Mastering Tecnología de retransmisión: construcción, tipos, principios de trabajo y métodos de prueba
Los relés son componentes fundamentales en los sistemas eléctricos modernos, que sirven como columna vertebral para controlar circuitos, proteger dispositivos y automatizar procesos.En su núcleo, los relés son interruptores electromecánicos que usan una señal eléctrica para controlar la apertura o cierre de circuitos.Esta función esencial se logra a través de la intrincada interacción de varios componentes, como electromagnets, contactos mecánicos y puntos de interruptor.El tipo más común, el relé electromagnético, se basa en las fuerzas magnéticas generadas por la corriente que pasa a través de una bobina, que luego mueve los contactos mecánicos para alterar el estado del circuito.Comprender la estructura detallada, los tipos, los principios de trabajo y las aplicaciones prácticas de los relés es beneficioso para optimizar su uso en varios entornos técnicos.Catalogar
Figura 1: Relé
¿Qué es un relevo?
Un relé es un dispositivo electromecánico que utiliza una señal eléctrica para abrir o cerrar un circuito.Este dispositivo utiliza la fuerza magnética generada por un electroimán para atraer o liberar contactos mecánicos, alterando el estado del circuito sin intervención manual.Hay varios tipos de relés, siendo los relés electromagnéticos los más comunes.
Un relé electromagnético consiste principalmente en varios componentes: un electromagnet, contactos mecánicos, puntos de interruptor y un resorte de reset.El electromagnet se crea mediante el bobinado de alambre de cobre alrededor de un núcleo de metal, con los extremos de la bobina conectados a los pasadores del relé, generalmente los pasadores de alimentación.Cuando una corriente eléctrica pasa a través de estas bobinas, el electroimán genera una fuerza magnética que mueve los contactos mecánicos, conectando o desconectando así el circuito.
Figura 2: Relé electromagnético
Estos contactos mecánicos se mueven en respuesta a la atracción o liberación del imán, logrando la apertura o cierre del circuito.Los puntos de interruptor manejan corrientes altas e incluyen normalmente abiertos (no), normalmente cerrados (NC) y contactos comunes (COM).El resumen de Spring funciona para devolver los contactos a su posición original después de que el electroimán está apagado, lo que garantiza que el circuito pueda volver a su interrupción de la potencia estatal predeterminada.
Los relés son aplicables en los circuitos de CC y AC.En los circuitos de CA, debido al cambio periódico en la corriente, los relés pueden perder el magnetismo cuando la corriente cae a cero, lo que hace que el circuito se abra.Para contrarrestar este problema, los relés AC a menudo incorporan diseños especiales, como circuitos electrónicos adicionales o bobinas blindadas, para mantener el magnetismo continuo.
El diseño de retransmisión también tiene en cuenta las mejoras en el rendimiento y la confiabilidad.Por ejemplo, las bobinas de la electromagnet utilizan materiales altamente conductores y están diseñados en formas y tamaños específicos para optimizar la resistencia magnética y la eficiencia energética.Los contactos mecánicos y los puntos de interruptor están hechos de materiales con alta resistencia al desgaste y conductividad para garantizar la durabilidad y la confiabilidad bajo operación frecuente.
Los relés de estado sólido usan materiales de semiconductores para reemplazar los componentes mecánicos, los circuitos operativos a través del control de la conducción y el límite de semiconductores.Estos relés carecen de piezas móviles mecánicas, lo que resulta en tiempos de respuesta más rápidos y una vida útil más larga, lo que las hace ideales para aplicaciones que requieren conmutación frecuente.
Figura 3: Relé de estado sólido
Los relés se utilizan ampliamente en automatización industrial, electrodomésticos, equipos de telecomunicaciones y sistemas de control de tráfico.No solo controlan las operaciones del circuito, sino que también realizan funciones de protección y control lógico complejos.A medida que avanza la tecnología, los relés evolucionan continuamente en estructura, materiales y métodos de control, mejorando significativamente su rendimiento y valor de la aplicación.
