Tecnologia de retransmissão de domínio: construção, tipos, princípios de trabalho e métodos de teste

Os relés são componentes fundamentais nos sistemas elétricos modernos, servindo como espinha dorsal para controlar circuitos, proteger dispositivos e automatizar processos.Na sua essência, os relés são interruptores eletromecânicos que usam um sinal elétrico para controlar a abertura ou o fechamento dos circuitos.Essa função essencial é alcançada através da interação complexa de vários componentes, como eletromagnets, contatos mecânicos e pontos de comutação.O tipo mais comum, o relé eletromagnético, depende de forças magnéticas geradas pela corrente que passa por uma bobina, que move contatos mecânicos para alterar o estado do circuito.Compreender a estrutura detalhada, os tipos, os princípios de trabalho e as aplicações práticas dos relés é benéfica para otimizar seu uso em vários ambientes técnicos.

Catálogo

Figura 1: Relé

O que é um relé?

Um relé é um dispositivo eletromecânico que usa um sinal elétrico para abrir ou fechar um circuito.Este dispositivo utiliza a força magnética gerada por um eletroímã para atrair ou liberar contatos mecânicos, alterando o estado do circuito sem intervenção manual.Existem vários tipos de relés, com os relés eletromagnéticos sendo os mais comuns.

Um relé eletromagnético consiste principalmente em vários componentes: um eletroímã, contatos mecânicos, pontos de interruptor e uma mola de redefinição.O eletroímã é criado pelo fio de cobre enrolado em torno de um núcleo de metal, com as extremidades da bobina conectada aos pinos do relé, geralmente os pinos de energia.Quando uma corrente elétrica passa por essas bobinas, o eletroímã gera uma força magnética que move os contatos mecânicos, conectando ou desconectando o circuito.

Figura 2: Relé eletromagnético

Esses contatos mecânicos se movem em resposta à atração ou liberação do ímã, alcançando a abertura ou o fechamento do circuito.Os pontos de interruptor lidam com correntes altas e incluem contatos normalmente abertos (não), normalmente fechados (NC) e comuns (COM).As funções de mola de redefinição para retornar os contatos à sua posição original após a eliminação de eletroímãs ser desligados, garantindo que o circuito possa retornar à sua interrupção pós-potência padrão.

Os relés são aplicáveis ​​nos circuitos CC e CA.Nos circuitos CA, devido à mudança periódica na corrente, os relés podem perder o magnetismo quando a corrente cair para zero, fazendo com que o circuito seja aberto.Para combater esse problema, os relés CA geralmente incorporam projetos especiais, como circuitos eletrônicos adicionais ou bobinas blindadas, para manter o magnetismo contínuo.

O design de relé também leva em consideração os aprimoramentos no desempenho e na confiabilidade.Por exemplo, as bobinas do eletroímã usam materiais altamente condutores e são projetados em formas e tamanhos específicos para otimizar a força magnética e a eficiência energética.Contatos mecânicos e pontos de comutação são feitos de materiais com alta resistência e condutividade para garantir a durabilidade e a confiabilidade sob operação frequente.

Os relés de estado sólido usam materiais semicondutores para substituir componentes mecânicos, operando circuitos através do controle da condução e corte semicondutores.Esses relés não possuem peças móveis mecânicas, resultando em tempos de resposta mais rápidos e tempo de vida mais longa, tornando -os ideais para aplicações que exigem comutação frequente.

Figura 3: Relé de estado sólido

Os relés são amplamente utilizados em automação industrial, eletrodomésticos, equipamentos de telecomunicações e sistemas de controle de tráfego.Eles não apenas controlam as operações do circuito, mas também desempenham funções complexas de controle e proteção lógicas.À medida que a tecnologia avança, os relés evoluem continuamente em estrutura, materiais e métodos de controle, aumentando significativamente seu desempenho e valor de aplicação.

