Elementi di automazione: i relè

Elementi di automazione: i relè

I relè possono apparire come elementi tecnologicamente antiquati, ma in realtà sono amcora essenziali in elettronica. Un relè, di base, è semplicemente un interruttore comandato elettricamente. Alcuni sono minuscoli e possono gestire solo piccole correnti e basse tensioni, mentre altri, detti Contattori , possono essere enormi e gestire agevolmente centinaia di Ampere e migliaia di Volt. Ma, al di là delle loro differenti dimensioni e capacità di potenza, tutti i relè (con i loro cugini Contattori) utilizzando lo stesso principio base di funzionamento.

La norma del Comitato Elettrotecnico Italiano CEI EN 60947-1 (CEI 17-44) “Apparecchiature a bassa tensione. Parte 1: Regole generali”, definisce gli ausiliari di comando (per circuiti di comando e ausiliari) come quei dispositivi meccanici di manovra che hanno la funzione di comandare la manovra di apparecchiature, includendo segnalazioni, interblocchi elettrici ecc.

I Relè

Il relè può essere considerato l’apparecchiatura elettromeccanica per antonomasia che, comandata da variazioni di grandezze fisiche, elettriche ecc., determina il funzionamento di utilizzatori elettrici e non o la chiusura e l’apertura di ulteriori circuiti.

Classico relè elettromagnetico
Classico relè elettromagnetico

Nella sua evoluzione il relè ha conosciuto tre diverse configurazioni.

  • I Relè di prima generazione, funzionanti secondo i principi classici, presentano la caratteristica di non essere facilmente miniaturizzabili e di richiedere una notevole energia per il funzionamento;
  • Nella seconda generazione il relè ha conosciuto una sensibile miniaturizzazione, differenziandosi nei tipi mono, bi e tristabili a elevata efficienza. Questo tipo di apparecchiatura richiedeva inoltre una energia quasi nulla per produrre elevate forze di contatto;
  • Nella terza generazione il relè ha unito le caratteristiche della generazione precedente con quelle dei circuiti integrati a semiconduttore.

La funzione dei Relè

I relè tradizionali e quelli delle generazioni successive presentano molte funzioni interessanti che li rendono adatti agli usi più disparati. Le principali funzioni possono essere così riassunte:

  • trasformazione di una corrente elettrica in un flusso magnetico;
  • trasformazione di un flusso magnetico in una forza;
  • trasporto dell’energia meccanica sui contatti;
  • capacità di immagazzinare energia meccanica per l’apertura dei contatti dovuta alla diseccitazione;
  • conduzione della corrente elettrica attraverso i punti di contatto;
  • compensazione della influenza della temperatura allo scopo di ottenere una tensione di attrazione costante;
  • capacità di impedire la formazione di impurità sui contatti;
  • combinazione di diverse funzioni programmabili.

In linea di massima, il relè è costituito da un sistema di azionamento e da un sistema di comando esterno, tramite il quale svolge il compito assegnato. Per le sue caratteristiche costruttive esso ha un funzionamento analogo a quello del contattore, cioè, nella versione tradizionale, funziona sulla base dell’eccitazione di un elettromagnete che determina lo spostamento dell’ancora e del relativo contatto mobile.

Parti costituenti un classico relè
Parti costituenti un classico relè

Schema elettrico tipico
Schema elettrico tipico

Tipi di relè

Elettromeccanici

Si tratta di interruttori, comandati elettricamente, che utilizzano contatti meccanici. Sono anche noti come relè ad armatura e composti essenzialmente da spire e contatti. Quando viene fornita energia alla spira, il campo magnetico indotto mette in movimento l’armatura che apre o chiude il contatto.

La corrente che attraversa la spira mette in movimento l'armatura che apre apre o chiude il contatto.
La corrente che attraversa la spira mette in movimento l’armatura che apre o chiude il contatto.

Reed

I relè Reed sono interruttori che utilizzano elettromagneti per controllare uno o più interruttori Reed. Al pari dei relè elettromeccanici essi utilizzano contatti meccanici per aprire o chiudere un circuito. Tuttavia nei relè Reed i contatti sono molto più piccoli e leggeri. I relè Reed a secco, sono costituiti da spire avvolte intorno ad interruttori Reed. Un interruttore Reed è costituito da 2 lamelle ferromagnetiche (dette reeds) parzialmente sovrapposte e sigillate ermeticamente in una capsula di vetro o ceramica riempita di gas inerte.

I reed presentano dei contatti alle loro estremità. Quando viene data energia alle spire, i due reed vengono attratti e attraverso i loro contatti il circuito si chiude. Quando l’energia viene tolta, la forza elastica dei reed li separa nuovamente.

Il campo magnetico chiude i 2 reed ed il circuito collegato ai contatti
Il campo magnetico chiude i 2 reed ed il circuito collegato ai contatti

A semiconduttore

I relè a stato solido (SSRs) sono interruttori elettronici che vengono azionati da una piccola tensione esterna applicata ai loro terminali. Vengono spesso costruiti attraverso un MOSFET ed un LED usato per comandare l’interruttore. Più veloci e meno soggetti ad usare dei relè elettromeccanici, essi hanno tuttavia una minor robustezza, maggior resistenza e costo.

La luce proveniente dal LED aziona il MOSFET fotosensibile e permette il passaggio di corrente.
La luce proveniente dal LED aziona il MOSFET fotosensibile e permette il passaggio di corrente.

Caratteristiche essenziali

Le caratteristiche e gli elementi essenziali di un relè possono essere così riassunti:

  • Il modello e il tipo, definiti a seconda dell’uso principale e del servizio svolto. Si trovano in commercio relè per impieghi generali (base, in miniatura, di potenza), a ritenuta magnetica e meccanica, per circuiti elettronici (relè subminiatura, miniatura, cartolina e relè reed). La costruzione del relè può essere in esecuzione a giorno o protetta;
  • La bobina, caratterizzata dalla tensione, dalla frequenza e dal consumo nominali, dalla resistenza e dall’induttanza;
  • I contatti, contraddistinti in base al numero, al tipo (semplici, sdoppiati, crossbar) e ai valori di corrente e di tensione massimi;
  • Il tipo di collegamento del relè (a innesto, per circuito stampato, a saldare, faston) e dello zoccolo (per circuito stampato, a saldare, a vite, wrapping).