Tipos de relés eletromecânicos que você deve conhecer

O relé eletromecânico (EMR) é um dos componentes mais difundidos, porém incompreendidos, em aplicações industriais e projetos de circuitos. Embora pareçam ser simples chaves liga/desliga, a realidade é muito mais complexa. Desde a composição microscópica das ligas de contato até a arquitetura macroscópica da montagem em trilho DIN, a escolha do componente errado entre os inúmeros tipos de relés eletromecânicos pode ser desastrosa, levando à soldagem dos contatos, à queima da bobina e à degradação do sinal.

Este blog oferece uma visão técnica e aprofundada da classificação, da mecânica interna e do processo de seleção de vários tipos de relés. Indo além das simples definições, oferecemos insights práticos de engenharia para garantir que suas linhas de produção e sistemas de automação operem com o máximo de confiabilidade.

Entendendo o mecanismo principal: como funcionam os EMRs

Para entender as diferenças entre os tipos de relés, é necessário compreender o mecanismo comum que eles compartilham. Em sua essência, um relé eletromecânico padrão é um dispositivo que utiliza as leis físicas do eletromagnetismo para converter um sinal elétrico em uma ação de comutação mecânica. Esse isolamento galvânico entre o circuito de controle (baixa potência) e o circuito de carga (alta potência) tornou esses dispositivos indispensáveis.

O mecanismo se baseia em quatro elementos principais que estão funcionando juntos:

1. A bobina: Um fio de cobre enrolado em um núcleo. Ele produz um alto campo eletromagnético quando a corrente passa por ele.
2. A armadura: Trata-se de uma armadura feita de material ferroso e que é atraída para o centro da bobina à medida que o campo magnético é gerado.
3. O retorno da primavera: Um componente de tensionamento que puxa a armadura de volta à sua posição original quando a corrente da bobina é cortada.
4. Os contatos: Um conjunto de contatos formado por superfícies metálicas condutoras que se tocam fisicamente (fazem) ou se separam (quebram) para completar o circuito.

O desafio da engenharia: histerese

Independentemente do tipo de relé eletromecânico que você escolher, o conceito de histerese deve ser conhecido. A tensão necessária para fazer com que a armadura se mova para dentro (tensão de captação) não é sempre menor do que a tensão necessária para fazer com que ela se solte (tensão de saída). Essa inércia mecânica ajuda a evitar vibrações e é um dos principais fatores para garantir a estabilidade.

Taxonomia estrutural e lógica: Além do básico

Os tipos de relés eletromecânicos são comumente categorizados de acordo com seu projeto físico e sua filosofia de controle. Essas variações estruturais definem o tempo de vida útil, a velocidade e a capacidade do componente de funcionar em determinadas condições ambientais.

Relés de armadura vs. relés de palheta

Relés de armadura (o padrão industrial):

Entre os tipos mais comuns de relés em aplicações industriais pesadas, esses são os mais resistentes. Eles usam uma armadura articulada para mover os contatos. São construídos de forma robusta para que possam operar com grandes correntes (de 5 A a mais de 100 A).

Relés Reed (Precisão e Velocidade):

Diferentemente dos tipos de armadura mais comuns, esses tipos de relés eletromecânicos são feitos de duas lâminas ferromagnéticas (palhetas) vedadas em uma cápsula de vidro.

• Prós: Sua troca é muito rápida, não oxida (devido ao gás inerte) e sua vida útil mecânica é muito longa.
• Contras: Capacidades de transporte de corrente extremamente baixas. Podem ser afetados pela soldagem por contato quando ocorrem correntes de inrush (por exemplo, cargas capacitivas).

Lógica monoestável vs. lógica de travamento

Relés monoestáveis (sem travamento):

Essa é a configuração padrão. Na aplicação de energia à bobina, o relé está apenas ativo. Os contatos serão retornados à sua posição padrão pela mola em caso de perda de energia (Fail-Safe). Isso é necessário em circuitos de segurança - por exemplo, um sistema de parada de emergência em que o circuito deve ser aberto por perda de energia.

Relés de travamento (biestáveis):

Os relés de travamento utilizam um ímã permanente ou um mecanismo de travamento mecânico para manter a posição do contato após a energia da bobina é removida. Eles requerem um pulso para serem configurados e um segundo pulso (ou polaridade reversa) para serem reiniciados.

