Los circuitos eléctricos que presentan un funcionamiento específico en ciertos artefactos que se usan diariamente presentan dicha función gracias a un relé, siendo éstos dispositivos de alta relevancia por su capacidad de transmisión en sistemas automatizados, por lo tanto, a pesar de no ser un término actualmente empleado, es de alta importancia su presencia hoy en día. Para un mayor entendimiento de lo que abarca un relé, en este artículo se proporcionará información que permita captar la mayor parte de la información que éste presenta.
¿Qué es un Relé?
El relé es una herramienta eléctrica, que se presenta como un interruptor así como su funcionamiento, se basa en abrir y cerrar el paso de la corriente eléctrica, así como presentar acción eléctricamente. Este artefacto hace uso de un electroimán para poder abrir y cerrar los contactos, por esta razón es conocido también como relés electromagnéticos o relevador. También se presenta en funcionamiento mediante el uso de una bobina por el cual también se puede control los circuitos eléctricos independientes.
El conocer que es un relé es de alta importancia para el área física, que abarca el electromagnetismo y más, que son destacados hoy en día para distintos artefactos que se emplean constantemente.
Historia
En el año 1835, el famoso ingeniero Joseph Henry inventó los relés, basado en os estudios de electromagnetismo destacados en Estados unidos llevó a una demostración de su invento en el College of New Jersey, en esta demostración hizo uso de un electroimán muy pequeño que le permitiera encender y apagar un electroimán de mayor tamaño. Entre la explicación que presento, destacó el hecho de que este dispositivo podría tener diversas funciones, entre ellas el poder emplearse con el objetivo de poder tener el control de máquinas eléctricas sin importar la distancia en que se presenten.
Además, Henry también demostró las posibles maneras de adaptación que presentaba en su funcionamiento, que era con el cual estaba trabajando en ese momento conocido como el telégrafo eléctrico. Este artefacto de gran relevancia era considerado como el precursor del teléfono, el cual fue desarrollado por William Cooke, Charles Wheatstone y por Samuel FB Morse en el Reino Unido.
Por lo tanto, se comenzó a presentar a los relés empleados para el cambio de los teléfonos y además también en las primeras computadoras electrónicas. De igual manera, al pasar el tiempo éstos fueron reemplazados por los transistores que comenzaron a emplearse desde los años 1940, sin embargo, en estos tiempos los relés aun eran empleados de manera resaltante, más de un 50%.
Una de las razones por las cuales el transistor se presentó como un reemplazo de los relés es porque éstos eran de mucho menor tamaño, y ya que podían presentar un funcionamiento muy similar, siendo interruptor, amplificador y más, presentaba mayor facilidad y menor costo para su obtención y uso. Dado a que los transistores presentaban un funcionamiento para corrientes eléctricas de corta intensidad, durante éstos años los relés seguían siendo usados para las demás aplicaciones.
Al el relé eléctrico presentar un funcionamiento a partir d una señal de control de bajo nivel para conmutar un voltaje o suministro de corriente mucho más altos a partir del uso de distintas configuraciones dadas por contacto, fue que se destacó el desarrollo de los transistores y permitió el desarrollo de comenzar a evolucionar las computadoras, dado estos hechos en el siglo XX, y siendo aún desarrollado en los siguientes años. Por lo tanto se destacaba el funcionamiento de los relés que permitieron llegar a los transistores siendo modelos para creaciones siguientes.
Funcionamiento
El relé es un dispositivo que presenta una composición interna esencial en el cual se destaca el electroimán, presentándose como una bobina de cable. Por lo tanto se presenta como operador del papel de un imán temporal cuando se presenta un pase de electricidad en él. A partir de la estimulación de una corriente eléctrica que es de poca carga, éste se puede encender. Por lo tanto, al encenderse se procede a mover una palanca que funciona como conductora de energía eléctrica de mayor intensidad. Cuando se presenta el paso de electricidad éstos componentes son muy sensibles.
Permitiendo que las corrientes de energía eléctrica de menor intensidad sean capaces de activar dispositivos, los cuales funcionan con corrientes más grandes aún más grandes, se les considera como dispositivos de alta utilidad. En comparación con los interruptores, los cuales presentan el funcionamiento de encender y apagar equipos, en los cuales se presenta la interrupción de la entrada de energía. También son comparados con los amplificadores los cuales presentan la capacidad de convertir las corrientes de energía pequeñas presentando un aumento de intensidad.
