LOS RELES

CAPÍTULO 5

LOS RELES

5.1. EL RELE SIMPLE

5.1.1. PRINCIPIOS

El relé es un dispositivo electromecánico que inicializa la acción en un circuito eléctrico en respuesta a un cambio en las condiciones de estado de ese circuito, o cualquier otro tipo de circuito. Existe una variedad de relé donde se destacan los de tipo eléctricos, neumáticos o fluídicos. La mayoría de los relés que se describirán aquí son de tipo electromecánicos y de estado-sólido.

La función de un relé, es abrir o cerrar un par de contactos eléctricos o un grupo de contactos como consecuencia de un cambio en las condiciones eléctricas de entrada. Este cambio es llamado “señal de control”. El cierre de contacto que forma parte del circuito principal, es usado en una asociación a seleccionar otros circuitos, o realizar funciones de apagado y encendido (off/on) una o varias veces repetidamente.

De manera más general, un relé puede considerarse como un amplificador y un controlador; ya que tiene una ganancia de potencia y se define como la razón de la salida de poder manejada por una entrada definida. De este modo, un relé podría requerir una corriente continua de 0.005 amperes a 50 voltios, pero que puede controlar 2.500 Watts de potencia, obteniendo una ganancia de 10.000.

5.1.2. CARACTERISTICAS

Los relés descritos aquí son tanto electromecánicos como electrotérmicos y las características aquí son comunes a todos ellos según sus formas. Los relés controlan el flujo de corriente eléctrica según el estado del contacto, el cual puede estar abierto o cerrado. Estos contactos presentan una resistencia infinita cuando abren (megaohms) y una baja resistencia cuando cierran (milihoms). Los relés pueden tener múltiples contactos, hasta 8 contactos DPDT (doble polo doble terminal) reunidos y cada disposición de contactos está eléctricamente aislados entre sí, estos contactos son activados en alguna determinada secuencia, comúnmente positiva. El impulso eléctrico, puede ser completamente aislado del circuito controlador. Este puede ser impulsado por energía eléctrica de un carácter enteramente diferente, desde el circuito de control, por ejemplo, mili amperes de DC pudiendo controlar kilowatts de RF.

Cada una de las estructuras mecánicas de los relés tienen ciertas ventajas y ciertas limitaciones. Algunas responden rápidamente, en menos de un milisegundo, pero no son seguros cuando manejan altas cantidades de potencia; algunos manejan grandes cantidades de potencia pero a una baja velocidad. Algunos tienen agrupados un conjunto de contactos seriados para poder manejar voltaje de radio-frecuencia y evitar capacitancias por acoplamiento, (cross-coupling).

También existen “relés en estado-sólido”, los cuales usan transistores, SCRs, TRIACs y similares, así como elementos de corriente controlada. Comúnmente en estos dispositivos el circuito controlado esta aislado del circuito de control, mediante un transformador (DC), o por un elemento óptico, u tal vez por un relé electromecánico.

5.1.3. TIPOS DE RELES

Existe una extensa variedad de relés disponible en el mercado, esta incluye relés DC con capacidades de contacto, desde microamperes hasta kiloamperes y desde bobinas energizadas desde pequeñas potencias (microwatts) a varios watts. Dependiendo del número de contactos, ellos requieren bobinas de 200 a 800 miliwatts, ya sea, en corriente continua como alterna y pueden controlar desde 5 amperes en 120 voltios, por contacto.

Relés de baja potencia son usados para controlar mayor poder. Estas bobinas aceptan desde 120 a 240 voltios AC. Esos pequeños relés tienen una capacidad de contacto cercano a los 30 amperes, a voltaje de hasta los 600 Voltios. También, existe una gran variedad de relés más grandes, se conocen como contactores electromagnéticos o disyuntores.

Otro criterio usado de selección de relés es por sus dimensiones mecánicas. Hay relés en miniatura y llegan a ser tan pequeños como 0.13 pulgadas cúbicas (2.03 c.c.), hay relés de tamaño de un transistor (TO-5).

El tipo de montaje puede ser importante, se tiene los tipo de montaje atornillado, tipo enchufe o plug-in, o montaje mediante circuito impreso. También es importante el número de polos disponibles en una unidad simple (tantas como 48), estas puede ser un factor determinante. Otro criterio, puede ser la resistencia eléctrica requerida, por ejemplo, extremadamente baja o quizás, extremadamente constante. (relés de mercurio o contactos de mercurio).

