YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. examina por quéRelé electromagnéticoSigue siendo común en los sistemas de control industrial a pesar del crecimiento de las tecnologías de conmutación digital y de estado sólido.
Los sistemas de control industrial han cambiado significativamente con PLC, sensores, variadores de frecuencia, monitoreo remoto y controladores en red. Sin embargo, muchos armarios de control todavía contienen relés electromecánicos convencionales. Su uso continuo no es simplemente una cuestión de diseño de equipos más antiguos. En muchas aplicaciones, la estructura básica del relé aún proporciona una combinación práctica de aislamiento eléctrico, conmutación sencilla y control de circuito flexible.
La función básica de un relé no ha cambiado: una señal de control relativamente pequeña opera contactos en otro circuito. Esta separación es útil cuando el controlador y la carga controlada tienen características eléctricas diferentes.
Por ejemplo, es posible que una salida de PLC no esté destinada a conmutar directamente un contactor de motor, un solenoide, un circuito de alarma u otra carga. Se puede colocar un relé entre el controlador y la carga, proporcionando una interfaz de conmutación adicional.
Tres características son particularmente relevantes:
Estas características hacen que los relés sean útiles incluso cuando el sistema de control circundante está altamente automatizado.
Los equipos de automatización modernos suelen combinar circuitos de control electrónico de bajo voltaje con cargas de mayor voltaje. Estos circuitos necesitan interactuar sin estar necesariamente conectados directamente.
Un relé electromagnético utiliza una bobina y un mecanismo de contacto para crear esta separación. Cuando la bobina se energiza, su campo magnético mueve una armadura, cambiando el estado de los contactos.
Por lo tanto, el circuito de control opera el relé sin llevar directamente la corriente de carga a través de la salida del controlador.
| Requisito de control | Función de relé |
|---|---|
| Circuitos de control y carga separados | Utiliza aislamiento de bobina a contacto. |
| Cambiar un nivel de voltaje diferente | Los contactos funcionan independientemente del voltaje de la bobina. |
| Controle múltiples rutas de circuito | Hay diferentes configuraciones de contactos disponibles |
| Proporcionar un estado de conmutación físico | Los contactos corresponden visiblemente a un estado eléctrico. |
Esta disposición sigue siendo útil en gabinetes de control donde se combinan diferentes niveles de voltaje y funciones de circuito.
La conmutación de estado sólido tiene ventajas en aplicaciones que requieren un funcionamiento extremadamente rápido o una frecuencia de conmutación muy alta. Sin embargo, los contactos físicos siguen siendo útiles para muchas cargas industriales convencionales.
Un contacto mecánico proporciona un estado abierto o cerrado claramente definido. También se puede seleccionar según la carga eléctrica requerida y la configuración del circuito.
Los arreglos de contacto comunes incluyen:
Esta flexibilidad permite que un relé realice diferentes tareas de control sin cambiar el principio operativo básico.
Por lo tanto, para los diseñadores de equipos, la elección no se trata tanto de si la conmutación mecánica o electrónica es universalmente mejor, sino más bien de qué tecnología se adapta al circuito.
Las máquinas industriales rara vez requieren un solo tipo de acción de conmutación. Es posible que sea necesario una señal de control para iniciar un circuito mientras se desconecta otro, o proporcionar una señal de estado a una entrada de control separada.
Un relé con contactos inversores puede realizar este tipo de conmutación mediante un movimiento mecánico.
Por ejemplo:
| Requisito | Posible acuerdo de contacto |
|---|---|
| Enciende un circuito cuando está energizado. | Normalmente abierto |
| Interrumpir un circuito cuando está energizado. | Normalmente cerrado |
| Transferencia entre dos circuitos | Cambio |
| Proporcionar rutas de control separadas | Múltiples conjuntos de contactos |
Ésta es una de las razones por las que siguen apareciendo relés convencionales en los paneles de control de máquinas y armarios eléctricos.
Una limitación importante de los relés mecánicos es que sus contactos y piezas móviles experimentan desgaste físico. Cada ciclo de conmutación implica el movimiento de la armadura y las superficies de contacto.
Para aplicaciones con una frecuencia de conmutación relativamente moderada, es posible que esto no cree una limitación significativa. Para equipos que cambian extremadamente rápida o continuamente, los diseñadores pueden considerar alternativas de estado sólido.
Por lo tanto, el perfil operativo importa.
Un relé puede ser apropiado cuando un sistema requiere:
La vida útil real depende de factores como el tipo de carga, la corriente de conmutación, el voltaje, la frecuencia de funcionamiento, el material de contacto y las condiciones ambientales.
