Uma introdução aos relés

Os relés desempenham um papel fundamental em inúmeras aplicações e sistemas de consumo, comerciais e industriais. Eles são frequentemente empregados em sistemas cotidianos sem aviso prévio. Por exemplo, os relés são usados ao ajustar um forno doméstico, clicar em um controle remoto de TV ou operar um elevador. Originalmente concebidos em 1835 para estabelecer conexões telegráficas de longa distância, os relés foram posteriormente adaptados para uso em centrais telefônicas e continuam a operar de forma confiável, discreta e com alta eficiência.

De uma perspectiva pragmática, os relés funcionam como interruptores elétricos. Eles utilizam um sinal de baixa potência para controlar um circuito de alta potência, esteja ele próximo ou distante. Seu design inerente facilita a isolação eficaz entre o sinal de baixa potência e o circuito de alta potência, geralmente chamada de isolação galvânica. Essa isolação garante a operação segura e robusta dos sistemas elétricos para os usuários. Os relés apresentam versatilidade, pois podem ser empregados para regular um único circuito ou vários circuitos, e podem servir como amplificadores ou disjuntores.

A capacidade de controlar a alimentação do dispositivo remotamente também se traduz em medidas de segurança aprimoradas, especialmente em processos industriais que podem apresentar riscos físicos aos operadores. Esses dispositivos versáteis estão disponíveis em uma ampla variedade de invólucros, oferecendo diversas capacidades de corrente, opções de montagem e dimensões físicas, tornando-os tão predominantes quanto o interruptor cotidiano e onipresente.

Relés - como eles funcionam

Para uma melhor compreensão do assunto, os relés podem ser categorizados em dois tipos fundamentais: eletromecânicos (EMR) e de estado sólido (SSR). A principal distinção está na presença ou ausência de componentes móveis.

O mais antigo dos dois tipos é o eletromecânico, que inclui contatos, uma armadura, uma mola e um eletroímã. Em sua operação mais básica, uma mola mantém a posição da armadura. Quando a corrente é aplicada, o eletroímã exerce uma força de atração sobre a armadura, fazendo com que ela se mova e feche um conjunto de contatos, permitindo assim o fluxo de corrente pelo circuito.

Figura 1: A estrutura interna básica de um relé eletromecânico. (Fonte da imagem: Same Sky)

Por outro lado, os relés de estado sólido, que surgiram no final da década de 1950, têm a mesma finalidade fundamental dos relés eletromecânicos, mas são totalmente eletrônicos, sem partes móveis. Eles englobam um circuito de entrada, um circuito de controle e um circuito de saída para regular a corrente. Quando uma tensão, que ultrapassa a tensão de atuação especificada, é aplicada, o circuito de controle aciona o relé. Quando a tensão cai abaixo da queda de tensão, o relé é desativado.

Relés eletromecânicos versus relés de estado sólido - continuação

Como acontece com qualquer tecnologia de componente eletrônico, os relés eletromecânicos e de estado sólido apresentam vantagens e desvantagens distintas que precisam ser consideradas.

Devido ao seu projeto de dois séculos, os relés eletromecânicos são dispositivos robustos com operação simples, demonstrando confiabilidade em uma série de aplicações, incluindo aquelas que envolvem alta corrente e ambientes perigosos. Eles oferecem isolação elétrica completa, podem suportar surtos de alta corrente e tensão e são imunes a ruídos elétricos, como interferência eletromagnética e interferência de radiofrequência (EMI/RFI).

No entanto, como os relés eletromecânicos têm partes móveis, a degradação física ocorre com o tempo e os contatos podem se deteriorar devido à corrosão e à oxidação. Eles podem ser suscetíveis à formação de arcos de contato, resultando em corrosão e curtos-circuitos. Sua natureza mecânica os torna vulneráveis a repiques do contato vindos de choques e vibrações, e eles podem gerar seu próprio ruído EMI/RFI. Além disso, campos magnéticos externos podem afetar sua operação.

Em contrapartida, os relés de estado sólido oferecem uma vida operacional mais longa e funcionam com uma alimentação de controle significativamente menor, graças ao seu design sem partes móveis. Eles proporcionam ciclos de ligar/desligar mais rápidos, eliminam arcos e repiques de contato e não são afetados por choques mecânicos externos, vibrações ou campos magnéticos. Os relés de estado sólido operam em uma faixa de tensão mais baixa do que os relés eletromecânicos, o que os torna adequados para dispositivos eletrônicos, mas menos adequados para aplicações de alta potência.

No entanto, devido ao seu design exclusivo, os relés de estado sólido podem ser suscetíveis a transientes de tensão ou corrente e a ruídos EMI/RFI. Eles tendem a gerar mais calor do que seus concorrentes mecânicos e podem ser sensíveis à temperatura ambiente. Notavelmente, a obtenção de uma isolação elétrica completa entre o sinal de controle e a carga não é inerentemente possível com comutadores semicondutores padrões, mas pode ser realizada usando componentes optoeletrônicos em dispositivos fotoacoplados, que isolam os sinais de entrada e saída.

