YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. esamina il motivo per cuiRelè elettromagneticorimane comune nei sistemi di controllo industriale nonostante la crescita delle tecnologie di commutazione digitale e a stato solido.
I sistemi di controllo industriale sono cambiati in modo significativo con PLC, sensori, azionamenti a frequenza variabile, monitoraggio remoto e controller in rete. Eppure molti armadi elettrici contengono ancora relè elettromeccanici convenzionali. Il loro uso continuato non è semplicemente una questione di progettazione delle apparecchiature più vecchie. In molte applicazioni, la struttura di base del relè fornisce ancora una combinazione pratica di isolamento elettrico, commutazione semplice e controllo del circuito flessibile.
La funzione di base di un relè non è cambiata: un segnale di controllo relativamente piccolo aziona i contatti in un altro circuito. Questa separazione è utile quando il controller e il carico controllato hanno caratteristiche elettriche diverse.
Ad esempio, un'uscita PLC potrebbe non essere destinata a commutare direttamente un contattore del motore, un solenoide, un circuito di allarme o un altro carico. Un relè può essere posizionato tra il controller e il carico, fornendo un'interfaccia di commutazione aggiuntiva.
Tre caratteristiche sono particolarmente rilevanti:
Queste caratteristiche rendono i relè utili anche quando il sistema di controllo circostante è altamente automatizzato.
Le moderne apparecchiature di automazione spesso combinano circuiti di controllo elettronici a bassa tensione con carichi ad alta tensione. Questi circuiti devono interagire senza necessariamente essere direttamente collegati.
Un relè elettromagnetico utilizza una bobina e un meccanismo di contatto per creare questa separazione. Quando la bobina è eccitata, il suo campo magnetico muove un'armatura, modificando lo stato dei contatti.
Il circuito di controllo quindi aziona il relè senza trasportare direttamente la corrente di carico attraverso l'uscita del controller.
| Requisito di controllo | Funzione relè |
|---|---|
| Circuiti di controllo e di carico separati | Utilizza l'isolamento bobina-contatto |
| Cambiare un livello di tensione diverso | I contatti funzionano indipendentemente dalla tensione della bobina |
| Controlla più percorsi di circuito | Sono disponibili diverse configurazioni di contatti |
| Fornire uno stato di commutazione fisico | I contatti corrispondono visibilmente ad uno stato elettrico |
Questa disposizione rimane utile nei quadri elettrici in cui vengono combinati diversi livelli di tensione e funzioni del circuito.
La commutazione a stato solido presenta vantaggi nelle applicazioni che richiedono un funzionamento estremamente veloce o una frequenza di commutazione molto elevata. Tuttavia, i contatti fisici rimangono utili per molti carichi industriali convenzionali.
Un contatto meccanico fornisce uno stato aperto o chiuso chiaramente definito. Può anche essere selezionato in base al carico elettrico richiesto e alla configurazione del circuito.
Le modalità di contatto comuni includono:
Questa flessibilità consente a un relè di eseguire diversi compiti di controllo senza modificare il principio di funzionamento di base.
Per i progettisti di apparecchiature, la scelta non riguarda quindi tanto se la commutazione meccanica o elettronica sia universalmente migliore, quanto piuttosto quale tecnologia si adatti al circuito.
Le macchine industriali raramente richiedono un solo tipo di azione di commutazione. Potrebbe essere necessario un segnale di controllo per avviare un circuito mentre si disconnette un altro o fornire un segnale di stato a un ingresso di controllo separato.
Un relè con contatti di scambio può eseguire questo tipo di commutazione attraverso un movimento meccanico.
Per esempio:
| Requisito | Possibile disposizione dei contatti |
|---|---|
| Accendere un circuito quando è sotto tensione | Normalmente aperto |
| Interrompere un circuito quando energizzato | Normalmente chiuso |
| Trasferimento tra due circuiti | Cambio |
| Fornire percorsi di controllo separati | Set di contatti multipli |
Questo è uno dei motivi per cui i relè convenzionali continuano ad essere presenti nei pannelli di controllo delle macchine e negli armadi elettrici.
Un'importante limitazione dei relè meccanici è che i loro contatti e le parti mobili sono soggetti a usura fisica. Ogni ciclo di commutazione comporta il movimento dell'armatura e delle superfici di contatto.
Per applicazioni con frequenza di commutazione relativamente moderata, ciò potrebbe non creare una limitazione significativa. Per le apparecchiature che cambiano in modo estremamente rapido o continuo, i progettisti possono prendere in considerazione alternative allo stato solido.
Conta quindi il profilo operativo.
Un relè può essere appropriato quando un sistema richiede:
La durata effettiva dipende da fattori quali tipo di carico, corrente di commutazione, tensione, frequenza operativa, materiale dei contatti e condizioni ambientali.