• Aplicativo: Eles são ideais para aplicações sensíveis à energia ou funções de memória em que o estado deve ser mantido em caso de falta de energia. No entanto, eles não são adequados para aplicações críticas de segurança porque não se redefinem automaticamente (à prova de falhas) quando a energia é cortada.

Categorização por configuração de switch: Polos e lançamentos

Você se deparará com a terminologia de “polos” e “lançamentos” quando estiver examinando uma lista dos tipos de relés eletromecânicos.

• SPST (polo único, acionamento único): O mais básico. Tem quatro terminais e é uma chave liga-desliga simples. É comumente chamada de Forma A (Normalmente Aberta) ou Forma B (Normalmente Fechada).
• SPDT (polo único, duplo acionamento): Uma chave de comutação. Ele tem um terminal comum que se conecta a uma das saídas em repouso e à outra em atividade. Isso é necessário para alternar entre duas fontes de energia ou indicadores de status.
• DPDT (duplo polo, duplo acionamento): Basicamente, dois interruptores SPDT operados por uma única bobina. Esse é o padrão do setor de circuito de inversão de motor (inversão de polaridade) ou isolamento do vivo e do neutro simultaneamente.
• 4PDT (quatro polos, duplo acionamento): Isso é aplicado em painéis de controle industrial em que um único sinal é necessário para ligar vários indicadores independentes, alarmes e circuitos de controle secundários simultaneamente.

Categorias específicas do setor e tipos de proteção

Além da estrutura física, os tipos de relés eletromecânicos também são feitos para atender a determinadas aplicações e perfis de carga.

Relés de uso geral, de potência e de sinal

1. Relés de sinal: Baixa tensão e baixa corrente (geralmente menos de 2A). Eles desempenham um papel importante em baixos níveis de energia (corrente de umedecimento) para garantir a integridade dos dados em telecomunicações e instrumentação e a confiabilidade dos contatos.
2. Relés de uso geral: Os relés intermediários normalmente têm uma faixa de 5 A a 10 A. Eles são usados em muitas aplicações industriais, sistemas HVAC, eletrodomésticos e lógica de automação simples.
3. Relés de potência: Projetados para suportar altas correntes de irrupção e cargas indutivas, geralmente entre 20A e 80A. Suas lacunas de contato são maiores para evitar arcos elétricos que ocorrem quando motores pesados ou aquecedores são comutados.

Variações térmicas e de proteção especializadas

• Relés guiados por força (segurança): Nesse tipo de unidade, os contatos são conectados mecanicamente. Quando um contato Normalmente Aberto (NO) fecha, o contato Normalmente Fechado (NC) não poderá fechar. Essa garantia mecânica deve estar nos módulos de segurança e nos circuitos de parada de emergência.
• Relés de sobrecarga térmica: Esses relés não são relés de comutação no sentido usual do termo, mas dispositivos de proteção. Eles empregam uma tira bimetálica que se dobra quando superaquecida por corrente excessiva e que tem a ação mecânica de interromper o circuito para evitar a queima dos motores.

Ciência dos materiais de contato: Adaptação de ligas para cargas específicas

Esse provavelmente será o aspecto menos considerado na seleção de relés. A vida útil de um relé será de 10 anos ou 10 minutos com base no conteúdo do contato. Espera-se que os engenheiros alinhem a liga com o tipo de carga (resistiva, indutiva ou capacitiva).

As características de desempenho dos materiais de contato mais comuns estão resumidas na tabela abaixo:

Observação: para ambientes industriais em que motores e solenoides são comuns, AgSnO2 é geralmente a melhor opção para a longevidade.

Arquiteturas de montagem e vedação ambiental

A forma como um relé é fisicamente integrado em um sistema afeta os protocolos de manutenção e a resiliência ambiental.

Sistemas de PCB, soquete e trilho DIN

• PCB Montar: Soldado diretamente à placa. Economiza espaço e custo, mas é difícil de substituir.
• Montagem em soquete/plugue: O relé é conectado a uma base. Os sistemas mais importantes que exigem rapidez na manutenção. Quando um relé quebra, é possível substituí-lo em poucos segundos sem precisar de um ferro de solda.
• Montagem em trilho DIN: O padrão de gabinete de controle industrial. Essas unidades modulares geralmente combinam o relé, o soquete e o indicador LED em um único módulo de interface, simplificando a fiação do painel.