Figura 2: O esquema interno básico dos relés de estado sólido. (Fonte da imagem: Same Sky)

Tipos comuns de relés

Há uma grande variedade de tipos de relés disponíveis, cada um adaptado para atender a requisitos específicos de aplicação. É importante observar que os fabricantes podem empregar uma terminologia ligeiramente diferente para suas ofertas de produtos, mas aqui está um resumo geral dos principais tipos de relés:

• Uso geral: São relés eletromecânicos comuns que operam com corrente CA ou CC na faixa de 12 a 230 volts e podem controlar correntes de 2 a 30 amperes.
• Sinal: Os relés de sinal são usados para controlar cargas de baixa potência, normalmente com menos de 2 amperes. Para obter mais informações, consulte o artigo "Relés de sinais - Entendendo o básico” da Same Sky.
• Potência: Os relés de potência são projetados especificamente para gerenciar cargas de alta potência, minimizando a geração de calor e reduzindo a formação de arcos. Para obter mais informações, consulte o artigo "An Introduction to Power Relays" da Same Sky.
• Controle de máquinas: São relés robustos e para serviços pesados, destinados ao uso em grandes aplicações industriais.
• Travamento: Os relés de travamento mantêm sua condição de armado ou desarmado (ligado ou desligado) até receberem um sinal de tensão inversa.
• Reed: os relés reed são compactos e operam rapidamente. Eles usam um eletroímã para controlar um ou mais reed-switches selados hermeticamente, o que permite imunidade a contaminantes externos ou umidade.
• Comutação em zero: Esses relés ativam a carga quando a tensão de controle é aplicada e a tensão da carga está próxima de zero. Eles desativam a carga quando a tensão de controle é removida.

Figura 3: Princípio básico da comutação com relês na passagem por zero. (Fonte da imagem: Same Sky)

• Comutação de pico: os relés com comutação de pico ativam a carga quando uma tensão de controle for aplicada e a tensão da carga estiver no pico. Eles desativam a carga quando a tensão de controle é removida e a corrente da carga se aproxima de zero.
• Instantâneo: Os relés instantâneos ativam prontamente a carga quando a tensão de ativação é aplicada.
• Temporizador: Os relés temporizadores incorporam um atraso no tempo para controlar eventos temporais.
• Comutação analógica: os relés de comutação analógica lidam com a tensão de saída como uma função da tensão de entrada, permitindo infinitas tensões de saída dentro do dimensionamento do relé.
• Acoplado opticamente: São relés de estado sólido que proporcionam isolação entre os circuitos de controle e de alimentação por meio da comutação em resposta a uma fonte de luz interna.
• Militar/alta confiabilidade: Esses relés são especialmente projetados para operar em ambientes exigentes e severos.

Os relés podem ainda ser classificados como normalmente abertos (NA), em que os contatos estão abertos e o circuito não está energizado, ou normalmente fechados (NF), em que os contatos estão fechados quando o circuito não está energizado. Em resumo, os relés são normalmente especificados como NA ou NF quando nenhuma energia é aplicada.

Dimensionamentos e configurações

Os relés são dimensionados com base em sua capacidade de comutar com segurança a energia elétrica por meio do dispositivo. Esses dimensionamentos são categorizadas como CA ou CC e, normalmente, são expressos em amperes. É fundamental que o dimensionamento do relé seja igual ou superior à do dispositivo que ele controlará.

Os relés têm a capacidade de controlar vários circuitos simultaneamente e são designados para indicar suas características específicas. Se você estiver familiarizado com polos e cursos, essas designações incluem SPST, DPDT, 3PDT e SP3T.

Além do número de polos e de cursos, os relés podem descrever características importantes usando o termo "formas". Frases como "1 forma A" ou "2 forma C" destacam duas informações importantes. O tipo de forma indica se o interruptor é normalmente aberto ou normalmente fechado e, no caso de interruptores SPDT, se eles são do tipo "abrir antes de fechar" ou "fechar antes de abrir". O número (1 ou 2) antes da forma significa quantos contatos daquele estilo estão disponíveis no relé. Alguns estilos comuns incluem:

• Forma A - Normalmente aberto
• Forma B - Normalmente fechado
• Forma C - Interruptores SPDT do tipo abrir antes de fechar
• Forma D - Interruptores SPDT do tipo fechar antes de abrir

Conclusão

Devido à simplicidade do design e à operação confiável, os relés são usados em dispositivos e sistemas em uma ampla gama de setores e mercados. Originados como componentes básicos em sistemas de telégrafo e até mesmo contribuindo para o desenvolvimento inicial de computadores, os relés mantêm sua função essencial nos dias de hoje, garantindo o controle seguro e eficiente de dispositivos elétricos a partir de um local remoto.

A fim de atender aos requisitos de um engenheiro para comutação de corrente de baixa ou alta intensidade, a Same Sky oferece uma seleção abrangente de relés de potência e de sinal com uma variedade de dimensionamentos e configurações.