Explicación de los relés eléctricos: Guía de funcionamiento y tipos

Puede que el relé no sea el componente esencial e indispensable que uno pueda imaginar en el inmenso campo de la electrotecnia y la electrónica, pero se puede afirmar sin temor a equivocarse que es uno de los más básicos y adaptables. Es una cosa que silenciosamente permite la intrincada potencia y el control de infinidad de sistemas, empezando por el vehículo que tan bien conduces o la fábrica automatizada que crea la cosa que compras cada día. Pero, ¿qué es este elemento de crisis y cómo desempeña su papel más importante?

Este tutorial analiza en profundidad el relé eléctrico. Lo desmontaremos hasta llegar a sus principios esenciales, contrastaremos sus distintas variantes, repasaremos cómo se ha utilizado en la práctica y ofreceremos algunos consejos prácticos sobre cómo elegirlo, cablearlo y solucionarlo. Ya sea como estudiante, experto en bricolaje o ingeniero, esta descripción en profundidad le dotará de un sólido conocimiento del relé eléctrico.

¿Qué es exactamente un relé eléctrico?

¿Qué es un relé? Un relé eléctrico es un interruptor accionado eléctricamente en el sentido más básico. La aplicación fundamental de la potencia eléctrica relativamente pequeña de un circuito es regular el interruptor (abrir/cerrar) de otro circuito, a menudo mucho más grande y que puede incluir alta potencia o alta corriente. El relé permite que un gran número de señales de control de baja corriente controlen una carga eléctrica de alta potencia. Esta capacidad no es sólo una comodidad; es la base de los sistemas eléctricos contemporáneos y proporciona tres valores fundamentales:

• Controlar: Los relés ofrecen una forma segura de realizar la tarea, de otro modo peligrosa, de pasar una señal de baja tensión y baja corriente, por ejemplo, una señal enviada por un microcontrolador o un sensor, o un simple interruptor del salpicadero, para controlar las acciones de un dispositivo de alta tensión y alta corriente, como un motor, un compresor o un conjunto de luces potentes.
• Aislamiento (aislamiento galvánico): Es uno de los elementos de seguridad más importantes de un relé. El circuito de mando (la “entrada”) y el circuito de carga (la “salida”) están desacoplados eléctrica y físicamente. Este aislamiento evita la transferencia de las señales eléctricas de alta potencia del lado de la carga a la sensible electrónica de control, así como a los equipos conectados y al operador.
• Amplificación: En sentido real, una relé servirá como amplificador de señal. Un miliamperio más o menos de corriente a través de la bobina de un relé puede controlar eficazmente un circuito con decenas o incluso cientos de amperios y, por lo tanto, el relé puede utilizarse para manejar satisfactoriamente cargas inductivas o incluso cargas de CC, incluidas aplicaciones con corrientes más altas.

Cómo funcionan los relés: Principios básicos

Para entender bien los relés, debemos considerar primero el tipo más común y natural: el relé electromecánico (REM). Su funcionamiento es una manifestación real del electromagnetismo en acción, y se utiliza conceptualmente en la formulación de otros tipos de relés.

El RME es un complejo de múltiples elementos que deben trabajar en colaboración:

• Bobina: Objeto cilíndrico con un hilo de cobre encerrado en un núcleo metálico. Cuando la corriente pasa a través de este alambre, el núcleo actúa temporalmente como un imán, un electroimán.
• Armadura: Pieza móvil hecha de hierro y que es atraída por la carga que es el electroimán. Se hace girar.
• Yugo: Estructura rígida de hierro que ofrece un camino de baja reluctancia al flujo magnético, en base al cual el campo magnético se concentra en el inducido.
• Contactos: Son los componentes físicos del interruptor que entran en contacto entre sí para formar un circuito y, si se separan, lo rompen. Los relés tienen varios tipos de contactos, como los contactos normalmente abiertos (NA) y los contactos normalmente cerrados (NC). La cantidad y la naturaleza de los contactos depende de la aplicación en cuestión.
• Normalmente abierto (NO): Cuando el relé no está excitado el juego de contactos no está conectado. El circuito está abierto.
  • Normalmente cerrado (NC): Es el inverso de normalmente abierto, en el que los contactos del relé están en contacto cuando el relé no está excitado. Está cerrado.
  • Común (COM): El inducido se conecta al borne que se desplaza a los contactos NA o NC.
• Primavera: Una porción para proporcionar armadura a su posición de reposo cuando la bobina ya no está energizado.