La estructura del relé
La construcción de un relé implica varias piezas cruciales: alfileres, bobina, núcleo de hierro, armadura, reseta de resorte, contacto móvil y contacto fijo.Exploremos cada componente y cómo trabajan juntos en una operación típica。
Figura 4: La estructura del relé electromagnético
Pins: los relés cuentan con dos tipos de alfileres: alfileres de techo y pines de interruptor.Los pines de interruptor incluyen contactos normalmente cerrados (NC), normalmente abiertos (no) y comunes (com).
Bobina y núcleo de hierro: el corazón del relé es la bobina, envuelta alrededor de un núcleo de hierro.Cuando una corriente eléctrica fluye a través de la bobina, genera un campo magnético alrededor del núcleo de hierro.
Armatura: esta es la parte móvil dentro del relé.Activado por el campo magnético creado cuando la bobina está energizada, la armadura se mueve, alterando el estado de contacto entre los contactos móviles y fijos.
Restablecer el resorte: conectado a la armadura, el resumen del resumen proporciona la fuerza necesaria para devolver la armadura a su posición original cuando la bobina se desenergiza.
Contacto en movimiento: unido a la armadura, este contacto cambia su posición junto con la armadura.O hace o rompe el contacto con el contacto fijo dependiendo del estado del relé.
Contacto fijo: los contactos fijos se dividen en NC y no hay tipos.El contacto con NC permanece cerrado cuando el relé se desenergiza y se abre cuando se energiza.Por el contrario, el no contacto está abierto cuando se desenergiza y se cierra tras la energización.
Al controlar un relé, es común usar un diagrama de cableado con un transistor NPN, especialmente cuando los dispositivos de control como un arduino o un circuito integrado no pueden conducir directamente el relé.La base del transistor NPN recibe una corriente a través de una resistencia base, activando el transistor.Esto permite que la corriente fluya del colector al emisor, alimentando la bobina de relé.Cuando el transistor se apaga, el campo magnético colapsante genera un pico de voltaje, que se mitiga por un diodo de flyback para proteger el transistor.
Por ejemplo, un circuito automático de la luz de la calle que utiliza una resistencia dependiente de la luz (LDR) y relés se puede controlar a través de dos transistores NPN.La resistencia de la LDR aumenta en la oscuridad y disminuye durante la luz del día, controlando los estados de encendido y apagado de los transistores.Cuando el LDR detecta niveles de luz reducidos (por ejemplo, por la noche), su resistencia aumenta, enciende el primer transistor, seguido por el segundo, energizando así la bobina del relé, cerrando los contactos de relé y girando en la luz callejera.Por el contrario, cuando los niveles de luz aumentan (por ejemplo, durante el día), la resistencia del LDR disminuye y los transistores se apagan, desenergizando la bobina del relé, abriendo los contactos y apagando la farola.
Este diseño combina ingeniosamente las características de múltiples componentes para controlar el funcionamiento de la resistencia, los transistores y el retransmisión sensibles a la luz de manera efectiva.No solo mejora la eficiencia energética, sino que también extiende la vida útil de las farolas y reduce los costos de mantenimiento.Dichos diseños ofrecen una comprensión más profunda de cómo funcionan los relés en aplicaciones prácticas y cómo su rendimiento puede optimizarse para cumplir con diversos requisitos.
Tipos de relés
Los relés vienen en dos tipos principales: relés de estado sólido (SSR) y relés electromecánicos (EMR).Cada uno tiene diferencias estructurales distintas y capacidades de rendimiento que se adaptan a diversas aplicaciones.
Relés de estado sólido (SSRS): las SSR funcionan sin piezas móviles, utilizando materiales semiconductores para cambiar los circuitos.Esta falta de piezas mecánicas permite velocidades de conmutación más rápidas y reduce el desgaste mecánico, lo que hace que las SSR sean ideales para aplicaciones que requieren una respuesta rápida y una operación de alta frecuencia, como la automatización industrial y los sistemas de control de computadoras.
Relés electromecánicos (EMR): los EMR consisten en piezas mecánicas móviles y usan fuerza electromagnética para abrir o cerrar contactos.Estas piezas móviles pueden desgastar con el tiempo, y sus velocidades de respuesta pueden no coincidir con las de las SSR, lo que puede ser una limitación en ciertas aplicaciones.
Los EMR también son increíblemente diversos, cada tipo adaptado para escenarios específicos:
Los relés de enganche mantienen su posición hasta que se alternan y son ideales para aplicaciones que requieren estados estables, como copia de seguridad de memoria o ciclo de energía.
