Relé Eletromecânico: Noções Básicas, Símbolo e Mais

Um relé eletromecânico é um interruptor elétrico que normalmente é operado usando eletromagnetismo para operar um mecanismo de comutação mecânico.

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Tecnologia de Relés Inclui:

Noções básicas sobre relés | Relé de lâmina | Especificações do relé de lâmina | Circuitos de relé | Relé de estado sólido

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Um relé elétrico é um interruptor elétrico operado eletromagneticamente – um interruptor eletromecânico. Uma corrente relativamente pequena é usada para criar um campo magnético em uma bobina dentro de um núcleo magnético e isso 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 alternar uma corrente muito maior e permitir que ambos os circuitos sejam eletricamente isolados um do outro.

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

Embora os relés eletromecânicos possam ser considerados, em alguns aspectos, como usando tecnologia antiga, os relés de estado sólido / interruptores de estado sólido podem ser considerados um meio mais eficaz de alternar 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 assumiram o controle em muitas áreas onde os relés eletromecânicos eram usados ​​anteriormente como interruptores elétricos.

Símbolo do circuito de relé

Ao desenhar os esquemas para projetos de circuitos eletrônicos, é necessário ter os símbolos de circuito para os componentes eletrônicos necessários. O ideal é que esses símbolos sejam padronizados para que todos entendam exatamente o que significam.

Infelizmente, os símbolos do circuito para relés eletromecânicos podem variar um pouco. O formato mais utilizado mostra a bobina do relé como uma caixa, e os contatos são colocados próximos conforme mostrado abaixo.

Os métodos para indicar os contatos normalmente fechados e normalmente abertos são indicados no diagrama – estes são normalmente críticos na maioria dos circuitos.

Outros circuitos, especialmente novos que podem ser um pouco mais antigos, podem mostrar a bobina do relé como uma bobina real. Embora isso não esteja em conformidade com os padrões de símbolo de circuito de relé mais recentes, pode, no entanto, ser visto em alguns casos e descreve bem o interior do relé.

É possível que haja outros conjuntos de contatos de interruptores elétricos. Da mesma forma que é possível ter vários polos em uma chave, o mesmo pode ser feito com relés. É possível ter vários conjuntos de contatos de comutação para mudar em vários circuitos.

Noções básicas do interruptor de relé

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

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

Os relés possuem várias partes básicas que formam o relé.

• Quadro: Um quadro mecânico é necessário para manter os componentes no lugar. Esta estrutura é normalmente bastante robusta para poder suportar firmemente os elementos adicionais do relé eletromecânico sem movimento relativo.
• Bobina: É necessária uma bobina enrolada em torno de um núcleo de ferro para aumentar a atração magnética. A bobina de 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 possui um metal ferromagnético para ser atraído pelo eletroímã. O conjunto possui uma mola anexada que retorna a armadura à sua posição original.
• Contatos: Os contatos são acionados pela ação do movimento da armadura. Alguns dos contatos de comutação elétrica podem fechar o circuito quando o relé é ativado, enquanto outros podem abrir um circuito. Estes são conhecidos como normalmente abertos e normalmente fechados.

O projeto do relé envolve vários aspectos. É um elemento-chave do projeto obter o fluxo magnético necessário para atrair a armadura com rapidez suficiente, sem consumir corrente excessiva. Também é necessário garantir que o relé possa abrir rapidamente assim que a corrente de energização for removida. A retenção magnética nos materiais precisa ser baixa.

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

Ao especificar relés eletromecânicos, será visto que os contatos do interruptor elétrico vêm em uma variedade de formatos. Assim como as chaves elétricas comuns, os relés eletromecânicos são definidos em termos de quebras, pólos e lances que o dispositivo possui.

• Quebra:   Embora muitos dos termos aplicados a relés eletromecânicos também se apliquem a chaves elétricas de baixa potência, este é mais aplicável a comutações de alta potência. É o número de locais ou contatos separados onde uma chave é usada para abrir ou fechar um único circuito elétrico.
  
  Todos os relés são de interrupção simples ou dupla. Uma única interrupção, o contato SB interrompe um circuito elétrico em apenas um local. Então, como o nome indica, uma quebra dupla, o contato DB quebra o circuito em dois lugares.
  
