Guia Essencial sobre Relés: Tipos, Aplicações e História

O que é um relé?

A maioria dos aparelhos eletrônicos e mecânicos requer relés para converter pequena entrada elétrica em uma saída de alta corrente que recebem. Tradicionalmente, relés eram usados em circuitos telegráficos de longa distância como repetidores de sinal. Ou seja, o sinal vindo de um circuito é renovado transmitindo-o em outro circuito. Relés eram amplamente usados em centrais telefônicas e computadores antigos para realizar operações lógicas.

Existem muitos tipos de relés por aí para atender às demandas de várias aplicações. Hoje você conhecerá a definição, funções, aplicações, considerações de seleção, componentes, diagrama, tipos e funcionamento de um relé. Também será exposto às suas vantagens e desvantagens.

Definição de relé

Um relé é um interruptor elétrico que funciona com eletromagnetismo para converter pequenos estímulos elétricos em correntes maiores. Esta conversão ocorre quando uma entrada elétrica ativa eletroímãs para formar ou quebrar circuitos existentes.

Aproveitando entradas fracas para alimentar correntes mais fortes, relés podem atuar efetivamente como um interruptor ou amplificador para a corrente elétrica. Isso depende das aplicações desejadas.

Relés também são ditos ser um interruptor operado magneticamente que ativa e desativa quando um eletroímã é energizado. A tensão aplicada aos terminais de entrada do relé energiza o eletroímã.

O relé foi inventado pelo cientista americano Joseph Henry em 1835.

Funções dos Relés

Abaixo estão as funções dos relés em suas várias aplicações:

• A função principal de um relé é servir como interruptor onde circuitos precisam ser controlados.
• Alguns tipos de relés usam um eletroímã para fechar e abrir contatos.
• Protege circuitos elétricos de sobrecarga ou falhas, servindo como relés de proteção.
• Funções dos relés também permitem que um sistema funcione apenas por um período definido ou inicie apenas após um período definido, assim conhecidos como relés de atraso de tempo.
• Outro propósito dos relés é para comutar motores elétricos e cargas de iluminação.
• Um único relé pode servir como conector de múltiplos contatos, para que todos se movam juntos quando a bobina do relé é energizada ou desenergizada. Se um dos contatos no relé para de se mover, o resto dos contatos não conseguirá se mover. Relés com este efeito também são conhecidos como relés de segurança.
• Alguns tipos de relés têm grandes funções onde transmissores e receptores de rádio compartilham uma antena. O relé serve como transmissão-recepção, que comuta a antena do receptor para o transmissor.

Aplicações dos relés

Abaixo estão aplicações de relés:

• Circuitos de relé são usados para realizar funções lógicas, desempenhando papel importante na oferta de lógica crítica de segurança.
• Como mencionado anteriormente, relés fornecem funções de atraso de tempo, pois cronometram o atraso de abertura e fechamento de contatos.
• Relés são usados para controlar circuitos de alta tensão com um sinal de baixa tensão. Também usam sinais de baixa corrente para controlar circuitos de alta corrente.
• Relés servem como proteção a aparelhos, pois detectam recepção e os isolam durante transmissão.

Um relé de sobrecarga é um dispositivo eletromecânico usado para proteger motores contra falha de energia ou sobrecargas. São frequentemente usados em motores para proteger o motor de picos repentinos de corrente que podem causar danos.

O funcionamento de uma chave de relé de sobrecarga é como a corrente ao longo do tempo, mas diferente de disjuntores e fusíveis, onde uma viagem repentina desligará o motor. Relé de sobrecarga térmica é o tipo mais usado, onde uma tira bimetálica é usada para desligar o motor. Esta tira faz contato com um contator ao se curvar com o aumento de temperaturas devido a fluxo excessivo de corrente.

O contato entre a tira e o contator faz o contator desenergizar e restringir a energia do motor, desligando assim o sistema.

