Relè a impulsi per il controllo dell'illuminazione: come funziona, tipi, marcature e collegamenti

Per soddisfare le moderne esigenze di illuminazione di appartamenti, uffici e imprese, vengono utilizzati complessi sistemi di elettrificazione. Durante la loro progettazione, per risolvere i singoli problemi viene utilizzata una serie di attrezzature, che vengono costantemente migliorate.

Pertanto, un relè a impulsi per il controllo dell'illuminazione da diversi luoghi ha iniziato ad essere utilizzato relativamente di recente. Sta gradualmente sostituendo i circuiti standard con interruttori pass-through.

Dove può essere utilizzato un relè a impulsi?

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

In un appartamento potrebbe trattarsi di una camera da letto, dove l'interruttore è acceso all'ingresso e quello spento accanto al letto. Negli uffici ci sono lunghi corridoi, rampe di scale e ampie sale conferenze.

Utilizzare due interruttori per illuminare le scale è diventata una necessità. Dopo aver acceso la luce al piano terra, è logico spegnerla con il secondo interruttore al piano di sopra

Il compito del controllo a tre posizioni può essere gestito tramite pass-through e interruttori a croce. Questo schema è ancora ampiamente utilizzato. Ma presenta anche evidenti carenze.

Innanzitutto si tratta di un sistema piuttosto complesso da installare, in cui l'elettricità passa attraverso l'interruttore principale, la scatola di distribuzione, gli interruttori stessi e poi alle lampade di illuminazione.Durante l'installazione, si verificano spesso errori. Se sono necessarie più di tre postazioni di controllo, lo schema diventa più complicato.

Il diagramma mostra chiaramente la congestione dei cavi: dal primo interruttore - cinque, dal secondo - sei, dalla prima e dalla seconda retroilluminazione - tre cavi ciascuno

In secondo luogo, tutti i cavi hanno la stessa sezione trasversale, poiché utilizzano la stessa tensione, il che incide sui costi complessivi. Includono anche il prezzo degli interruttori pass-through, molte volte superiore al costo di quelli convenzionali.

Ma la necessità di utilizzare un relè a impulsi non è solo per ragioni di comodità. Viene utilizzato anche per la segnalazione e la protezione.

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

Dispositivo e principio di funzionamento

Nel senso generale del termine, un relè è un meccanismo elettrico che chiude o interrompe un circuito elettrico in base a determinati parametri elettrici o di altro tipo che lo influenzano.

Il suo design senza commutazione fu inventato nel 1831 da J. Henry. E due anni dopo iniziarono a utilizzare S. Morse per garantire il funzionamento del telegrafo.

Si possono distinguere due gruppi principali: elettromeccanici ed elettronici. Nel primo tipo di dispositivo, il lavoro viene eseguito da un meccanismo e nel secondo il circuito stampato con microcontrollore è responsabile di tutto. È conveniente considerare il suo funzionamento usando l'esempio di un relè elettromeccanico, che è un relè a impulsi.

Quando si sceglie una modalità operativa del relè, è necessario essere guidati dalla frequenza di accensione, dal tipo e dall'entità della corrente e dalla natura dei carichi da testare.

Strutturalmente può essere rappresentato come segue:

1. Bobina - Si tratta di un filo di rame avvolto su una base di materiale non magnetico. Può essere isolato con tessuto o rivestito con vernice che non lascia passare la corrente elettrica.
2. Nucleo, contenente ferro e attivato dal passaggio di corrente elettrica attraverso le spire della bobina.
3. Ancora mobile - questa è una piastra fissata all'armatura e influenza i contatti di chiusura.
4. Sistema di contatto – commutare direttamente lo stato del circuito.

Il funzionamento di un relè si basa sul fenomeno della forza elettromagnetica. Appare nel nucleo ferromagnetico della bobina quando la corrente lo attraversa. La bobina in questo caso è un dispositivo riavvolgitore.

Il nucleo al suo interno è collegato a un'armatura mobile, che attiva i contatti di potenza, effettuando la commutazione. Possono essere del tipo normalmente aperto/normalmente chiuso. Talvolta un blocco di contatti può contenere sia tipi di connessione aperti che chiusi.

Quando il circuito viene acceso, il meccanismo fissa questa posizione, che cambia quando si applica nuovamente l'impulso e viene nuovamente fissata fino alla modifica successiva

Alla bobina è possibile collegare un resistore aggiuntivo, che aumenta la precisione di funzionamento, nonché un diodo a semiconduttore, che limita la sovratensione sull'avvolgimento. Inoltre, il progetto può contenere un condensatore installato parallelamente ai contatti per ridurre le scintille.

