O prezentare a releelor

Releele au un rol esențial în nenumărate aplicații și sisteme de consum, comerciale și industriale. Acestea sunt adesea utilizate în sistemele de zi cu zi fără a fi observate. De exemplu, releele sunt utilizate pentru a regla un cuptor de uz casnic, pentru a acționa o telecomandă de televizor sau pentru a acționa un lift. Concepute inițial în 1835 pentru stabilirea de conexiuni telegrafice pe distanțe lungi, releele au fost ulterior adaptate pentru a fi utilizate în centralele telefonice și continuă să funcționeze în mod fiabil, discret și cu o eficiență ridicată.

Dintr-o perspectivă practică, releele funcționează ca întrerupătoarele electrice. Ele utilizează un semnal de putere mică pentru a comanda un circuit de putere mare, fie că se află în apropiere sau la distanță. Proiectarea lor inerentă facilitează o izolare eficientă între semnalul de joasă putere și circuitul de mare putere, denumită adesea izolare galvanică. Această izolare asigură funcționarea sigură și robustă a sistemelor electrice pentru utilizatori. Releele prezintă versatilitate, deoarece pot fi utilizate pentru a regla un singur circuit sau mai multe circuite și pot servi ca amplificatoare sau întrerupătoare de circuit.

Capacitatea de a controla de la distanță puterea dispozitivului se traduce, de asemenea, în măsuri de siguranță sporite, în special în procesele industriale care pot prezenta pericole fizice pentru operatori. Aceste dispozitive versatile sunt disponibile într-o gamă largă de capsule, oferind diverse capacități de curent, opțiuni de montare și amprente fizice, ceea ce le face la fel de răspândite ca și omniprezentul comutator de zi cu zi.

Releele – cum funcționează

Pentru o mai bună înțelegere a subiectului, releele pot fi clasificate în două tipuri fundamentale: electromecanice (EMR) și cu semiconductori (SSR). Distincția cheie constă în prezența sau absența componentelor mobile.

Cel mai vechi dintre cele două tipuri este cel electromecanic, care are contacte, o armătură, un arc și un electromagnet. În cea mai elementară funcționare, un arc menține poziția armăturii. La aplicarea curentului electric, electromagnetul exercită o forță de atracție asupra armăturii, determinând-o să se deplaseze și să închidă un set de contacte, permițând astfel trecerea curentului prin circuit.

Figura 1: Structura internă de bază a unui releu electromecanic. (Sursă imagine: Same Sky)

Pe de altă parte, releele cu semiconductori, care au apărut la sfârșitul anilor ’50, au același scop fundamental ca și releele electromecanice, dar sunt în întregime electronice, fără părți mobile. Acestea au un circuit de intrare, un circuit de control și un circuit de ieșire pentru reglarea curentului. Atunci când se aplică o tensiune care depășește tensiunea de captare specificată, circuitul de control declanșează releul. Odată ce tensiunea scade sub tensiunea de decuplare, releul se dezactivează.

Relee electromecanice vs. relee cu semiconductori – continuare

La fel ca în cazul oricărei tehnologii de componente electronice, releele electromecanice și cele cu semiconductori au avantaje și dezavantaje distincte care trebuie luate în considerare.

Datorită designului lor vechi de două secole, releele electromecanice sunt dispozitive robuste, cu o funcționare simplă, demonstrând fiabilitate într-o gamă largă de aplicații, inclusiv cele care implică un curent ridicat și medii periculoase. Acestea oferă o izolare electrică completă, pot rezista la supraintensități și supratensiuni ridicate și sunt impermeabile la zgomotul electric, cum ar fi interferențele electromagnetice și interferențele de radiofrecvență (EMI/RFI).

Cu toate acestea, deoarece releele electromecanice au părți mobile, în timp se produce o degradare fizică, iar contactele se pot deteriora din cauza coroziunii și oxidării. Acestea pot fi susceptibile la formarea de arcuri de contact, ceea ce poate duce la apariția de mici cratere și scurtcircuite. Natura lor mecanică le face vulnerabile la ricoșeul de contact din cauza șocurilor și vibrațiilor și pot genera propriul zgomot EMI/RFI. În plus, câmpurile magnetice externe pot afecta funcționarea acestora.

În schimb, releele cu semiconductori oferă o durată de viață mai lungă și funcționează cu o putere de control mult mai mică, datorită faptului că sunt concepute fără părți mobile. Acestea oferă cicluri de pornire/oprire mai rapide, elimină arcurile electrice și ricoșeurile de contact și nu sunt afectate de șocuri mecanice externe, de vibrații sau de câmpurile magnetice. Releele cu semiconductori funcționează într-un interval de tensiune mai mic decât releele electromecanice, ceea ce le face potrivite pentru dispozitivele electronice, dar mai puțin potrivite pentru aplicațiile de mare putere.

Cu toate acestea, datorită designului lor unic, releele cu semiconductori pot fi sensibile la fenomenele tranzitorii de tensiune sau de curent, precum și la zgomotul EMI/RFI. Acestea tind să genereze mai multă căldură decât omologii lor mecanici și pot fi sensibile la temperaturile ambientale. În special, realizarea unei izolări electrice complete între semnalul de comandă și sarcină nu este posibilă în mod inerent cu întrerupătoarele semiconductoare standard, dar poate fi realizată cu ajutorul componentelor optoelectronice din dispozitivele foto-cuplate, care izolează semnalele de intrare și de ieșire.

