YIJIA Industrial Electrical Co., Ltd. examina por que oRelé Eletromagnéticopermanece comum em sistemas de controle industrial, apesar do crescimento das tecnologias de estado sólido e de comutação digital.
Os sistemas de controle industrial mudaram significativamente com PLCs, sensores, drives de frequência variável, monitoramento remoto e controladores em rede. No entanto, muitos gabinetes de controle ainda contêm relés eletromecânicos convencionais. A sua utilização continuada não é simplesmente uma questão de design de equipamentos mais antigos. Em muitas aplicações, a estrutura básica do relé ainda fornece uma combinação prática de isolamento elétrico, comutação direta e controle de circuito flexível.
A função básica de um relé não mudou: um sinal de controle relativamente pequeno opera contatos em outro circuito. Esta separação é útil quando o controlador e a carga controlada possuem características elétricas diferentes.
Por exemplo, uma saída PLC pode não ser destinada a comutar diretamente um contator de motor, solenóide, circuito de alarme ou outra carga. Um relé pode ficar entre o controlador e a carga, fornecendo uma interface de comutação adicional.
Três características são particularmente relevantes:
Estas características tornam os relés úteis mesmo quando o sistema de controle circundante é altamente automatizado.
Equipamentos de automação modernos geralmente combinam circuitos de controle eletrônico de baixa tensão com cargas de alta tensão. Esses circuitos precisam interagir sem necessariamente estarem diretamente conectados.
Um relé eletromagnético usa uma bobina e um mecanismo de contato para criar essa separação. Quando a bobina é energizada, seu campo magnético move uma armadura, alterando o estado dos contatos.
O circuito de controle, portanto, opera o relé sem transportar diretamente a corrente de carga através da saída do controlador.
| Requisito de controle | Função de relé |
|---|---|
| Circuitos separados de controle e carga | Usa isolamento bobina-contato |
| Mudar um nível de tensão diferente | Os contatos operam independentemente da tensão da bobina |
| Controle vários caminhos de circuito | Diferentes configurações de contato estão disponíveis |
| Fornece um estado de comutação física | Os contatos correspondem visivelmente a um estado elétrico |
Este arranjo continua útil em gabinetes de controle onde diferentes níveis de tensão e funções de circuito são combinados.
A comutação de estado sólido tem vantagens em aplicações que exigem operação extremamente rápida ou frequência de comutação muito alta. Contudo, os contactos físicos continuam úteis para muitas cargas industriais convencionais.
Um contato mecânico fornece um estado aberto ou fechado claramente definido. Também pode ser selecionado de acordo com a carga elétrica necessária e a configuração do circuito.
Acordos de contato comuns incluem:
Esta flexibilidade permite que um relé execute diferentes tarefas de controle sem alterar o princípio operacional básico.
Para os projetistas de equipamentos, a escolha é, portanto, menos sobre se a comutação mecânica ou eletrônica é universalmente melhor e mais sobre qual tecnologia se adapta ao circuito.
As máquinas industriais raramente requerem apenas um tipo de ação de comutação. Um sinal de controle pode precisar iniciar um circuito enquanto desconecta outro ou fornecer um sinal de status para uma entrada de controle separada.
Um relé com contatos reversíveis pode realizar este tipo de comutação através de um movimento mecânico.
Por exemplo:
| Exigência | Possível acordo de contato |
|---|---|
| Ligue um circuito quando energizado | Normalmente aberto |
| Interromper um circuito quando energizado | Normalmente fechado |
| Transferência entre dois circuitos | Mudança |
| Forneça caminhos de controle separados | Vários conjuntos de contatos |
Esta é uma das razões pelas quais os relés convencionais continuam a aparecer em painéis de controle de máquinas e gabinetes elétricos.
Uma limitação importante dos relés mecânicos é que seus contatos e peças móveis sofrem desgaste físico. Cada ciclo de comutação envolve movimento da armadura e das superfícies de contato.
Para aplicações com frequência de comutação relativamente moderada, isto pode não criar uma limitação significativa. Para equipamentos que comutam de forma extremamente rápida ou contínua, os projetistas podem considerar alternativas de estado sólido.
O perfil operacional, portanto, é importante.
Um relé pode ser apropriado quando um sistema requer:
A vida útil real depende de fatores como tipo de carga, corrente de comutação, tensão, frequência operacional, material de contato e condições ambientais.