Relés de láminas, que contiene un interruptor de láminas dentro de la bobina, se destaca en entornos de conmutación de alta velocidad, como equipos de comunicaciones e instrumentos de prueba.
Figura 5: Relés Reed
Los relés polarizados están diseñados para evitar conexiones de polaridad incorrectas, asegurando que los circuitos de CC funcionen correctamente incluso cuando se invierte la polaridad.
Los relés de alta frecuencia están hechos para una operación confiable en aplicaciones de alta frecuencia como dispositivos de comunicación inalámbrica, donde el cambio rápido es frecuente.
Los relés también varían según la configuración del conmutador:
Relés de doble tono de polo (SPDT), que incluye un contacto común (COM), un contacto normalmente cerrado (NC) y un contacto normalmente abierto (no), se usan comúnmente en aplicaciones que requieren conmutación entre dos circuitos.
Figura 6: Relés de doble tiros de un solo polo
Relés de un solo polo (SPST) son más simples, con solo un contacto no y un COM, adecuado para aplicaciones básicas de encendido/apagado.
Figura 7: Relés de tiro único de un solo polo
Relés de tiro de un solo polo (DPST) Tener dos conjuntos de contactos independientes, cada uno que controla un circuito separado, útil para administrar dos circuitos independientes simultáneamente.
Figura 8: Relés de lanzamiento de un solo polo doble
Relés de doble polvo (DPDT), más complejos, tienen dos conjuntos de contactos capaces de cambiar dos circuitos independientes cada uno, ampliamente utilizados en sistemas que necesitan una intrincada conmutación de circuitos.
Figura 9: Relés de doble tono de doble polo
Más allá de estos, los relés se clasifican por función, estructura y aplicación:
Los relés electromagnéticos son comunes, utilizando fuerzas electromagnéticas para operar contactos.
Los relés de bloqueo mantienen su estado incluso después de la pérdida de energía, adecuada para aplicaciones que requieren retención de estado.
Los relés electrónico cambian con componentes electrónicos sin movimiento mecánico.
Los relés sin bloqueo regresan a su estado original después de la pérdida de energía, ajustado para operaciones momentáneas.
Los relés de Reed usan un tubo de caña para aplicaciones de baja corriente de respuesta rápida.
Los relés de alto voltaje manejan circuitos de alto voltaje, mientras que los relés de señal pequeña son ideales para señales de baja corriente y bajo voltaje.
Figura 10: Relés de alto voltaje
Los relés de retardo de tiempo funcionan después de un período establecido, y los relés térmico responden a los cambios de temperatura.
Figura 11: Relés de retraso de tiempo
Los relés diferencial son sensibles a los cambios menores de corriente o voltaje, los relés de distancia monitorean los cambios en la distancia y los relés automotrices están diseñados específicamente para vehículos.
Los relés de frecuencia responden a los cambios de frecuencia, los relés polarizados funcionan bajo polaridades específicas, los relés rotativos funcionan mediante contactos rotativos y la función de relés secuencial en un orden preestablecido.
Figura 12: Relés de frecuencia
Los relés de bobina móvil utilizan el movimiento de una bobina, los relés de Buchholz protegen a los transformadores, los relés de seguridad se utilizan en los sistemas de seguridad, los relés de monitoreo supervisan las condiciones del circuito y los relés de fallas a tierra detectan problemas de conexión a tierra.
Figura 13: Relés de bobina móvil
Principios de trabajo de relés
Los principios de trabajo de los relés se pueden dividir en dos categorías principales: relés electromecánico (EMR) y relés de estado sólido (SSR).Ambos sirven funciones similares, pero operan a través de diferentes mecanismos y son adecuados para aplicaciones distintas.
Relés electromecánicos (EMR)
Los relés electromecánico se basan en fuerzas electromagnéticas para mover piezas mecánicas y circuitos de interruptor.Hay dos modos: normalmente abiertos (no) y normalmente cerrados (NC).
En un relé normalmente abierto, el circuito secundario está abierto cuando el relé no está energizado, evitando el flujo de corriente.Cuando la corriente fluye a través del circuito primario, el electroimán genera un campo magnético.Este campo tira de la armadura, cerrando el contacto en el circuito secundario y permite que la corriente fluya.
