Relés (DC): 99,9% menos potência e opção de travamento: 5 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A comutação de relé é um elemento fundamental dos sistemas de controle elétrico. Datado de pelo menos 1833, os primeiros relés eletromagnéticos foram desenvolvidos para sistemas de telegrafia. Antes da invenção dos tubos de vácuo e, mais tarde, dos semicondutores, os relés eram usados como amplificadores. Ou seja, ao converter sinais de baixa potência em sinais de alta potência, ou quando a comutação de carga remota era benéfica ou necessária, os relés eram a opção de última geração. As estações telegráficas eram conectadas por quilômetros de fio de cobre. A resistência elétrica nesses condutores limitava a distância em que o sinal poderia ser comunicado. Os relés permitiram que o sinal fosse amplificado ou "repetido" ao longo do caminho. Isso ocorre porque, onde quer que um relé fosse conectado, outra fonte de alimentação poderia ser injetada, aumentando o sinal o suficiente para enviá-lo ainda mais para baixo na linha.

A comutação de relé eletromagnético pode não ser mais tecnologia de ponta, no entanto, ainda é amplamente usada no controle industrial e onde a verdadeira comutação isolada galvânica é desejada ou necessária. Os relés de estado sólido, a segunda das duas categorias principais de chave de relé, têm algumas vantagens sobre os relés eletromagnéticos. Os SSRs podem ser mais compactos, mais eficientes em termos de energia, ciclados mais rapidamente e não têm partes móveis.

O objetivo deste artigo é mostrar um método simples para aumentar a eficiência energética e a funcionalidade de chaves de relé eletromagnético acionadas por CC padrão.

Vá para as instruções de construção

Etapa 1: Os 3 tipos comuns de relé eletromagnético

1. Padrão sem travamento (monoestável):

• Bobina única de fio magnético envolvendo um núcleo de baixa permeabilidade magnética (apenas magnetizado quando a bobina é energizada).
• Armadura da chave mantida em seu estado estável (não puxada) por uma mola.
• Requer uma tensão DC a ser aplicada à bobina, em qualquer polaridade, para puxar a armadura da chave.
• Requer uma corrente contínua para magnetizar temporariamente a peça polar na armadura e manter este estado.
• É necessária mais corrente para puxar a armadura do que para segurá-la.

Usos: Uso geral.

2. Travamento (biestável):

Tipo de bobina única:

• Bobina única de fio magnético envolvendo um núcleo semi-magneticamente permeável (permanece levemente magnetizado).
• A armadura da chave é mantida em estado destravado (não puxada) por uma mola.
• Requer apenas um curto pulso de energia DC a ser aplicado à bobina, em uma polaridade, para puxar e travar magneticamente a armadura da chave neste estado.
• Requer apenas um curto pulso de polaridade reversa a ser aplicado à bobina para destravar.

Tipo de bobina dupla:

• Duas bobinas de fio magnético envolvendo um núcleo semi-magneticamente permeável (permanece levemente magnetizado).
• A armadura da chave é mantida em estado destravado (não puxada) por uma mola.
• Requer apenas um curto pulso de energia DC a ser aplicado a uma bobina, em uma polaridade, para puxar e travar magneticamente a armadura da chave neste estado
• Requer apenas um curto pulso de energia DC a ser aplicado à segunda bobina, em uma polaridade, para destravar.

Usos: Fora do controle industrial, usado principalmente para comutação de sinais de RF e áudio.

3. Tipo de palheta:

• Bobina única de fio magnético envolvendo um núcleo de baixa permeabilidade magnética (apenas magnetizado quando a bobina é energizada).
• Contatos de metal de mola bem espaçados hermeticamente selados em um tubo de vidro (palheta).
• Reed está posicionado próximo à bobina.
• Os contatos são mantidos em estado estável por sua tensão de mola.
• Requer uma tensão DC a ser aplicada à bobina, em qualquer polaridade, para puxar os contatos abertos ou fechados.
• Requer uma corrente contínua para manter magneticamente os contatos no estado instável.

Usos: Quase exclusivamente usado para comutação de pequenos sinais.

Etapa 2: prós e contras dos três tipos

1. Padrão sem travamento (monoestável):

Prós:

• Normalmente, o mais disponível.
• Quase sempre a opção de menor preço.
• Versátil e confiável.
• Nenhum circuito de driver necessário.

Contras:

• Não economiza energia quando acionado convencionalmente.
• Produz calor quando energizado por longos períodos.
• Barulhento ao mudar.

2. Travamento (biestável):

Prós:

• Eficiente em termos de energia, às vezes mais do que SSRs.
• Uma vez acionado, mantenha qualquer um dos estados mesmo quando não houver energia presente.

Contras:

• Menos prontamente disponível do que os relés padrão.
• Quase sempre com preços mais elevados do que os relés padrão.
• Normalmente, menos opções de configuração de switch em comparação com relés padrão.
• Exigir circuitos de driver.

3. Reed:

Prós:

Normalmente, o mais compacto dos 3 tipos

Contras:

Mais especializado, menos disponível, menos opções

Etapa 3: espremer esse suco como um avarento

Uma maneira convencional de reduzir a corrente de retenção de um relé padrão é conectar a bobina por meio de um resistor em série com um capacitor eletrolítico de grande valor em paralelo com o resistor. A maioria dos relés sem travamento precisa apenas de cerca de 2/3 (ou menos) da corrente de atuação para manter o estado.

Quando a energia é aplicada, um surto de corrente suficiente para acionar o relé, flui através da bobina conforme o capacitor é carregado.

Uma vez que o capacitor é carregado, uma corrente de retenção é limitada e fornecida através do resistor em paralelo.

Etapa 4: Maximize Sua Misericórdia

Segundo prêmio no Desafio de Dicas e Truques de Eletrônica