre contactos sea tan bajo como unas pocas centésimas de un. pulgadas cuando está abierto.
Los relés se utilizan siempre que sea necesario controlar un circuito de alta potencia o alto voltaje con un circuito de baja potencia, especialmente cuando se desea aislamiento galvánico . La primera aplicación de los relés fue en largas líneas telegráficas , mientras que la señal débil recibida en una estación intermedia podía controlar un contacto, regenerando la señal para su posterior transmisión. Los dispositivos de alto voltaje o alta corriente se pueden controlar con interruptores piloto y cableado pequeño de bajo voltaje. Los operadores pueden aislarse del circuito de alto voltaje. Los dispositivos de baja potencia, como los microprocesadores, pueden accionar relés para controlar cargas eléctricas más allá de su capacidad de accionamiento directo. En un automóvil, un relé de arranque permite controlar la alta corriente del motor de arranque con pequeños cables y contactos en la llave de encendido.
Los sistemas de conmutación electromecánica, incluidas las centrales telefónicas Strowger y de barra transversal , hicieron un uso extensivo de relés en circuitos de control auxiliares. La Relay Automatic Telephone Company también fabricó centrales telefónicas basadas únicamente en técnicas de conmutación de relés diseñadas por Gotthilf Ansgarius Betulander. La primera central telefónica pública basada en retransmisiones en el Reino Unido se instaló en Fleetwood el 15 de julio de 1922 y permaneció en servicio hasta 1959. [27] [28]
El uso de relés para el control lógico de sistemas de conmutación complejos como las centrales telefónicas fue estudiado por Claude Shannon , quien formalizó la aplicación del álgebra booleana al diseño de circuitos de relés en Un análisis simbólico de circuitos de conmutación y relés . Los relés pueden realizar las operaciones básicas de la lógica combinatoria booleana. Por ejemplo, la función booleana AND se realiza conectando contactos de relé normalmente abiertos en serie, la función OR conectando contactos normalmente abiertos en paralelo. La inversión de una entrada lógica se puede realizar con un contacto normalmente cerrado. Los relés se utilizaron para el control de sistemas automatizados para máquinas herramienta y líneas de producción. El lenguaje de programación Ladder se utiliza a menudo para diseñar redes lógicas de relés .
Las primeras computadoras electromecánicas, como ARRA , Harvard Mark II , Zuse Z2 y Zuse Z3, usaban relés para registros lógicos y de trabajo. Sin embargo, los dispositivos electrónicos demostraron ser más rápidos y fáciles de usar.
Debido a que los relés son mucho más resistentes que los semiconductores a la radiación nuclear, se utilizan ampliamente en lógica crítica para la seguridad, como los paneles de control de maquinaria de manipulación de desechos radiactivos. Los relés de protección electromecánicos se utilizan para detectar sobrecargas y otras fallas en líneas eléctricas abriendo y cerrando disyuntores .
Para la protección de aparatos eléctricos y líneas de transmisión, se utilizaron relés electromecánicos con características operativas precisas para detectar sobrecargas, cortocircuitos y otras fallas. Si bien muchos de estos relés siguen en uso, los relés de protección digitales ahora proporcionan funciones de protección equivalentes y más complejas.
Los relés de señalización ferroviaria son grandes teniendo en cuenta los voltajes, en su mayoría pequeños, (menos de 120 V) y las corrientes (quizás 100 mA) que conmutan. Los contactos están ampliamente espaciados para evitar descargas eléctricas y cortocircuitos durante una vida útil que puede exceder los cincuenta años.
Dado que los circuitos de señales ferroviarias deben ser altamente confiables, se utilizan técnicas especiales para detectar y prevenir fallas en el sistema de relés. Para protegerse contra alimentaciones falsas, a menudo se utilizan contactos de relé de conmutación doble tanto en el lado positivo como en el negativo de un circuito, de modo que se necesitan dos alimentaciones falsas para provocar una señal falsa. No se pueden probar todos los circuitos de relé, por lo que se depende de características de construcción como los contactos de carbono a plata para resistir la soldadura de contactos inducida por rayos y proporcionar inmunidad de CA.
