Relè
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
Il relè è un dispositivo che utilizza le variazioni della corrente per influenzare le condizioni di un altro circuito. Se ne possono trovare elettronici, elettromagnetici, a induzione, a semiconduttore e termici. Il relè elettromagnetico è il più diffuso ed è costituito da un elettromagnete, che eccitato con l'elettricità, facendo passare un flusso di corrente in una bobina di filo, attrae una struttura di ferro, aprendo e chiudendo un contatto. In sostanza il relè è un interruttore che non viene azionato a mano ma da un elettromagnete.
Un relè può azionare un circuito sia se è a riposo, non attraversato da corrente (in quel caso tale circuito va collegato alla boccola rossa di sinistra del relè nella foto), sia se è attivo, attraversato da corrente (in questo caso il circuito va collegato alla boccola rossa di destra).
Il nome relè deriva dal francese relais che indicava ognuna delle stazioni di posta dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i cavalli in modo da svolgere più celermente il loro servizio. Per analogia, ai primordi della telegrafia si usò il termine relè nell'indicare i dispositivi grazie ai quali si trasferiva un messaggio in codice Morse da una stazione di partenza a una stazione di arrivo, come se un virtuale messo postale si servisse di tali dispositivi per arrivare finalmente alla meta.
[modifica] Tipologie di funzionamento
Esiste in commercio un grande varietà di relè, le cui caratteristiche elettriche essenziali si possono ricondurre a:
- Dati elettrici dell'ingresso di comando: tensione, frequenza e assorbimento.
- Capacità di commutazione dei contatti: corrente nominale massima, potere di interruzione; i relè in grado di commutare potenze elevate sono anche detti teleruttori.
- Livello di isolamento tra i due circuiti, solitamente nell'ordine di centinaia o migliaia di volt.
Per quanto riguarda la logica di funzionamento una classificazione può essere la seguente:
[modifica] Monostabili
Una sola posizione di contatti è stabile, mentre l'altra si ha solamente quando è presente il segnale di eccitazione in ingresso: ad esempio sono relè monostabili quelli che controllano i potenti motori di grosse macchine operatrici, come i carri ponte, i quali sono comandati da circuiti a bassa tensione per motivi di sicurezza.
Alcuni modelli impiegano un tempo prefissato per ritornare allo stato di riposo dopo la cessazione del segnale di comando e si definiscono relè temporizzati. In altri esiste un ritardo non trascurabile tra l'applicazione del segnale e la commutazione e si parla di relè ritardati.
Un metodo, in uso da tempo per ritardare la chiusura, consiste nel realizzare la lamina mobile, accoppiando due metalli con caratteristiche di dilatazione differenti, una resistenza elettrica avvolta intorno alla lamina, costituisce l'elemento che fornisce calore per la lenta dilatazione asimmetrica della lamina del contatto mobile fino allo scatto in chiusura, il comando è costituito dall'applicazione di una tensione alla resistenza. Questa tipologia di relè è definita "a bimetallo". Un tipo in ampolla in vetro sottovuoto, era impiegato dal costruttore Tektronix negli oscilloscopi a tubi, per ritardare l'applicazione della tensione anodica, fintanto che i catodi riscaldati dai filamenti non fossero alla temperatura di lavoro.
[modifica] Bistabili
Questa categoria ha due posizioni stabili, che possono essere raggiunte con l'applicazione di un segnale su uno dei due ingressi corrispondente alla posizione. Questa funzionalità è anche detta a Flip-flop. Caratteristiche di questi modelli sono l'assenza di consumo energetico per mantenere la posizione e persistenza dello stato anche dopo lo spegnimento dell'apparecchiatura che li impiega.
[modifica] Passo-passo
Una serie ciclica di configurazioni dei contatti viene percorsa, avanzando di un passo ad ogni impulso applicato all'ingresso. Ad esempio, i vecchi programmatori meccanici delle lavatrici e delle lavastoviglie. Sono di questo tipo i relé che controllano le luci di casa quando si hanno più di 2 punti di controllo: si impiegano nell'impianto dei pulsanti, i quali agendo sul relé accendono la luce; per spegnerla, basterà premere nuovamente il pulsante. Sono costituiti da un contatto posizionato su una camma a sezione quadrata che ad ogni impulso ruota di un ottavo di giro (passo), il contatto si può trovare sul lato del quadro (contatto chiuso), oppure sul vertice del quadro (contatto aperto), e così in successione.
[modifica] A disco
Il relè a disco è ampiamente utilizzato in Italia per garantire la sicurezza nella logica di funzionamento degli impianti ferroviari.
Il principio di funzionamento, simile a quello dei contatori di potenza tradizionali, garantisce che un opportuno disco disposto all'interno del relè si muova solo se la coppia motrice, proporzionale al prodotto di due correnti sinusoidali e dello sfasamento tra di esse, superi un valore minimo preimpostato.
