Introducción a los relés

Los relés desempeñan un papel fundamental en innumerables aplicaciones y sistemas de consumo, comerciales e industriales. A menudo se emplean en sistemas cotidianos sin previo aviso. Por ejemplo, los relés se utilizan para regular la calefacción de una casa, accionar el mando a distancia de un televisor o manejar un ascensor. Concebidos originalmente en 1835 para el establecimiento de conexiones telegráficas a larga distancia, los relés se adaptaron posteriormente para su uso en centrales telefónicas y siguen funcionando de forma fiable, discreta y con gran eficacia.

Desde un punto de vista pragmático, los relés funcionan como interruptores eléctricos. Utilizan una señal de baja potencia para gobernar un circuito de alta potencia, ya sea en proximidad o situado a distancia. Su diseño inherente facilita el aislamiento efectivo entre la señal de baja potencia y el circuito de alta potencia, lo que suele denominarse aislamiento galvánico. Este aislamiento garantiza a los usuarios un funcionamiento seguro y resistente de los sistemas eléctricos. Los relés son muy versátiles, ya que pueden utilizarse para regular un solo circuito o varios, y pueden servir como amplificadores o disyuntores.

La capacidad de controlar a distancia la potencia de los dispositivos también se traduce en mayores medidas de seguridad, sobre todo en procesos industriales que pueden presentar riesgos físicos para los operarios. Estos dispositivos versátiles están disponibles en una amplia matriz de envases y ofrecen diversas capacidades de corriente, opciones de montaje y huellas físicas, lo que los hace tan comunes como el interruptor cotidiano y omnipresente.

Funcionamiento de los relés

Para una mejor comprensión del tema, los relés pueden clasificarse en dos tipos fundamentales: electromecánicos (EMR) y de estado sólido (SSR). La distinción clave radica en la presencia o ausencia de componentes móviles.

El más antiguo de los dos tipos es el electromecánico, que consta de contactos, una armadura, un muelle y un electroimán. En su funcionamiento más básico, un muelle mantiene la posición del inducido. Al aplicar corriente, el electroimán ejerce una fuerza de atracción sobre la armadura, haciendo que ésta se mueva y cierre un conjunto de contactos, permitiendo así el paso de corriente por el circuito.

Figura 1: Estructura interna básica de un relé electromecánico. (Fuente de la imagen: CUI Devices)

Por el contrario, los relés de estado sólido, surgidos a finales de los años 50, cumplen la misma función fundamental que los relés electromecánicos, pero son totalmente electrónicos, sin piezas móviles. Comprenden un circuito de entrada, un circuito de control y un circuito de salida para regular la corriente. Cuando se aplica una tensión superior a la especificada para el captador, el circuito de control dispara el relé. Cuando la tensión cae por debajo del voltaje de desconexión, el relé se desactiva.

Relés electromecánicos frente a relés de estado sólido (continuación)

Como ocurre con cualquier tecnología de componentes electrónicos, los relés electromecánicos y de estado sólido presentan ventajas e inconvenientes que hay que tener en cuenta.

Gracias a su diseño bicentenario, los relés electromecánicos son dispositivos robustos con un funcionamiento sencillo, que demuestran su fiabilidad en una amplia gama de aplicaciones, incluidas las que implican corrientes elevadas y entornos peligrosos. Ofrecen un aislamiento eléctrico completo, pueden soportar picos de corriente y tensión elevados y son impermeables al ruido eléctrico, como las interferencias electromagnéticas y las interferencias de radiofrecuencia (EMI/RFI).

No obstante, como los relés electromecánicos tienen piezas móviles, con el tiempo se produce una degradación física y los contactos pueden deteriorarse debido a la corrosión y la oxidación. Pueden ser susceptibles a la formación de arcos de contacto, lo que provoca picaduras y cortocircuitos. Su naturaleza mecánica los hace vulnerables al rebote por contacto de golpes y vibraciones, y pueden generar su propio ruido EMI/RFI (interferencia electromagnética). Además, los campos magnéticos externos pueden afectar a su funcionamiento.

En cambio, los relés de estado sólido ofrecen una vida operativa más larga y funcionan con una potencia de control significativamente menor gracias a su diseño sin piezas móviles. Proporcionan ciclos de encendido y apagado más rápidos, eliminan la formación de arcos y el rebote de los contactos, y no se ven afectados por golpes mecánicos externos, vibraciones o campos magnéticos. Los relés de estado sólido funcionan en un rango de voltaje inferior al de los relés electromecánicos, lo que los hace adecuados para dispositivos electrónicos pero menos aptos para aplicaciones de alta potencia.

Sin embargo, debido a su diseño único, los relés de estado sólido pueden ser susceptibles a transitorios de voltaje o corriente y ruido EMI/RFI. Suelen generar más calor que sus homólogos mecánicos y pueden ser sensibles a la temperatura ambiente. En particular, lograr un aislamiento eléctrico completo entre la señal de control y la carga no es intrínsecamente posible con interruptores semiconductores estándar, pero puede lograrse utilizando componentes optoelectrónicos en dispositivos fotoacoplados, que aíslan las señales de entrada y salida.

