Relé

Relé coaxial

Quando um transmissor e um receptor de rádio compartilham a mesma antena, costuma-se usar um relé coaxial como relé TR, de transmissão e recepção, para comutar a antena entre o receptor e o transmissor. Isso protege o receptor da alta potência do transmissor. Esses relés são comuns em transceptores, que reúnem transmissor e receptor em uma só unidade. Os contatos são projetados para não refletir potência de radiofrequência de volta para a fonte e para proporcionar grande isolamento entre os terminais do receptor e do transmissor. A impedância característica do relé é ajustada à impedância da linha de transmissão do sistema, por exemplo, 50 Ω.

Contator

Um contator é um relé para serviço pesado, com capacidade de corrente mais alta, usado na comutação de motores elétricos e cargas de iluminação. As correntes contínuas nominais de contatores comuns vão de 10 A a centenas de ampères. Contatos para correntes elevadas são feitos com ligas que contêm prata. A formação inevitável de arcos oxida os contatos, mas os compostos e ligas empregados são escolhidos para manter características elétricas adequadas durante a comutação. Contatores combinados com dispositivos de proteção contra sobrecarga são usados em partidas de motores.

Relé automotivo

Relés automotivos de potência são usados para comutar cargas de corrente elevada no sistema elétrico de veículos. Há modelos para sistemas de 12 e 24 V, inclusive versões com resistor ou diodo integrado para a proteção da bobina. Entre suas aplicações estão o controle do sistema de freios antibloqueio, ventoinhas de arrefecimento, gerenciamento de energia, controle do motor, velas de incandescência, para-brisas aquecidos, ignição e iluminação.

Relé com contatos de guiamento forçado

Um relé com contatos de guiamento forçado possui contatos NA e NF ligados mecanicamente de modo que nenhum contato NF mecanicamente ligado possa fechar enquanto um contato NA permanecer fechado, e nenhum contato NA mecanicamente ligado possa fechar enquanto um contato NF permanecer fechado. A EN 50205 exige que essa relação seja mantida durante a vida especificada do relé e em condições de falha razoavelmente previsíveis.

Esse arranjo permite que um circuito de segurança detecte falhas como a soldagem de um contato. Se um contato NA permanecer fechado quando o relé deveria retornar ao repouso, o contato NF mecanicamente ligado não poderá fechar. O estado desse contato de sentido oposto pode então ser usado para detectar a falha.

A EN 50205 distingue relés do tipo A, nos quais o conjunto de contatos é de guiamento forçado, e relés do tipo B, que podem conter também contatos não submetidos ao guiamento forçado. O guiamento não significa que todos os contatos tenham o mesmo estado lógico. A propriedade fundamental é impedir o fechamento simultâneo de contatos NA e NF mecanicamente ligados em uma combinação incompatível.

Relés desse tipo podem ter diferentes combinações de contatos principais e auxiliares. Os contatos auxiliares, por vezes com capacidade de corrente ou tensão menor, são usados na monitoração do circuito de segurança.

Relé biestável

Um relé biestável, também chamado de relé de impulso, mantém uma das duas posições dos contatos sem alimentação contínua aplicada à bobina. Uma vantagem é que a bobina consome energia apenas durante a comutação e os contatos mantêm a posição em caso de falta de energia. Esse tipo permite controlar remotamente a iluminação de edifícios sem o zumbido que pode ser produzido por uma bobina mantida energizada em corrente alternada.

Em um mecanismo de duas bobinas, um pulso em uma bobina coloca o relé em um estado e um pulso na bobina oposta o retorna ao outro. Uma mola de ação sobrecentro, um ímã permanente ou outro mecanismo mantém a posição depois que o pulso termina. Esse tipo é usado quando o controle provém de interruptores simples ou de saídas de sistemas de controle, com aplicações em aviônica e equipamentos industriais.

Outro tipo biestável usa um núcleo com remanência que mantém os contatos na posição acionada pelo magnetismo remanente. Para liberar os contatos, pode ser necessário um pulso de corrente com polaridade oposta. Uma variação usa um ímã permanente que fornece parte da força necessária para manter a posição. A bobina fornece a força para alterar o estado, reforçando ou contrariando o campo do ímã permanente. Um relé controlado por polaridade requer um interruptor comutador ou um circuito de acionamento em ponte H.

