Relè impulsivo per il controllo dell'illuminazione: come funziona, tipi, marcatura e collegamento

Per soddisfare le moderne esigenze di illuminazione di appartamenti, uffici e aziende, vengono utilizzati complessi sistemi di elettrificazione. Durante la loro progettazione, per risolvere problemi specifici, viene impiegata una serie di apparecchiature che vengono costantemente migliorate.

Così, il relè impulsivo per il controllo dell'illuminazione da più punti è stato utilizzato relativamente di recente. Gradualmente sta sostituendo gli schemi standard con gli interruttori deviatori.

Dove può essere utilizzato il relè impulsivo?

L'introduzione di questo dispositivo nell'uso domestico è spiegata dalla semplice comodità. Esso consente infatti di controllare l'illuminazione da almeno due punti.

In un appartamento potrebbe essere la camera da letto, dove l'accensione avviene all'ingresso e lo spegnimento vicino al letto. Negli uffici si tratta di lunghi corridoi, pianerottoli e grandi sale conferenze.

L'uso di due interruttori per l'illuminazione della scala è diventato una necessità. Accesa la luce al piano terra, è del tutto logico spegnerla con il secondo interruttore al piano superiore.

Il compito del controllo a tre posizioni può essere gestito da interruttori passanti e interruttori deviatori. Questo schema è ancora ampiamente utilizzato. Ma presenta anche evidenti svantaggi.

In primo luogo, si tratta di un sistema piuttosto complesso da installare, in cui l'elettricità passa attraverso l'interruttore principale, la scatola di derivazione, gli interruttori stessi e poi alle lampade di illuminazione. Durante l'installazione si verificano spesso errori. Se sono necessari più di tre punti di controllo, lo schema si complica.

Lo schema mostra chiaramente il sovraccarico di cavi: dal primo interruttore cinque, dal secondo sei, dalla prima e seconda illuminazione tre cavi ciascuna.

In secondo luogo, tutti i cavi hanno la stessa sezione, poiché utilizzano corrente della stessa tensione, il che influisce sui costi complessivi. In essi è incluso anche il prezzo degli interruttori deviatori, che è diverse volte superiore al costo degli interruttori normali.

Ma la necessità di utilizzare un relè impulsivo non deriva solo da considerazioni di comfort. Viene anche utilizzato per la segnalazione e la protezione.

Ad esempio, in un'impresa industriale, per avviare processi produttivi che richiedono un'elevata potenza elettrica, questo dispositivo consente di proteggere l'operatore. Poiché funziona con correnti a bassa tensione o è addirittura comandato a distanza.

Dispositivo e principio di funzionamento

Nel senso generale del termine, un relè è un meccanismo elettrotecnico che chiude o apre un circuito elettrico in base a determinati parametri elettrici o di altro tipo che agiscono su di esso.

La sua struttura non commutativa fu inventata già nel 1831 da J. Henry. E due anni dopo iniziò ad essere utilizzata per garantire il funzionamento del telegrafo di S. Morse.

Si possono distinguere due gruppi principali: elettromeccanici ed elettronici. Nel primo tipo di dispositivo, il lavoro viene svolto da un meccanismo, mentre nel secondo tutto è gestito da un circuito stampato con microcontrollore. Il suo funzionamento è comodo da esaminare con l'esempio di un relè elettromeccanico, che è di tipo impulsivo.

Nella scelta della modalità operativa del relè è necessario basarsi sulla frequenza di commutazione, sul tipo e sull'entità della corrente, sulla natura dei carichi sopportati.

Strutturalmente può essere rappresentato come segue:

1. Bobina – è un filo di rame avvolto su una base di materiale non magnetico. Può essere in isolamento tessile o rivestito di vernice non conduttiva.
2. Nucleo, contenente ferro e che si attiva quando la corrente elettrica passa attraverso le spire della bobina.
3. Armatura mobile – è una lamina che si fissa all'armatura e agisce sui contatti di chiusura.
4. Sistema di contatti – è il commutatore diretto dello stato del circuito.

