Relè: tipi e guida alle applicazioni

1. Che cos'è un relè e come funziona?

Un relè è un interruttore azionato elettricamente. È essenzialmente un dispositivo che apre o chiude circuiti elettromeccanicamente o elettronicamente. I relè sono utilizzati per controllare un circuito aprendo e chiudendo i contatti in un altro circuito.

Quando un contatto relè è normalmente aperto (NO), c'è un contatto aperto quando il relè non è eccitato. Al contrario, quando un contatto relè è normalmente chiuso (NC), c'è un contatto chiuso quando il relè non è eccitato. In entrambi i casi, l'applicazione di corrente elettrica ai contatti ne modifica lo stato.

I relè sono comunemente usati quando è necessario controllare un circuito tramite un segnale a bassa potenza, o quando più circuiti devono essere controllati da un segnale. Ho visto in prima persona quanto siano critici questi dispositivi in contesti industriali, in particolare nel controllo di circuiti ad alta potenza con segnali a bassa potenza.

Ad esempio, nei nostri stabilimenti di produzione, i relè consentono a piccoli segnali di controllo provenienti da un PLC di gestire il funzionamento di grandi motori e altri macchinari pesanti, garantendo un funzionamento efficiente e sicuro.

Un relè è un interruttore elettrico che si apre e si chiude sotto il controllo di un altro circuito elettrico. Quando una corrente elettrica scorre attraverso la bobina del relè, genera un campo magnetico che attiva l'indotto, che a sua volta sposta i contatti del relè.

2. Quali sono i componenti principali di un relè?

Un relè è costituito da un elettromagnete (bobina del relè), un'armatura, una molla e un set di contatti elettrici. L'elettromagnete si forma quando una bobina di filo viene avvolta attorno a un nucleo di ferro.

Quando una corrente elettrica scorre attraverso la bobina, questa diventa un elettromagnete, che attrae l'indotto. L'indotto è una parte mobile che apre o chiude i contatti. La molla riporta l'indotto nella sua posizione originale quando il relè viene disattivato.

Gli schemi dei relè illustrano come interagiscono questi componenti. All'interno del relè, la bobina e i contatti sono le parti più cruciali. Ad esempio, quando viene applicata tensione alla bobina del relè, la corrente risultante crea un campo magnetico.

Questo campo tira l'indotto verso la bobina, chiudendo i contatti del relè normalmente aperti e completando il circuito. Questo meccanismo è fondamentale in numerose applicazioni industriali, consentendo il controllo sicuro ed efficiente di dispositivi ad alta potenza con precisione.

La progettazione e la costruzione specifiche degli interruttori e dei contatti dei relè possono variare in base al tipo di relè e all'uso previsto.

3. Relè elettromeccanici (EMR) vs. relè allo stato solido (SSR):

I relè elettromeccanici (EMR) utilizzano una parte mobile fisica per collegare i circuiti. Quando la bobina del relè viene energizzata, crea un campo magnetico che muove un'armatura fisica, che a sua volta crea o interrompe il circuito. 

I relè garantiscono l'isolamento elettrico tra il circuito di controllo e il circuito di carico.

I relè a stato solido (SSR), d'altro canto, non hanno parti mobili. Invece, utilizzano semiconduttori come tiristori o transistor per commutare il circuito di carico. A differenza dei relè meccanici, gli SSR offrono tempi di commutazione più rapidi e una maggiore durata operativa perché non hanno componenti meccanici che possono usurarsi.

Raccomando spesso gli SSR in applicazioni che richiedono alte frequenze di commutazione o in cui l'ambiente è duro per le parti meccaniche. Poiché il relè è un interruttore azionato elettricamente, comprendere le differenze tra EMR e SSR è essenziale per selezionare il relè appropriato per applicazioni specifiche nell'automazione industriale.

