Relés (CC): 99,9% menos de potencia y opción de enclavamiento: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

La conmutación de relés es un elemento fundamental de los sistemas de control eléctrico. Desde al menos 1833, los primeros relés electromagnéticos se desarrollaron para sistemas de telegrafía. Antes de la invención de los tubos de vacío, y más tarde de los semiconductores, se usaban relés como amplificadores. Es decir, al convertir señales de baja potencia en señales de mayor potencia, o cuando la conmutación de carga remota era beneficiosa o necesaria, los relés eran la opción más avanzada. Las estaciones de telégrafo estaban conectadas por millas de alambre de cobre. La resistencia eléctrica en esos conductores limitaba la distancia a la que se podía comunicar la señal. Los relés permitieron que la señal se amplificara o "repitiera" a lo largo del camino. Esto se debe a que dondequiera que se conecte un relé, se podría inyectar otra fuente de energía, aumentando la señal lo suficiente como para enviarla más adelante en la línea.

Es posible que la conmutación por relé electromagnético ya no sea una tecnología de vanguardia, sin embargo, todavía se usa ampliamente en el control industrial y donde se desea o se requiere una verdadera conmutación aislada galvánicamente. Los relés de estado sólido, la segunda de las dos categorías principales de interruptores de relé, tienen algunas ventajas sobre los relés electromagnéticos. Los SSR pueden ser más compactos, más eficientes energéticamente, ciclar más rápido y no tienen partes móviles.

El propósito de este artículo es mostrar un método simple para aumentar la eficiencia energética y la funcionalidad de los interruptores de relé electromagnético accionados por CC estándar.

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Paso 1: Los 3 tipos de relés electromagnéticos comunes

1. Estándar sin enclavamiento (monoestable):

• Bobina simple de alambre magnético que rodea un núcleo de baja permeabilidad magnética (solo magnetizado cuando la bobina está energizada).
• Cambie la armadura mantenida en su estado estable (no jalada) por un resorte.
• Requiere que se aplique un voltaje de CC a la bobina, en cualquier polaridad, para tirar del inducido del interruptor.
• Requiere una corriente continua para magnetizar temporalmente la pieza polar del inducido y mantener este estado.
• Se requiere más corriente para tirar del inducido de la que se requiere para sujetarlo.

Usos: Propósito general.

2. Enclavamiento (biestable):

Tipo de bobina simple:

• Bobina simple de alambre magnético que rodea un núcleo semi-magnéticamente permeable (permanece ligeramente magnetizado).
• El inducido del interruptor se mantiene en estado desenganchado (no jalado) por un resorte.
• Solo requiere un pulso corto de energía DC para ser aplicado a la bobina, en una polaridad, para jalar y enganchar magnéticamente el inducido del interruptor en este estado.
• Requiere solo un pulso corto de polaridad inversa para ser aplicado a la bobina para desenganchar.

Tipo de doble bobina:

• Dos bobinas de alambre magnético que rodean un núcleo semi-magnéticamente permeable (permanece ligeramente magnetizado).
• El inducido del interruptor se mantiene en estado desenganchado (no jalado) por un resorte.
• Requiere que se aplique solo un pulso corto de energía de CC a una bobina, en una polaridad, para tirar y bloquear magnéticamente la armadura del interruptor en este estado
• Requiere solo un pulso corto de energía DC para ser aplicado a la segunda bobina, en una polaridad, para desenganchar.

Usos: Fuera del control industrial, se utiliza principalmente para conmutación de señales de audio y RF.

3. Tipo de caña:

• Bobina simple de alambre magnético que rodea un núcleo de baja permeabilidad magnética (solo magnetizado cuando la bobina está energizada).
• Contactos de resorte de metal estrechamente espaciados sellados herméticamente en un tubo de vidrio (lengüeta).
• Reed se coloca cerca de la bobina.
• Los contactos se mantienen en estado estable gracias a la tensión del resorte.
• Requiere que se aplique un voltaje de CC a la bobina, en cualquier polaridad, para abrir o cerrar los contactos.
• Requiere una corriente continua para mantener magnéticamente los contactos en el estado no estable.

Usos: Se utiliza casi exclusivamente para conmutación de señales pequeñas.

Paso 2: Pros y contras de los 3 tipos

1. Estándar sin enclavamiento (monoestable):

Pros:

• Por lo general, el más disponible.
• Casi siempre la opción de menor precio.
• Versátil y confiable.
• No se requieren circuitos de controlador.

Contras:

• No es energéticamente eficiente cuando se maneja de manera convencional.
• Produce calor cuando se energiza durante mucho tiempo.
• Ruidoso al cambiar.

2. Enclavamiento (biestable):

Pros:

• Energéticamente eficiente, a veces más que los SSR.
• Una vez activado, mantenga cualquiera de los dos estados incluso cuando no haya energía.

Contras:

• Menos fácilmente disponible que los relés estándar.
• Casi siempre tiene un precio más alto que los relés estándar.
• Por lo general, hay menos opciones de configuración de interruptores en comparación con los relés estándar.
• Requiere circuitos de controlador.

3. Reed:

Pros:

Suele ser el más compacto de los 3 tipos

Contras:

Más especializado, menos disponible, menos opciones

Paso 3: exprime ese jugo como un avaro

Una forma convencional de reducir la corriente de retención de un relé estándar es conectar la bobina a través de una resistencia en serie con un condensador electrolítico de gran valor en paralelo con la resistencia. La mayoría de los relés sin enclavamiento solo necesitan aproximadamente 2/3 (o menos) de la corriente de actuación para mantener el estado.

Cuando se aplica energía, un aumento de corriente suficiente para activar el relé, fluye a través de la bobina a medida que se carga el condensador.

Una vez que se carga el capacitor, la corriente de retención se limita y se suministra a través de la resistencia en paralelo.

Paso 4: maximice su travesura tacaña

Segundo premio en el desafío de trucos y sugerencias de electrónica