Il funzionamento del dispositivo può essere rappresentato più chiaramente suddividendolo in più blocchi:

• eseguendo – si tratta di un gruppo di contatti che chiude/apre un circuito elettrico;
• intermedio – la bobina, il nucleo e l'armatura mobile attivano l'unità di esecuzione;
• manager – in questo relè converte un segnale elettrico in un campo magnetico.

Poiché per cambiare la posizione dei contatti è necessario un singolo impulso elettrico, possiamo concludere che questi dispositivi consumano tensione solo al momento della commutazione. Ciò consente un notevole risparmio energetico, a differenza degli interruttori pass-through convenzionali.

Il secondo tipo di relè a impulsi è di tipo elettronico. Il microcontrollore è responsabile del suo funzionamento. Il blocco intermedio qui è un interruttore a bobina o a semiconduttore. L'uso di elementi come i controllori logici programmabili nel circuito consente di integrare il relè, ad esempio, con un timer.

Questo tipo di dispositivo non ha elementi meccanici in movimento. Il lavoro viene svolto da un sensore che riconosce il segnale di controllo e un'elettronica a stato solido che commuta il circuito

Tipologie, etichettatura e benefici

I principali tipi di relè a impulsi sono elettromeccanici ed elettronici. Quelli elettromeccanici, a loro volta, sono classificati in base al loro principio di funzionamento.

Tipi di dispositivi a impulsi

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

Si dividono in:

• elettromagnetico;
• induzione;
• magnetoelettrico;
• elettrodinamico.

I dispositivi elettromagnetici nei sistemi di automazione vengono utilizzati più spesso di altri. Sono abbastanza affidabili grazie ad un semplice metodo di funzionamento basato sull'azione delle forze elettromagnetiche in un nucleo ferromagnetico, a condizione che ci sia corrente nella bobina.

Impatto sui contatti relè elettromagnetici è effettuato da un telaio, che viene attratto dal nucleo in una posizione, e ritornato nella seconda da una molla.

Ancora, cioèuna piastra con proprietà magnetiche è attratta da un elettromagnete, che è un filo di rame avvolto su una bobina con un giogo

Quelli ad induzione hanno un principio di funzionamento basato sul contatto di correnti alternate con flussi magnetici indotti con i flussi stessi. Questa interazione crea una coppia che muove un disco di rame situato tra due elettromagneti. Ruotando chiude e apre i contatti.

Il funzionamento dei dispositivi magnetoelettrici viene effettuato grazie all'interazione della corrente nel telaio rotante con il campo magnetico creato da un magnete permanente. La chiusura/apertura dei contatti è controllata dalla sua rotazione.

Questi relè sono molto sensibili rispetto al loro tipo. Tuttavia, non sono ampiamente utilizzati a causa del tempo di risposta di 0,1-0,2 s, considerato lungo.

I relè elettrodinamici funzionano grazie alla forza generata tra le bobine a corrente mobile e fissa. Il metodo di chiusura dei contatti è lo stesso di un dispositivo magnetoelettrico. L'unica differenza è che l'induzione nell'intervallo di lavoro viene creata elettromagneticamente.

I modelli elettronici sono quasi identici nel design a quelli elettromeccanici. Hanno gli stessi blocchi: esecuzione, intermedio e controllo. L'unica differenza è quest'ultima. La commutazione è controllata da un diodo a semiconduttore come parte di un microcontrollore su un circuito stampato.

Transistor e tiristori agiscono come semiconduttori in questo dispositivo. Sebbene possano resistere a condizioni difficili di polvere e vibrazioni, sono suscettibili 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 periodo di tempo specificato. Ciò è utile per risparmiare energia quando non è necessario utilizzare l'apparecchiatura. Se necessario, è possibile spegnere la luce premendo due volte il pulsante.

Vantaggi e svantaggi delle principali tipologie di relè

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

1. Costo relativamente basso grazie a componenti economici.
2. A causa della bassa caduta di tensione sui contatti commutati viene generata una piccola quantità di calore.
3. La presenza di un potente isolamento di 5 kV tra la bobina e il gruppo di contatti.
4. Non soggetto agli effetti dannosi degli impulsi di sovratensione, alle interferenze dei fulmini o ai processi di commutazione di potenti installazioni elettriche.
5. Controllo di linee con un carico fino a 0,4 kV con un volume ridotto del dispositivo.

Quando un circuito è chiuso con una corrente di 10 A in un relè di piccolo volume, sulla bobina vengono distribuiti meno di 0,5 W. Mentre sugli analoghi elettronici questa cifra può essere superiore a 15 W. Grazie a ciò, non vi è alcun problema di raffreddamento e danni all'atmosfera.