El funcionamiento y forma de trabajo que presenta el sistema interno no es de alta complejidad, en él se presenta un flujo de energía a partir del primer circuito, en él se genera la activación del electroimán lo cual genera un campo magnético que atrae un contacto y logra activar el segundo circuito. Al desconectar la fuente de alimentación energética, a partir de un mecanismo de resorte el contacto vuelve a su posición inicial, lo que lleva a también desconectar el segundo circuito. Dado a cómo funciona un relé son conocidos como dispositivos contactores.
Cuando ocurre el paso pequeña corriente, de tal manera que fluya en el circuito de entrada y se active el electroimán, esto produce un campo magnético a su alrededor. Se presenta un comportamiento por parte del electroimán estando energizado toma la barra de metal que se presenta en el circuito de salida hacia él, por tanto, cerrando el interruptor y dejando que una corriente mucho más grande fluya a través del circuito de salida. Por parte del circuito de salida se lleva a cabo la operación de un aparato que presenta una alta corriente.
Por tanto el relé electrónico presenta un funcionamiento básico como el de un interruptor eléctrico, los cuales vienen en muchas formas, tamaños y niveles de potencia que son adecuados para todo tipo de aplicaciones. Son usados para el uso de circuitos eléctricos, que estos pueden presentarse en distintas colocaciones, así como en conexiones independientes, variando distintos parámetros que permiten llevar a cabo de igual manera su funcionamiento.
Sistema Interno
El sistema interno de un relé se presenta generalmente compuesto por el uso de una bobina de energización, la cual es conocida como circuito primario, ésta se encuentra enrollada alrededor de un núcleo de hierro permeable. Este núcleo de hierro tiene una parte fija el cual es conocido como yugo, así como también presenta una parte movible por un resorte llamada armadura, la armadura es la encarga de completar el circuito del campo magnético al cerrar el espacio de aire que se presenta entre la bobina eléctrica fija y la armadura móvil. La relación que se presenta entre el yugo y la armadura es vital para el funcionamiento del relé.
El componente armadura es la pieza que permitirá entender el sistema que presenta el relé, ya que permite que se lleve a cabo el funcionamiento correcto del dispositivo destaca su relevancia, por lo cual se destaca cada una de las características y descripción que presenta para tal contribución.
Se presenta que la armadura se encuentra articulada o pivotada, esto permitirá que se presente un movimiento libre dentro del campo magnético generado y de la misma manera que cierre los contactos eléctricos que están conectados a dicho campo magnético. Generalmente, la armadura presenta conexión con el yugo, al llevarse a cabo dicha conexión entre sí dada por resortes, se permitirá restablecer los contactos a su posición de reposo que presentaba inicialmente, esto se presenta en el momento en que la bobina se encuentra apagada. Por lo cual los resortes toman un papel de alta importancia, de esta manera es necesario generar cambios en los mismos cuando se comienzan a presentar errores por parte de los relés.
Además, se presentan un parte de contactos en los relés, los cuales se clasifican de manera diferente, puede presentarse como Normalmente Abierto (NO), los cuales no hacen contacto entre sí. Y por otro lado los Normalmente Cerrado (NC) o conocidos también como contactos de ruptura.
Para el caso del NO, estos contactos presentan cierra únicamente cuando la corriente de campo se encuentra encendida, y los contactos del interruptor presentan desplazamiento directamente hacia la bobina inductiva; para el caso del NC, éstos presentan contactos que se cierran cuando la corriente se encuentra apagada, además también los contactos se vuelven a presentar en su posición original. Por lo tanto, para estos términos, se destaca el conocimiento de los contactos eléctricos en el momento en que la bobina del relé está sin uso, esto quiere decir, cuando no se presenta energía de alimentación conectada a la bobina del relé, por ello se destacan como parte de la seguridad del relé.
Presentándose elementos de contactos los cuales se caracterizan por presentar un diseño simple así como puede ser un diseño doble, estas piezas se destacan por ser conductoras eléctricas, las cuales presentan contacto para el complemento del circuito. De esta manera ocurre la fluidez de la corriente en el circuito, como ocurre en un interruptor, permitiendo un relé de arranque por parte de dicho proceso.