Los optoaisladores también se utilizan en algunos casos con señalización ferroviaria, especialmente cuando solo se debe conmutar un contacto.
La selección de un relé apropiado para una aplicación particular requiere la evaluación de muchos factores diferentes:
Hay muchas consideraciones involucradas en la selección correcta de un relé de control para una aplicación particular, incluidos factores como la velocidad de operación, la sensibilidad y la histéresis . Aunque los relés de control típicos funcionan en el rango de 5 ms a 20 ms, hay disponibles relés con velocidades de conmutación de hasta 100 μs . Los relés de láminas que se activan con corrientes bajas y conmutan rápidamente son adecuados para controlar corrientes pequeñas.
Como ocurre con cualquier interruptor, la corriente de contacto (no relacionada con la corriente de la bobina) no debe exceder un valor determinado para evitar daños. En circuitos de alta inductancia , como los motores , se deben abordar otras cuestiones. Cuando se conecta una inductancia a una fuente de alimentación, existe una sobrecorriente de entrada o una corriente de arranque del electromotor mayor que la corriente de estado estable. Cuando el circuito se interrumpe, la corriente no puede cambiar instantáneamente, lo que crea un arco potencialmente dañino a través de los contactos de separación.
En consecuencia, para los relés utilizados para controlar cargas inductivas, debemos especificar la corriente máxima que puede fluir a través de los contactos del relé cuando actúa, el calibre de cierre ; la calificación continua; y la calificación de ruptura . La clasificación de cierre puede ser varias veces mayor que la clasificación continua, que es mayor que la clasificación de ruptura.
La conmutación mientras está "húmedo" (bajo carga) provoca la formación de arcos no deseados entre los contactos, lo que eventualmente provoca que los contactos se suelden o fallen debido a la acumulación de daños en la superficie causados por la energía destructiva del arco. [29]
Dentro del interruptor de barra transversal del Sistema de conmutación electrónica número uno (1ESS) y algunos otros diseños de alta confiabilidad, los interruptores de láminas siempre se activan "en seco" (sin carga) para evitar ese problema, lo que lleva a una vida útil mucho más larga de los contactos. [30]
Sin una protección adecuada de los contactos , la aparición de arcos de corriente eléctrica provoca una importante degradación de los contactos, que sufren daños importantes y visibles. Cada vez que los contactos del relé se abren o cierran bajo carga, puede ocurrir un arco eléctrico entre los contactos del relé, ya sea un arco de ruptura (al abrir) o un arco de cierre / rebote (al cerrar). En muchas situaciones, el arco de rotura es más energético y, por tanto, más destructivo, en particular con cargas inductivas, pero esto se puede mitigar puenteando los contactos con un circuito amortiguador . La corriente de entrada de las lámparas incandescentes de filamento de tungsteno suele ser diez veces mayor que la corriente de funcionamiento normal. Por lo tanto, los relés destinados a cargas de tungsteno pueden utilizar una composición de contacto especial, o el relé puede tener clasificaciones de contacto más bajas para cargas de tungsteno que para cargas puramente resistivas.
Un arco eléctrico a través de los contactos del relé puede estar muy caliente (miles de grados Fahrenheit), lo que hace que el metal de las superficies de contacto se derrita, se acumule y migre con la corriente. La temperatura extremadamente alta del arco divide las moléculas de gas circundantes, creando ozono , monóxido de carbono y otros compuestos. Con el tiempo, la energía del arco destruye lentamente el metal de contacto, lo que hace que parte del material escape al aire en forma de partículas finas. Esta acción hace que el material de los contactos se degrade y se coordine, lo que provoca fallos en el dispositivo. Esta degradación del contacto limita drásticamente la vida útil total de un relé a un rango de aproximadamente 10.000 a 100.000 operaciones, un nivel muy por debajo de la vida mecánica del dispositivo, que puede superar los 20 millones de operaciones. [31]
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Medios relacionados con Relay en Wikimedia Commons