A estrutura do relé

A construção de um relé envolve várias peças cruciais: pinos, bobina, núcleo de ferro, armadura, redefinição da mola, contato em movimento e contato fixo.Vamos explorar cada componente e como eles trabalham juntos em uma operação típica。

Figura 4: A estrutura do relé eletromagnético

Pinos: os relés apresentam dois tipos de pinos - pinos de macacão e pinos de comutação.Os pinos do interruptor incluem contatos normalmente fechados (NC), normalmente abertos (não) e comuns (COM).

Bobina e núcleo de ferro: o coração do relé é a bobina, enrolada em torno de um núcleo de ferro.Quando uma corrente elétrica flui através da bobina, gera um campo magnético ao redor do núcleo de ferro.

Armatura: Esta é a parte móvel dentro do relé.Ativado pelo campo magnético criado quando a bobina é energizada, a armadura se move, alterando o estado de contato entre os contatos móveis e fixos.

Redefinir mola: conectada à armadura, a mola de redefinição fornece a força necessária para devolver a armadura à sua posição original quando a bobina é desenergizada.

Contato em movimento: anexado à armadura, esse contato muda sua posição junto com a armadura.Ele faz ou quebra o contato com o contato fixo, dependendo do estado do relé.

Contato fixo: os contatos fixos são divididos em NC e sem tipos.O contato da NC permanece fechado quando o relé é desenergizado e abre quando energizado.Por outro lado, o contato sem contato é aberto quando desenergizado e fecha após a energização.

No controle de um relé, é comum usar um diagrama de fiação com um transistor NPN, especialmente quando dispositivos de controle como um arduino ou circuito integrado não podem acionar diretamente o relé.A base do transistor NPN recebe uma corrente através de um resistor base, ativando o transistor.Isso permite que a corrente flua do coletor para o emissor, ligando a bobina do relé.Quando o transistor se apaga, o campo magnético em colapso gera um pico de tensão, que é mitigado por um diodo Flyback para proteger o transistor.

Por exemplo, um circuito automático de luz de rua usando um resistor dependente da luz (LDR) e relés pode ser controlado por meio de dois transistores NPN.A resistência do LDR aumenta na escuridão e diminui durante o dia, controlando os estados internos dos transistores.Quando o LDR detecta os níveis de luz reduzidos (por exemplo, à noite), sua resistência aumenta, ligando o primeiro transistor, seguido pelo segundo, energizando assim a bobina do relé, fechando os contatos do relé e ligando a luz da rua.Por outro lado, quando os níveis de luz aumentam (por exemplo, durante o dia), a resistência do LDR diminui e os transistores desligam, desenergizando a bobina do relé, abrindo os contatos e desligando a luz da rua.

Esse design combina engenhosamente as características de vários componentes para controlar a operação do resistor sensível à luz, transistores e retransmissão de maneira eficaz.Ele não apenas aumenta a eficiência energética, mas também estende a vida útil das luzes da rua e reduz os custos de manutenção.Esses projetos oferecem uma compreensão mais profunda de como os relés funcionam em aplicações práticas e como seu desempenho pode ser otimizado para atender a diversos requisitos.

Tipos de relés

Os relés vêm em dois tipos principais: relés de estado sólido (SSRS) e relés eletromecânicos (EMRs).Cada um possui diferenças estruturais distintas e recursos de desempenho que se adaptam a várias aplicações.

Relés de estado sólido (SSRS): os SSRs operam sem peças móveis, usando materiais semicondutores para alternar os circuitos.Essa falta de peças mecânicas permite velocidades de comutação mais rápidas e reduz o desgaste mecânico, tornando o SSRS ideal para aplicações que requerem resposta rápida e operação de alta frequência, como sistemas de automação industrial e controle de computador.

Relés eletromecânicos (EMRs): EMRs consistem em peças mecânicas móveis e usam força eletromagnética para abrir ou fechar contatos.Essas peças móveis podem usar com o tempo, e suas velocidades de resposta podem não corresponder às do SSRS, o que pode ser uma limitação em determinadas aplicações.

Os EMRs também são incrivelmente diversos, cada tipo adaptado para cenários específicos:

Os relés de trava mantêm sua posição até se alternar e são ideais para aplicações que requerem estados estáveis, como backup de memória ou ciclismo de energia.