  Os contatos de interrupção única são normalmente usados ​​ao comutar dispositivos de baixa potência, possivelmente circuitos eletrônicos ou aplicações de comutação elétrica de baixa potência. Os contatos de interrupção dupla são usados ​​para a comutação elétrica de dispositivos de alta potência. Se um dos contatos travar, é provável que o outro ainda mude 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 unipolar pode comutar apenas um circuito, enquanto um interruptor bipolar pode comutar dois circuitos diferentes e isolados ao mesmo tempo. Um interruptor de pólo único é frequentemente indicado pelas letras SP e um pólo duplo por DP. Os relés podem ter um, dois ou mais pólos.
• Lançamento:   O número de lançamentos em um interruptor elétrico é o número de posições disponíveis. Para um relé eletromecânico, normalmente há apenas um ou dois lances. Um relé de acionamento único fará e interromperá um circuito, enquanto um relé de acionamento duplo atuará como uma troca de roteamento de uma conexão de um ponto final para outro diferente. O lance único e o lance duplo geralmente são indicados pelas letras ST e DT.

Por exemplo, uma especificação de relé elétrico pode citar um único pólo, um único curso: SPST ou um pode ser descrito como um único pólo duplo: DPST, etc. Esses termos permitem o número de conjuntos de contatos do interruptor e se eles são abertos/fechados ou se eles fornecem uma função de comutação.

Contatos de relé eletromecânico

Para fornecer um serviço confiável e maximizar a vida útil do relé. Diferentes materiais são usados ​​nos contatos para garantir que eles funcionem bem para o uso pretendido.

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

Diferentes relés têm diferentes tipos de materiais usados ​​para os contatos do interruptor, dependendo das aplicações e do desempenho necessário. Existem muitos acabamentos que podem ser usados, alguns dos mais usados ​​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 alto nível de condutividade. No entanto, está sujeito a um processo de sulfetação que obviamente depende da atmosfera em que o relé opera – é muito maior em áreas urbanas. Este processo causa uma película fina na superfície com condutividade reduzida, embora um impacto de contato maior no fechamento do contato do relé possa romper isso. O filme também pode gerar uma tensão de interface de alguns décimos de volt, o que pode afetar o desempenho de algumas aplicações
• Níquel de prata:   Este tipo de contato foi desenvolvido para reduzir os efeitos do pitting. O contato de prata é ligado com níquel para dar uma estrutura de grão fino e, como resultado, a transferência de material ocorre de maneira mais uniforme em toda a superfície do contato, resultando em vida útil mais longa.
• Óxido de prata e cádmio:   Os contatos feitos com óxido de prata e cádmio 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. Isso significa que esses contatos geralmente duram mais do que um contato de prata nas mesmas condições.
• Ouro:   A alta condutividade e o fato de não oxidar significa que o ouro é ideal para muitas aplicações de comutação. É usado apenas para comutação de baixa corrente, pois não é particularmente robusto. Normalmente, o ouro piscando é usado para reduzir custos e, como resultado dos baixos níveis de sulfetação, os contatos permanecem em boas condições por longos períodos. Um problema com os relés é que, se eles não forem usados ​​por algum tempo, a resistência do contato pode aumentar – isso não ocorre com o ouro.
• Tungstênio:   O tungstênio é usado em relés destinados a aplicações de alta tensão. Com um alto ponto de fusão de mais de 3380°C, possui excelente resistência à erosão do arco, necessária para esse tipo de comutação.
• Mercúrio:   O mercúrio é usado em um tipo especial de relé de palheta chamado relé de palheta molhada com mercúrio. Possui boa condutividade elétrica e por ser um líquido não há corrosão causada pela transferência de material entre os contatos. Depois que os contatos do interruptor são abertos, o mercúrio retorna ao pool de mercúrio necessário para este tipo de relé e o novo mercúrio é usado para a próxima ação de comutação. Esta ação anula o efeito de qualquer transferência de material durante a troca.

Embora muitos tipos diferentes de materiais e ligas sejam usados, esses são os materiais de contato e acabamentos mais comumente usados.

Limitação de irrupção para melhorar a confiabilidade

Um dos principais problemas enfrentados pelos sistemas de comutação elétrica: relés eletromecânicos, bem como chaves de estado sólido, é a corrente de irrupção.