En un relé normalmente cerrado, el circuito secundario está cerrado cuando el relé no está energizado, lo que permite que la corriente fluya.Cuando el circuito primario está energizado, el campo magnético empuja la armadura, abriendo el contacto y deteniendo el flujo de corriente.Este diseño directo hace que los EMR sean ideales para aplicaciones que necesitan aislamiento físico y retroalimentación mecánica clara.
Figura 14: Diagrama de circuito de relés electromecánico
Relés de estado sólido (SSRS)
Sin embargo, los relés de estado sólido utilizan materiales semiconductores para conmutación sin piezas mecánicas.
El lado principal de una SSR contiene un LED.Cuando la corriente fluye, el LED emite fotones.Estos fotones pasan a través de un acoplador óptico al lado secundario.La energía de los fotones permite a los electrones en el semiconductor de tipo P cruzar una barrera, crear flujo de corriente y cerrar el circuito secundario.Cuando el LED está apagado, la emisión de fotones se detiene, evitando que los electrones crucen la barrera, lo que abre el circuito secundario.Las SSR ofrecen ventajas como ningún desgaste mecánico, tiempos de respuesta rápidos y la capacidad de manejar operaciones de alta frecuencia.Son perfectos para la automatización industrial y los sistemas de control de computadora que requieren conmutación rápida y confiable.
Figura 15: Diagrama de circuito de relés de estado sólido
Análisis comparativo
Los EMR tienen una ventaja debido a sus contactos mecánicos que pueden soportar grandes aumentos de corriente.Las SSR son más adecuadas debido a su falta de piezas móviles, eliminando el desgaste mecánico y reduciendo el ruido operativo.Sin embargo, los SSR pueden no funcionar tan bien a temperaturas extremas o entornos de alto estrés debido a la sensibilidad de sus componentes semiconductores.
En los sistemas de control industrial, la alta capacidad de corriente de EMR es aún más necesaria.En los sistemas de control de la computadora y procesamiento de señales, la respuesta rápida y el bajo ruido de las SSR son más deseables.Elegir el tipo correcto de retransmisión implica comprender estos principios y igualarlos con las necesidades específicas y las condiciones ambientales de su aplicación.Este conocimiento permite un mejor diseño de circuito y optimización del sistema, mejorando el rendimiento general y la confiabilidad.
Aplicaciones de relés
Los relés juegan un papel importante en los sistemas eléctricos modernos mediante el uso de señales eléctricas para controlar las conexiones del circuito, proporcionar protección y habilitar la automatización.
Equipo de sonido
En los amplificadores de audio, los relés cambian las señales de entrada para garantizar la salida de audio de alta calidad.También protegen los circuitos de sobrecargas o cortocircuitos, evitando daños al amplificador.Al configurar un sistema de audio, puede escuchar un clic distinto a medida que el relé se involucra, asegurando que la entrada correcta se enrute al amplificador.
Módems
Los relés en módems cambian de líneas de comunicación, lo que permite transiciones perfectas entre diferentes señales.Esta conmutación mejora la confiabilidad de la transmisión de datos.
Sistemas automotrices
En los automóviles, los relés controlan los solenoides de inicio, lo que permite que el motor comience administrando el flujo de corriente.También se usan para controlar las luces del automóvil, los limpiaparabrisas y las ventanas eléctricas.Por ejemplo, cuando gira la tecla de encendido, activa un relé que permite que el motor de arranque arrandee el motor.
Sistemas de control de iluminación
Los relés automatizan la iluminación respondiendo a los temporizadores o la señal del sensor, y encender o apagar las luces para ahorrar energía y aumentar la conveniencia.En una configuración de automatización de inicio, la instalación de un relé puede significar que sus luces se encienden automáticamente al ingresar a una habitación.
Telecomunicaciones
En los sistemas de telecomunicaciones, los relés cambian de señales y protegen líneas, asegurando una comunicación estable y segura.Trabajando en un sistema de telecomunicaciones, apreciará la capacidad del relé de manejar el cambio de alta frecuencia sin desgaste.