I loro svantaggi includono:

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

Un altro svantaggio è la presenza di continue usure meccaniche ed elettriche durante la commutazione. Questi includono l'ossidazione dei contatti e il loro danneggiamento dovuto a scariche di scintille, deformazione dei blocchi elastici.

In fase di installazione è bene considerare che la versione elettromeccanica dei contattori potrebbe non funzionare correttamente se posta in posizione orizzontale

A differenza dei relè elettromeccanici, i relè elettronici controllano l'unità intermedia tramite un microcontrollore.

I vantaggi e gli svantaggi dell'elettronica possono essere analizzati utilizzando l'esempio dei dispositivi dell'azienda F&F relativi al marchio ABB, che produce meccanica.

I vantaggi del primo tipo di interruttori includono:

• maggiore sicurezza;
• alta velocità di commutazione;
• disponibilità sul mercato;
• l'indicatore avvisa sulla modalità operativa;
• funzionalità avanzate;
• funzionamento silenzioso.

Inoltre, il vantaggio indiscutibile risiede nelle numerose opzioni di installazione: è possibile l'installazione non solo sulla guida DIN del pannello, ma anche in scatola delle prese.

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

• interruzione del lavoro per interruzioni di corrente;
• surriscaldamento durante la commutazione di correnti elevate;
• Sono possibili “difetti tecnici” senza una ragione apparente;
• spegnere il dispositivo durante un'interruzione di corrente a breve termine;
• elevata resistenza in posizione chiusa;
• alcuni relè funzionano solo con corrente continua;
• Il circuito a semiconduttore non consente immediatamente alla corrente di ritornare nella sua direzione normale.

Nonostante queste carenze, gli interruttori elettronici sono in continua evoluzione e, a causa delle maggiori potenzialità di funzionalità rispetto a quelli elettromeccanici, se ne prevede un utilizzo predominante.

Per evitare confusione, il produttore fornisce le caratteristiche del prodotto più dettagliate nei cataloghi dei negozi e nella scheda tecnica del dispositivo

Principali parametri caratterizzanti

A seconda dello scopo e del campo di applicazione, i relè possono essere classificati secondo diversi criteri:

• fattore di rendimento – il rapporto tra il valore della corrente di uscita dell'armatura e la corrente di ritrazione;
• corrente di uscita – il suo valore massimo nei morsetti della bobina all'uscita dell'ancora;
• corrente di ingresso – il suo indicatore di minimo nei morsetti della bobina quando l'armatura ritorna nella sua posizione originale;
• punto di riferimento – il livello del valore di risposta entro i limiti specificati impostati nel relè;
• valore di attuazione – il valore del segnale di ingresso al quale il dispositivo risponde automaticamente;
• valori nominalii – tensione, corrente e altre grandezze alla base del funzionamento del relè.

I dispositivi elettromagnetici possono anche essere divisi per il tempo di risposta. Il ritardo più lungo per un relè temporizzato è superiore a 1 secondo, con la possibilità di configurare questo parametro. Poi ci sono quelli lenti - 0,15 secondi, quelli normali - 0,05 secondi, quelli veloci - 0,05 secondi. E quelli senza inerzia più veloci sono inferiori a 0,001 secondi.

Decodifica dell'etichettatura dei prodotti

Il codice di marcatura del contattore è spesso reperibile nei cataloghi dei negozi e sul dispositivo stesso. Fornisce una descrizione completa delle caratteristiche del design, dello scopo e delle condizioni del loro utilizzo.

La composizione della designazione può essere vista sul relè intermedio elettromagnetico REP-26. Viene utilizzato in circuiti CA fino a 380 V e CC fino a 220 V.

Per comprendere la marcatura è necessario suddividere l'iscrizione in blocchi e utilizzare tabelle descrittive reperibili in testi di consultazione specializzati

La designazione del prodotto nel negozio potrebbe assomigliare a questa: REP 26-004A526042-40UHL4.

REP 26 – ХХХ Х Х ХХ ХХ Х – 40ХХХ4. Questo tipo di notazione può essere analizzato come segue:

• 26 – numero di serie;
• XXX – tipo di contatti e loro numero;
• X – classe di resistenza all'usura della commutazione;
• X – tipo di bobina di commutazione, tipo di ritorno del relè e tipo di corrente;
• XX – progettazione secondo il metodo di installazione e collegamento dei conduttori;
• ХХ – valore della corrente o della tensione della bobina;
• X – elementi strutturali aggiuntivi;
• 40 – livello di protezione secondo lo standard IP o GOST 14254;
• ХХХ4 – zona climatica di applicazione secondo GOST 15150.