Figura 2: Schema internă de bază a releelor cu semiconductori. (Sursă imagine: Same Sky)

Tipuri comune de relee

Este disponibilă o gamă variată de tipuri de relee, fiecare dintre ele fiind adaptată pentru a răspunde cerințelor specifice ale aplicațiilor. Este de remarcat faptul că producătorii pot folosi o terminologie ușor diferită pentru ofertele lor de produse, dar aici vă prezentăm un rezumat generalizat al principalelor tipuri de relee:

• De uz general: Acestea sunt relee electromecanice obișnuite care funcționează cu curent alternativ sau continuu între 12 și 230 de volți și pot controla curenți de la 2 la 30 de amperi.
• De semnal: Releele de semnal sunt utilizate pentru a controla sarcini de putere mică, de obicei mai puțin de 2 amperi. Pentru mai multe informații, puteți consulta articolul „Relee de semnal – Înțelegerea noțiunilor de bază” de la Same Sky.
• De putere: Releele de putere sunt special concepute pentru a gestiona sarcinile de mare putere, minimizând generarea de căldură și reducând arcul electric. Pentru mai multe informații, puteți consulta articolul „Introducere în relee de putere” de la Same Sky.
• De control al utilajelor: Acestea sunt relee robuste și de mare capacitate, destinate utilizării în aplicații industriale de mari dimensiuni.
• De blocare: Releele de blocare își mențin starea de setare sau de resetare (fie ON, fie OFF) până când primesc un semnal de tensiune inversă.
• Cu lamelă: Releele cu lamelă sunt compacte și funcționează rapid. Acestea utilizează un electromagnet pentru a controla unul sau mai multe întrerupătoare cu lamelă etanșate ermetic, ceea ce le asigură imunitatea la contaminanți externi sau la umezeală.
• De comutare zero: Aceste relee activează sarcina atunci când se aplică tensiunea de comandă, iar tensiunea de sarcină este aproape de zero. Ele dezactivează sarcina atunci când tensiunea de control este eliminată.

Figura 3: Principiul de bază al comutării zero cu relee. (Sursă imagine: Same Sky)

• De comutare de vârf: Releele de comutare de vârf activează sarcina atunci când se aplică o tensiune de control, iar tensiunea de sarcină este la maximum. Acestea dezactivează sarcina atunci când tensiunea de control este îndepărtată și sarcina curentului se apropie de zero.
• Cu activare instantanee: Releele cu activare instantanee activează imediat sarcina atunci când se aplică tensiunea de captare.
• De întârziere: Releele de întârziere încorporează un temporizator pentru a controla evenimentele în funcție de timp.
• De comutare analogică: Releele de comutare analogică gestionează tensiunea de ieșire ca o funcție a tensiunii de intrare, permițând tensiuni de ieșire infinite între limitele capacității nominale a releului.
• Cuplate optic: Acestea sunt relee cu semiconductori care asigură izolarea între circuitele de comandă și cele de alimentare prin comutarea ca răspuns la o sursă de lumină internă.
• Militar/de fiabilitate ridicată: Aceste relee sunt proiectate special pentru a funcționa în medii solicitante și dure.

Releele pot fi clasificate în continuare ca fiind în mod normal deschise (NO), unde contactele sunt deschise și circuitul nu este alimentat, sau în mod normal închise (NC), unde contactele sunt închise atunci când circuitul nu este alimentat. Pe scurt, releele sunt de obicei specificate ca fiind fie NO, fie NC atunci când nu este aplicată nicio putere.

Valori nominale și configurații

Releele sunt clasificate în funcție de capacitatea lor de a comuta în siguranță energia electrică prin dispozitiv. Aceste valori nominale sunt clasificate ca fiind de curent alternativ sau de curent continuu și sunt exprimate de obicei în amperi. Este esențial ca puterea nominală a releului să fie egală sau mai mare decât cea a dispozitivului pe care îl va controla.

Releele au capacitatea de a controla simultan mai multe circuite și sunt desemnate astfel încât să indice caracteristicile lor specifice. Dacă sunteți familiarizați cu polii și direcțiile, aceste denumiri includ SPST, DPDT, 3PDT și SP3T.

Pe lângă numărul de poli și direcții, releele pot descrie caracteristici importante folosind termenul „forme”. Fraze precum „1 forma A” sau „2 forma C” evidențiază două informații esențiale. Tipul de formă indică dacă întrerupătorul este normal deschis sau normal închis și, în cazul întrerupătoarelor SPDT, dacă acestea sunt cu întrerupere înainte de conectare sau cu conectare înainte de întrerupere. Numărul (1 sau 2) dinaintea formei semnifică numărul de contacte din acel stil care sunt disponibile în releu. Unele stiluri comune includ:

• Forma A - Normal deschis
• Forma B - Normal închis
• Forma C - Întrerupătoare SPDT cu întrerupere înainte de conectare
• Forma D - Întrerupătoare SPDT cu conectare înainte de întrerupere

Concluzie

Având în vedere simplitatea lor de proiectare și funcționarea fiabilă, releele sunt utilizate în dispozitive și sisteme dintr-o gamă largă de industrii și piețe. Având la origine componente de bază din sistemele telegrafice și contribuind chiar la dezvoltarea timpurie a computerelor, releele își mențin rolul esențial și în prezent, asigurând controlul sigur și eficient al dispozitivelor cu alimentare electrică de la distanță.

Pentru a îndeplini cerințele unui inginer în ceea ce privește comutarea curentului la nivel scăzut sau ridicat, Same Sky oferă o selecție cuprinzătoare de relee de putere și de semnal cu o varietate de valori nominale și configurații.