5.1.4. CONFIGURACION EN LOS CONTACTOS DE UN RELES

Los relés electromecánicos son fabricados con una amplia gama de disposición de sus contactos y en varias combinaciones. Alguna de estas están bajo normas y las más frecuentes se muestran en la Figura 5.1, donde se destacan los códigos y algunas características como simple polo, doble terminal (SPDT), tipo de corte, tipo de contacto (forma de C de cuatro unidades, 4PDT).

En muchas aplicaciones es conveniente considerar la energía necesaria que actúa en un relé, una clasificación de los requerimientos de energía de las bobinas y la habilidad de manejo de potencia se muestra en la Tabla 5.1, los valores representados allí son solo aproximado.  

        Los relés, también se pueden clasificar por la función que deben ofrecer y la energía disponible. Los relés de medida y los ultrasensibles actúan con una muy baja energía, tal vez con una fracción de microwatts y se usan cuando se requiere pequeñas señales disponibles, ya sea, en transductores o puentes de medida.

[pic 1]Figura 5.1.- Disposición y normas de contactos de relé.

        Los relés de propósito general y de control, son usados en algunos circuitos después que otros sistemas de control hayan actuado , por ejemplo, un programa de control en un PLC y posteriormente se realiza la acción al medio industrial mediante un arreglo de relés.

La siguiente Figura 5.2, nos muestra algunas configuraciones ampliamente usadas en la industria, los modelos A y B son los más comunes, el tipo C es un mecanismo de equilibrio de fuerza, aquí, la estructura tiene un dispositivo con dos posiciones estable, una de ella es controlada por el imán permanente y la otra por la fuerza magnética de la bobina la cual debe ser suficientemente rígida para superar la tensión del imán permanente.

TABLA 5.1.- Características y rango de los Relés.

[pic 2]

        El relé tipo caña (reed relay), mostrado en D, se monta en una cápsula de vidrio envuelta por una bobina, la corriente que fluye por esa bobina genera un campo magnético, produciéndose una atracción de las placas de la caña y produciéndose el contacto. Estas unidades electromagnéticas, son altamente rápidas, cercana a los 500 microsegundos o menores a este tiempo de operación, hay diferentes configuraciones de contactos, alguno de ellos puede estar polarizados, otros pueden ser retentivos (lachting) mediante pequeños imanes, también, hay de tipos contacto seco o de contacto húmedo por mercurio, puede ser de cápsula simple o múltiple. Estos relés, son ampliamente usados en sistema conductores (driver) de transistores por su alta confiabilidad y su larga vida, sobre 100 millones de operaciones.

[pic 3]

Figura 5.2.- Configuraciones típicas de relés industriales.

5.1.5. ESTRUCTURA DE LOS RELES

        Los relés electromagnéticos están activados por fuerzas magnéticas que son producidas por corrientes que fluyen por las espiras de una bobina (principio de Faraday), estas fuerzas mueven una armadura de Fierro, ver Figura 5.2, sección A y B, en A se muestra el relé tipo palmeta, clapper relay, y en B, se muestra el tipo telefónico, en ambos, cuando no existe corriente, la armadura mantiene una posición a través de un resorte, cuando la corriente fluye, se produce un empuje de la armadura hacia el cuerpo realizándose el contacto hacia la carga, cuando la corriente deja de fluir, el resorte ejerce una fuerza y retorna la armadura a su posición normal, ambos relés pueden usar corriente alterna o continua, cuando se  aplica corriente alterna (AC), se usan bobinas auxiliares amortiguadoras (shaning coil) para suavizar el golpe y evitar el rechinar.

5.1.5.1. Estructura De Relés Especiales

        Si un pequeño imán permanente es agregado al relé, la armadura del relé, puede ser operada en una u otra dirección según la polaridad del imán.

[pic 4]

Figura 5.3.- Configuraciones típicas de relés especiales.

La Figura 5.3-A, muestra el relé polarizado. Este relé conocido como retentivo, permite operar uno o dos circuitos o ambos a la vez, parte B, cuando uno de los actuadores es energizado, su brazo se desliza hasta el otro brazo, donde este se cierra, este permanece restringido hasta volverlo forzadamente a su posición normal, una vez que se haya desenergizado. La parte C de la Figura 5.3, nos muestra dos bobinas con una armadura que también permite operar dos circuitos, dependiendo de la señal aplicada, un pequeño resorte es dispuesto para equilibrar al relé en una zona neutra cuando no haya energía.

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