Relés de Reed, contendo um interruptor de palheta dentro da bobina, se destaca em ambientes de comutação de alta velocidade, como equipamentos de comunicação e instrumentos de teste.

Figura 5: Reed Relays

Os relés polarizados são projetados para evitar conexões de polaridade incorretas, garantindo que os circuitos CC operem corretamente mesmo quando a polaridade é revertida.

Relés de alta frequência são feitos para operação confiável em aplicativos de alta frequência, como dispositivos de comunicação sem fio, onde a comutação rápida é frequente.

Os relés também variam de acordo com a configuração do interruptor:

Relés de arremesso duplo único (SPDT), que incluem um contato comum (COM), um contato normalmente fechado (NC) e um contato normalmente aberto (não) é comumente usado em aplicações que requerem alternância entre dois circuitos.

Figura 6: relés de arremesso duplo único

Relés de arremesso único de pólo (SPST) são mais simples, com apenas um contato não e um, adequado para aplicativos básicos para ativar/desligar.

Figura 7: relés de arremesso único de pólo único

Relés de arremesso único de pólo duplo (DPST) Tenha dois conjuntos de contatos independentes, cada um controlando um circuito separado, útil para gerenciar dois circuitos independentes simultaneamente.

Figura 8: relés de arremesso único de pólo duplo

Relés duplos de pólo duplo (DPDT), mais complexo, possui dois conjuntos de contatos capazes de alternar dois circuitos independentes cada, cada vez amplamente utilizados em sistemas que precisam de comutação de circuitos complexos.

Figura 9: Relés de arremesso duplo duplo

Além disso, os relés são categorizados por função, estrutura e aplicação:

Os relés eletromagnéticos são comuns, usando forças eletromagnéticas para operar contatos.

Os relés de bloqueio mantêm seu estado mesmo após a perda de energia, adequados para aplicações que exigem retenção de status.

Os relés eletrônicos alternam usando componentes eletrônicos sem movimento mecânico.

Os relés que não travam retornam ao seu estado original após a perda de energia, adequados para operações momentâneas.

Os relés de Reed usam um tubo de palheta para aplicações de baixa corrente de resposta rápida.

Os relés de alta tensão lidam com os circuitos de alta tensão, enquanto os relés de pequeno sinal são ideais para sinais de baixa corrente e baixa tensão.

Figura 10: relés de alta tensão

Os relés de atraso de tempo operam após um período definido e os relés térmicos respondem às mudanças de temperatura.

Figura 11: relés de atraso de tempo

Os relés diferenciais são sensíveis a alterações menores de corrente ou tensão, os relés de distância monitoram as alterações na distância e os relés automotivos são projetados especificamente para veículos.

Os relés de frequência respondem a alterações de frequência, os relés polarizados operam sob polaridades específicas, os relés rotativos funcionam por contatos rotativos e relés seqüenciais funcionam em uma ordem pré-definida.

Figura 12: Relés de frequência

Os relés de bobina móvel utilizam o movimento de uma bobina, os relés Buchholz protegem os transformadores, os relés de segurança são usados ​​em sistemas de segurança, monitorando relés supervisionam as condições do circuito e os relés de falha no solo detectam problemas de aterramento.

Figura 13: Relés de bobina em movimento

Princípios de trabalho de relés

Os princípios de trabalho dos relés podem ser divididos em duas categorias principais: relés eletromecânicos (EMRs) e relés de estado sólido (SSRS).Ambos servem funções semelhantes, mas operam por diferentes mecanismos e são adequados para aplicações distintas.

Relés eletromecânicos (EMRs)

Os relés eletromecânicos dependem de forças eletromagnéticas para mover peças mecânicas e alternar circuitos.Existem dois modos: normalmente aberto (não) e normalmente fechado (NC).

Em um relé normalmente aberto, o circuito secundário está aberto quando o relé não é energizado, impedindo o fluxo de corrente.Quando a corrente flui através do circuito primário, o eletroímã gera um campo magnético.Este campo puxa a armadura, fechando o contato no circuito secundário e permitindo que a corrente flua.