Quando os contatos abrem ou fecham sob carga, as condições elétricas na superfície de contato podem produzir calor, formação de arco e transferência de material. A comutação repetida afeta gradualmente as superfícies de contato.
Por esta razão, o material de contato é uma parte importante do projeto do relé.
Materiais de contato à base de prata são comumente usados em comutação elétrica devido à sua condutividade elétrica e adequação para aplicações de contato. O material apropriado, entretanto, depende da carga elétrica e das condições operacionais, e não apenas do nome do material.
O desempenho do contato é influenciado por vários fatores:
| Fator | Efeito |
|---|---|
| Nível atual | Influencia o aquecimento de contato |
| Tensão | Afeta o arco durante a separação |
| Tipo de carga | Cargas indutivas podem criar maior estresse de comutação |
| Frequência de comutação | Determina com que frequência os contatos sofrem desgaste |
| Material de contato | Influencia a condutividade e o comportamento de desgaste |
Isto é particularmente relevante em equipamentos industriais que operam repetidamente durante longos períodos.
Outra razão para seu uso contínuo é a integração direta. Os sistemas de controle industrial geralmente contêm arquiteturas de fiação estabelecidas usando blocos de terminais, contatores, disjuntores, CLPs, temporizadores e relés.
Um relé pode ser instalado como um elemento de comutação intermediário sem exigir grandes alterações no conceito geral de controle.
Isso é útil quando:
O princípio operacional familiar também torna a solução de problemas relativamente direta. Os técnicos podem inspecionar o circuito da bobina, o estado do contato, a fiação e a carga conectada separadamente.
O uso contínuo de relés mecânicos é particularmente visível em equipamentos onde a simples comutação elétrica é mais importante do que a operação em velocidade extremamente alta.
Os relés podem fazer interface entre as saídas do controlador e motores, válvulas, indicadores, alarmes e outras cargas elétricas.
Eles podem fornecer um estágio de comutação intermediário entre controladores eletrônicos e dispositivos de campo.
Os relés podem gerenciar circuitos auxiliares e fornecer separação elétrica entre diferentes partes de um sistema de controle.
As máquinas existentes podem usar arquiteturas de controle baseadas em relés que permanecem práticas de manter, em vez de serem completamente reprojetadas.
A crescente disponibilidade de relés de estado sólido não eliminou os relés mecânicos. Em vez disso, as duas tecnologias são frequentemente selecionadas de acordo com diferentes requisitos operacionais.
| Consideração | Relé Eletromagnético | Relé de estado sólido |
|---|---|---|
| Mecanismo de comutação | Contatos mecânicos | Dispositivos semicondutores |
| Desgaste por contato físico | Sim | Sem desgaste de contato mecânico |
| Isolamento elétrico | Disponível através da estrutura de retransmissão | Disponível através de design de isolamento eletrônico |
| Velocidade de comutação | Geralmente moderado | Geralmente mais rápido |
| Comportamento térmico | Depende principalmente dos contatos e da carga | A dissipação de calor do semicondutor pode ser importante |
| Melhor ajuste | Comutação industrial convencional | Comutação eletrônica rápida ou de alta frequência |
Nenhum dos tipos é automaticamente adequado para todas as aplicações. As características de carga, a frequência de comutação, os requisitos de isolamento, as condições de instalação e a vida útil esperada devem ser considerados em conjunto.
A automação industrial nem sempre requer a mais recente tecnologia de comutação. Os equipamentos geralmente precisam de componentes fáceis de integrar, entender, testar e substituir.
O Relé Eletromagnético continua atendendo a esses requisitos em muitas aplicações de controle porque seu princípio de operação é simples: energizar uma bobina, mover um sistema de contato mecânico e alterar o estado do circuito.
Essa simplicidade também facilita a identificação de suas limitações. Desgaste de contato, arco, frequência de comutação, potência da bobina e características de carga podem ser avaliados durante o projeto do circuito.
À medida que os sistemas de controle industrial continuam a incorporar CLPs, comunicação digital e controladores eletrônicos, os relés mecânicos continuam úteis onde a comutação de contato físico e o isolamento do circuito são necessários. produz componentes de controle industrial, incluindo relés, contatores CA, interruptores de botão, lâmpadas de sinalização e produtos relacionados. A presença contínua do relé eletromagnético em gabinetes de controle modernos reflete uma escolha prática de engenharia: quando a aplicação exige comutação mecânica isolada e configurável, um relé convencional ainda pode executar a tarefa necessária sem complexidade desnecessária.
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