Níveis de vedação: De Flux-Tight a Hermético

As classificações de embalagens geralmente estão em conformidade com a norma IEC 61810:

• RT I (protegido contra poeira): Alojamento padrão, não vedado.
• RT II (Prova de Fluxo): Resiste ao fluxo de solda, mas não pode ser lavado.
• RT III (Wash Tight): Vedado contra processos de lavagem (equivalente a IP67). Importante para PCBs que estão sendo limpos em água.

Relés eletromecânicos versus relés de estado sólido: Uma comparação crítica

A pergunta mais difícil que os engenheiros são obrigados a responder é se devem usar um relé eletromecânico (EMR) ou um relé de estado sólido (SSR).

A tabela a seguir detalha as vantagens e desvantagens críticas entre essas duas tecnologias:

O veredicto: Os SSRs devem ser usados em controle de alta velocidade e alto ciclo de PID (como elementos de aquecimento). Segurança geral, comutação de motores e aplicações que exigem fluxo de corrente zero absoluto Use EMRs.

Guia passo a passo para selecionar o relé correto

A escolha do relé adequado é um processo de eliminação que envolve a restrição de carga e o ambiente.

Fatores críticos no processo de seleção

1. Defina o tipo de carga: É um aquecedor (resistivo) ou um motor (indutivo)? Uma carga indutiva produz um grande pico de “Back EMF” quando é desligada, e isso pode causar um arco nos contatos. Você deve desclassificar o relé ou escolher um projetado para cargas indutivas (categorias AC-15 vs. AC-1).
2. Verifique a corrente de inrush: As fontes de alimentação de LED podem consumir 100 vezes a sua corrente nominal por um microssegundo. Certifique-se de que o material do contato do relé (de preferência AgSnO2) possa suportar esse surto sem soldagem.
3. Tensão da bobina e Meio ambiente: A bobina corresponde à tensão de controle (12VDC, 24VDC, 230VAC)? A temperatura ambiente está dentro da faixa de operação do relé?

A vantagem da OMCH: Engenharia de precisão para confiabilidade industrial

É pertinente conhecer as especificações, mas a qualidade do componente que está sendo produzido é a última variável na equação da confiabilidade. Uma falha na automação em indústrias pode ser comparada ao tempo de inatividade, que pode ser comparado à perda de receita.

OMCH tem abordado esses desafios industriais desde 1986. Como um fabricante abrangente de peças de automação industrial, a OMCH vai além da qualidade padrão “de prateleira”, aderindo a uma filosofia de confiabilidade projetada.

• Integridade do material: Os relés OMCH usam relés de alta qualidade AgSnO2 contatos com aplicações de energia, que são especificamente projetados para resistir ao arco e à soldagem de cargas industriais indutivas.
• Consistência via Automação: A OMCH possui 7 linhas de produção modernizadas e uma fábrica de 8.000 metros quadrados que elimina a variabilidade da montagem manual. Os relés são muito consistentes e contam com o suporte da ISO9001, Padrões CCC, CE e RoHS.
• Em todo o sistema Compatibilidade: A OMCH tem mais de 3.000 SKUs, incluindo relés e sensores, fontes de alimentação e sistemas pneumáticos, o que proporciona uma solução “One-Stop”. Isso garante que o seu relé corresponda perfeitamente à sua fonte de alimentação em trilho DIN e à lógica do seu sensor, simplificando a cadeia de aquisição e compatibilidade.
• Suporte global: A OMCH possui o suporte técnico e logístico necessário para apoiar projetos internacionais que operam em mais de 100 países e equipe de resposta técnica 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Quando você escolhe um componente OMCH, não está apenas comprando um switch; está investindo em um legado de 40 anos de estabilidade industrial.

Lista de verificação rápida para engenheiros

Antes de finalizar sua lista técnica (BOM), verifique o seguinte:

• [ ] Categoria de carga: Eu levei em conta o retorno indutivo? (Considere adicionar um diodo ou varistor flyback).
• [ ] Material de contato: Esse motor/LED requer AgNi ou AgSnO2?
• [ ] Tensão da bobina: Ele tem uma fonte de alimentação regulada? (Os relés têm uma janela de tolerância).
• [ ] Montagem: Preciso de um soquete para facilitar a substituição no futuro?
• [ ] Certificação: O projeto exige componentes listados pela UL/CE/CCC?

Com essa taxonomia e esse esquema de seleção, os engenheiros estarão em condições de tornar o chamado relé humilde a parte mais forte de sua cadeia de automação.