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

Além disso, cargas indutivas como motores e transformadores, que geralmente são comutadas por relés eletromecânicos, têm uma corrente de irrupção muito alta. Freqüentemente, a corrente de partida pode facilmente ser dez vezes a corrente de estado estacionário, portanto, os contatos precisam ser classificados de acordo.

Em muitas áreas, é feita uma tolerância para acomodar a corrente de irrupção. Um fator é usado pelo qual a corrente de estado estável é multiplicada para fornecer a classificação do contato. Uma tabela de fatores de multiplicação típicos é dada abaixo.

Luzes fluorescentes (AC)	10
lâmpadas incandescentes	6
Motores	6
Aquecedores resistivos	1
Transformadores	20

Portanto, usando a tabela abaixo, se as lâmpadas fluorescentes devem ser ligadas e normalmente consomem 1 A, os contatos do relé devem ser classificados em 20 A.

Um outro problema ocorre quando o circuito é interrompido. O EMF traseiro gerado pela carga indutiva pode facilmente levar a faíscas que podem destruir rapidamente os contatos do relé.

Métodos como ajustar limitadores de inrush na carga, que geralmente são resistores de coeficiente de temperatura negativo, podem ajudar a limitar a corrente de inrush, e supressores de transientes podem ajudar a limitar o EMF traseiro.

Vida operacional do relé

Uma das principais questões associadas aos relés eletromecânicos é a vida útil do contato. Ao contrário dos relés de estado sólido e interruptores eletrônicos, os contatos mecânicos se desgastam com a comutação e têm uma vida útil limitada.

Dois valores 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 realizadas enquanto a comutação, ou seja, os contatos fornecem o nível necessário de condutividade. É muito dependente da aplicação como corrente de irrupção e arco voltaico criado por EMF traseiro, etc. Muitos relés de potência têm uma expectativa de vida elétrica de possivelmente 100.000 operações, embora, como mencionado, isso dependa muito da carga que está comutando.
• Expectativa de vida mecânica:   A expectativa de vida mecânica refere-se aos aspectos mecânicos do relé. É o número de ações de comutação mecânica que podem ser realizadas independentemente do desempenho elétrico. Freqüentemente, a expectativa de vida mecânica de um relé é de cerca de 10.000.000 de operações ou muito mais.

O fim da vida útil dos contatos geralmente ocorre quando os contatos grudam ou são soldados, ou quando o arco elétrico, etc. causa queimaduras de contato e transferência de material de forma que não é possível obter resistência de contato suficiente. As condições para isso dependerão do relé e de sua aplicação. Suas especificações normalmente serão definidas no datasheet do relé.

Vantagens e desvantagens dos relés

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

Vantagens

• Fornece isolamento físico entre os circuitos.
• Geralmente pode suportar altas tensões.
• Pode tolerar sobrecargas de curto prazo, muitas vezes com nenhum ou poucos efeitos nocivos – efeitos transitórios podem danificar relés de estado sólido/interruptores eletrônicos de forma irreparável.

Desvantagens

• A natureza mecânica do relé significa que ele é lento quando comparado aos interruptores semicondutores.
• Tem uma vida útil limitada devido à natureza mecânica do relé. Os interruptores de estado sólido tendem a ter um maior nível de confiabilidade, desde que não estejam sujeitos a transientes que estejam fora de suas classificações.
• Sofre de salto de contato quando os contatos começam a fazer contato e, em seguida, saltam fisicamente, fazendo e quebrando o contato e causando algum arco em maior ou menor grau.

Às vezes, outra opção que pode ser considerada ao exigir isolamento elétrico entre dois circuitos pode ser um opto-isolador. Esses opto-isoladores são frequentemente incorporados em interruptores de estado sólido, muitas vezes também chamados de relés de estado sólido, resultando em 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.

Os relés eletromecânicos estão em uso há muitos anos como interruptores elétricos e a tecnologia está bem estabelecida. Esses relés eletromecânicos ou elétricos podem tolerar algum abuso e normalmente são relativamente tolerantes a surtos ou picos de tensão transitórios. A este respeito, eles são melhores do que interruptores de estado sólido / relés de estado sólido e, embora se desgastem mais rapidamente, especialmente quando estão comutando cargas indutivas, eles precisam tolerar surtos de ativação em suas cargas.

Como os relés e chaves de estado sólido já estão 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, os 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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