Materiales de Contacto
Estos materiales son esenciales para el cómo funciona un relay, se destacan por ser materiales usados para la manufacturación, son muchos los empleados sin embargo los más destacados son:
- Plata: Siendo muy económico y eficiente es de los más empleados en un relé, presenta una alta conductividad eléctrica, además presenta baja resistencia de contacto.
- Cobre Plata: Éstos se destacan por presentar una alta resistencia con respecto al desgaste por lo tanto no presenta tendencia de generar soldaduras, se presenta una resistencia de contacto un poco alta.
- Tungsteno de Plata: Presenta un punto de fusión relativamente alto, lo mismo para el caso de la dureza, el uso de este material requiere de una alta presión de contacto para llevar a cabo la reducción de resistencia.
Son muchos los materiales que se presentan para el uso de los relés, por lo general la primera consideración que se toma es el costo que estos presentan, pero un punto de alta importancia es la capacidad que presentan estos materiales para llevar a cabo la transmisión de energía eléctrica.
Un ejemplo se puede destacar los componentes electrónicos que permiten la conexión entre los componentes que posee un dispositivo, que generalmente se trata de una computadora, por ello es importante conocer que es la placa base
Tipos de relés
Son muchos los tipos de relé existentes, estos se presentan según diversas características que se pueden presentar de dicho dispositivo, ya sea por su número de contactos, el tipo de corriente de acción, tiempo de activación, intensidad y otros. Esto permitirá conocer los tipos de relés presentes, destacando que cuando se presenta el control de potencias muy grandes son denominados como contactores. Entre los tipos de relés se encuentran
Relés electromecánicos
Son el tipo de relé más antiguo, así como los más usados, éstos se presentan con un funcionamiento que se basa en el uso de un electroimán que realiza conexión por contacto, presenta composición de piezas mecánicas que le permiten dicho funcionamiento, por lo tanto, presenta un cierre de contacto dependiendo de la condición que presente.
Entre ellos se encuentran:
- Relés de tipo armadura: A pesar de que son los más antiguos, son los más empleados para diversas aplicaciones, al emplear un electro imán que llega a provocar la basculación de una armadura en el momento que es activado, así como cerrando o abriendo los contactos dependiendo de si es normalmente abierto o normalmente cerrado
- Relés de núcleo móvil: Este presenta cierta diferencia con respecto al anterior modelo, ya que los relés de núcleo móvil se encuentran formados por un émbolo en lugar de una armadura. Presenta una fuerza de atracción, por lo tanto, se hace uso de un solenoide se para cerrar sus contactos, por ello se emplea para el control de corrientes altas.
- Relé tipo reed o de lengüeta: Se encuentran constituidos por una ampolla de vidrio, presentan contactos en su interior, se presentan ubicados sobre delgadas láminas de metal. Los contactos conmutan a partir de la bobina al ser activada, por lo que se presenta la ampolla alrededor.
- Relés polarizados o bi estables: Se encuentran compuestos por una armadura pequeña en conjunto a un imán, el cual es permanente, el extremo inferior gira dentro de los polos de un electroimán, mientras que el otro extremo presenta un contacto de cabeza. Al presentarse el proceso de excitación del electro imán, se presenta movimientos de la armadura, lo que conlleva al cierre de los contactos. En el caso de polarizarse de manera contraria, el giro también será en sentido contrario, lo que provocará el cierre o la abertura de otro circuito
- Relés Tripolares: Éstos se presentan por el uso de cualquier tipo de fase, monofásico, bifásico y trifásico
Relé de estado sólido
Los relé de estado sólido se presentan como un circuito híbrido, estos generalmente se encuentran compuestos por un optoacoplador que aísla la entrada, un circuito de disparo, que funciona como detector del paso por cero de la corriente de línea y artefacto o dispositivo que presenta una acción similar de interruptor de potencia. Este tipo de relé se presentan muy similares a los electromecánicos, ya que son usados generalmente para aplicaciones donde se presenta un uso continuo de los contactos del relé, esto en comparación a los que normalmente generan desgastes mecánicos, por lo cual, presentan el poder de conmutar amperajes de altos niveles, ya que los electromecánicos pueden llegar a destruir los contactos en estos casos.
