Relè meccanici: Una panoramica di massima

(Immagine per gentile concessione di Panasonic)

Qui, al reparto ingegneria applicata, riceviamo spesso chiamate da clienti che sono letteralmente sopraffatti dalla lettura delle schede tecniche di un relè oppure che ne stanno cercando uno per la loro applicazione. In questo blog ci occuperemo di relè meccanici e della terminologia che li riguarda. I relè a stato solido saranno oggetto di un mio blog successivo.

Iniziamo dai principi base. I relè meccanici consistono di una bobina (elettromagnete) e di contatti. La bobina si attiva quando viene applicata la tensione corretta e la corrente scorre al suo interno. Una volta attivata, la bobina esercita una forza sul contatto comune (COM) spostandolo e collegandolo al contatto normalmente aperto (NA). Il video qui sotto fornisce una visione più dettagliata di come funziona e dei componenti interni.

Un relè serve principalmente a commutare a distanza carichi elevati di corrente o a controllarli con un microcontroller o un sensore, a isolare elettricamente un circuito di controllo a bassa tensione dal circuito che controlla e così via.

Un aspetto dei relè con cui le persone spesso si scontrano è la terminologia. Perciò ho pensato di fare un elenco di alcuni dei termini più comuni che li riguardano e della parte del relè a cui si riferiscono.

Le prime voci dell'elenco sono quelle che si riferiscono alla bobina o all'ingresso.

Tensione di bobina ("Tensione nominale di bobina"): la tensione nominale per cui è stata progettata la bobina.

Corrente di bobina ("Corrente nominale di bobina"): il valore di corrente che dovrebbe fluire attraverso la bobina quando viene applicata la corretta tensione di bobina.

Tensione minima di esercizio ("Tensione di pull-in"): la tensione minima richiesta dalla bobina perché tutti i contatti possano funzionare.

Tensione minima di diseccitazione ("Tensione di dropout"): la soglia massima di tensione che impone il ripristino dello stato inoperativo di tutti i contatti.

Tipo di bobina ("Designazione della bobina"): esistono due tipi di bobine, bistabili e monostabili.

• Il tipo monostabile si attiva solo quando la corrente scorre e torna alla sua posizione di riposo quando il flusso della corrente cessa. Ad esempio, i contatti SPST-NA si chiudono quando viene applicata corrente e si aprono quando viene tolta.
• Il tipo bistabile commuta nella posizione di set quando la corrente inizia a fluire e rimane eccitato anche quando il flusso di corrente cessa. L'unico modo di tornare alla posizione di reset consiste nell'invertire il flusso di corrente.

(Immagine per gentile concessione di KEMET)

La figura sopra mostra per primo il relè monostabile, che come potete vedere non ha set o reset della bobina. Il secondo elemento è un relè bistabile a bobina singola con la polarità positiva sul pin 1 e quella negativa sul pin 12 per l'eccitazione (set) della bobina e negativa sul pin 1 e positiva sul pin 12 per il reset della bobina. Il terzo elemento è un relè bistabile a due bobine, simile al relè bistabile a bobina singola tranne che per il fatto che la seconda bobina è per il reset.

Tensione massima applicata: la tensione massima stabilita dal produttore che può essere applicata per periodi prolungati di tempo alla bobina senza causare alcun danno o guasti. Alcuni produttori consentono una tolleranza per i picchi transitori di tensione di una certa durata.

I termini seguenti si riferiscono ai contatti o all'uscita.

Forma del contatto: fa riferimento ai poli e alle posizioni degli elementi di commutazione del relè. La terminologia è la stessa per gli interruttori. Il polo è l'ingresso dell'interruttore. La quantità di poli stabilisce quanti circuiti individuali l'interruttore può controllare. La posizione corrisponde all'uscita di un interruttore. SPST (unipolare a una via): la forma più semplice di contatto. Un ingresso, una uscita. I contatti possono essere NA (normalmente aperti) o NC (normalmente chiusi). (Ad esempio un relè SPST-NA attiva solo l'uscita e completa il circuito mentre la bobina viene eccitata, altrimenti rimane aperto sinché non viene attivato). SPDT (unipolare a due vie) ha un ingresso e due uscite. DPST (bipolare a una via) racchiude in sé due SPST. Vi sono innumerevoli combinazioni di poli e di posizioni ma quanto detto sopra dovrebbe spiegare il concetto.

(Immagine per gentile concessione di Digi-Key Electronics))

Tensione di manovra: può essere considerata la tensione massima di commutazione (la tensione più alta a cui il contatto può eseguire la commutazione senza danni) o nominale (la tensione preferita su cui si basa l'aspettativa di vita utile).

Corrente nominale di contatto: la corrente massima a cui i contatti possono eseguire la commutazione in condizioni di sicurezza. È meglio scegliere un corrente nominale superiore, esponendo i contatti a una minor sollecitazione.

I seguenti termini si riferiscono all'ambito elettrico o meccanico.

Tempo di rilascio ("Tempo di reset"): il tempo occorrente ai contatti per tornare al loro stato normale dopo che la bobina non viene più alimentata.

Saltellamento dei contatti: il tempo (ms) che trascorre durante la commutazione a causa della collisione dei componenti metallici.

Durata meccanica: il numero minimo previsto di volte stabilito dal produttore in cui ha luogo l'attuazione del relè in condizioni normali.

I relè meccanici sono fondamentalmente molto semplici ma possono darvi grattacapi se non li conoscete. Speriamo che questo blog vi possa tornare utile la prossima volta che dovrete usare un relè in un progetto.