Controladores de procesos industriales
Los relés automatizan el control de equipos, asegurando procesos de producción continuos y eficientes.Al programar un controlador industrial, los relés se utilizan para comenzar y detener máquinas, administrar cinturones transportadoras y controlar los brazos robóticos.
Sistemas de control de tráfico
Los relés administran los semáforos, asegurando el flujo de tráfico ordenado y seguro.Como técnico, puede instalar relés en los semáforos, donde controlan con precisión los cambios de señal en función de los patrones de tráfico.
Control del motor
Relés controlar las operaciones del motor al cambiar la dirección y el flujo de corriente, habilitando el arranque del motor, la parada y la inversión.En los circuitos de control del motor, los relés permiten un control preciso sobre las funciones del motor, esencial para la operación de maquinaria.
Protección del sistema de energía
Los relés son vitales en los sistemas de energía, monitoreando la corriente y el voltaje para responder rápidamente a las condiciones de sobrecorriente o sobrevoltaje, protegiendo el equipo de los daños.Para los electricistas, la comprensión de la configuración de retransmisión puede ser beneficioso para proteger los sistemas eléctricos.
Interfaces de computadora
Los relés permiten la transmisión de señal y el aislamiento entre diferentes dispositivos, asegurando la precisión de los datos y la estabilidad del sistema.En la computación, los relés ayudan a interactuar varios periféricos, proporcionando aislamiento para evitar daños por fallas eléctricas.
Electrodomésticos
Relés operaciones de control en dispositivos domésticos como lavadoras, refrigeradores y aires acondicionados, lo que permite la funcionalidad automatizada y de eficiencia energética.Al reparar los electrodomésticos, a menudo reemplazará o soluciona los relés para restaurar el funcionamiento adecuado.
Aplicaciones más amplias
Los relés también se utilizan en sistemas de distribución de energía, conmutación de alimentación de emergencia, sistemas domésticos inteligentes, robótica y dispositivos médicos.Su capacidad para controlar con precisión las señales eléctricas mejora la confiabilidad y seguridad del sistema en diversas aplicaciones.
A través de estos diversos usos, los relés garantizan la protección del equipo, la operación eficiente y la confiabilidad del sistema.Comprender sus principios y aplicaciones de trabajo puede mejorar significativamente el diseño y la optimización del sistema eléctrico, satisfacer las necesidades de entornos complejos y exigentes.
¿Cómo probar un relé?
Con el tiempo, el rendimiento de un relé puede degradarse, lo que lleva a una falla.En este momento, las pruebas y el mantenimiento regulares son muy necesarios para garantizar que el relé continúe funcionando sin problemas y de manera segura.Aquí hay algunos métodos detallados para probar efectivamente un relé y garantizar su confiabilidad y seguridad.
Probar un relé con un multímetro es un método común y directo.
Comience eliminando el relé del circuito para obtener resultados precisos.Use el multímetro para medir la resistencia de los contactos de retransmisión.Para un contacto normalmente abierto (no), debe mostrar una alta resistencia cuando el relé no está energizado y de baja resistencia cuando se energiza.Un contacto normalmente cerrado (NC) debe mostrar baja resistencia cuando no está energizado y de alta resistencia cuando se energiza.Si los valores de resistencia no son los esperados, el relé puede ser defectuoso y necesita una inspección o reemplazo adicional.
Crear un circuito de prueba simple es otra forma efectiva de probar un relé.
Construya un circuito básico en una placa de pan que incluya una fuente de alimentación, un interruptor y el relé.Antes de alimentar el circuito, el no contacto debe estar abierto y el contacto NC debe cerrarse.Cuando se aplica la potencia, la bobina electromagnética del relé debe activarse, lo que hace que el contacto no se cierre y se abra el contacto NC.Verifique el cambio en los estados de los contactos para determinar si el relé funciona correctamente.
Una fuente de alimentación de CC proporciona un método directo y efectivo para probar un relé.
Adjunte los pasadores de la bobina de relé a la fuente de alimentación de CC.Aumente lentamente el voltaje y observe los contactos de retransmisión.El relé debe cambiar a su voltaje nominal.Si no se cambia, la bobina puede estar envejecida o dañada, o las partes mecánicas internas pueden atascarse.
El uso de sus sentidos también puede ayudar a probar un relé.