Considerações de seleção de um relé

Abaixo estão fatores a serem considerados ao selecionar um relé para um sistema:

• Proteção – Ao selecionar um relé para um projeto específico, deve-se considerar como o relé protegerá o sistema de sobrecargas ou picos repentinos de energia. Algumas outras proteções, como proteção de contato e proteção de bobina, devem ser consideradas. Proteção de contato ajudará a reduzir arco em circuitos usando indutores. Enquanto proteção de bobina ajuda a reduzir tensão de surto produzida durante comutação.
• Relés padrão com todas as aprovações regulatórias devem ser considerados.
• Relés de comutação de alta velocidade são vitais para o tempo de comutação, você pode precisar de um.
• Classificações de corrente e tensão dos relés devem ser consideradas. As classificações de corrente variam de poucos amperes a cerca de 300 amperes, enquanto as classificações de tensão variam de 300 volts CA a 600 volts CA. Alguns relés de alta tensão de cerca de 15.000 volts também estão disponíveis.
• Isolamento entre um circuito de bobina e contatos também deve ser considerado.
• Conheça o tipo de contato que ele carrega, se é NF ou NA ou contato fechado.
• Saiba se contato "Make Before Break" ou "Break Before Make" é a melhor opção para seu sistema.

Componentes de um sistema de relé

Abaixo estão componentes dos vários tipos de sistemas de relé e suas funções:

• Estrutura (Frame) – é um recipiente ou estrutura robusta que contém e suporta as várias peças do relé.
• Bobina (Coil) – é um fio enrolado em torno de um núcleo metálico. É a parte que causa um campo eletromagnético.
• Armadura (Armature) – é uma parte móvel que abre e fecha os contatos. Há uma mola anexada que retorna a armadura à sua posição original.
• Contatos (Contacts) – é a parte condutora que faz o relé fechar (make) ou abrir (break) um circuito.

Relés têm dois circuitos: circuito de energização e circuito de contato. O lado de energização tem a bobina enquanto os contatos do relé têm o lado de contato. Uma bobina de relé é energizada quando a corrente flui através da bobina e cria um campo magnético. Em uma unidade CA, a polaridade muda 120 vezes por segundo; a polaridade também é fixa em um sistema CC.

Uma bobina magnética atrai uma placa ferrosa, parte da armadura. Uma parte desta armadura é anexada à estrutura metálica, que é formada para que a armadura possa pivotar. A outra extremidade abre e fecha os contatos que vêm em diferentes configurações.

Estas configurações dependem do número de interrupções, polos e lançamentos do relé. Ou seja, um relé pode ser chamado de polo único, lançamento único (SPST), ou polo duplo, lançamento único (DPST).

Interrupção (Break):

Uma interrupção é o número de lugares ou contatos separados que um relé usa para abrir ou fechar um único circuito elétrico. Estes contatos são de interrupção única ou dupla; contato de interrupção única (SI) quebra um circuito elétrico em um lugar. Enquanto um contato de interrupção dupla (DI) o quebra em dois lugares.

Um contato de interrupção única é normalmente usado ao comutar dispositivos de menor potência, como luzes indicadoras. Enquanto um contato de interrupção dupla é usado ao comutar dispositivos de alta potência, como solenoides.

Polo (Pole):

Polo é o número de circuitos isolados que um relé pode passar através de um interruptor. Um contato de polo único (PU) pode transportar corrente através de apenas um circuito por vez. Enquanto um contato de polo duplo (PD) pode levar corrente através de dois circuitos isolados simultaneamente. Bem, o número máximo de polos que um relé pode carregar é 12, dependendo de seu design.

Lançamento (Throw):

Um lançamento é o número de posições de contato fechado por polo que estão disponíveis em um interruptor. Um interruptor de lançamento único pode controlar apenas um circuito, enquanto um lançamento duplo pode controlar dois.