Em outro tipo, o relé de catraca usa um mecanismo mecânico que mantém os contatos na posição depois que a bobina recebe um pulso momentâneo. Outro impulso altera novamente a posição dos contatos. Esse tipo pode ser encontrado em alguns automóveis para a comutação dos faróis e em outras funções que exigem alternância a cada acionamento do interruptor.

Um relé escalonador é uma forma especializada de relé biestável multiposição, projetada para as primeiras centrais telefônicas automáticas.

Mecanismos de travamento também são usados em dispositivos de proteção contra fugas à terra. Em um projeto de dispositivo diferencial residual, uma trava mantém o portador dos contatos na posição fechada. Quando uma falta é detectada, um solenoide libera a trava e uma mola abre os contatos.

Os primeiros computadores eletromecânicos às vezes armazenavam bits em relés biestáveis magnéticos, como o ferreed e, mais tarde, o remreed do comutador 1ESS.

Alguns computadores antigos usavam relés comuns como uma espécie de trava. Eles armazenavam bits em relés de mola de arame ou relés de palheta, realimentando uma saída como entrada e formando uma malha de realimentação ou um circuito sequencial. Um relé com retenção elétrica desse tipo requer alimentação contínua para manter o estado, ao contrário dos relés biestáveis magnéticos ou dos relés mecânicos de catraca. Embora circuitos de autorretenção sejam muitas vezes realizados com relés, também podem ser implementados por outros meios.

Nas memórias de computadores, relés biestáveis e outros tipos foram substituídos pela memória de linha de atraso, que por sua vez cedeu lugar a tecnologias de memória cada vez mais rápidas e menores.

Relé para máquinas-ferramenta

Um relé para máquinas-ferramenta é um tipo padronizado para controle industrial de máquinas-ferramenta, máquinas de transferência e outros sistemas de controle sequencial. Tem muitos contatos, em alguns modelos expansíveis em campo, que podem ser convertidos com facilidade entre os estados normalmente aberto e normalmente fechado. Também possui bobinas facilmente substituíveis e um formato que permite instalar muitos relés de maneira compacta em um painel de controle. Esses relés já foram a base da automação em setores como a montagem de automóveis, mas o controlador lógico programável (CLP) substituiu em grande parte o relé de máquina-ferramenta em aplicações de controle sequencial.

Um relé permite que equipamentos elétricos comutem circuitos. Um circuito temporizador com relé, por exemplo, pode ligar a alimentação em um horário predefinido. Por muitos anos, relés foram o método padrão de controle de sistemas eletrônicos industriais. Um conjunto de relés pode trabalhar em conjunto para executar funções mais elaboradas, formando a chamada lógica de relés. O princípio dessa lógica se baseia em relés que energizam e desenergizam os contatos correspondentes. A lógica de relés antecede a linguagem ladder, usada com frequência em controladores lógicos programáveis.

Relé de mercúrio

Um relé de mercúrio usa mercúrio como elemento de comutação. Há modelos em que a condução ocorre por uma massa de mercúrio e outros em que as superfícies dos contatos são umedecidas por uma película do metal líquido. Esses relés foram usados em aplicações nas quais a erosão e a contaminação de contatos convencionais seriam problemáticas.

Relé de palheta umedecida por mercúrio

Um relé de palheta umedecida por mercúrio é uma forma de relé de palheta na qual as superfícies dos contatos são recobertas por mercúrio líquido. O contato elétrico ocorre entre superfícies de mercúrio, reduzindo a influência de filmes de óxido e a transferência permanente de material entre os contatos. A ação capilar leva uma película de mercúrio às superfícies à medida que o contato móvel opera, renovando a região de contato a cada ciclo.

Esses relés são sensíveis à posição, pois uma inclinação excessiva pode fazer a reserva de mercúrio inundar os contatos. O uso do mercúrio também impõe uma limitação de temperatura, pois o elemento congela a cerca de −38,9 °C. Relés de palheta umedecida por mercúrio foram usados quando se desejavam longa vida de operação e pouco ressalto dos contatos.

Relés multivoltagem

Relés multivoltagem são dispositivos projetados para aceitar uma faixa ampla de tensões de alimentação, em CA, CC ou ambas, reduzindo a necessidade de versões distintas para cada tensão de controle. A faixa depende do modelo. Há equipamentos industriais, por exemplo, com alimentação de 24 a 240 V em CA ou CC.

