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domingo, 27 de septiembre de 2015

Tutorial Electrónica Básica. 16. Los RELÉS


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ÍNDICE

1. ¿Qué es y para qué sirve un relé?
2. Los dos estados de un relé: Reposo y excitado
3. El relé: Vocación digital
4. Así es por dentro un relé y así funciona
5. Parámetros de un relé
6. El enclavamiento o enganche
7. Otros tipos de relés
8. Símbolos utilizados para los relés en los esquemas
9. Usos y aplicaciones de los relés
10. Ejemplo de utilización: Apertura y cierre de una puerta
11. Cómo comprobar si un relé está bien
12. El vídeo
13. Otros vídeos que pueden interesarte
14. Toda mi colección de vídeos de Youtube





1. ¿Qué es y para qué sirve un relé?

Un relé es un interruptor o conmutador accionado automáticamente, y esto posibilita que sea accionado sin nuestra intervención manual. Hay varios tipos de relés (los veremos más adelante) pero haré especial incidencia en el tipo de uso general: El relé de armaduras.

Los relés se utilizan en circuitos eléctricos y electrónicos y constan de dos partes: 


Fig 1. Partes de un relé de armaduras
- Una parte de entrada o control, basada en una bobina que forma un electroimán y por la cual se hace pasar una pequeña corriente eléctrica. Esto activará el relé haciéndolo cambiar de estado; 

- y otra parte de salida o de potencia, accionada por la parte de control descrita anteriormente, basada en varios contactos por los que puede pasar una corriente eléctrica mucho más potente que por la parte de control.


Esto quiere decir que, mediante pequeñas corrientes eléctricas (entrada), podemos administrar corrientes de gran potencia (salida), lo que viene a ser algo parecido al concepto de "amplificador" que ya hemos visto en transistores, mosfet, tiristores...



2. Los dos estados de un relé: Reposo y excitado



Fig 2. Relé en reposo

Un relé es un dispositivo de todo o nada. Conectado/no conectado, tal y como corresponde a un interruptor.

Cuando no se comunica corriente a la bobina, el relé está en reposo y una pareja de contactos están unidos (c1 y m en la fig.2), el otro contacto está separado (c2).

Cuando se pone corriente a la bobina, la armadura es atraída y el contacto m se desplaza a la derecha: Los contactos c1-m que estaban unidos se separan, y los que estaban separados (m-c2) se unen. El relé permanece excitado hasta que se retira la corriente de excitación de la bobina (o ésta cae por debajo de cierto valor).



3. El relé: Vocación digital

El uso que se le da a un relé en la actualidad no es para electrónica digital sino más bien para electrónica de potencia, maniobras con motores y servos, fuentes e inversores, y electrónica industrial.

Pero me gustaría mencionar el carácter digital del relé, pues sus dos estados posibles (reposo o excitado) se ajustan muy bien al principio de funcionamiento digital. El reposo se puede asignar al estado digital "cero", "false", "off". Mientras que el estado excitado se asignaría a  "uno", "true" o "on".

Tanto es así, que existieron ordenadores basados en relés (miles de ellos agrupados), cuando aún ni siquiera había válvulas de vacío que fueron las antecesoras del transistor en el que hoy día están basados los ordenadores.

Nos podemos imaginar cómo serían esos ordenadores a relés:
- Capacidad  muy reducida, tanto de velocidad de proceso como de memoria
- Sumamente ruidosos (miles de relés conmutando sin cesar).
- Gran consumo y generación de calor, así como muy voluminosos.
- Averías frecuentes
- Se tenían que programar en código máquina

Sin embargo, la otra opción para un cálculo complejo era hacerlo a mano: No había otra cosa. Uno de estos primitivos ordenadores a relés era capaz de hacer en una tarde lo que un equipo de matemáticos y físicos harían a mano en un mes.

Incluso hay quienes guiados por el romanticismo más que por un sentido práctico, a día de hoy se han construido un ordenador o un dispositivo digital basado en relés. No os perdáis este vídeo:

Ordenador a  relés



4. Así es por dentro un relé y así funciona


Fig 3. Funcionamiento de un relé

El circuito de entrada lo forma la bobina "B" en cuyo interior hay un núcleo, esto es: Un electroimán. El circuito de salida consiste en los contactos c1 y c2 que son fijos, y  uno central m que es móvil. Cuando el relé está en reposo, el contacto m toca a c1, y c2 está "al aire". Sólo a través de m-c1 puede fluir corriente.

Si aplicamos una tensión a la bobina "B", el núcleo de su interior se magnetiza, y la armadura "A" resulta atraída hacia el núcleo. Como la armadura es móvil (pivotante), se desplaza, y al hacerlo, empuja al contacto m contra el contacto c2 al tiempo que pierde el contacto que tenía con c1.