Em um relé normalmente fechado, o circuito secundário é fechado quando o relé não é energizado, permitindo que a corrente flua.Quando o circuito primário é energizado, o campo magnético empurra a armadura, abrindo o contato e interrompendo o fluxo de corrente.Esse design simples torna o EMRS ideal para aplicações que precisam de isolamento físico e feedback mecânico claro.

Figura 14: Diagrama de circuito de relés eletromecânicos

Relés de estado sólido (SSRS)

No entanto, os relés de estado sólido usam materiais semicondutores para trocar sem peças mecânicas.

O lado primário de um SSR contém um LED.Quando a corrente flui, o LED emite fótons.Esses fótons passam por um acoplador óptico para o lado secundário.A energia dos fótons permite que os elétrons no semicondutor do tipo P atravessem uma barreira, criando fluxo de corrente e fechando o circuito secundário.Quando o LED está desligado, a emissão de fótons para, impedindo que os elétrons cruzem a barreira, que abre o circuito secundário.Os SSRs oferecem vantagens como nenhum desgaste mecânico, tempos de resposta rápidos e a capacidade de lidar com operações de alta frequência.Eles são perfeitos para sistemas de automação industrial e controle de computador que exigem comutação rápida e confiável.

Figura 15: Diagrama de circuito de relés de estado sólido

Análise comparativa

Os EMRs têm uma vantagem devido aos seus contatos mecânicos que podem suportar grandes surtos de corrente.Os SSRs são mais adequados devido à falta de peças móveis, eliminando o desgaste mecânico e reduzindo o ruído operacional.No entanto, os SSRs podem não ter um desempenho tão bom em temperaturas extremas ou ambientes de alto estresse devido à sensibilidade de seus componentes semicondutores.

Nos sistemas de controle industrial, a alta capacidade de corrente do EMR é ainda mais necessária.Nos sistemas de controle de computador e processamento de sinal, a resposta rápida e o baixo ruído dos SSRs são mais desejáveis.Escolher o tipo certo de relé envolve entender esses princípios e combiná -los com as necessidades específicas e as condições ambientais de sua aplicação.Esse conhecimento permite um melhor design de circuitos e otimização do sistema, aumentando o desempenho e a confiabilidade gerais.

Aplicações de relés

Os relés desempenham um papel importante nos sistemas elétricos modernos usando sinais elétricos para controlar as conexões do circuito, fornecendo proteção e permitindo a automação.

Equipamento de áudio

Nos amplificadores de áudio, os relés alternam os sinais de entrada para garantir a saída de áudio de alta qualidade.Eles também protegem os circuitos de sobrecarga ou curtos circuitos, impedindo danos ao amplificador.Ao configurar um sistema de áudio, você pode ouvir um clique distinto à medida que o relé se envolve, garantindo que a entrada correta seja roteada para o amplificador.

Modems

Relés nas linhas de comunicação alternam os modems, permitindo transições contínuas entre diferentes sinais.Essa comutação aprimora a confiabilidade da transmissão de dados.

Sistemas automotivos

Nos carros, os relés controlam solenóides iniciais, permitindo que o motor comece gerenciando o fluxo atual.Eles também são usados ​​no controle de luzes, limpadores e janelas elétricas.Por exemplo, quando você gira a tecla de ignição, você ativa um relé que permite que o motor de partida gire o motor.

Sistemas de controle de iluminação

Os relés automatizam a iluminação respondendo a temporizadores ou sinal do sensor e acendendo as luzes para economizar energia e aumentar a conveniência.Em uma configuração de automação residencial, a instalação de um relé pode significar que suas luzes acendem automaticamente quando você entra em uma sala.

Telecomunicações

Nos sistemas de telecomunicações, os relés alternam sinais e protegem as linhas, garantindo comunicação estável e segura.Trabalhando em um sistema de telecomunicações, você apreciará a capacidade do revezamento de lidar com a comutação de alta frequência sem desgaste.

