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ÍNDICE
1. ¿Qué es y para qué sirve un relé?
2. Los dos estados de un relé: Reposo y excitado
3. El relé: Vocación digital
4. Así es por dentro un relé y así funciona
5. Parámetros de un relé
6. El enclavamiento o enganche
7. Otros tipos de relés
8. Símbolos utilizados para los relés en los esquemas
9. Usos y aplicaciones de los relés
10. Ejemplo de utilización: Apertura y cierre de una puerta
11. Cómo comprobar si un relé está bien
1. ¿Qué es y para qué sirve un relé?
Un relé es un interruptor o conmutador accionado automáticamente, y esto posibilita que sea accionado sin nuestra intervención manual. Hay varios tipos de relés (los veremos más adelante) pero haré especial incidencia en el tipo de uso general: El relé de armaduras.
Los relés se utilizan en circuitos eléctricos y electrónicos y constan de dos partes:
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| Fig 1. Partes de un relé de armaduras |
- y otra parte de salida o de potencia, accionada por la parte de control descrita anteriormente, basada en varios contactos por los que puede pasar una corriente eléctrica mucho más potente que por la parte de control.
Esto quiere decir que, mediante pequeñas corrientes eléctricas (entrada), podemos administrar corrientes de gran potencia (salida), lo que viene a ser algo parecido al concepto de "amplificador" que ya hemos visto en transistores, mosfet, tiristores...
2. Los dos estados de un relé: Reposo y excitado
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| Fig 2. Relé en reposo |
Un relé es un dispositivo de todo o nada. Conectado/no conectado, tal y como corresponde a un interruptor.
Cuando no se comunica corriente a la bobina, el relé está en reposo y una pareja de contactos están unidos (c1 y m en la fig.2), el otro contacto está separado (c2).
Cuando se pone corriente a la bobina, la armadura es atraída y el contacto m se desplaza a la derecha: Los contactos c1-m que estaban unidos se separan, y los que estaban separados (m-c2) se unen. El relé permanece excitado hasta que se retira la corriente de excitación de la bobina (o ésta cae por debajo de cierto valor).
3. El relé: Vocación digital
El uso que se le da a un relé en la actualidad no es para electrónica digital sino más bien para electrónica de potencia, maniobras con motores y servos, fuentes e inversores, y electrónica industrial.
Pero me gustaría mencionar el carácter digital del relé, pues sus dos estados posibles (reposo o excitado) se ajustan muy bien al principio de funcionamiento digital. El reposo se puede asignar al estado digital "cero", "false", "off". Mientras que el estado excitado se asignaría a "uno", "true" o "on".
Tanto es así, que existieron ordenadores basados en relés (miles de ellos agrupados), cuando aún ni siquiera había válvulas de vacío que fueron las antecesoras del transistor en el que hoy día están basados los ordenadores.
Nos podemos imaginar cómo serían esos ordenadores a relés:
- Capacidad muy reducida, tanto de velocidad de proceso como de memoria
- Sumamente ruidosos (miles de relés conmutando sin cesar).
- Gran consumo y generación de calor, así como muy voluminosos.
- Averías frecuentes
- Se tenían que programar en código máquina
Sin embargo, la otra opción para un cálculo complejo era hacerlo a mano: No había otra cosa. Uno de estos primitivos ordenadores a relés era capaz de hacer en una tarde lo que un equipo de matemáticos y físicos harían a mano en un mes.
Incluso hay quienes guiados por el romanticismo más que por un sentido práctico, a día de hoy se han construido un ordenador o un dispositivo digital basado en relés. No os perdáis este vídeo:
Ordenador a relés
4. Así es por dentro un relé y así funciona
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| Fig 3. Funcionamiento de un relé |
El circuito de entrada lo forma la bobina "B" en cuyo interior hay un núcleo, esto es: Un electroimán. El circuito de salida consiste en los contactos c1 y c2 que son fijos, y uno central m que es móvil. Cuando el relé está en reposo, el contacto m toca a c1, y c2 está "al aire". Sólo a través de m-c1 puede fluir corriente.
Si aplicamos una tensión a la bobina "B", el núcleo de su interior se magnetiza, y la armadura "A" resulta atraída hacia el núcleo. Como la armadura es móvil (pivotante), se desplaza, y al hacerlo, empuja al contacto m contra el contacto c2 al tiempo que pierde el contacto que tenía con c1.
Algunas observaciones:
- La corriente aplicada a la bobina es de pequeña magnitud, según el tipo de relé, pero normalmente bastan unos pocos voltios (a partir de 6V) con intensidades de miliamperios para producir el accionamiento del relé.
