Relè: Indispensabile per la commutazione di correnti nell'elettromeccanica

• Che cos'è un relè?

• Come funziona un relè elettromeccanico?

• Campi di applicazione dei relè

• Quali sono i tipi di relè disponibili e quali sono le loro caratteristiche?

• Criteri importanti per l'acquisto di relè

• Cosa significa "commutazione tensione zero"?

   

Che cos'è un relè?

Un relè è un componente elettrico che serve per la commutazione di correnti. La corrente di controllo applicata determina se il relè è aperto o chiuso. Se il relè è aperto, il circuito di carico viene rilasciato all'utenza, che si trova dietro il relè nel circuito. La corrente di controllo è spesso collegata a una logica. Ad esempio, è possibile impostare che la corrente di controllo fluisca verso l'apertura del relè solo quando viene indirizzato un sensore di movimento o di luce o quando il controllo del tempo di un software del computer lo prevede.

Come funziona un relè elettromeccanico?

Un relè elettromeccanico funziona con un elettromagnete. Se la corrente di controllo scorre nel circuito di controllo, viene indotto un flusso magnetico nel nucleo ferromagnetico del relè. Ciò influenza anche l'ancoraggio ferromagnetico. Se si muove nel nucleo a causa del flusso magnetico, i contatti di lavoro nel relè vengono chiusi dall'indotto, in modo che il circuito di carico sia chiuso e l'utenza posta dietro il relè possa essere alimentata.

Campi di applicazione dei relè

I relè vengono utilizzati come interruttori per la commutazione di correnti. Tuttavia, mentre per gli interruttori l'azionamento avviene in genere in modo meccanico, cioè mediante un'azione fisica manuale, i relè vengono utilizzati per la commutazione automatica di correnti. I relè possono essere utilizzati, ad esempio, nei seguenti scenari:

• Commutazione di un circuito di carico ogni volta che viene messo in funzione un altro circuito di carico. Ad esempio, in un circuito elettrico, un faretto a LED deve sempre accendersi quando il circuito di carico di un dispositivo elettrico è in funzione (commutazione a potenziale separato di due circuiti elettrici in sostituzione).
• Per amplificare le prestazioni elettriche a bassa potenza mediante induzione (principio dell'amplificatore di commutazione).
• Per commutare il circuito di carico controllato tramite software . Lo scenario più semplice è, ad esempio, che un Raspberry Pi o un controller programmabile (PLC) commuta il relè esattamente quando il segnale di ingresso di un sensore cambia o un utente in un software esegue un determinato input.

Quali sono i tipi di relè disponibili e quali sono le loro caratteristiche?

Nel negozio online Conrad è disponibile una vasta gamma di relè per l'uso professionale. I prodotti sono suddivisi nelle seguenti categorie:

• Moduli per guida DIN
• Relè per circuiti stampati
• Relè industriali
• Rele di interfaccia
• Relè auto
• Magnetismo
• Relè da PCB, relè a innesto
• Relè Reed
• Accessori per relè
• Schede relè
• Protezioni
• Interruttore ad impulso di corrente
• Relè multifunzione, temporizzati
• Relè di sorveglianza 

Il principio dei relè elettromeccanici (EMR) è già stato descritto. Sono fino al 20% più convenienti rispetto ai più costosi relè a semiconduttore. Inoltre, il loro consumo di energia è molto più basso, per questo motivo sono particolarmente adatti per bassi livelli di potenza. A differenza dei relè a semiconduttore, EMR in genere non ha perdite di calore così elevate nel percorso di corrente di carico. Mentre i relè a semiconduttore devono essere spesso montati su un dissipatore di calore, ciò non è necessario per i relè elettromagnetici. 

Questa debolezza dei relè a semiconduttore non si applica ai relè PhotoMOS. Tuttavia, nel loro caso, si nota un'elevata resistenza di contatto rispetto ai relè elettromeccanici. Inoltre, hanno una caduta di tensione media inferiore nel circuito di carico rispetto ai relè a semiconduttore. I relè elettromeccanici non possono essere azionati facilmente con tensione alternata perché il campo magnetico cambia costantemente la polarità e quindi l'armatura non può essere tenuta permanentemente. Pertanto ci sono relè di fase speciale o relè a polarità sfumata per questo scopo. Un relè di corrente continua può essere collegato a una tensione alternata solo con un raddrizzatore a monte.

I relè a semiconduttore (in inglese: Relè a stato solido, SSR) sono relè elettronici realizzati con interruttori elettronici come transistor, tiristori o triac. Sono adatti per la commutazione di carichi ohmici e induttivi. L'isolamento galvanico viene realizzato principalmente tramite PhotoMOS. I relè a semiconduttore sono più costosi rispetto ai relè elettromagnetici, ma hanno una una minore distorsione del segnale. Ciò è importante, ad esempio, per le termocoppie o per i microfoni. Mentre nel caso dei relè elettromagnetici il percorso del segnale può essere notevolmente distorto dai diversi livelli di temperatura dei due materiali conduttori (tensione termica), la cosiddetta tensione di offset generata da portatori di carica liberi nel semiconduttore ha un'influenza molto minore sul segnale.