Cuando los contactos se abren o cierran bajo carga, las condiciones eléctricas en la superficie de contacto pueden producir calor, formación de arcos y transferencia de material. La conmutación repetida afecta gradualmente a las superficies de contacto.
Por este motivo, el material de contacto es una parte importante del diseño del relé.
Los materiales de contacto a base de plata se utilizan comúnmente en conmutación eléctrica debido a su conductividad eléctrica y su idoneidad para aplicaciones de contacto. Sin embargo, el material apropiado depende de la carga eléctrica y las condiciones de funcionamiento más que del nombre del material únicamente.
El rendimiento del contacto está influenciado por varios factores:
| Factor | Efecto |
|---|---|
| Nivel actual | Influye en el calentamiento por contacto |
| Voltaje | Afecta la formación de arcos durante la separación. |
| Tipo de carga | Las cargas inductivas pueden crear una mayor tensión de conmutación |
| Frecuencia de conmutación | Determina la frecuencia con la que los contactos experimentan desgaste. |
| Material de contacto | Influye en la conductividad y el comportamiento de desgaste. |
Esto es particularmente relevante en equipos industriales que operan repetidamente durante períodos prolongados.
Otra razón para su uso continuo es la integración sencilla. Los sistemas de control industrial suelen contener arquitecturas de cableado establecidas que utilizan bloques de terminales, contactores, disyuntores, PLC, temporizadores y relés.
Se puede instalar un relé como elemento de conmutación intermedio sin requerir cambios importantes en el concepto de control general.
Esto es útil cuando:
El conocido principio de funcionamiento también hace que la resolución de problemas sea relativamente directa. Los técnicos pueden inspeccionar el circuito de la bobina, el estado de los contactos, el cableado y la carga conectada por separado.
El uso continuo de relés mecánicos es particularmente visible en equipos donde la simple conmutación eléctrica es más importante que el funcionamiento a velocidad extremadamente alta.
Los relés pueden interconectar las salidas del controlador con motores, válvulas, indicadores, alarmas y otras cargas eléctricas.
Pueden proporcionar una etapa de conmutación intermedia entre controladores electrónicos y dispositivos de campo.
Los relés pueden gestionar circuitos auxiliares y proporcionar separación eléctrica entre diferentes partes de un sistema de control.
Las máquinas existentes pueden utilizar arquitecturas de control basadas en relés cuyo mantenimiento sigue siendo práctico en lugar de tener que rediseñarse por completo.
La creciente disponibilidad de relés de estado sólido no ha eliminado los relés mecánicos. En cambio, las dos tecnologías a menudo se seleccionan según diferentes requisitos operativos.
| Consideración | Relé electromagnético | Relé de estado sólido |
|---|---|---|
| Mecanismo de conmutación | Contactos mecánicos | Dispositivos semiconductores |
| Ropa de contacto físico | Sí | Sin desgaste de contacto mecánico |
| Aislamiento eléctrico | Disponible a través de estructura de relé | Disponible a través del diseño de aislamiento electrónico |
| Velocidad de conmutación | Generalmente moderado | Generalmente más rápido |
| Comportamiento térmico | Depende principalmente de los contactos y la carga. | La disipación de calor de los semiconductores puede ser importante |
| Mejor ajuste | Conmutación industrial convencional | Conmutación electrónica rápida o de alta frecuencia |
Ninguno de los tipos es automáticamente adecuado para todas las aplicaciones. Se deben considerar en conjunto las características de carga, la frecuencia de conmutación, los requisitos de aislamiento, las condiciones de instalación y la vida útil esperada.
La automatización industrial no siempre requiere la última tecnología de conmutación. Los equipos a menudo necesitan componentes que sean fáciles de integrar, comprender, probar y reemplazar.
El relé electromagnético sigue cumpliendo estos requisitos en muchas aplicaciones de control porque su principio de funcionamiento es simple: energiza una bobina, mueve un sistema de contacto mecánico y cambia el estado del circuito.
Esa simplicidad también hace que sus limitaciones sean más fáciles de identificar. Durante el diseño del circuito se pueden evaluar el desgaste de los contactos, los arcos, la frecuencia de conmutación, la potencia de la bobina y las características de la carga.
A medida que los sistemas de control industrial continúan incorporando PLC, comunicación digital y controladores electrónicos, los relés mecánicos siguen siendo útiles cuando se requiere conmutación de contactos físicos y aislamiento de circuitos. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produce componentes de control industrial que incluyen relés, contactores de CA, interruptores de botón, lámparas de señalización y productos relacionados. La presencia continua del relé electromagnético en los gabinetes de control modernos refleja una elección práctica de ingeniería: cuando la aplicación requiere conmutación mecánica aislada y configurable, un relé convencional aún puede realizar la tarea requerida sin complejidad innecesaria.