La progettazione climatica può essere: UHL - per climi freddi e temperati o O - per progettazione climatica tropicale o generale.

Secondo speciali tabelle di designazione, il dispositivo in questione lo è relè intermedio elettromagnetico, con quattro contatti di commutazione, classe di resistenza di commutazione A, con corrente continua. Dispone di un supporto presa con lamelle per la saldatura di conduttori esterni, una bobina da 24 V e un manipolatore manuale.

Diversi tipi di schemi di collegamento

Esistono diverse opzioni di installazione, ognuna delle quali ha le proprie caratteristiche, vantaggi e svantaggi.

La designazione dei contatti relè RIO-1 ha il seguente significato:

• N – filo neutro;
• Y1 – abilita l'ingresso;
• Y2 – ingresso di spegnimento;
• Y – ingresso on/off;
• 11-14 – contatti di commutazione di tipo normalmente aperto.

Queste designazioni vengono utilizzate sulla maggior parte dei modelli di relè, ma prima di collegarsi al circuito è necessario familiarizzare con esse nella scheda tecnica del prodotto.

Il circuito di elettrificazione presentato viene utilizzato per controllare la luce da tre punti utilizzando un relè e tre interruttori a pulsante senza fissare la posizione

In questo circuito, i contatti del relè di potenza utilizzano una corrente di 16 A. Protezione dei circuiti di controllo e sistemi di illuminazione effettuata da un interruttore automatico da 10 A.Pertanto i fili hanno un diametro di almeno 1,5 mm².

Il collegamento degli interruttori a pulsante viene effettuato in parallelo. Il filo rosso è la fase, passa attraverso tutti e tre i pulsanti fino al contatto di potenza 11. Il filo arancione è la fase di commutazione, arriva all'ingresso Y. Poi lascia il morsetto 14 e va alle lampadine. Il filo neutro proveniente dal bus è collegato al morsetto N e alle lampade.

Se la luce era inizialmente accesa, quando si preme un interruttore qualsiasi la luce si spegne: si verificherà una commutazione a breve termine del filo di fase al terminale Y e i contatti 11-14 si apriranno. La stessa cosa accadrà la prossima volta che premerai qualsiasi altro interruttore. Ma i pin 11-14 cambieranno posizione e la luce si accenderà.

Il vantaggio del circuito di cui sopra rispetto agli interruttori pass-through e crossover è evidente. Tuttavia, in caso di cortocircuito, il rilevamento del danno causerà alcune difficoltà, a differenza dell'opzione successiva.

Questo schema farà risparmiare sui cavi, poiché la sezione trasversale dei cavi di controllo può essere ridotta a 0,5 mm². Dovrai però acquistare un secondo dispositivo di protezione

Questa è un'opzione di connessione meno comune. È uguale al precedente, ma i circuiti di controllo e di illuminazione hanno i propri interruttori automatici rispettivamente da 6 e 10 A. Ciò facilita l'identificazione dei guasti.

Se è necessario controllare più gruppi di illuminazione con un relè separato, il circuito viene leggermente modificato.

Questo metodo di connessione è comodo da utilizzare per accendere e spegnere le luci di interi gruppi. Ad esempio, spegni immediatamente un lampadario a più livelli o l'illuminazione di tutti i luoghi di lavoro dell'officina

Un'altra opzione per l'utilizzo dei relè a impulsi è un sistema controllato centralmente.

Lo schema è comodo perché puoi spegnere tutta l'illuminazione con un pulsante quando esci di casa. E quando torni, accendilo allo stesso modo

A questo circuito vengono aggiunti due interruttori per aprire e interrompere il circuito. Il primo pulsante può accendere solo il gruppo di luci. In questo caso, la fase dall'interruttore “ON” arriverà ai terminali Y1 di ciascun relè e i contatti 11-14 si chiuderanno.

L'interruttore di viaggio funziona in modo simile al primo interruttore. Ma la commutazione viene effettuata sui terminali Y2 di ciascun interruttore ed i suoi contatti occupano la posizione di interruzione.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Il materiale video racconta il dispositivo, il funzionamento, l'applicazione e la storia della creazione di questo tipo di dispositivo:

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

L'uso di relè a impulsi è sempre più utilizzato nei moderni sistemi di elettrificazione. Le crescenti richieste di funzionalità e flessibilità nel controllo dell'illuminazione, di risparmio di materiali e di sicurezza creano un impulso continuo per il miglioramento dei contattori.

Sono ridotti nelle dimensioni, semplificati nel design, aumentando l'affidabilità. E l'uso di tecnologie fondamentalmente nuove al centro del lavoro consente loro di essere utilizzati in condizioni difficili di industrie polverose, vibrazioni, campi magnetici e umidità.

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