Cuando el relé se enciende y apague, debe escuchar un sonido distinto "clic" que indica que las partes mecánicas se están moviendo.Use un LED u otros indicadores conectados a los contactos de retransmisión.Cuando el relé cambia, el LED debe encenderse o desactivarse en consecuencia.
Preste atención a la seguridad durante la operación y garantice la seguridad durante las pruebas, especialmente cuando se usa electrónica de alta velocidad.Use el equipo de protección apropiado y use herramientas aisladas para evitar descargas eléctricas.
Conclusión
El diseño intrincado y las aplicaciones versátiles de los relés subrayan su papel indispensable en la tecnología moderna.Ya sea en la automatización industrial, los sistemas automotrices o los electrodomésticos, los relés proporcionan un control preciso sobre los circuitos eléctricos, mejorando tanto la eficiencia como la seguridad.A través de una construcción detallada que involucra componentes como electromagnets y contactos mecánicos, los relés pueden administrar altas corrientes y proteger los equipos sensibles del daño.La distinción entre relés electromecánicos (EMR) y relés de estado sólido (SSR) destaca aún más la adaptabilidad de los relés a diferentes demandas operativas, con EMR que ofrecen un rendimiento robusto en aplicaciones de alta corriente y SSRS que se destacan en entornos que requieren un cambio rápido y silencioso.Pruebas y mantenimiento regulares utilizando métodos como verificación de resistencia con un multímetro o construcción de un circuito de prueba ayudará a garantizar una operación confiable a largo plazo.Al comprender y aprovechar de manera integral las capacidades de los relés, los ingenieros y técnicos pueden mejorar significativamente el diseño y el rendimiento de los sistemas eléctricos, satisfaciendo las necesidades en constante evolución de varias aplicaciones.
Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]
1. ¿Cómo funcionan los relés en un circuito?
Los relés funcionan en un circuito utilizando un electroimán para operar mecánicamente un interruptor.Cuando una corriente eléctrica pasa a través de la bobina del relé, genera un campo magnético que atrae una armadura móvil, lo que hace que cambie el estado de los contactos del interruptor (abierto o cierre).Esto permite que una señal de baja potencia controle un circuito de mayor potencia.
2. ¿Por qué necesita un relevo en un circuito?
Control de dispositivos de alta potencia: los relés habilitan una señal de control de baja potencia para cambiar las cargas de alta potencia.
Circuitos de aislamiento: proporcionan aislamiento eléctrico entre el control y los circuitos de carga, mejorando la seguridad.
Realice funciones lógicas: los relés se pueden usar para crear sistemas de control complejos que requieren múltiples entradas y salidas.
3. ¿Cuáles son las tres funciones básicas de un relé?
Continción: Relés cambian los circuitos eléctricos encendido y apagado.
Aislamiento: aislan diferentes partes de un circuito para proteger componentes sensibles de altas corrientes o voltajes.
Control: los relés permiten que un circuito controle otro, habilitando la automatización y la lógica de control complejo.
4. ¿Cómo se prueba un relé?
Uso de un multímetro: mida la resistencia de la bobina y los contactos del relé.La bobina debe tener un valor de resistencia específico, mientras que los contactos normalmente abiertos (no) deben mostrar alta resistencia cuando se desenergizan y se energizan cuando se energizan.Los contactos normalmente cerrados (NC) deben mostrar lo contrario.
Creación de un circuito de prueba: conecte el relé a una fuente de alimentación y una carga.Cuando se aplica energía a la bobina del relé, los contactos deben cambiar los estados (no debe cerrar, NC debe abrir).
Escuchar un clic: cuando se activa el relé, debe escuchar un sonido de clic que indica el movimiento mecánico de los contactos.
5. ¿Qué puede causar que un relevo no falle?
Desgaste mecánico: la operación repetida puede desgastar las piezas mecánicas.
Arcing eléctrico: las corrientes altas pueden causar arcos a través de los contactos, lo que provoca picaduras y daños.
Falla de la bobina: el voltaje excesivo o el uso prolongado pueden dañar la bobina del relé.
Contaminación: el polvo, la suciedad o la humedad pueden interferir con el movimiento mecánico y los contactos eléctricos.
Estrés térmico: las altas temperaturas pueden degradar los materiales y causar mal funcionamiento.