- En cambio, la corriente que puede circular por los contactos c1 y c2 puede ser muy superior, incluso en un relé de pequeñas prestaciones se pueden manejar tensiones de centenares de voltios con intensidades del orden de varios amperios. La potencia manejada en estos contactos puede ser cientos o miles de veces mayor que la potencia manejada en la bobina.
- Los contactos del relé permanecen unidos mientras se esté aplicando tensión a la bobina. Cuando la bobina deja de recibir tensión, la armadura vuelve a su posición original y los contactos se separan, interrumpiéndose la corriente. El relé vuelve a quedar en reposo.
- Si se hace pasar por los contactos una corriente superior a la que el relé soporta, éstos pueden quedar unidos permanentemente por fusión debido al sobrecalentamiento. El relé queda inutilizado.
- Incluso con corrientes dentro de un valor aceptable, si a un relé se le hace conectar/desconectar con mucha frecuencia, las microchispas que se producen en los contactos en el momento de la conexión y la desconexión pueden acabar por destruir el material de dichos contactos, especialmente si hay cargas inductivas (bobinas). Un relé no está diseñado para trabajar continuamente como si fuese un oscilador, excepto breves lapsos de tiempo.
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| Fig 4. Contactos de un relé en metales preciosos |
- La vida útil de un relé común es de aproximadamente unas 100.000 conexiones/desconexiones.
- Los contactos suelen tener un recubrimiento de metales preciosos para evitar el deterioro prematuro, figura 4.
- Un relé no es un dispositivo electrónico sino electromecánico, esto supone una limitación en cuanto al tiempo de respuesta ya que está basado en piezas móviles, lo que supone una inevitable inercia mecánica a vencer. Un relé no puede conectarse/desconectarse miles o millones de veces por segundo como lo haría un transistor o un tiristor, aunque también es verdad que un relé no ha sido fabricado para eso. De forma intuitiva se ve que un relé no puede conectar/desconectar más allá de unas pocas veces por segundo.
5. Parámetros de un relé
Sigo hablando del relé clásico, de armaduras, porque en otros tipos como por ejemplo el relé reed, algunos parámetros no son aplicables
- Tensión de excitación de la bobina: Tensión necesaria para producir el cambio de estado del relé, de reposo a excitado. Suele ser de unos pocos voltios. Los hay para 6, 9, 12, 24 voltios... La corriente que circula es de unos pocos mA.
- Tensión máxima para los contactos: La tensión máxima que soportan los contactos, un valor típico es de 240v para corriente alterna. Si van a trabajar con corriente continua el valor es bastante inferior, del orden de pocas decenas de voltios.
- Intensidad máxima para los contactos: Por regla general, el tamaño del relé está en consonancia con este parámetro. Un valor común son 5-10A, lo que a 240v representa una potencia de 1200w a 2400w. Hay relés muy reducidos en tamaño que aguantan mucho menos, y también los hay voluminosos que aguantan más. A un relé para potencias muy elevadas se le conoce como contactor.
- Número de contactos. Al decir "contactos" me refiero a cuantos juegos de 3 terminales tiene el relé. El más básico es de 1 contacto (3 terminales). Los hay de dos contactos (6 terminales) y también de 4 contactos (12 terminales). Con unos pocos relés de 4 contactos se pueden hacer circuitos de maniobra bastante complejos.
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| Fig 5. De izquierda a derecha: Relés de 1, 2 y 4 contactos |
6. El enclavamiento o enganche
Hay veces en que se desea que un relé siga activado aunque cese la causa que lo activó. Algo parecido a lo que ocurre con un tiristor: Si ponemos un impulso en su puerta, el tiristor se activa y sigue activado aunque retiremos la tensión de puerta, y así seguirá hasta que se interrumpe la corriente que lo atraviesa.
Implementar este comportamiento en un relé se llama enclavamiento. Esto se hace con un sencillo montaje, el de la siguiente figura:
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| Fig 6. Esquema de enclavamiento o enganche para un relé |
Se trata de algo tan sencillo como poner uno de los contactos del relé en paralelo con el pulsador o dispositivo que acciona al relé. Una vez activado el relé, aunque el pulsador P1 vuelva a OFF, la bobina sigue recibiendo corriente a través del contacto C1 del propio relé. El relé permanecerá excitado hasta que se interrumpa la corriente de la bobina, pulsando P2 por ejemplo.
Para poder hacer enclavamiento necesitamos un contacto extra en el relé además de los que vayamos a usar para el circuito.