Alla base del funzionamento del relè c'è il fenomeno della forza elettromagnetica. Essa appare nel nucleo ferromagnetico della bobina quando la corrente viene fatta passare attraverso di essa. La bobina in questo caso è un dispositivo di attrazione.

Il nucleo in essa è collegato all'armatura mobile, che aziona i contatti di potenza, effettuando la commutazione. Essi possono essere del tipo normalmente aperto/normalmente chiuso. A volte il blocco contatti può contenere simultaneamente tipi di connessione aperti e chiusi.

All'attivazione del circuito, il meccanismo fissa questa posizione, che cambia con la successiva applicazione dell'impulso e viene nuovamente fissata fino al cambiamento successivo.

Alla bobina può essere collegato inoltre un resistore, che aumenta la precisione di intervento, e un diodo a semiconduttore, che limita le sovratensioni sull'avvolgimento. Inoltre, nella costruzione può essere presente un condensatore, installato in parallelo ai contatti, per ridurre la formazione di scintille.

Più chiaramente, il funzionamento del dispositivo può essere rappresentato suddividendolo in più blocchi:

• Esecutore – è il gruppo di contatti che chiude/apre il circuito elettrico;
• Intermedio – la bobina, il nucleo e l'ancora mobile azionano il blocco esecutore;
• Di controllo – in questo relè, converte il segnale elettrico in campo magnetico.

Poiché per commutare la posizione dei contatti è sufficiente un singolo impulso elettrico, si può concludere che questi dispositivi consumano tensione solo al momento della commutazione. Ciò consente un notevole risparmio energetico, a differenza dei normali interruttori deviatori.

La seconda varietà di relè a impulsi è il tipo elettronico. Il suo funzionamento è gestito da un microcontrollore. Il blocco intermedio è costituito da una bobina o da un interruttore a semiconduttore. L'impiego nello schema di elementi come i controllori logici programmabili consente di dotare il relè, ad esempio, di un timer.

In questo tipo di dispositivo non sono presenti elementi meccanici in movimento. Il funzionamento è svolto da un sensore che rileva il segnale di comando e dall'elettronica a stato solido che commuta il circuito.

Tipi, marcatura e vantaggi

Le principali tipologie di relè a impulsi sono quelle elettromeccaniche ed elettroniche. Quelle elettromeccaniche a loro volta si classificano in base al principio di funzionamento.

Varietà di dispositivi impulsivi

Ciò significa che la commutazione dei contatti di potenza può essere effettuata da forze diverse da quella del magnete.

Si suddividono in:

• elettromagnetici;
• a induzione;
• magnetoelettrici;
• elettrodinamici.

I dispositivi elettromagnetici nei sistemi di automazione sono i più utilizzati. Sono abbastanza affidabili grazie al loro semplice metodo di funzionamento, basato sull'azione delle forze elettromagnetiche in un nucleo ferromagnetico quando la bobina è percorsa da corrente.

L'effetto sui contatti dei relè elettromagnetici è esercitato da un telaio che in una posizione viene attratto dal nucleo, e nella seconda viene riportato da una molla.

L'ancora, cioè una piastra con proprietà magnetiche, viene attratta dall'elettromagnete, costituito da un filo di rame avvolto su una bobina con nucleo.

I relè a induzione hanno un principio di funzionamento basato sull'interazione tra la corrente alternata e i flussi magnetici indotti e i flussi stessi. Tale interazione genera una coppia che mette in movimento un disco di rame situato tra due elettromagneti. Ruotando, esso chiude e apre i contatti.

Il funzionamento dei dispositivi magnetoelettrici è dovuto all'interazione della corrente in un telaio rotante con il campo magnetico generato da un magnete permanente. La chiusura/apertura dei contatti è controllata dalla rotazione del telaio.

Rispetto al loro tipo, questi relè sono molto sensibili. Tuttavia, non hanno avuto grande diffusione a causa del tempo di intervento di 0,1-0,2 s, considerato lungo.