Se destacan por permitir una alta velocidad en el proceso de conmutación, en comparación a los otros tipos de relé estos se destacan por dichas velocidades altas, entre los similares a ellos se presenten de igual manera los relés electromecánicos.
Relé de corriente alterna
En este tipo de relé al presentarse la excitación de la bobina de un relé con corriente alterna, el proceso del flujo magnético en el circuito magnético, también se presentará alterno, lo cual va a producir una fuerza pulsante, esta se presentará con frecuencia doble sobre los contactos.
Por lo tanto, los contactos de un relé que se presentan conectados a la red en distintos continentes se presentan una oscilación entre valores de 2x50Hz, lo cual puede variar a 2x60Hz dependiendo del país. Generalmente este tipo de relé se presenta en timbres y zumbadores, que permiten una activación a cierta distancia, en estos se destaca que se presenta la modificación de resonación en los contactos para que no se presente oscilación.
Relé de láminas
Este tipo de relé son esenciales para la discriminación de frecuencias variables, éstos consisten de un electroimán que se encuentra excitado, con una corriente alterna que es de entrada la cual permitirá captar o atraer distintas varillas sintonizador que permitan resonar a distintas frecuencias, las cuales sean de interés o esenciales. Generalmente son empleadas para aeromodilos así como para diversas aplicaciones como los sistemas de telecontrol.
Relés de acción retardada
Los relés de acción retardada se caracterizan por presentar un diseño particular así como por contar con un sistema de alimentación especifico de la bobina, por lo tanto permiten llevar a cabo la disposición de retardos que se pueden presentar en la conexión así como en la desconexión que se pueda presentar. Por lo tanto se presentan ambos casos sobre estos tipos de relés en los cuales se presentan distintas características.
Relés con retardo a la conexión
Los retardos de conexión de un relé se obtienen de manera mecánica cuando ocurre el aumento de una masa de la armadura, de tal manera que se obtenga una mayor inercia para el sistema móvil, además, también se puede presentar en el proceso de aumento de presión, esto viene dado a partir de los resortes cuando éstos vencen las fuerzas de atracción que se presenta por parte del relé, de esta parte se presenta el efecto de retardo cuando se emplea la alimentación del relé, este proceso puede obtenerse de distintas formas, las cuales son:
- Primeramente al presentarse un relé con resistor previo y capacitor en paralelo con la bobina, en el momento en que se presenta la alimentación del relé, se presenta la acción del capacitor el cual se encuentra descargado comienza a originar una intensa corriente de carga inicial la cual al atravesar al resistor origina una apreciable caída en la tensión aplicada a la bobina, esto conlleva a como comprobar un relé con retardo a la conexión. Para este caso se destaca que al ocurrir una a la alimentación del relé el capacitor, descargándose sobre la bobina, se establecerá también un cierto retraso en la desconexión.
- Se presenta un relé de dos devanados con corriente en oposición, para esta forma se presenta la disposición de uno de estos relés basados en la existencia de dos devanados conectados en oposición, generalmente estos son designados como principal y auxiliar, ya que estos poseen un número de espiras mayor y menor respectivamente. Cuando se aplica una tensión, se presenta una corriente más rápida en el devanado auxiliar siendo aún más lento dado por la diferencia de reactancia inductiva. De esta manera por el campo magnético que se origina se presentan ambos devanados opuestos, esto ocurrirá cuando el devanado principal sea superior al auxiliar y que se presente la presión del resorte.
Relés con retardo a la desconexión
El retardo a la desconexión por medios mecánicos se presenta por la disminución que presentan los resortes del relé a las presiones, generalmente para este tipo de casos se presenta el uso de distintos sistemas, entre ellos se destacan:
- El relé con capacitor en paralelo, este posee un capacitor en paralelo, por lo tanto, cuando ocurra la interrupción de la alimentación al relé se presentará la desconexión del mismo, esto dado por la descarga que presenta el capacitor sobre la bobina, por este proceso se comienzan a obtener tiempos exactos los cuales en función de los valores de R y C pueden superar el tiempo de un segundo.