Algunas observaciones:

- La corriente aplicada a la bobina es de pequeña magnitud, según el tipo de relé, pero normalmente bastan unos pocos voltios (a partir de 6V) con intensidades de miliamperios para producir el accionamiento del relé.

- En cambio, la corriente que puede circular por los contactos c1 y c2 puede ser muy superior, incluso en un relé de pequeñas prestaciones se pueden manejar tensiones de centenares de voltios con intensidades del orden de varios amperios. La potencia manejada en estos contactos puede ser cientos o miles de veces mayor que la potencia manejada en la bobina.

- Los contactos del relé permanecen unidos mientras se esté aplicando tensión a la bobina. Cuando la bobina deja de recibir tensión, la armadura vuelve a su posición original y los contactos se separan, interrumpiéndose la corriente. El relé vuelve a quedar en reposo.

- Si se hace pasar por los contactos una corriente superior a la que el relé soporta, éstos pueden quedar unidos permanentemente por fusión debido al sobrecalentamiento. El relé queda inutilizado.

- Incluso con corrientes dentro de un valor aceptable, si a un relé se le hace conectar/desconectar con mucha frecuencia, las microchispas que se producen en los contactos en el momento de la conexión y la desconexión pueden acabar por destruir el material de dichos contactos, especialmente si hay cargas inductivas (bobinas). Un relé no está diseñado para trabajar continuamente como si fuese un oscilador, excepto breves lapsos de tiempo.



Fig 4. Contactos de un relé en metales preciosos

- La vida útil de un relé común es de aproximadamente unas 100.000 conexiones/desconexiones.

- Los contactos suelen tener un recubrimiento de metales preciosos para evitar el deterioro prematuro, figura 4.





- Un relé no es un dispositivo electrónico sino electromecánico, esto supone una limitación en cuanto al tiempo de respuesta ya que está basado en piezas móviles, lo que supone una inevitable inercia mecánica a vencer. Un relé no puede conectarse/desconectarse miles o millones de veces por segundo como lo haría un transistor o un tiristor, aunque también es verdad que un relé no ha sido fabricado para eso. De forma intuitiva se ve que un relé no puede conectar/desconectar más allá de unas pocas veces por segundo.



5. Parámetros de un relé

Sigo hablando del relé clásico, de armaduras, porque en otros tipos como por ejemplo el relé reed, algunos parámetros no son aplicables

- Tensión de excitación de la bobina: Tensión necesaria para producir el cambio de estado del relé, de reposo a excitado. Suele ser de unos pocos voltios. Los hay para 6, 9, 12, 24 voltios... La corriente que circula es de unos pocos mA.

- Tensión máxima para los contactos: La tensión máxima que soportan los contactos, un valor típico es de 240v para corriente alterna. Si van a trabajar con corriente continua el valor es bastante inferior, del orden de pocas decenas de voltios.

- Intensidad máxima para los contactos: Por regla general, el tamaño del relé está en consonancia con este parámetro. Un valor común son 5-10A, lo que a 240v representa una potencia de 1200w a 2400w. Hay relés muy reducidos en tamaño que aguantan mucho menos, y también los hay voluminosos que aguantan más. A un relé para potencias muy elevadas se le conoce como contactor.

- Número de contactos. Al decir "contactos" me refiero a cuantos juegos de 3 terminales tiene el relé. El más básico es de 1 contacto (3 terminales). Los hay de dos contactos (6 terminales) y también de 4 contactos (12 terminales). Con unos pocos relés de 4 contactos se pueden hacer circuitos de maniobra bastante complejos.


Fig 5. De izquierda a derecha: Relés de 1, 2 y 4 contactos





6. El enclavamiento o enganche


Hay veces en que se desea que un relé siga activado aunque cese la causa que lo activó. Algo parecido a lo que ocurre con un tiristor: Si ponemos un impulso en su puerta, el tiristor se activa y sigue activado aunque retiremos la tensión de puerta, y así seguirá hasta que se interrumpe la corriente que lo atraviesa.

Implementar este comportamiento en un  relé se llama enclavamiento. Esto se hace con un sencillo montaje, el de la siguiente figura:


Fig 6. Esquema de enclavamiento o enganche para un relé



Se trata de algo tan sencillo como poner uno de los contactos del relé en paralelo con el pulsador o dispositivo que acciona al relé. Una vez activado el relé, aunque el pulsador P1 vuelva a OFF, la bobina sigue recibiendo corriente a través del contacto C1 del propio relé. El relé permanecerá excitado hasta que se interrumpa la corriente de la bobina, pulsando P2 por ejemplo.