Relé de proteção contra sobrecarga

Motores elétricos precisam de proteção contra condições como sobrecarga prolongada e curto-circuito. Um relé de sobrecarga é destinado principalmente a detectar sobrecarga e aquecimento excessivo do motor. Ele não substitui, por si só, a proteção contra curto-circuito, que normalmente é fornecida por fusíveis ou disjuntores coordenados com o circuito de partida.

Em relés térmicos de sobrecarga, a corrente do motor aquece um elemento térmico que provoca a deformação de uma lâmina bimetálica, ou atua por outro mecanismo dependente da temperatura. O movimento opera contatos auxiliares ligados em série com a bobina do contator e desliga o motor quando a condição persiste pelo tempo necessário.

A proteção térmica atua de forma relativamente lenta, permitindo correntes de partida normais sem desligar imediatamente o motor. Quando o relé de sobrecarga fica exposto a condições térmicas semelhantes às do motor, sua resposta também pode incorporar alguma compensação da temperatura ambiente.

A proteção de motores pode combinar diferentes dispositivos. Disjuntores termomagnéticos para motores usam um elemento térmico para responder a sobrecargas e um elemento magnético para interromper correntes de curto-circuito. Outra configuração combina um disjuntor magnético ou fusíveis com um relé de sobrecarga separado.

Relés eletrônicos de proteção contra sobrecarga medem a corrente do motor e podem calcular seu aquecimento por meio de um modelo térmico. Alguns equipamentos também recebem medições diretas de temperatura. O relé de proteção de motores REM610, por exemplo, pode receber sinais de sensores RTD e termistores para medir temperaturas dos enrolamentos, mancais e ambiente.

Relé polarizado

Um relé polarizado posiciona a armadura entre os polos de um ímã permanente para aumentar a sensibilidade. Esses relés foram usados em centrais telefônicas de barras cruzadas em meados do século XX para detectar pulsos fracos e corrigir distorção telegráfica.

Relé de palheta

Um relé de palheta é um interruptor de palheta colocado dentro de um solenoide. O interruptor possui contatos em um tubo de vidro em vácuo ou preenchido por gás inerte, que os protege contra corrosão atmosférica. Os contatos são feitos de material magnético, o que faz com que se movam sob a ação do campo do solenoide que os envolve ou de um ímã externo.

Relés de palheta podem comutar mais rapidamente que relés maiores e exigem pouca potência do circuito de controle. Em contrapartida, suas capacidades de corrente e tensão de comutação são relativamente baixas. As palhetas também podem sofrer magnetização residual em determinadas condições. A orientação do conjunto e a presença de campos magnéticos externos precisam ser consideradas no projeto.

Contatos selados e umedecidos por mercúrio foram desenvolvidos para obter longa vida de operação e pouco ressalto de contato.

Relés de segurança

Relés de segurança são usados na execução e monitoração de funções destinadas a levar uma máquina a uma condição segura quando ocorre uma situação de perigo. Podem, por exemplo, monitorar paradas de emergência, proteções móveis e a imobilização de um acionamento.

Contator de estado sólido

Um contator de estado sólido é um relé de estado sólido para serviço pesado, com o dissipador de calor necessário, usado em aplicações que exigem ciclos frequentes de liga e desliga, como aquecedores elétricos, pequenos motores elétricos e cargas de iluminação. Não há contatos mecânicos sujeitos a desgaste nem ressalto de contatos causado por vibração. O acionamento pode ser feito por sinais de controle em CA ou CC provenientes de controladores lógicos programáveis (CLPs), computadores, fontes de lógica transistor-transistor (TTL), microprocessadores ou microcontroladores.

Relé de estado sólido

Um relé de estado sólido (SSR) é um dispositivo de eletrônica de estado sólido que executa uma função de comutação semelhante à de um relé eletromecânico, mas sem contatos mecânicos móveis. Em vez de uma armadura e contatos acionados por um solenoide, ele usa um tiristor, TRIAC, transistor ou outro dispositivo semicondutor de potência. Um optoisolador, formado, por exemplo, por um diodo emissor de luz (LED) acoplado a um dispositivo fotossensível, pode proporcionar isolamento entre o circuito de controle e o circuito da carga.