Figura 2: Esquema interno básico de los relés de estado sólido. (Fuente de la imagen: CUI Devices)

Tipos de relé habituales

Existe una amplia gama de tipos de relés, cada uno de ellos adaptado a las necesidades específicas de cada aplicación. Hay que tener en cuenta que los fabricantes pueden emplear una terminología ligeramente diferente para sus ofertas de productos, pero a continuación se ofrece un resumen generalizado de los principales tipos de relés:

• Propósito general: Son relés electromecánicos comunes que funcionan con corriente alterna o continua en el rango de 12 a 230 voltios y pueden controlar corrientes de 2 a 30 amperios.
• Señal: Los relés de señal se utilizan para controlar cargas de baja potencia, normalmente inferiores a 2 amperios. Para obtener más información, puede consultar el artículo de CUI Devices "Signal Relays - Understanding the Basics".
• Potencia: Los relés de potencia están diseñados específicamente para gestionar cargas de alta potencia, minimizando la generación de calor y reduciendo la formación de arcos. Para más información, puede consultar el artículo "Introducción a los relés de potencia" de CUI Devices.
• Control de máquinas: Se trata de relés de gran resistencia y robustez destinados a su uso en grandes aplicaciones industriales.
• Enclavamiento: Los relés con enclavamiento mantienen su estado de conexión o desconexión (ON u OFF) hasta que reciben una señal de tensión inversora.
• Reed: Los relés de láminas magnéticas son compactos y funcionan con rapidez. Utilizan un electroimán para controlar uno o varios interruptores de lengüeta herméticamente sellados, lo que permite su inmunidad a contaminantes externos o a la humedad.
• Conmutación de voltaje cero: Estos relés activan la carga cuando se aplica la tensión de control y el voltaje de carga está próximo a cero. Desactivan la carga cuando se suprime el voltaje de control.

Figura 3: Principio básico de la conmutación por cero con relés. (Fuente de la imagen: CUI Devices)

• Conmutación de picos: Los relés de conmutación de picos activan la carga cuando se aplica una tensión de control y la tensión de carga está en su punto máximo. Desactivan la carga cuando se suprime la tensión de control y la carga de corriente se aproxima a cero.
• Conexión instantánea: Los relés de conexión instantánea activan rápidamente la carga cuando se aplica el voltaje de captación.
• Retardo temporal: Los relés de Retardo temporal incorporan un Temporizador integrado para controlar eventos en función del tiempo.
• Conmutación analógica: Los relés de conmutación analógica gestionan la tensión de salida en función de la tensión de entrada, lo que permite infinitas tensiones de salida dentro de la capacidad nominal del relé.
• Acoplados ópticamente: Son relés de estado sólido que proporcionan aislamiento entre los circuitos de control y alimentación conmutando en respuesta a una fuente de luz interna.
• Militar/Hi-Rel: Estos relés están especialmente diseñados para funcionar en entornos exigentes y difíciles.

Los relés también pueden clasificarse como Normalmente abiertos (NO), en los que los contactos están abiertos y el circuito no recibe corriente, o Normalmente cerrados (NC), en los que los contactos están cerrados cuando el circuito no recibe corriente. En resumen, los relés suelen especificarse como Normalmente cerrado (NO) o NC cuando no hay alimentación.

Clasificación y configuración

Los relés se clasifican en función de su capacidad para conmutar de forma segura la energía eléctrica a través del dispositivo. Estos valores se clasifican en CA o CC y suelen expresarse en amperios. Es fundamental que la potencia del relé sea igual o superior a la del aparato que va a controlar.

Los relés tienen la capacidad de controlar varios circuitos simultáneamente y se designan para indicar sus características específicas. Si está familiarizado con polos y tiros, estas designaciones incluyen SPST, DPDT, 3PDT y SP3T.

Además del número de polos y lanzamientos, los relés pueden describir características importantes utilizando el término "formas". Frases como "1 formulario A" o "2 formularios C" destacan dos datos clave. El tipo de forma indica si el interruptor es normalmente abierto o normalmente cerrado y, en el caso de los interruptores SPDT, si son de "interrupción previa a la conexión" o de "apertura previa a la conexión". El número (1 ó 2) que precede a la forma significa cuántos contactos de ese estilo hay disponibles en el relé. Algunos estilos habituales son:

• Forma A - Normalmente abiertos
• Forma B - Normalmente cerrado
• Forma C - Interruptores SPDT (Polo único, posición doble) SPDT (Polo simple, doble vía) con interrupción previa a la conexión
• Forma D - Interruptores SPDT (Polo único, posición doble) SPDT (Polo simple, doble vía) Make-Before-Break

Conclusión:

Dada su sencillez de diseño y fiabilidad de funcionamiento, los relés se utilizan en dispositivos y sistemas de un amplio rango de industrias y mercados. Originados como componentes básicos de los sistemas telegráficos, e incluso contribuyendo al desarrollo temprano de las computadoras, los relés mantienen su papel esencial en la actualidad, garantizando el control seguro y eficiente de los dispositivos alimentados eléctricamente desde una ubicación remota.

Para satisfacer las necesidades de conmutación de corriente de bajo o alto nivel de un ingeniero, CUI Devices ofrece una amplia selección de relés de potencia y señal con diversos valores nominales y configuraciones.