[modifica] Speciali
Specialmente nel passato, prima dell'avvento della microelettronica erano impiegati relè dal funzionamento particolare, come quelli per la teleselezione decadica telefonica e i relè ripetitori per il segnale del telegrafo.
[modifica] Dry-reed
Il dry-reed è un particolare tipo di relè monostabile in cui i contatti sono contenuti in una ampolla in vetro sigillata ermeticamente, al cui interno è stato immesso gas inerte. Le due lamine metalliche che costituiscono il contatto sono realizzate in materiale ferromagnetico, in modo tale che investite da un campo magnetico esterno si magnetizzino temporaneamente ed attraggano tra loro. Esiste anche una versione con contatto normalmente chiuso, realizzato con una lamina in materiale non ferromagnetico che è in contatto con una lamina in posizione di riposo. Esiste una versione con una terza lamina, impiegato nella funzione di deviatore.
Vantaggio di questo dispositivo è la bassa usura nel tempo, dovuta alla totale protezione dei contatti da polvere ed umidità, nonché il ridotto rischio di innesco di archi voltaici. La chiusura del contatto può avvenire tramite un solenoide che circonda il bulbo, oppure con un elettromagnete, ma anche con un campo prodotto da un magnete avvicinato al dispositivo. Questo sistema è usato nei contatti magnetici degli antifurto.
[modifica] A mercurio
Una tipologia simile ai dry-reed, la cui lamina mobile, sfruttando il fenomeno di capillarità, è costantemente bagnata di mercurio, metallo liquido, amagnetico e conduttivo, hanno il vantaggio di avere una bassa usura dei contatti, ma possono lavorare in una sola posizione.
[modifica] Degrado e usura
Escludendo gli statici, è uno dei dispositivi elettromeccanici più soggetto a guasto e usura nel tempo. Nonostante il rispetto delle specifiche del costruttore, una percentuale significativa di questi dispositivi si guasta prima del termine garantito dal costruttore. Le cause sono di due tipi di origine opposta. La prima implica la commutazione di alte correnti, nonostante l'uso dell'argento come componente del contatto, e l'adozione di accorgimenti per farlo lavorare nella configurazione autopulente, cioè prevedendo volutamente che in fase di chiusura e apertura, i contatti striscino leggermente fra di loro, facilmente avviene l'incollaggio degli stessi, cioè la fusione del metallo in una piccola zona del contatto con conseguente impossibilità ad aprirsi.
La seconda tipologia di guasto è presente nei casi di commutazione di correnti molto piccole. Sono in causa piccolissimi relè, spesso anche reed, generalmente utilizzati per la commutazione di segnali audio a bassissimo livello. In questo caso la corrente che scorre nel contatto è talmente piccola da permettere, nel tempo, la formazione di ossido sulla superfce dei contatti.
[modifica] A stato solido
Chiamati anche "statici" o "circuiti a PWM", disponibili per lavorare con tensioni alternate, hanno la caratteristica di non avere contatti meccanici. Sono costituiti da due circuiti elettronici separati galvanicamente tra loro tramite un fotoaccoppiatore, la parte operante in serie al carico, è costituita da un triac, attivato e disattivato tramite un segnale a livello logico che pilota il fotoaccoppiatore. Esiste una tipologia definita "zero crossing", la quale effettua la chiusura e l'apertura del circuito, in prossimità del passaggio sullo zero della sinusoide, minimizzando il picco di corrente generato sulla linea. Sono forniti per potenze varie, da pochi watt a qualche Kilowatt. Il loro costo è elevato, virtualmente immuni da usura, sono impiegati in circuiti sottoposti ad alta frequenza di azionamento e dove necessita alta affidabilità nel tempo.
[modifica] A circuito integrato
La funzione relè può essere svolta anche da dispositivi a circuito integrato, in applicazioni in cui la corrente e la tensione siano di piccolo valore e sia richiesta alta affidabilità, questo tipo di dispositivo viene largamente impiegato; sono chiamati commutatori analogici (analogic switch), i produttori sono gli stessi dei circuiti integrati. L'apertura e chiusura del circuito avviene attraverso una giunzione, pertanto non soggetta ad usura, a differenza di un contatto meccanico. Un loro limite è costituito dal valore resistivo del "contatto", se in apertura essendo dell'ordine dei gigaOhm equivale ad un contatto aperto, in chiusura non scende al di sotto di qualche decina di Ohm, valore comunque sufficicientemente basso per la maggior parte delle applicazioni, il comando di attivazione è costituito da un segnale a livello logico. Il package può essere plastico, ceramico o metallico e può contenere anche 4 dispositivi identici.