I relè elettrodinamici funzionano grazie alla forza che si genera tra una bobina mobile e una bobina fissa di corrente. Il modo di chiusura dei contatti è lo stesso di un dispositivo magnetoelettrico. La differenza è solo che l'induzione nel traferro di lavoro viene creata per via elettromagnetica.

I modelli elettronici sono quasi identici dal punto di vista costruttivo a quelli elettromeccanici. Hanno gli stessi blocchi: esecutore, intermedio e di controllo. La differenza riguarda solo l'ultimo. La gestione della commutazione è effettuata da un diodo a semiconduttore integrato in un microcontrollore su scheda stampata.

In questo dispositivo, i semiconduttori sono rappresentati da transistor e tiristori. Sebbene sopportino condizioni difficili di polvere e vibrazioni, sono soggetti a brevi sovraccarichi di corrente e tensione.

Questo tipo di relè è dotato di moduli aggiuntivi. Ad esempio, un timer consente di eseguire un programma di controllo dell'illuminazione dopo un determinato intervallo di tempo. È utile per risparmiare energia quando non è necessario che l'apparecchiatura sia in funzione. Se necessario, è possibile spegnere la luce premendo due volte il pulsante.

Vantaggi e svantaggi dei principali tipi di relè

A differenza degli interruttori a semiconduttore, gli interruttori elettromeccanici presentano i seguenti vantaggi:

1. Costo relativamente basso grazie a componenti poco costosi.
2. Generazione di una piccola quantità di calore sui contatti chiusi a causa della debole caduta di tensione.
3. Presenza di un forte isolamento di 5 kV tra la bobina e il gruppo di contatti.
4. Non sono soggetti agli effetti nocivi di impulsi di sovratensione, disturbi dovuti a fulmini o processi di commutazione di impianti elettrici potenti.
5. Controllo di linee con carico fino a 0,4 kV con dispositivo di dimensioni ridotte.

Quando si chiude un circuito con una corrente di 10 A in un relè di piccole dimensioni, sulla bobina vengono dissipati meno di 0,5 W. Mentre negli analoghi elettronici questo valore può superare i 15 W. Grazie a ciò, non si hanno problemi di raffreddamento e danni all'ambiente.

Tra i loro svantaggi occorre annoverare:

1. Usura e problemi nella commutazione di carichi induttivi e alte tensioni in corrente continua.
2. L'accensione e lo spegnimento del circuito sono accompagnati dalla generazione di interferenze radio. Ciò richiede l'installazione di schermature o l'aumento della distanza dalle apparecchiature soggette a interferenze.
3. Tempo di intervento relativamente lungo.

Un altro svantaggio è la presenza di un continuo deterioramento meccanico ed elettrico durante la commutazione. Ciò include l'ossidazione dei contatti e il loro danneggiamento dovuto a scariche elettriche, nonché la deformazione dei blocchi delle molle.

Durante l'installazione, occorre tenere presente che la versione elettromeccanica dei contattori può funzionare in modo non corretto se si trova in posizione orizzontale

A differenza di quelli elettromeccanici, i relè elettronici controllano il blocco intermedio tramite un microcontrollore.

I vantaggi e gli svantaggi dell'elettronica si possono analizzare con l'esempio degli apparecchi della ditta F&F rispetto alla marca ABB, che produce componenti meccanici.

Tra i vantaggi del primo tipo di interruttori si possono evidenziare:

• maggiore sicurezza;
• alta velocità di commutazione;
• disponibilità sul mercato;
• notifiche indicative sullo stato di funzionamento;
• funzionalità estesa;
• funzionamento silenzioso.

Inoltre, il vantaggio indiscutibile risiede in diverse opzioni di montaggio: è possibile l'installazione non solo sulla guida DIN del quadro, ma anche in una scatola da incasso.

Svantaggi dell'elettronica F&F rispetto alla meccanica ABB:

• malfunzionamento in caso di interruzioni dell'alimentazione elettrica;
• surriscaldamento durante la commutazione di correnti elevate;
• possibili anomalie senza cause apparenti;
• spegnimento del dispositivo durante brevi interruzioni di tensione nella rete;
• elevata resistenza in posizione chiusa;
• alcuni relè funzionano solo in corrente continua;
• il circuito a semiconduttori non fa passare immediatamente la corrente nella direzione normale.