Controladores de Processo Industrial

Os relés automatizam o controle do equipamento, garantindo processos de produção contínuos e eficientes.Ao programar um controlador industrial, os relés são usados ​​para iniciar e parar as máquinas, gerenciar cintos de transportadores e controlar os braços robóticos.

Sistemas de controle de tráfego

Os relés gerenciam semáforos, garantindo fluxo de tráfego ordenado e seguro.Como técnico, você pode instalar relés nos semáforos, onde eles controlam com precisão as alterações do sinal com base nos padrões de tráfego.

Controle do motor

Relés Controle as operações do motor alternando a direção e o fluxo da corrente, permitindo o início do motor, parar e reversão.Nos circuitos de controle do motor, os relés permitem controle preciso sobre as funções motoras, essenciais para a operação de máquinas.

Proteção do sistema de energia

Os relés são vitais nos sistemas de energia, monitorando a corrente e a tensão para responder rapidamente a condições de sobrecorrente ou sobretensão, protegendo o equipamento contra danos.Para eletricistas, o entendimento das configurações de relé pode ser benéfico na proteção de sistemas elétricos.

Interfaces de computador

Os relés ativam a transmissão de sinal e o isolamento entre diferentes dispositivos, garantindo a precisão dos dados e a estabilidade do sistema.Na computação, os relés ajudam a interface vários periféricos, fornecendo isolamento para evitar danos causados ​​por falhas elétricas.

Eletrodomésticos

Operações de controle de relés em dispositivos domésticos como máquinas de lavar, geladeiras e ar condicionado, permitindo funcionalidade automatizada e com eficiência energética.Ao reparar aparelhos, você geralmente substitui ou soluciona os relés para restaurar a operação adequada.

Aplicações mais amplas

Os relés também são usados ​​em sistemas de distribuição de energia, comutação de energia de emergência, sistemas domésticos inteligentes, robótica e dispositivos médicos.Sua capacidade de controlar com precisão os sinais elétricos aprimora a confiabilidade e a segurança do sistema em diversas aplicações.

Através desses usos variados, os relés garantem a proteção do equipamento, a operação eficiente e a confiabilidade do sistema.Compreender seus princípios e aplicações de trabalho pode melhorar significativamente o design e o otimização do sistema elétrico, atendendo às necessidades de ambientes complexos e exigentes.

Como testar um relé?

Com o tempo, o desempenho de um relé pode se degradar, levando ao fracasso.Neste momento, testes e manutenção regulares são muito necessários para garantir que o relé continue a operar de maneira suave e segura.Aqui estão alguns métodos detalhados para testar efetivamente um relé e garantir sua confiabilidade e segurança.

Testar um relé com um multímetro é um método comum e direto.

Comece removendo o relé do circuito para obter resultados precisos.Use o multímetro para medir a resistência dos contatos do relé.Para um contato normalmente aberto (não), ele deve mostrar alta resistência quando o relé não é energizado e baixa resistência quando energizado.Um contato normalmente fechado (NC) deve mostrar baixa resistência quando não estiver energizado e alta resistência quando energizado.Se os valores de resistência não forem o esperado, o relé poderá estar com defeito e precisar de uma inspeção ou substituição adicional.

Criar um circuito de teste simples é outra maneira eficaz de testar um relé.

Construa um circuito básico em uma placa de ensaio que inclua uma fonte de alimentação, um interruptor e o relé.Antes de ligar o circuito, o nenhum contato deve ser aberto e o contato da NC deve ser fechado.Quando a energia é aplicada, a bobina eletromagnética do relé deve ser ativada, fazendo com que o contato NO feche e o contato da NC seja aberto.Verifique a alteração nos estados dos contatos para determinar se o relé está funcionando corretamente.

Uma fonte de alimentação CC fornece um método direto e eficaz para testar um relé.

Anexe os pinos da bobina do relé à fonte de alimentação DC.Aumente lentamente a tensão e observe os contatos do relé.O relé deve alternar com sua tensão nominal.Se não mudar, a bobina pode estar envelhecida ou danificada, ou peças mecânicas internas podem ficar presas.

Usar seus sentidos também pode ajudar no teste de um relé.