4. Quali sono i diversi tipi di relè?

Esistono vari tipi di relè progettati per applicazioni specifiche. Alcuni tipi comuni di relè includono:

• Relè elettromeccanico (EMR): utilizza un elettromagnete per azionare un interruttore meccanico. Adatto per AC e DC.
• Relè a stato solido (SSR): utilizza semiconduttori per commutare il carico. Ideale per applicazioni che richiedono commutazione rapida e lunga durata.
• Relè Reed: impiega un interruttore reed all'interno della bobina. Noto per le sue dimensioni compatte e il funzionamento rapido, spesso utilizzato nelle apparecchiature di prova.
• Relè di blocco: mantiene la sua posizione di contatto anche dopo che l'ingresso è stato rimosso. Richiede un impulso separato per il reset.
• Relè polarizzato: il funzionamento di un relè polarizzato dipende dalla polarità della tensione applicata.
• Relè temporizzato: i contatti del relè restano aperti finché il relè non viene eccitato per un tempo preimpostato.

Ogni tipo di relè ha caratteristiche uniche che lo rendono adatto a diverse applicazioni. Ad esempio, i relè reed sono spesso utilizzati nelle apparecchiature di collaudo per via delle loro piccole dimensioni e della rapida velocità di commutazione, mentre i relè latching sono preferiti nei circuiti di memoria perché mantengono il loro stato senza alimentazione continua. 

I relè sono realizzati in varie configurazioni di circuiti elettrici ed elettronici, quali SPST, SPDT, DPST e DPDT, per soddisfare specifiche esigenze di commutazione.

5. Come scegliere il relè giusto per la tua applicazione?

La scelta del relè appropriato comporta la considerazione di diversi fattori:

1. Caratteristiche del carico: quali sono la tensione e la corrente del carico che devi commutare?
2. Tensione di controllo: quale tensione è disponibile per alimentare la bobina del relè?
3. Velocità di commutazione: quanto velocemente deve funzionare il relè?
4. Condizioni ambientali: il relè sarà esposto a temperature estreme, umidità o vibrazioni?
5. Durata: quanti cicli di commutazione richiede l'applicazione?

Ad esempio, nelle nostre fabbriche di macchinari e attrezzature, utilizziamo spesso relè a stato solido per applicazioni che richiedono una commutazione rapida e una lunga durata. Al contrario, i relè elettromeccanici sono preferiti per applicazioni in cui il costo è una preoccupazione primaria e la velocità di commutazione è meno critica.

La corrente che scorre attraverso il relè deve essere considerata per selezionare un relè che possa gestire il carico senza surriscaldarsi. Quando il relè si attiva, dovrebbe proteggere il sistema elettrico isolando il circuito di controllo dal circuito di carico.

6. Come testare un relè e risolvere i problemi più comuni?

Testare un relè implica il controllo della continuità dei contatti e della resistenza della bobina. Un multimetro è uno strumento utile a questo scopo.

1. Test di resistenza della bobina: misura la resistenza attraverso i terminali della bobina del relè. Una lettura di resistenza infinita indica solitamente una bobina aperta.
2. Test di continuità dei contatti: quando il relè non è eccitato, i contatti normalmente aperti dovrebbero mostrare una resistenza infinita e i contatti normalmente chiusi dovrebbero mostrare una resistenza pari a zero. Quando il relè è eccitato, queste letture dovrebbero invertirsi.

I problemi comuni con i relè includono la bruciatura della bobina, la saldatura dei contatti e l'usura meccanica. Testare regolarmente i relè può aiutare a identificare potenziali problemi prima che portino a guasti del sistema. 

I relè spesso falliscono a causa di corrente o tensione eccessive, quindi è fondamentale assicurarsi che il relè sia classificato per l'applicazione. Per testare un relè, dovresti controllare la bobina e i contatti del relè utilizzando un multimetro.

7. Quali sono i tipi di contatti dei relè e il loro significato?

I tipi di contatto relè sono categorizzati in base alla loro configurazione e funzione. Le configurazioni comuni includono:

• Forma A (SPST-NO): unipolare a singolo contatto – normalmente aperto. Questo tipo di relè ha un contatto normalmente aperto, che si chiude quando il relè è eccitato.
• Forma B (SPST-NC): unipolare a singolo contatto – normalmente chiuso. Ha un contatto normalmente chiuso, che si apre quando il relè è eccitato.
• Forma C (SPDT): Single Pole Double Throw. Noto anche come relè di commutazione, ha un terminale comune e due contatti: uno normalmente aperto e uno normalmente chiuso. Il relè SPDT può commutare tra due circuiti.
• Modulo D (SPDT): da preparare prima della pausa.