7. Otros Tipos de relés
Entre los más utilizados están:
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| Fig 7. Relé REED tipo interruptor y tipo conmutador |
En la figura 7, a la izquierda, dos ejemplares de relé reed.
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| Fig 8. Relé de estado sólido |
- Relé de ESTADO SÓLIDO. Realmente es un circuito que simula el comportamiento de un relé. Sus ventajas son: No hay piezas móviles, no se produce chispa y por tanto no hay desgaste ni corrosión (no existen contactos). Al estar basado en semiconductores pueden conmutar con gran velocidad. Y es silencioso.
8. Símbolos utilizados para los relés en los esquemas
Hay muchas variantes, pero el símbolo más frecuente es:
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| Fig 9. Símbolos de relé |
9. Usos y aplicaciones de los relés
En la actualidad los relés se siguen usando en muchas aplicaciones:
- Fuentes de alimentación
- Fotocopiadoras
- Inversores
- Alarmas
- Telemandos para apertura de puertas de garaje (en el receptor)
- Automatismos
- Electrónica industrial
- Circuitos eléctricos en vehículos
- Electrodomésticos: Lavadoras, microondas...
La función que se les asigna es siempre la misma: Mediante una corriente pequeña, de control, el relé acciona "algo" de un consumo elevado.
10. Ejemplo de utilización: Apertura y cierre de una puerta
Un ejemplo clásico es gestionar de forma automática la apertura y cierre de una puerta. Se usará un pulsador para abrir y otro para cerrar. Hay que tener en cuenta que deberá invertirse el sentido de giro del motor según se cierre o abra la puerta. También está el detalle de que el motor debe pararse cuando la puerta llega al final de su recorrido tanto para abrir como para cerrar. Y por supuesto, usaremos enclavamiento, pues bastará con dar una breve pulsación a cada botón para abrir/cerrar la puerta, ¡¡No vamos a estar con el dedo pegado en el botón!!
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| Fig 10. Interruptores final de carrera (FC) |
Todo este automatismo se puede hacer con relés y un tipo de interruptor o conmutador llamado "final de carrera" que se sitúa precisamente en el punto de máximo recorrido del objeto que se mueve (en este caso una puerta) y así el motor "sabe" cuándo tiene que parar.
El circuito es el siguiente:
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| Fig 11. Circuito para apertura y cierre de puerta usando relés. |
11. Cómo comprobar un relé
En esta ocasión lo tenemos fácil. Sólo hay que hacer dos mediciones:
Medición 1) Comprobar la parte de excitación (bobina del electroimán): Aplicamos la tensión oportuna a los terminales de la bobina. Si el ambiente no es ruidoso se oirá claramente como el relé conmuta. Si el estuche del relé es transparente, también veremos la conmutación. La tensión de excitación suele venir impresa en el propio relé. Si por alguna causa no viene dicha indicación de tensión, podemos intentar deducirla por el circuito, y si no, probaremos primero con 6v, después con 12 y finalmente con 24v. Esto por supuesto con el relé fuera del circuito para no dañar dicho circuito al introducir tensión al relé.
Si no se oye/no se ve ninguna reacción, el circuito de la bobina estará interrumpido. Es decir, el relé está mal.
También podemos comprobar con el polímetro. En la escala de resistencia, seleccionamos un valor mas bien bajo (si es que el polímetro no es auto rango) y aplicamos las puntas de prueba a los terminales de la bobina. Debemos obtener un valor de decenas de ohmios. Si el valor es infinito es que la bobina está cortada (mal).
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| La bobina da un valor de resistencia de 711 ohmios. Es un valor razonable. La bobina en principio está bien. |
Medición 2) Comprobar los contactos: Para cada uno de los contactos (tres terminales cada contacto): Determinar que terminal es el móvil o central. Poniendo el polímetro en "ohmios", o mejor aún, en continuidad. Una punta en el terminal central,otra punta en cualquiera de los otros dos contactos: En un terminal debe dar resistencia cero, y en el otro terminal resistencia infinito. Si ahora excitamos el relé, las lecturas deben invertirse.
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Izquierda: Contacto central y contacto izquierdo: Cero ohmios. Por lo tanto, el contacto central y el derecho debe dar infinito (el polímetro marca un "1" a la izquierda del visor) También puede ser al revés: Contacto central-izquierdo da infinito, contacto central-derecho da cero ohms. Lo importante es que uno conduce, el otro no. |
Se puede dar el caso de que el relé responda a la excitación y sin embargo los contactos no conducen: Puede que la superficie de los contactos esté deteriorada y no se establezca contacto eléctrico a pesar de que "se tocan".
El vídeo