Para poder hacer enclavamiento necesitamos un contacto extra en el relé además de los que vayamos a usar para el circuito.


 
7. Otros Tipos de relés

Entre los más utilizados están:


Fig 7. Relé REED tipo interruptor y tipo conmutador
- Rele REED. Es distinto del relé de armaduras. Consiste en una ampolla de vidrio en cuyo interior hay dos contactos flexibles que están separados. Es de tamaño muy reducido y no se activa por medios eléctricos ni una bobina, sino al aproximarle un imán (se juntan los contactos), por lo que se usa como sensor. Obviamente, al alejar el imán los contactos vuelven a separarse.

En la figura 7, a la izquierda, dos ejemplares de relé reed.

Fig 8. Relé de estado sólido


- Relé de ESTADO SÓLIDO. Realmente es un circuito que simula el comportamiento de un  relé. Sus ventajas son: No hay piezas móviles, no se produce chispa y por tanto no hay desgaste ni corrosión (no existen contactos). Al estar basado en semiconductores pueden conmutar con gran velocidad. Y es silencioso.










8. Símbolos utilizados para los relés en los esquemas

Hay muchas variantes, pero el símbolo más frecuente es:


Fig 9. Símbolos de relé



9. Usos y aplicaciones de los relés

En la actualidad los relés se siguen usando en muchas aplicaciones:

- Fuentes de alimentación
- Fotocopiadoras
- Inversores
- Alarmas
- Telemandos para apertura de puertas de garaje (en el receptor)
- Automatismos
- Electrónica industrial
- Circuitos eléctricos en vehículos
- Electrodomésticos: Lavadoras, microondas...

La función que se les asigna es siempre la misma: Mediante una corriente pequeña, de control, el relé acciona "algo" de un consumo elevado.



10. Ejemplo de utilización: Apertura y cierre de una puerta

Un ejemplo clásico es gestionar de forma automática la apertura y cierre de una puerta. Se usará un pulsador para abrir y otro para cerrar. Hay que tener en cuenta que deberá invertirse el sentido de giro del motor según se cierre o abra la puerta. También está el detalle de que el motor debe pararse cuando la puerta llega al final de su recorrido tanto para abrir como para cerrar. Y por supuesto, usaremos enclavamiento, pues bastará con dar una breve pulsación a cada botón para abrir/cerrar la puerta, ¡¡No vamos a estar con el dedo pegado en el botón!!


Fig 10. Interruptores final de carrera (FC)

Todo este automatismo se puede hacer con relés y un tipo de interruptor o conmutador llamado "final de carrera" que se sitúa precisamente en el punto de máximo recorrido del objeto que se mueve (en este caso una puerta) y así el motor "sabe" cuándo tiene que parar.








El circuito es el siguiente:


Fig 11. Circuito para apertura y cierre de puerta usando relés.




11. Cómo comprobar un relé

En esta ocasión lo tenemos fácil. Sólo hay que hacer dos mediciones:

Medición 1) Comprobar la parte de excitación (bobina del electroimán): Aplicamos la tensión oportuna a los terminales de la bobina. Si el ambiente no es ruidoso se oirá claramente como el relé conmuta. Si el estuche del relé es transparente, también veremos la conmutación. La tensión de excitación suele venir impresa en el propio relé. Si por alguna causa no viene dicha indicación de tensión, podemos intentar deducirla por el circuito, y si no, probaremos primero con 6v, después con 12 y finalmente con 24v. Esto por supuesto con el relé fuera del circuito para no dañar dicho circuito al introducir tensión al relé.

Si no se oye/no se ve ninguna reacción, el circuito de la bobina estará interrumpido. Es decir, el relé está mal.

También podemos comprobar con el polímetro. En la escala de resistencia, seleccionamos un valor mas bien bajo (si es que el polímetro no es auto rango) y aplicamos las puntas de prueba a los terminales de la bobina. Debemos obtener un valor de decenas de ohmios. Si el valor es infinito es que la bobina está cortada (mal).


La bobina da un valor de resistencia de 711 ohmios. Es un valor razonable. La bobina en principio está bien.


Medición 2) Comprobar los contactos: Para cada uno de los contactos (tres terminales cada contacto):  Determinar que terminal es el móvil o central. Poniendo el polímetro en "ohmios", o mejor aún, en continuidad. Una punta en el terminal central,otra punta en cualquiera de los otros dos contactos: En un terminal debe dar resistencia cero, y en el otro terminal resistencia infinito. Si ahora excitamos el relé, las lecturas deben invertirse.