Em resumo, um relé eletromagnético consiste em uma bobina de fio enrolada em torno de um núcleo mole (um solenoide), um yoke de ferro que fornece um caminho de baixa relutância para fluxo magnético, uma "armadura" de ferro móvel, e um ou mais conjuntos de contatos. Todos estes são explicados acima, espero que você tenha compreendido.

Diagrama de um relé:

Diagrama ilustrativo de um relé eletromagnético.

Tipos de relés

Abaixo estão os vários tipos de relés usados e adequados para diferentes aplicações:

Relés de trava (Latching):

Tipos de relés de trava mantêm seu estado após serem atuados. É por isso que também são chamados de relé de impulso, relés de manutenção ou relés de permanência. É usado na maioria das aplicações para limitar consumo e dissipação de potência.

Tipos de relés de trava consistem em ímãs internos para que, quando a corrente é fornecida à bobina, o ímã interno mantenha a posição do contato. Com isso, o sistema não requer potência para manter sua posição. É por isso que, após ser atuado, consegue manter a última posição de contato mesmo se a corrente for removida da bobina.

Relés de estado sólido (SSRs)

Tipos de relés de estado sólido usam componentes como BJTs, tiristores, IGBTs, MOSFETs e TRIACs. Estes componentes realizam operações de comutação. Comparando com relés eletromecânicos, a potência obtida em relés de estado sólido é muito maior porque a potência necessária para controlar o circuito é muito menor. Estes relés podem funcionar tanto para alimentação CA quanto CC.

Tipos de relés de estado sólido têm altas velocidades de comutação, pois não há contatos mecânicos. Há um sensor em um relé de estado sólido que também é um dispositivo eletrônico. Este sensor ajuda a ligar ou desligar a potência para a carga após responder a um sinal de controle.

Relés Reed:

Assim como tipos de relés eletromecânicos, relés reed também funcionam com atuação mecânica de contatos físicos para abrir ou fechar um caminho de circuito. No entanto, relés reed têm massa baixa e contatos muito menores comparados aos tipos eletromecânicos.

Chave reed é enrolada, pois atua como armadura. É um tubo de vidro ou cápsula preenchida com gás inerte contido em duas lâminas ou pás ferromagnéticas sobrepostas, que é hermeticamente selada.

Relés diferenciais:

Tipos de relés diferenciais começam a funcionar quando a diferença fasorial de duas ou mais grandezas elétricas semelhantes excede um valor predeterminado. Relés de corrente diferencial operam quando o sistema experimenta comparação entre a magnitude e diferença de fase das correntes entrando e saindo do sistema a ser protegido.

Se o sistema está funcionando em condições normais de operação, correntes entrando e saindo são iguais em magnitude e fase. Isso faz o relé ficar inativo. Mas se uma falha ocorre no sistema, as correntes não são mais iguais em magnitude e fase.

Relé polarizado:

Como o nome diz, os tipos de relés polarizados são muito sensíveis à direção de uma corrente pela qual é energizado. É um relé eletromagnético CC fornecido com uma fonte adicional de campo magnético permanente para mover a armadura no relé.

Em relés polarizados, circuitos magnéticos são construídos com ímãs permanentes, eletroímãs e uma armadura. Em vez de força de mola, estes tipos de relés usam força magnética para atrair ou repelir a armadura. Esta armadura é um ímã permanente, posicionada entre as faces polares formadas por um eletroímã.

Relés Buchholz:

Os tipos de relés Buchholz são relés operados a gás ou atuados. São amplamente usados para detectar falhas incipientes ou falhas internas que são menores inicialmente, mas podem causar falhas maiores com o tempo. Esses relés são principalmente usados para proteção de transformadores e são montados em uma câmara entre o tanque do transformador e o conservador.

Estes tipos de relés são usados apenas para relé imerso em óleo que é especificamente utilizado para sistemas de transmissão e distribuição de energia. A figura abaixo mostra o funcionamento de um relé Buchholz.