Quando i contatti si aprono o si chiudono sotto carico, le condizioni elettriche sulla superficie di contatto possono produrre calore, archi elettrici e trasferimento di materiale. La commutazione ripetuta influisce gradualmente sulle superfici di contatto.
Per questo motivo, il materiale dei contatti è una parte importante nella progettazione dei relè.
I materiali di contatto a base di argento sono comunemente utilizzati nelle commutazioni elettriche per la loro conduttività elettrica e idoneità per le applicazioni di contatto. Il materiale appropriato, tuttavia, dipende dal carico elettrico e dalle condizioni operative piuttosto che solo dal nome del materiale.
Le prestazioni del contatto sono influenzate da diversi fattori:
| Fattore | Effetto |
|---|---|
| Livello attuale | Influisce sul riscaldamento per contatto |
| Voltaggio | Influisce sulla formazione dell'arco durante la separazione |
| Tipo di carico | I carichi induttivi possono creare uno stress di commutazione maggiore |
| Frequenza di commutazione | Determina la frequenza con cui i contatti subiscono usura |
| Materiale di contatto | Influisce sulla conduttività e sul comportamento all'usura |
Ciò è particolarmente rilevante nelle apparecchiature industriali che funzionano ripetutamente per periodi prolungati.
Un altro motivo per il loro uso continuato è la semplice integrazione. I sistemi di controllo industriale spesso contengono architetture di cablaggio consolidate che utilizzano morsettiere, contattori, interruttori automatici, PLC, timer e relè.
Un relè può essere installato come elemento di commutazione intermedio senza richiedere grandi modifiche al concetto di controllo complessivo.
Ciò è utile quando:
Il noto principio di funzionamento rende inoltre la risoluzione dei problemi relativamente diretta. I tecnici possono ispezionare separatamente il circuito della bobina, lo stato dei contatti, il cablaggio e il carico collegato.
L'uso continuato di relè meccanici è particolarmente evidente nelle apparecchiature in cui la semplice commutazione elettrica è più importante del funzionamento ad altissima velocità.
I relè possono interfacciare le uscite del controller con motori, valvole, indicatori, allarmi e altri carichi elettrici.
Possono fornire una fase di commutazione intermedia tra i controller elettronici e i dispositivi di campo.
I relè possono gestire circuiti ausiliari e fornire separazione elettrica tra le diverse parti di un sistema di controllo.
Le macchine esistenti possono utilizzare architetture di controllo basate su relè che rimangono pratiche da mantenere piuttosto che essere completamente riprogettate.
La crescente disponibilità di relè a stato solido non ha eliminato i relè meccanici. Spesso, invece, le due tecnologie vengono selezionate in base a diverse esigenze operative.
| Considerazione | Relè elettromagnetico | Relè a stato solido |
|---|---|---|
| Meccanismo di commutazione | Contatti meccanici | Dispositivi a semiconduttore |
| Usura da contatto fisico | SÌ | Nessuna usura meccanica dei contatti |
| Isolamento elettrico | Disponibile tramite la struttura a relè | Disponibile tramite design con isolamento elettronico |
| Velocità di commutazione | Generalmente moderato | Generalmente più veloce |
| Comportamento termico | Dipende principalmente dai contatti e dal carico | La dissipazione del calore dei semiconduttori può essere importante |
| La migliore vestibilità | Commutazione industriale convenzionale | Commutazione elettronica ad alta frequenza o veloce |
Nessuno dei due tipi è automaticamente adatto ad ogni applicazione. Le caratteristiche del carico, la frequenza di commutazione, i requisiti di isolamento, le condizioni di installazione e la durata di servizio prevista devono essere considerati insieme.
L'automazione industriale non richiede sempre la tecnologia di commutazione più recente. Le apparecchiature spesso necessitano di componenti facili da integrare, comprendere, testare e sostituire.
Il relè elettromagnetico continua a soddisfare questi requisiti in molte applicazioni di controllo perché il suo principio di funzionamento è semplice: energizzare una bobina, spostare un sistema di contatto meccanico e modificare lo stato del circuito.
Questa semplicità rende anche più facile identificare i suoi limiti. Durante la progettazione del circuito è possibile valutare l'usura dei contatti, la formazione di archi, la frequenza di commutazione, la potenza della bobina e le caratteristiche del carico.
Poiché i sistemi di controllo industriale continuano a incorporare PLC, comunicazioni digitali e controller elettronici, i relè meccanici rimangono utili laddove sono richiesti la commutazione dei contatti fisici e l'isolamento dei circuiti. YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. produce componenti di controllo industriale tra cui relè, contattori CA, interruttori a pulsante, lampade di segnalazione e prodotti correlati. La continua presenza del relè elettromagnetico nei moderni armadi di controllo riflette una scelta ingegneristica pratica: quando l'applicazione richiede una commutazione meccanica isolata e configurabile, un relè convenzionale può comunque svolgere il compito richiesto senza inutili complessità.
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