Relés mecánicos frente a relés de estado sólido (SSR)

El relé electromecánico, con toda su astucia, es un dispositivo de piezas móviles. Con la mejora tecnológica, existe una variante completamente electrónica, conocida como relé de estado sólido (SSR). Aunque comparten el propósito general, la composición interna y la naturaleza del rendimiento en ellos es prácticamente disímil. Esta distinción es muy importante en el diseño de los sistemas modernos.

Un SSR no contiene piezas móviles. La conmutación eléctrica de la carga se realiza mediante semiconductores, como tiristores, TRIAC o transistores de potencia. Dicha señal de control se conecta convencionalmente al semiconductor de conmutación a través de un optoacoplador (un LED y un fotodetector) y esto proporciona un aislamiento galvánico absoluto como en un EMR. Esto permite un funcionamiento seguro en circunstancias más exigentes, como una alta exposición al arco eléctrico o la necesidad de regular dispositivos electrónicos.

He aquí una comparación detallada entre ambos:

Como puede ver, cuando se requiere un entorno de altas exigencias en cuanto a fiabilidad, conmutación rápida y larga vida útil, los relés de estado sólido son la mejor opción. También pueden utilizarse en el control y la automatización modernos, donde su funcionamiento es silencioso y resistente a golpes y vibraciones.

Por qué los sistemas modernos prefieren los relés de estado sólido

En OMCH, estamos especializados en el alto rendimiento Relés de estado sólido diseñados para la automatización industrial. Los SSR de OMCH, como la serie SSR-DA/AA de OMCH, ofrecen un control preciso y una durabilidad excepcional, eliminando problemas como resistencia de contacto o el arco eléctrico que pueden producirse en los relés mecánicos tradicionales. Esto garantiza el máximo tiempo de actividad y eficiencia para aplicaciones críticas como sistemas de control de la iluminación o sistemas de seguridad.

Aplicaciones y casos de uso comunes

La flexibilidad de los relés explica que se utilicen en prácticamente todos los campos de la tecnología. También son necesarios en un amplio conjunto de aplicaciones por su capacidad para conducir con seguridad corrientes elevadas o corriente continua:

• En Sistemas de Automoción: Un automóvil del siglo XXI es un universo de relés. La razón por la que son necesarios es que la electrónica de control del coche (ECU, módulo de control de la carrocería) funciona con corrientes muy bajas, mientras que en cosas como los faros, los motores de arranque y los ventiladores de refrigeración se necesita una corriente muy alta. Los relés llenan este vacío, y la aparente seguridad y eficacia del control de estas cargas pesadas a través de un pequeño interruptor en el salpicadero o una señal de la ECU.
• En paneles de control industrial: La automatización industrial depende en gran medida de los relés. Son intermediarios en el panel de control entre los equipos de alta potencia de la fábrica y el controlador lógico programable (PLC). Un ejemplo es una señal de salida de 24 V CC de un PLC que puede activar un relé que, a su vez, puede encender o apagar un motor trifásico de 480 V CA. En este caso, los SSR tienen aplicaciones especiales porque tienen una larga vida útil en usos de ciclos altos, como el control de calentadores y accionamientos de motores.
• En Casa inteligente y proyectos de bricolaje: En los proyectos en los que el aficionado o maker necesita que sus proyectos se comuniquen con el mundo real, los relés son la respuesta. Una pequeña máquina como una lámpara o una cafetera o electrodoméstico no puede ser alimentado directamente por un pequeño microcontrolador como un Arduino o Raspberry Pi. Con un módulo de relé, el microcontrolador podría utilizarse para conmutar de forma segura la corriente alterna normal que podría encontrarse en una casa y esta disposición es la base de cualquier hogar inteligente o proyecto de automatización imaginable.