Nonostante gli svantaggi indicati, i commutatori elettronici sono in continua evoluzione e, grazie al maggior potenziale funzionale rispetto a quelli elettromeccanici, si prevede un loro uso predominante.

Per evitare confusione, il produttore fornisce le caratteristiche più dettagliate del prodotto nei cataloghi del negozio e nel libretto tecnico del dispositivo.

Principali parametri caratteristici

In base allo scopo e al campo di applicazione, i relè possono essere classificati secondo diversi criteri:

• coefficiente di ritorno – rapporto tra il valore della corrente di rilascio dell'ancora e la corrente di attrazione;
• corrente di rilascio – il suo valore massimo ai morsetti della bobina al rilascio dell'ancora;
• corrente di attrazione – il suo valore minimo ai morsetti della bobina al ritorno dell'ancora nella posizione iniziale;
• soglia – livello del valore di intervento entro i limiti stabiliti impostati nel relè;
• valore di intervento – valore del segnale di ingresso a cui il dispositivo risponde automaticamente;
• valori nominali – tensione, corrente e altre grandezze alla base del funzionamento del relè.

Inoltre, i dispositivi elettromagnetici possono essere classificati in base al tempo di intervento. Il ritardo più lungo è nei relè temporizzati – oltre 1 sec., con possibilità di regolare questo parametro. Poi vengono quelli lenti – 0,15 sec., normali – 0,05 sec., rapidi – 0,05 sec. E i più veloci, privi di inerzia – meno di 0,001 sec.

Decodifica della marcatura dei prodotti

Il codice di marcatura del contattore si trova spesso nei cataloghi dei negozi e sul dispositivo stesso. Esso fornisce una descrizione completa delle caratteristiche costruttive, dello scopo e delle condizioni d'uso.

La composizione della sigla può essere analizzata sul relè intermedio elettromagnetico REP-26. Esso viene utilizzato in circuiti a corrente alternata fino a 380 V e continua fino a 220 V.

Per comprendere la marcatura, è necessario suddividere la scritta in blocchi e applicare le tabelle descrittive che si possono trovare nei manuali specializzati.

In questa forma può apparire la designazione del prodotto nel negozio: REP 26-004A526042-40UHL4.

REP 26 – XXX X X XX XX X – 40XXX4. Questo tipo di designazione può essere analizzato come segue:

• 26 – numero della serie;
• XXX – tipo e numero di contatti;
• X – classe di resistenza all'usura della commutazione;
• X – tipo di bobina di eccitazione, tipo di ritorno del relè e tipo di corrente;
• XX – costruzione in base al metodo di installazione e connessione dei conduttori;
• XX – valore di corrente o tensione della bobina;
• X – elementi costruttivi aggiuntivi;
• 40 – livello di protezione secondo standard IP o GOST 14254;
• XXX4 – zona climatica di applicazione secondo GOST 15150.

La versione climatica può essere: UHL – per clima freddo e temperato, oppure O – per clima tropicale o versione climatica generale.

Secondo le apposite tabelle di designazione, il dispositivo in questione è un relè intermedio elettromagnetico, con quattro contatti di commutazione, classe di resistenza alla commutazione A, che utilizza corrente continua. Ha un attacco a presa con lamelle per saldatura dei conduttori esterni, una bobina a 24 V e un manipolatore manuale.

Diversi tipi di schemi di collegamento

Esistono diverse varianti di montaggio, ciascuna con le proprie caratteristiche, vantaggi e svantaggi.

La designazione dei contatti del relè RIO-1 ha la seguente decodifica:

• N – conduttore neutro;
• Y1 – ingresso di accensione;
• Y2 – ingresso di spegnimento;
• Y – ingresso di accensione e spegnimento;
• 11-14 – contatti di commutazione di tipo normalmente aperto.