Quando o relé é ligado e desligado, você deve ouvir um som "clique" distinto, indicando que as peças mecânicas estão se movendo.Use um LED ou outros indicadores conectados aos contatos do relé.Quando o relé troca, o LED deve ligar ou desligar de acordo.

Preste atenção à segurança durante a operação e garanta a segurança durante o teste, especialmente ao usar eletrônicos de alta velocidade.Use engrenagem de proteção apropriada e use ferramentas isoladas para evitar choques elétricos.

Conclusão

O design intrincado e as aplicações versáteis dos relés destinam seu papel indispensável na tecnologia moderna.Seja em automação industrial, sistemas automotivos ou eletrodomésticos, os relés fornecem controle preciso sobre os circuitos elétricos, aumentando a eficiência e a segurança.Através de construção detalhada envolvendo componentes como eletromagnets e contatos mecânicos, os relés podem gerenciar correntes altas e proteger equipamentos sensíveis contra danos.A distinção entre relés eletromecânicos (EMRs) e relés de estado sólido (SSRS) destaca ainda mais a adaptabilidade dos relés a diferentes demandas operacionais, com o EMRS oferecendo desempenho robusto em aplicações de alta corrente e SSRs se destacando em ambientes que exigem troca rápida e silenciosa.Testes e manutenção regulares usando métodos como verificação de resistência com um multímetro ou a construção de um circuito de teste ajudará a garantir uma operação confiável a longo prazo.Ao entender e alavancar de maneira abrangente as capacidades de relés, engenheiros e técnicos podem aprimorar significativamente o design e o desempenho dos sistemas elétricos, atendendo às necessidades em constante evolução de várias aplicações.

Perguntas frequentes [FAQ]

1. Como os relés funcionam em um circuito?

Os relés funcionam em um circuito usando um eletroímã para operar mecanicamente um interruptor.Quando uma corrente elétrica passa pela bobina do relé, gera um campo magnético que atrai uma armadura móvel, fazendo com que ele altere o estado dos contatos do interruptor (aberto ou fechado).Isso permite que um sinal de baixa potência controla um circuito de maior potência.

2. Por que você precisa de um relé em um circuito?

Controle dispositivos de alta potência: os relés permitem um sinal de controle de baixa potência para alternar cargas de alta potência.

Isolar circuitos: eles fornecem isolamento elétrico entre os circuitos de controle e carga, aumentando a segurança.

Execute funções lógicas: os relés podem ser usados ​​para criar sistemas de controle complexos que requerem várias entradas e saídas.

3. Quais são as três funções básicas de um relé?

LIGUNDA: Relés Ligue e desative os circuitos elétricos.

Isolamento: Eles isolam diferentes partes de um circuito para proteger componentes sensíveis de altas correntes ou tensões.

Controle: os relés permitem que um circuito controla outro, permitindo a automação e a lógica de controle complexo.

4. Como você testa um relé?

Usando um multímetro: meça a resistência da bobina e contatos do relé.A bobina deve ter um valor de resistência específico, enquanto os contatos normalmente abertos (não) devem mostrar alta resistência quando desenergizados e baixos quando energizados.Os contatos normalmente fechados (NC) devem mostrar o oposto.

Criando um circuito de teste: conecte o relé a uma fonte de energia e uma carga.Quando a energia é aplicada à bobina do relé, os contatos devem alternar os estados (não devem fechar, a NC deve abrir).

Ouvindo um clique: quando o relé é ativado, você deve ouvir um som de cliques indicando o movimento mecânico dos contatos.

5. O que pode fazer com que um relé falhe?

Desgaste mecânico: a operação repetida pode desgastar as peças mecânicas.

Arcamento elétrico: as correntes altas podem causar arco nos contatos, levando a cortes e danos.

Falha na bobina: a tensão excessiva ou o uso prolongado pode danificar a bobina do relé.

Contaminação: poeira, sujeira ou umidade podem interferir no movimento mecânico e nos contatos elétricos.

Estresse térmico: as altas temperaturas podem degradar os materiais e causar mau funcionamento.