Cómo elegir el relé adecuado

Seleccionar el relé adecuado es fundamental para la seguridad y fiabilidad de su circuito. Se trata de adaptar las especificaciones del relé a las exigencias de su aplicación. Tenga en cuenta los siguientes factores importantes:

• Tensión y corriente de carga: Es la especificación más importante. ¿Cuál es la tensión (alterna o continua) del dispositivo que se va a conmutar? ¿Cuánta corriente necesitará cuando esté funcionando? Estos valores tienen que ser inferiores a la potencia nominal del contacto (o salida) del relé. No olvide nunca el margen de seguridad del 20-30 por ciento.
• Tensión de la señal de control: La tensión necesaria para completar la energización de la bobina del relé (un EMR) o del circuito de entrada (un SSR). Tiene que poder ser igual o mayor que la salida de su dispositivo de control (por ejemplo, un Arduino da 5V, una batería de coche da 12V, un PLC da 24V).
• Frecuencia de conmutación: ¿Cuál es el número de veces que el relé debe conectarse y desconectarse? En la mayoría de las aplicaciones de conmutación (más de una vez por segundo) sólo es viable un relé de estado sólido porque incluso un EMR es propenso a fallar mecánicamente debido a la alta conmutación.
• Medio ambiente Factores: El entorno de las operaciones. ¿Existen vibraciones o choques fuertes? ¿Es necesario operar en silencio? ¿Existen gases explosivos (donde será necesario un relé sellado)? El SSR suele ser una alternativa mejor y más segura en entornos de alta vibración, como aquellos en los que son necesarias medidas de silencio y alta fiabilidad.

Guía práctica para el cableado de relés

En la mayoría de los relés de automoción e industriales se utiliza un esquema de numeración estándar para numerar los terminales, lo que simplifica el cableado de dichos relés. Los más frecuentes son:

• 85 & 86: Son los terminales de la bobina del relé. El relé se activará aplicando la tensión correcta en ellos. La polaridad es irrelevante en la mayoría de los relés DC aunque pueden tener un diodo de supresión interno, en cuyo caso estarán marcados.
• 30: El terminal común. Generalmente está relacionado con la alimentación del circuito de carga.
• 87: Borne normalmente abierto ( NO ). Es el terminal al que se dirige el terminal 30 cuando se cierra el relé.
• 87a: El contacto Normalmente Cerrado (NC) (en relé de 5 contactos). Es el borne final que se conecta con el borne 30 cuando el relé no está en acción.

Resolución de problemas comunes con relés

El relé suele ser el culpable cuando falla un circuito, especialmente si la fuente de alimentación no funciona correctamente. A continuación se indican algunos de los problemas que se experimentan normalmente y cómo se diagnostican:

Problema 1: El relé hace un “clic”, pero la carga no funciona.

• Posible causa: Significa que el circuito de control (la bobina recibe corriente) está bien; hay un fallo en el circuito de carga. Los contactos internos del relé pueden estar muy desgastados o quemados (picados), por lo que no se puede establecer un buen contacto eléctrico. Alternativamente, esto podría deberse a una carga mal conectada, un cable desconectado o roto o un fusible fundido en el lado de carga (pines 30 y 87).

Problema 2: El relé se calienta mucho.

• Posible causa: En el caso de un EMR, una bobina sólo puede conectarse hasta un cierto voltaje antes de que la bobina se caliente demasiado y se queme. Tanto en los EMR como en los SSR, en caso de que el relé sea demasiado pequeño para manejar la corriente de carga, el relé se sobrecalentará, gradualmente, y fallará.

Problema 3: El relé está siempre encendido o siempre apagado.

• Posible causa: En un EMR, un enorme pico de corriente puede llegar a soldar los contactos internos, dejando el relé en modo “encendido”. A su vez, el cable de la bobina quemado no permitirá que se encienda nunca. Una gran sobretensión o sobrecorriente en un SSR puede dañar el semiconductor interno, dejándolo en circuito abierto permanentemente (o en circuito cerrado permanentemente antifusible).