Izquierda: Contacto central y contacto izquierdo: Cero ohmios.
Por lo tanto, el contacto central y el derecho debe dar infinito (el polímetro marca un "1" a la  izquierda del visor)
También puede ser al revés: Contacto central-izquierdo da infinito, contacto central-derecho da cero ohms.
Lo importante es que uno conduce, el otro no.

Se puede dar el caso de que el relé responda a la excitación y sin embargo los contactos no conducen: Puede que la superficie de los contactos esté deteriorada y no se establezca contacto eléctrico a pesar de que "se tocan".



12. El vídeo







13. Otros vídeos que pueden interesarte



Hay componentes electrónicos que hacen la función de relé, y lo hacen con mejores prestaciones, como son los tiristores o SCR (para corriente continua) y los triacs (para corriente alterna). Pueden conmutar cientos de miles de veces por segundo, y los hay para pequeñas potencias o para potencias muy altas. Al carecer de piezas móviles son silenciosos, y no se desgastan ya que no hay chispas por apertura/cierre de contactos.






El transistor es otro componente que también puede trabajar en modo conmutación como lo hace un relé con las mismas prestaciones que tiristores y triacs, y esto incluye a familias especiales de transistores como los mosphets y los IGBT. En este capítulo del tutorial de electrónica básica se trata a este componente.






Un ejemplo práctico de circuito que utiliza un relé es el interruptor crepuscular, que activa o desactiva un circuito según el nivel de luz reinante en un momento dado. Circuitos Útiles nº 13:





14. Toda mi colección de vídeos de Youtube

En Youtube, una "lista de reproducción" es una colección de vídeos, normalmente de una misma temática. A continuación tienes mis listas de reproducción:








Vídeos de INFORMATICA, YOUTUBE, LA RED...




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10 comentarios:

  1. Muy buen tutoriales gracias y éxitos, me preguntó si es posible poder reparar un relé por ejemplo de carro o coche ? De antemano gracias

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    1. Gracias!, Pues dependerá mucho del modelo de relé. Habrá ocasiones en que sea posible y ocasiones en que no será posible o no merecerá la pena, y luego está el hecho que algunos dispositivos están fabricados de forma que no puede accederse a su interior.

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  2. Que buen trabajo que haces.
    Sigo siempre tus explicaciones y experimentos.
    Muchas gracias !!!!!

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  3. un genio profesor! te sigo desde argentina. estoy empezando con la electronica de supervivencia, tus videos me estan ayudando un monton, gracias por tu aporte Jose!!!

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  4. un genio profesor! te sigo desde argentina. estoy empezando con la electronica de supervivencia, tus videos me estan ayudando un monton, gracias por tu aporte Jose!!!

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  5. Hola Jose, llevo algún tiempo desconectado por problemas personales. Llevo ya algún tiempo buscando como convertir un cable de 25 pines de un disco duro interno a un cable usb, pues tengo unos cuantos ddr del viejo ordenador llenos de información de interés para mi. Ya se que venden por ahí adaptadores, pero ya sabes que a los seguidores de tu pagina nos gusta complicar un poco las cosas. Si pudieras echarme una mano te lo agradecería un monto. Gracias un saludo.

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  6. Hola Jose, llevo algún tiempo desconectado por problemas personales. Llevo ya algún tiempo buscando como convertir un cable de 25 pines de un disco duro interno a un cable usb, pues tengo unos cuantos ddr del viejo ordenador llenos de información de interés para mi. Ya se que venden por ahí adaptadores, pero ya sabes que a los seguidores de tu pagina nos gusta complicar un poco las cosas. Si pudieras echarme una mano te lo agradecería un monto. Gracias un saludo.

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  7. Bueno hermano te toy siguiendo desde repubkica Dominicana, soy nuevo en eto pero tengo mucho interes en aprender, actualmente la vida esta reodeada de lo electrónico y son tantas cosas que es como si fuese una familia grande, una pregunta quiero aprender aser circuitos a control Remoto emisor y recestor tantos para carros a jugueto como drones me gustaria tener tu Repuesta... Gracias a mi Nombre es Angel

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  8. Bueno hermano te toy siguiendo desde repubkica Dominicana, soy nuevo en eto pero tengo mucho interes en aprender, actualmente la vida esta reodeada de lo electrónico y son tantas cosas que es como si fuese una familia grande, una pregunta quiero aprender aser circuitos a control Remoto emisor y recestor tantos para carros a jugueto como drones me gustaria tener tu Repuesta... Gracias a mi Nombre es Angel

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  9. Gracias por tus videos Jose!, son excelentes, muy amenos y tienes una didáctica increíble, los disfruto de principio a fin, gracias!!

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