Queste designazioni sono utilizzate sulla maggior parte dei modelli di relè, ma prima di collegarli al circuito è necessario consultarle ulteriormente nel passaporto del prodotto.

Lo schema di elettrificazione presentato viene utilizzato per controllare la luce da tre posizioni tramite un relè e tre interruttori a pulsante senza blocco di posizione

In questo schema, i contatti di potenza del relè utilizzano una corrente di 16 A. La protezione dei circuiti di controllo e dei sistemi di illuminazione è effettuata da un interruttore automatico da 10 A. Pertanto, i cavi hanno una sezione non inferiore a 1,5 mm².

Il collegamento dei commutatori a pulsante è effettuato in parallelo. Il filo rosso è la fase, passa attraverso tutti e tre gli interruttori a pulsante fino al contatto di potenza 11. Il filo arancione è la fase di commutazione, arriva all'ingresso Y. Quindi esce dal morsetto 14 e va alle lampadine. Il conduttore neutro proveniente dalla barra si collega al morsetto N e agli apparecchi illuminanti.

Se la luce era inizialmente accesa, premendo un qualsiasi interruttore la luce si spegnerà: si verificherà una breve commutazione del filo di fase sul morsetto Y e i contatti 11-14 si apriranno. La stessa cosa accadrà premendo successivamente un qualsiasi altro interruttore. Ma i contatti 11-14 cambieranno posizione e la luce si accenderà.

Il vantaggio dello schema presentato rispetto agli interruttori deviatori e invertitori è evidente. Tuttavia, in caso di cortocircuito, il rilevamento del guasto causerà alcune difficoltà, a differenza della variante successiva.

Tale schema consente di risparmiare sui cavi, poiché la sezione dei cavi di comando può essere ridotta a 0,5 mm². Tuttavia, sarà necessario acquistare un secondo dispositivo di protezione.

Questa è una variante di collegamento meno comune. È uguale alla precedente, ma i circuiti di comando e di illuminazione hanno i propri interruttori automatici di protezione rispettivamente da 6 e 10 A. Ciò facilita l'individuazione dei guasti.

Se si rende necessario controllare più gruppi di illuminazione con relè separati, lo schema viene leggermente modificato.

Questo metodo di collegamento è comodo da utilizzare per accendere e spegnere l'illuminazione a gruppi interi. Ad esempio, per spegnere immediatamente un lampadario a più livelli o l'illuminazione di tutti i posti di lavoro in un'officina.

Un'altra variante di utilizzo dei relè impulsivi è il sistema con controllo centralizzato.

Lo schema è comodo perché è possibile spegnere tutta l'illuminazione con un solo pulsante quando si esce di casa. E al ritorno, accenderla allo stesso modo.

In questo schema vengono aggiunti due pulsanti per la chiusura e l'apertura del circuito. Il primo pulsante può solo accendere il gruppo di illuminazione. In questo caso, la fase dal pulsante 'ON' arriverà ai morsetti Y1 di ogni relè e i contatti 11-14 si chiuderanno.

Il pulsante di apertura funziona in modo analogo al primo pulsante. Ma la commutazione avviene sui morsetti Y2 di ogni commutatore e i suoi contatti assumono la posizione di apertura del circuito.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video illustra il funzionamento, l'utilizzo e la storia della creazione di questo tipo di dispositivi:

Il seguente servizio descrive in dettaglio il principio di funzionamento dei relè a stato solido o elettronici:

L'utilizzo dei relè impulsivi trova un'applicazione sempre più ampia nei moderni sistemi di elettrificazione. L'aumento delle esigenze di funzionalità e flessibilità del controllo dell'illuminazione, di risparmio dei materiali e di sicurezza crea un impulso continuo al perfezionamento dei contattori.

Essi si riducono in dimensioni, si semplificano a livello strutturale, aumentando l'affidabilità. Inoltre, l'impiego di tecnologie fondamentalmente nuove nel principio di funzionamento permette di utilizzarli in condizioni difficili come ambienti polverosi, vibrazioni, campi magnetici e umidità.

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