Relés electromagnéticos y relés de estado sólido, descripción técnica general, funciones, características constructivas y clasificación de cargas

Relés electromagnéticos *

Información técnica general

El rápido avance de los componentes electrónicos, en especial en los circuitos integrados sobre todo en la última década y contrariamente a lo predicho, no ha ocasionado un descenso en la demanda de relés.
Más aún, la tendencia aparentemente competitiva de los componentes tales como relés semiconductores y circuitos integrados ha llevado, contrariamente a lo previsto, a unirse y complementarse mutuamente en forma óptima.
Mediante la tecnología de semiconductores fueros reemplazados en muchos casos relés pero al mismo tiempo se dieron nuevos pasos de desarrollo en la electrónica que abrieron nuevas aplicaciones y perfeccionamiento para los relés.
Esto lleva en primer lugar a una miniaturización de los relés y al encapsulado de éstos para protegerlos del medio ambiente.
Considerando el medio ambiente, existe la necesidad de utilizar relés herméticos con contactos protegidos por gas denso, los cuáles son más pequeños y rápidos.

Ventajas de los relés

Los relés se caracterizan por una serie de cualidades que proporcionan la base para un uso universal en todos los ámbitos de la ingeniería eléctrica.
El describir las ventajas de los relés desbordaría las posibilidades de esta página, pero cabe destacar algunas de las siguientes características:

Separación galvánica
La separación galvánica consiste en la separación física del circuito de entrada y salida (bobina / contactos) y desde el lado de los contactos, éstos entre sí.
Una medida para la separación galvánica segura es la resistencia del Aislamiento y la resistencia a tensiones eléctricas.
Según el material y el medio ambiente se pueden alcanzar valores de resistencia de aproximadamente unos 10.⁷ hasta 10.¹⁵ Ω (Ohmio).
El valor efectivo de la tensión disruptiva se encuentra entre los 500 y 4000V.
Adaptación simple a la fuente de control
Mediante la adecuada selección de bobina y tipo de relé, es posible adaptar los relés a una tensión operativa (alterna / continua) desde unos pocos voltios hasta varios cientos de voltios.
Por otra parte la tensión de servicio – dependiente de la temperatura ambiente y del modo de trabajo (funcionamiento continuo o interrumpido) – puede variar por encima de sus límites, sin que por ello desmejoren la funcionalidad de los relés.
Más aún, la tensión de zumbido como consecuencia de ondulaciones en la tensión de servicio es prácticamente despreciable, siendo así muy fácil la adaptación de los relés a las tensiones de mando existentes.
Alta sobrecarga de entrada (bobina) y salida (contactos)
Los fabricantes de relés definen en las especificaciones de bobina valores estáticos. Estos valores se pueden sobrecargar esporádicamente en forma considerable sin daño alguno.
Como medida de sobrecarga es la Norma VDE 0435/9.62, § 5 en la cuál está definida la corriente nominal instantánea.
Es la corriente que circula en el transcurso de un segundo a través de la bobina sin producir sobrecalentamiento excesivo que pudiese dañarla.
Esta corriente puede ser 10 veces mayor que la corriente nominal.
Se debe diferenciar entre sobrecarga con contactos cerrados y sobrecarga durante la conmutación.
Sobrecarga con contactos cerrados se trata de un problema térmico transitorio.
Cuánto más corta la sobreintensidad, cuánto mayor el soporte de carga.
Aunque en condiciones de carga extrema además de altas temperaturas se pueden fundir los contactos, este problema de soldadura de contactos aparece especialmente al cerrarse dichos contactos con picos de corriente muy altos, como por ejemplo al conmutarse lámparas o al descargarse condensadores.
La soldadura de los contactos es un fenómeno estático.
A dicho fenómeno se le puede definir un valor límite, que por debajo de él, con toda seguridad no se sueldan los contactos.
Dicho valor depende del material de contacto, de la tensión aplicada al contacto abierto, la inclinación de choque del contacto y de la constante de tiempo en la cuál decaen los picos de corriente.
Comportamiento de la conmutación de los relés
Las ambas posiciones de trabajo de los contactos de los relés se caracterizan por claros criterios.
En estado abierto es la resistencia de bloqueo de 10.⁷ hasta 10.¹⁴ Ω y en estado cerrado de 10 hasta 100mΩ ; la resistencia de contacto está por lo tanto en orden de los conductores de circuitos impresos (aprox. 0,5 Ω/m).
Al conmutar un relé, éste "cae" de un estado al otro, aún cuándo la amplitud de la energía de entrada varíe constantemente; no hay valores intermedios.
Aspecto económico
En el diseño de circuitos eléctricos juegan juntamente con las exigencias técnicas y de fabricación, el aspecto económico un rol decisivo.
En la realización de muchas de las funciones de conmutación se ha demostrado muchas veces que los relés representan la solución más económica.
En los costes totales de un circuito eléctrico no es solo el precio del relé decisivo, sino también su periferia como por ejemplo la fuente de alimentación que puede costar más que el circuito por el cuál se lo necesita.
En la realización de circuitos se llega a menudo a la conclusión de que los relés son los componentes económicos.

Clasificación de acuerdo a las funciones

Por qué tipo de relé opta el usuario, depende de la aplicación, en particular del tipo de tarea y control a realizar por el relé.
Desde el punto de vista del relé, como así también de la clasificación de la norma DIN 41215 se ofrecen muchas posibilidades como se puede ver en la siguiente tabla.