Poiché i relè a semiconduttore funzionano senza parti mobili, sono generalmente più duraturi e adatti per condizioni ambientali avverse, ad esempio per l'uso in prossimità di miscele di gas esplosive. Non si produce alcun rumore di commutazione e i relè a semiconduttore sono insensibili al carico di urti e vibrazioni. Poiché nessun ferromagnetico è montato, questi relè non vengono disturbati facilmente da campi magnetici. Sono inoltre utilizzati in ambienti in cui sono necessarie elevate velocità di commutazione o basse frequenze di commutazione. Un altro vantaggio di questi relè è che non ci sono "rimbalzi di contatto". Con questo termine si fa riferimento a un fenomeno quando invece di chiudere immediatamente un contatto elettrico si apre e si chiude più volte il contatto. 

Una caratteristica importante dei relè a semiconduttore: Ad eccezione dei ricevitori triac e PhotoMOS, nel circuito di carico è possibile solo una direzione di corrente. Quando si utilizzano relè a semiconduttore con optoaccoppiatori, è necessario osservare che questi non sono generalmente approvati per temperature ambiente superiori a 85°C. Le alimentazioni elettriche costruite tramite optoaccoppiatori hanno una larghezza di banda ridotta di massimo 25 kHz e reagiscono quindi lentamente alle variazioni nella tensione di ingresso. Poiché gli optoaccoppiatori hanno un consumo di corrente relativamente elevato, non devono essere utilizzati, ad esempio, per i circuiti di standby.

I contattori a loro volta sono relè speciali per l'uso nella tecnologia a corrente elevata. Si distinguono per il fatto che la tensione elettrica e l'intensità di corrente nel circuito di carico possono essere molto più alte rispetto alla bobina del circuito di controllo. Inoltre, in genere dispongono di più contatti di commutazione necessari per la commutazione di utenze trifase.

I relè a pressione, noti anche come "piccoli relè", vengono utilizzati per applicazioni a bassa tensione.

I relè di interfaccia sono relè con ingressi speciali per controller programmabili (SPSen), PC industriali, sistemi di bus di campo e altri controller controllati da software. Vengono spesso utilizzati per commutare correnti controllate tramite software.

I relè temporizzati sono relè con un elemento temporizzato. Ciò consente un ritardo del tempo di accensione o spegnimento ed è vantaggioso, ad esempio, nella applicazioni di automazione.

Criteri importanti per l'acquisto di relè

Protezione contro i fattori di carico esterni

I relè possono essere protetti in modo strutturale da determinate influenze esterne a seconda delle esigenze. In questo modo sono presenti relè a prova di polvere e relè a tenuta di lavaggio, sigillati con una tenuta con resina colata. I relè a protezione di gas sono fusi in un tubo di vetro riempito con gas di protezione, mentre i relè a vuoto in questo tubo di vetro sono privi di gas.

Criteri in base al comportamento di spegnimento

Secondo le categorie di utilizzo EN 60947-4-1 e EN 60947-5-1 i relè sono categorizzati in base al loro comportamento di spegnimento. A seconda della categoria, sono adatti per carichi elettromagnetici o ohmici o altri ambiti di impiego speciali. Allo stesso modo, la categoria determina il numero di fasi e quindi il tipo di corrente.

Tensione di commutazione e di controllo

In un relè si distingue fondamentalmente tra due tensioni

• La tensione di controllo è la tensione che deve essere presente nel circuito di controllo, in modo che il relè attivi un cambiamento dello stato di commutazione. A tale scopo, in genere è presente un valore minimo e massimo in cui viene commutato l'intervallo.
• La tensione di commutazione è la tensione che può essere rilevata dopo l'apertura nel circuito di carico. Si tratta quindi della tensione che può essere commutata facilmente nel circuito di carico con la tensione di controllo. Anche a questo scopo, in genere è disponibile un valore per il minimo e il massimo.

Valore corrente di carico

Il valore della corrente di carico determina l'intensità di corrente massima che può verificarsi in modo permanente nel circuito di carico. Se l'intensità di corrente nel circuito di carico è superiore a quella specificata, è necessario utilizzare un altro relè.

Corrente d'urto

La cosiddetta corrente d'urto misura l'intensità di corrente che può verificarsi nel circuito di carico alla tensione massima. La corrente d'urto è generalmente bassa quando il relè viene commutato al momento del picco di tensione e alta quando viene commutato al momento di un punto di zero tensione. Pertanto, i relè a commutazione di tensione zero hanno generalmente un valore elevato per la corrente di picco. Un'elevata corrente d'urto può causare problemi. Ad esempio, il componente dietro il relè può essere danneggiato se non sopporta una corrente d'urto così elevata o se si verifica un arco durante lo spegnimento delle lampade.

Cosa significa "commutazione tensione zero"?

La tensione di alimentazione nei comuni circuiti domestici e industriali non è costante, ma in una curva sinusoidale. Se si accende o si spegne un dispositivo in un momento in cui la tensione non è pari a zero, si verificano forti interferenze ad alta frequenza (cosiddetto lato di accensione o spegnimento). Per evitare questo problema, il relè può essere progettato in modo da commutare sempre l'utenza solo in caso di passaggio a tensione zero, cioè nel momento in cui la tensione è pari a zero.