- Para el relé con devanado adicional en cortocircuito, estos se presentan con dos devanados, uno de ellos conocido como el principal o de accionamiento y el otro devanado como el adicional que se encuentra cortocircuitado. En el caso que el devanado principal presente conexión o desconexión con respecto a la tensión de alimentación, se presenta la variación del flujo que presenta influencia en el devanado adicional, por tanto, se presenta una corriente que se opone a lo que causa el retardo por dicha variación presente. A partir de ello se presentan los retardos en un relé tanto en su conexión como en su desconexión.
- Para un relé con devanado adicional controlado por contacto auxiliar, éste tipo de relés se presentan muy parecidos al caso anterior, lo que los difiere es que éstos presentan un retardo de contacto auxiliar propio del relé, el cual será el encargado de la conexión o desconexión del devanado auxiliar De esta manera se presentará un retardo dependiendo del uso de contacto auxiliar Normal Abierto o Normal Cerrado, respectivamente.
Relés con retención de posición
Para este tipo de relés se presenta la característica que presenta un diseño que consta de remaches con una elevada remanencia, estos se encuentran ubicados en los orificios que se presentan en el núcleo así como en la armadura que presentan los mismos, lo cual se presenta de la misma manera. Además, las caras polares se presentan rectificadas en contacto al cerrar el circuito magnético que presenta el relé, de tal manera que permanezca en dicha posición sin importar que la bobina presente un desconexión, dado por remanencia magnética, volviendo a retomar la posición de reposo que inicialmente presentaba en el momento que la corriente toma el sentido contrario al volver a abrirlo.
Ventajas del uso de relés
Es destacable las ventajas que presentan los relés electromagnéticos, dado a que se presenta una separación eléctrica entre la corriente que circula por la bobina y el electroimán, y los circuitos que presentan un control por parte de los contactos, esto permite que se presente mejoras en las diferencias de voltaje, voltajes elevados, potencias elevadas que se caracterizan por presentan tensiones pequeñas controladas.
Además se presenta la posibilidad de poder controlar un dispositivo a largas distancias, con tan sólo hacer uso de las señales de control, esto puede presentarse en distintos diseños de relé cómo por ejemplo se presentan un relé térmico que se presentan como protectores de sobrecargas, también se presenta el relé arduino, destacados por el control de cargas a niveles de tensión y de intensidad superiores.
Los relés suelen presentar controlados también a partir de módulos de manera digital los cuales son programables y permiten crear diversas funciones como lo puede ser por ejemplo: Un relé temporizador el cual presenta la abertura o el cierre de los contactos en tiempos establecidos para un sistema automatizado en lo industrial. También se presenta un relé programable presentan control por parte del circuito electromagnético se pueden establecer ciertos parámetros del mismo.
Dado a que gracias a los relés se presentan diversos tipos de sistemas los cuales son modernos, dado a su funcionamiento de programación e independencia, presenta una amplia ventaja de su uso, así como el de aplicar su funcionamiento sin la necesidad de emplear controles de cierta complejidad o el uso de comandos. Un ejemplo para esto puede ser un relé biestable el cual es destacado por la necesidad de aplicar un voltaje para la acción de manejo de ciertos interruptores, por lo tanto, se presenta el relé intermitente que presenta un funcionamiento de intermitencia generado por los contactos ocurridos, también un relé diferencial el cual presenta distintos controles de contacto integrados de tal manera que se pueda proteger al equipo.
Como se puede observar son muchos los relés que se presentan con distinto objetivo, sin embargo, el funcionamiento de estos es de la misma manera, es una alta ventaja contar con un fin específico que se presente en un material que se puede emplear en usos diarios, así como en usos futuros. Por ello es de alta importancia contar con cada uno de los parámetros que se presenta en su funcionamiento.
Un punto importante es el proceso de pase de corriente de energía que proviene de una fuente eléctrica y permite el funcionamiento de estos aparatos, de tal manera que se presenta dividida de manera correcta, éste circuito es conocido como circuito divisor de corriente
El relé no es un término muy escuchado hoy en día, sin embargo, abarca una alta parte de la física que presento un funcionamiento de alta relevancia, siendo este muy sencillo, se recomienda visualizar el siguiente vídeo para un mayor entendimiento del mismo.