Relés electromagnéticos

Relé monoestable			Relé biestable
Relé neutro y monoestable	Relé monoestable y polarizado	Relé de corriente alterna	Relé biestable y polarizado	Relé de remanencia

Explicación de los términos arriba utilizados

Relé electromagnético
Un Relé electromagnético es un componente, en el cuál una fuerza electromagneticamente producida acciona directamente o a través de intermedios los contactos miembros del relé.
El tiene como máximo 3 posiciones y se utiliza principalmente para conmutar energía eléctrica.

Relé monoestable
Relé, que al interrumpirle la energía de excitación en la bobina, los contactos caen en la posición de reposo.

Relé biestable
Relé, que al interrumpirle la energía de excitación en la bobina, los contactos se quedan en la posición que están.

Relé neutro
Relé, el cuál la transición del estado de reposo al estado de trabajo depende de la dirección de corriente de excitación en la bobina.

Relé neutro y monoestable
Relé monoestable, que trabaja en forma independiente de la dirección de corriente de excitación en la bobina.

Relé neutro y biestable
Relé biestable, el cuál la transición del estado de reposo al estado de trabajo es independiente de la dirección de corriente de excitación en la bobina.
Nota: El mantenimiento de la posición de conmutación asumida puede efectuarse por medios mecánicos o por efectos magnéticos (remanencia).

Relé polarizado
Relé, el cuál la transición del estado de reposo al estado de trabajo depende de la dirección de corriente de excitación en la bobina.
Nota: Hay relés polarizados, en los cuales una sobreexcitación de la bobina no conducen a un cambio de la posición de los contactos, y otros, que en una sobreexcitación conducen una conmutación, por ejemplo llevan los contactos a una posición de reposo.

Relé monoestable y polarizado
Relé monoestable, el cuál toma la posición de trabajo cuándo recibe una corriente de excitación en un determinado sentido.

Relé biestable y polarizado
Relé biestable, el cuál la posición de los contactos dependen de la dirección de la corriente de excitación en la bobina.

Clasificación de acuerdo a las características constructivas

De acuerdo a las características constructivas, se diferencian cuatro tipos de relés:
Relé a prueba de polvo están provistos de una tapa en la mayoría de los casos, transparente para proteger contra el daño y la entrada de polvo en el interior del relé.
Relé lavable son aquellos que están protegidos por una tapa plástica e impermeabilizados con resina.
Relé con contactos protegidos en gas son aquellos cuyos contactos se encuentran en una ampolla de vidrio o en una cápsula metálica llena de gas inerte.
Relé al vacío son en principio similares a los relés con contactos protegidos en gas, pero en lugar de gas inerte, están estos al vacío.

Comportamiento de contactos en ruptura

Clasificación de cargas de contactos (con referencia a las categorías de utilización definidas en las EN 60947-4-1 y EN 60947-5-1):

Clasificación de las cargas	Corriente de carga	Aplicación
AC 1	AC monofásico AC trifásico	Cargas resistivas o ligeramente inductivas.
AC 3	AC monofásico AC trifásico	Arranque y frenado de motores de jaula de ardilla. Inversión del sentido de marcha sólo con motor parado. Monofásico: La inversión de motores monofásicos está permitida sólo si se garantiza una pausa de 50ms entre la alimentación en una dirección y en la otra. Trifásica: Prever un tiempo de pausa de 300ms, de otro modo el pico de corriente causado por el cambio de polaridad en el condensador del motor podría provocar que se pegue el contacto.
AC 4	AC trifásico	Arranque, frenado y inversión de marcha en motores de jaula de ardilla. Intermitencia. Frenado en contracorriente.
AC 14	AC monofásico	Control de pequeñas cargas electromagnéticas (< 72 VA), interruptores de potencia, válvulas electromagnéticas y electroimanes.
AC 15	AC monofásico	Control de pequeñas cargas electromagnéticas (> 72 VA), interruptores de potencia, válvulas electromagnéticas y electroimanes.
DC 1	DC / =	Cargas resistivas o ligeramente inductivas. (la tensión de conmutación para la misma corriente puede doblarse si se conectan dos contactos en serie).
DC 13	DC / =	Control de cargas electromagnéticas, contactores auxiliares, interruptores de potencia, válvulas electromagnéticas y electroimanes.

Relés de estado sólido

Los relés de estado sólido (SSR) son relés basados en semiconductores con aislamiento galvánico entre el circuito de control y el circuito de trabajo.
El circuito de control consiste en un elemento de acoplamiento opto-electrónico, que hace posible un aislamiento galvánico.
La entrada es compatible con señal TTL.
En el circuito, un triac o dos tiristores en antiparalelo se hacen cargo del circuito de carga.
Al colocar una tensión de mando, se enciende el triac o los tiristores en antiparalelo cerrando así el circuito de trabajo, es decir conectado la carga.
Dichos relés son adecuados para la conmutación de cargas resistivas e inductivas.
Un interruptor de cero incorporado provoca el encendido de la carga en el cruce cero de la tensión.
Todas las versiones se apagan en el cruce por cero.
Todos los relés de estado sólido están dotados en la salida con un circuito RC.
Se recomienda utilizar a la salida un miembro RC adicional cuándo se producen transientes (du/dt) muy altas y un varistor en paralelo cuándo la tensión de red es muy alta.

Las principales características de los relés de estado sólido son:

Alta velocidad de conmutación y larga vida.
Conexión con tensión en paso de cero, desconexión con paso de intensidad en cero.
Conmutación sin rebote, ya que no hay partes móviles.
Sin ruido de conmutación mecánica.
Bajo consumo de mando, compatible con TTL.
Insensible contra vibraciones y golpes.
Cerrados en carcasa de plástico hermética y protegida contra influencias medioambientales.

*) traducido y comentado por Raúl Roberto Steimbach.

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