Relés de tempo mínimo inverso definido (IDMT):

Relés de tempo mínimo inverso definido são tipos de relé que oferecem características de tempo definido de uma corrente de falha em valor mais alto. E também, característica de tempo-corrente inversa de uma corrente de falha em valor mais baixo.

Estes relés IDMT são amplamente usados para proteger linhas de distribuição e ajudam a definir limites para configurações de corrente e tempo. Nestes tipos de relés, seu tempo de operação é aproximadamente inversamente proporcional à corrente de falha perto do valor de pickup.

Relés de proteção contra sobrecarga:

Tipos de relés de proteção contra sobrecarga são propositadamente projetados para oferecer proteção contra sobrecorrente a motores e circuitos elétricos. Estes relés de sobrecarga são de diferentes tipos, como tipo tira bimetálica fixa, e eletrônico ou tira bimetálica intercambiável com aquecedor, etc.

Sempre que um motor elétrico está sobrecarregado, tal motor requer estes tipos de relés para proteger o sistema contra sobrecorrente. Por esta razão, equipamentos de detecção de sobrecarga, como relé operado a calor, devem ser empregados. Este relé operado a calor contém uma bobina que aquece uma tira bimetálica ou pote de solda, que então derrete.

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento de um relé depende de seu tipo e do que é projetado para fazer. No entanto, um relé eletromagnético simples consiste em uma bobina de fio enrolada em torno de um núcleo de ferro mole (um núcleo de ferro mole). Também contém um yoke de ferro que fornece um caminho de baixa relutância para fluxo magnético, uma armadura de ferro móvel, e um ou mais conjuntos de contatos.

Esta armadura é articulada ao yoke e mecanicamente ligada a um ou mais conjuntos de contatos móveis. Uma mola ajuda a manter a armadura no lugar para que, quando o relé está desenergizado, há um intervalo de ar no circuito magnético. Em alguns tipos de relé, um de dois conjuntos de contatos fechados, e o outro conjunto está aberto.

Alguns relés podem ter mais ou menos conjuntos de contatos dependendo de seu propósito de uso. Há um fio conectando a armadura ao yoke, que garante continuidade do circuito entre os contatos móveis na armadura. Quando uma corrente elétrica passa pela bobina, ela gera um campo magnético que ativa a armadura, e o movimento conseqüente dos contatos móveis faz ou quebra uma conexão com um contato fixo.

Se o conjunto de contatos estava fechado quando os relés estão desenergizados, então o movimento abre os contatos e quebra a conexão, e vice-versa se os contatos estavam abertos. Quando a corrente para a bobina não é energizada, a armadura é retornada por uma força, aproximadamente metade da força magnética, à sua posição relaxada. A força é geralmente fornecida por uma mola; a gravidade também é usada em partidas de motores industriais.

Assista ao vídeo para aprender mais sobre o funcionamento dos relés:

Vídeo demonstrativo do princípio de funcionamento dos relés.

Vantagens e desvantagens dos relés

Vantagens:

• Permite que um dispositivo remoto seja controlado.
• Contatos são alterados facilmente.
• Isola a parte de ativação de uma parte de atuação.
• Funciona bem em altas temperaturas.
• Pode ser ativado com baixa corrente e pode ativar grandes máquinas de grande potência.
• Um único sinal pode ser usado para controlar vários contatos de uma vez.
• Corrente contínua ou alternada pode ser comutada.

Desvantagens:

• Contatos no sistema danificam com o tempo. Frequentemente experimentam desgaste, oxidação, etc.
• Tempo de comutação é alto.
• Sons de ativação e desativação de contatos podem ser perturbadores.

Conclusão

Relés são ótimos componentes servindo a uma variedade de propósitos em aparelhos, dependendo do efeito de relé necessário. Neste artigo aprofundado, cobrimos a definição, funções, aplicações, consideração de seleção, tipos e funcionamento de relés. Também vimos suas vantagens e desvantagens.