La comprensione di queste configurazioni è fondamentale per selezionare il relè giusto per la tua applicazione. Ad esempio, un relè Form A è adatto semplicemente per accendere e spegnere un carico, mentre un relè Form C può essere utilizzato per commutare tra due carichi diversi.

Anche il materiale dei contatti dei relè gioca un ruolo cruciale nelle prestazioni e nella durata del relè. I tipi di contatti dei relè determinano il modo in cui il relè commuta il circuito di carico, rendendo essenziale scegliere la configurazione corretta per le proprie esigenze.

8. Qual è la durata di vita di un relè e quali sono i fattori che la influenzano?

La durata di un relè dipende da diversi fattori, tra cui l'ambiente operativo, la frequenza di commutazione e il carico elettrico commutato. 

I relè elettromeccanici hanno in genere una vita meccanica da 100.000 a 1 milione di operazioni e una vita elettrica da 10.000 a 100.000 operazioni. I relè allo stato solido, senza parti in movimento, possono avere una vita operativa molto più lunga.

I fattori che possono ridurre la durata di un relè includono:

• Corrente o tensione eccessive: il superamento dei valori nominali del relè può causare surriscaldamento e guasti prematuri.
• Elevata frequenza di commutazione: la commutazione frequente può causare usura meccanica nei relè elettromagnetici.
• Fattori ambientali: temperature estreme, umidità e vibrazioni possono anche ridurre la durata del relè.

Una manutenzione regolare e una selezione appropriata possono aiutare a massimizzare la durata di un relè. È inoltre essenziale considerare l'ambiente operativo quando si sceglie un relè. Ad esempio, in ambienti industriali difficili, utilizziamo relè sigillati per proteggere da polvere, umidità e altri contaminanti.

9. Applicazioni dei relè: dove vengono comunemente utilizzati i relè?

I relè sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni in vari settori. Alcune applicazioni comuni dei relè includono:

• Sistemi di controllo industriale: i relè controllano motori, pompe e altri dispositivi ad alta potenza in ambienti industriali.
• Automobilistico: i relè vengono utilizzati nei veicoli per controllare luci, clacson e altri componenti elettrici.
• Telecomunicazioni: i relè commutano i segnali nelle reti di telecomunicazione.
• Sistemi HVAC: i relè controllano le apparecchiature di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria.
• Distribuzione di energia: i relè proteggono i circuiti elettrici e le apparecchiature nei sistemi di distribuzione di energia.
• Elettronica di consumo: i relè vengono utilizzati in vari dispositivi elettronici, come frigoriferi e lavatrici.

I relè sono componenti versatili che possono essere trovati in numerose applicazioni, dai semplici elettrodomestici ai complessi sistemi di controllo industriale. Ad esempio, i relè vengono utilizzati per avviare e arrestare motori, controllare circuiti di illuminazione e attivare allarmi. Le applicazioni dei relè sono vaste e variegate, il che li rende componenti indispensabili in molti settori.

10. Tendenze future nella tecnologia dei relè

Il campo della tecnologia dei relè continua a evolversi, con continui progressi volti a migliorare le prestazioni, l'affidabilità e l'efficienza. Alcune delle principali tendenze future nella tecnologia dei relè includono:

• Miniaturizzazione: c'è una crescente domanda di relè più piccoli che possano essere integrati in dispositivi elettronici compatti.
• Relè intelligenti: questi relè incorporano microprocessori e capacità di comunicazione, consentendo il monitoraggio e il controllo a distanza.
• Relè allo stato solido (SSR): grazie ai progressi nella tecnologia dei semiconduttori, gli SSR stanno diventando sempre più popolari grazie alla loro lunga durata e alle elevate velocità di commutazione.
• Efficienza energetica: i nuovi progetti di relè si concentrano sulla riduzione del consumo energetico, contribuendo al risparmio energetico.

Queste tendenze riflettono il più ampio cambiamento del settore verso soluzioni di automazione più intelligenti, più efficienti e più integrate.