Introducción a los relés


En capitulos anteriores vimos como podiamos utilizar las salidas digitales de las placas Arduino para encender, por ejemplo, un LED. Esto nos permite realizar una enorme cantidad de proyectos, pero hay muchos casos en los que la corriente que entrega uno de estos pines es insuficiente para controlar dispositivos como lámparas, motores, etcétera. En esos casos, podemos utilizar un relé..


Comencemos.


¿Qué es un relé?


Un relé es un dispositivo electromecánico que nos permite la conmutación de una línea eléctrica de media o alta potencia a través de un circuito electrónico de baja potencia. La principal ventaja y el motivo por el que se usa bastante en electrónica es que la línea eléctrica está completamente aislada de la parte electrónica que controla el relé. Es decir, podemos construir un circuito electrónico (un temporizador, una fotocélula, etc.) y, a través de un relé, controlar cualquier tipo de aparato conectado a la red eléctrica.



Relé típico con descripción de sus partes.


Sólo hablaremos de los relés usados normalmente en electrónica, es decir, relés simples en los cuales la bobina de activación trabaja con una tensión continua mientras que a través de los contactos podemos hacer pasar lo que queramos (tensión continua o alterna).


Básicamente, un relé está compuesto por una bobina, una armadura metálica y un grupo de contactos que pueden ser conmutados a través de un campo magnético generado por la bobina.


En la figura siguiente podemos observar el diseño interno de un relé. Cuando el pulsador hace contacto, pasa corriente eléctrica por la bobina y por lo tanto se crea un campo magnético. Este campo magnético atrae la armadura que, acercándose al núcleo de la bobina, mueve los contactos del relé efectuando la conmutación:



Funcionamiento del relé.


Características de los relés


Las características principales que diferencian los relés para tensión continua son:



Estos parámetros determinan generalmente el tamaño del relé. Mayor es la cantidad de contactos y la potencia que estos pueden conmutar, mayor será el tamaño de relé. Existe una amplia variedad de relés, algunos pequeños como circuitos integrados y otros grandes como un ladrillo.


Cuanto más grande y potente es el relé, más corriente será necesaria para activarlo y este es un factor muy importante cuando proyectamos el circuito electrónico que lo comanda.


Clasificación de los relés en base a los contactos: La cantidad y el tipo de contactos que un relé dispone se especifican con siglas en inglés que explicaremos a continuación:




Clasificación de los relés en base al tipo de contactos.


Como se ve en la figura anterior, la letra inicial de la sigla puede ser reemplazada por un número que indica la cantidad de conmutadores. Por lo tanto, 4PDT sería un relé con 4 conmutadores de dos vías cada uno.


En la figura siguiente podemos ver el diseño de un relé con dos conmutadores (DPDT) visto desde abajo. Este tipo de relé es muy utilizado porque es muy versátil.



Ejemplo de contactos de un relé DPDT.


No obstante este tipo de relés tenga dos conmutadores, en la mayor parte de los casos, se utiliza solo uno de ellos. El segundo conmutador podemos aprovecharlo conectándolo en paralelo con el primero como se ve en la figura siguiente. De esta manera obtenemos dos ventajas: la primera es que mejoramos la calidad de los contactos, especialmente con relés ya muy usados. La otra ventaja es que podemos controlar corrientes más elevadas respecto a un solo conmutador conectado. Por ejemplo, un relé con corriente máxima de 2 Amp. por contacto, conectando dos conmutadores en paralelo podemos llegar a 4 Amperes.



Relé DPDT con contactos en paralelo.


Conectando un relé


El modo más simple para controlar un relé es a través de un pulsador o un interruptor alimentado con baja tensión continua como se ve en la figura siguiente. En el ejemplo, el relé tiene una bobina para 12VDC que es el tipo más usado como interfaz para circuitos electrónicos de control. Como pueden ver, los cables que van al pulsador son de baja tensión y baja corriente, pudiendo por lo tanto, usarse pulsadores, interruptores y cables de conexión de baja tensión y sin peligro de electrocución.



Conexión de una lámpara a un relé.


En la figura siguiente podemos ver cómo el pasaje de corriente por la bobina de 12V crea un campo magnético que mueve la armadura y conmuta los contactos principales. Como pueden notar, la lámpara y los contactos del relé se encuentran conectados a la tensión de la red eléctrica pero esta parte está aislada respecto a los 12V de la bobina y del pulsador.



Encendido de una lámpara.


Como vimos en la sección relacionada con los contactos, en los conmutadores tenemos un tercer contacto conocido como NC, es decir "normalmente cerrado" (NC: "normally closed" en inglés) que nos permite de trabajar al contrario, es decir, cuando el relé se activa la lámpara se apaga. En la figura podemos ver un relé que en condiciones de reposo (no activado) mantiene encendida una lámpara gracias al contacto NC. El mismo circuito con el relé activado apaga la lámpara mientras que la otra se enciende.



Encendido de lámparas alternadas.


No obstante los diseños usando dibujos realistas de los componentes eléctronicos sean más claros y fáciles de entender, en electrónica se trabaja con circuitos compuestos por símbolos gráficos . Lamentablemente no existe un estándar universal adoptado por todo el mundo, no obstante varios intentos de uniformar los símbolos por parte de organizaciones internacionales a lo largo del tiempo. Por suerte, las diferencias no son muy significativas y sin necesidad de mucho entrenamiento, se aprende a reconocer los componentes electrónicos sin problemas. En la figura vemos el sistema de relé y pulsador con los símbolos que generalmente se emplean.



Símbolo de un relé.


Cuando interrumpimos la corriente que pasa por la bobina, el campo magnético presente en el relé induce en los terminales de la misma bobina, por un breve momento, una tensión muy elevada de polaridad opuesta. Este pico de tensión se conoce con el término "extra tensión de apertura" o "extra corriente de apertura". La explicación detallada del fenómeno va más allá de los objetivos de este texto (pero podemos estudiarlo en materias como Electrotecnia), pero lo importante es saber que existe y que a la larga, daña los contactos del pulsador.


Para evitar el envejecimiento prematuro de los contactos, la solución más simple es la de conectar en paralelo con la bobina un diodo rectificador inversamente polarizado en modo tal que durante el funcionamiento del relé, el diodo no trabaja mientras que, cuando desconectamos el interruptor o el pulsador, el diodo absorbe dicha energía residual de polaridad opuesta. El uso de un diodo con el circuito del pulsador mostrado es muy aconsejable mientras que es fundamental si controlamos nuestro relé con un transistor porque este sobreimpulso puede dañar el transistor (veremos este tema en otro apunte). Generalmente, se utilizan diodos comunes como por ejemplo el 1N4007.



Conexión de un diodo en paralelo con la bobina para eliminar la "extra corriente de apertura".


Para terminar, podemos agregar un led que nos indique cuando el relé está accionado como se ve en la figura. La resistencia en serie, en el caso de 12V puede ser de 1,8K. Para otras tensiones hay que calcularla como se explica en el apunte sobre resistores limitadores de corriente.



Conexión del diodo supresor y de un
led indicador en paralelo con la bobina.


En este capítulo hemos aprendido qué son, cómo funcionan y para qué sirven los relés. En capitulos siguientes veremos como utilizarlos en nuestros proyectos con Arduino.


Con esto finaliza este capítulo. ¡Nos vemos en el siguiente!





Este apunte ha sido elaborado, en parte, con contenidos del sitio https://www.inventable.eu/