A ausência de contatos móveis elimina o desgaste mecânico e o ressalto de contatos e permite comutação rápida. Isso não significa que o SSR não tenha limitações de vida ou dissipação. O dispositivo semicondutor apresenta uma queda de tensão quando ligado, uma corrente de fuga quando desligado e produz calor durante a condução. A corrente admissível pode depender do dissipador de calor e da temperatura ambiente. Relés eletromecânicos, por sua vez, podem apresentar resistência muito baixa quando os contatos estão fechados, mas suas peças móveis limitam a velocidade de comutação e estão sujeitas a desgaste, arco e soldagem dos contatos.

Em SSRs destinados a muitas cargas resistivas de corrente alternada, um circuito de passagem por zero pode ligar a saída quando a tensão está próxima de zero, reduzindo ruído e alguns transitórios de comutação. Essa técnica não é adequada a todas as cargas. Em transformadores e outras cargas com núcleo magnético saturável, ligar próximo da passagem por zero pode produzir uma corrente de magnetização muito maior que a corrente de regime. Nessas aplicações, a estratégia de comutação precisa considerar a carga específica.

Relé estático

Um relé estático usa circuitos eletrônicos para executar funções que, nos relés eletromecânicos, dependem do movimento de armaduras e contatos.

Relé programável

No uso industrial, relé programável ou relé inteligente é o nome dado a um pequeno controlador lógico programável destinado a automações relativamente simples. O termo não designa um mecanismo de contato eletromecânico específico. Esses módulos reúnem entradas, saídas, temporizadores, contadores e funções lógicas e podem ser programados, em certos modelos, em linguagem ladder ou por diagramas de blocos funcionais.

Relé temporizado

Relés temporizados são configurados para introduzir um atraso intencional na operação dos contatos. Para um atraso muito curto, de uma fração de segundo, pode-se usar um disco de cobre associado ao circuito magnético. Correntes induzidas no disco mantêm o fluxo magnético por um curto período e prolongam o tempo de liberação. Para atrasos um pouco maiores, podem ser usados mecanismos pneumáticos ou hidráulicos. O período pode ser ajustado pela alteração da vazão. Para intervalos maiores, relés antigos podiam empregar mecanismos de relojoaria. Relés temporizados eletrônicos e baseados em microprocessadores permitem temporização precisa numa faixa muito maior.

Alguns relés são construídos com um mecanismo de amortecimento acoplado à armadura que impede seu movimento completo e imediato quando a bobina é energizada ou desenergizada. O atraso pode ser projetado para ocorrer na energização, na desenergização ou em ambas.

Os contatos de um relé temporizado precisam ser especificados não só como normalmente abertos ou normalmente fechados, mas também conforme o atraso atua no fechamento ou na abertura. Um exemplo é o contato normalmente aberto com fechamento temporizado, conhecido pela sigla inglesa NOTC. Quando a bobina está desenergizada, o contato permanece aberto. A aplicação de energia à bobina fecha o contato somente depois que ela permanece energizada pelo intervalo especificado. Esse arranjo também é chamado de normalmente aberto com atraso na energização.

Relé a vácuo

Um relé a vácuo mantém seus contatos dentro de um invólucro evacuado. A elevada rigidez dielétrica do vácuo permite trabalhar com tensões altas e pequenas distâncias entre contatos. Esses relés são empregados em radiofrequência, transmissores, redes de formação de pulsos e sistemas de alta tensão. Há modelos para dezenas de quilovolts.

Relés de proteção

Na proteção de equipamentos elétricos e linhas de transmissão, relés eletromecânicos com características de operação precisas foram usados para detectar sobrecargas, curtos-circuitos e outras falhas. Muitos desses relés permanecem em serviço, enquanto relés digitais de proteção executam funções equivalentes e outras mais elaboradas.

Relés digitais podem reunir proteção, controle, medição e monitoramento em um único equipamento. Alguns modelos também registram eventos e formas de onda por oscilografia, permitindo analisar o comportamento do sistema antes, durante e depois de uma falta.

Sinalização ferroviária

Relés empregados em sinalização ferroviária são construídos para circuitos em que determinados modos de falha precisam produzir uma condição restritiva. Sistemas de intertravamento baseados em relés permanecem em operação em algumas redes depois de mais de cinquenta anos de serviço.

Para reduzir o risco de uma alimentação indevida energizar um relé de maneira insegura, circuitos ferroviários podem empregar comutação dupla, ou double cutting, com contatos interrompendo os dois lados do circuito. Dessa forma, uma única alimentação falsa em um dos lados não basta para energizar o relé quando as condições de segurança não foram satisfeitas.

Em linhas eletrificadas, alguns relés são construídos para não operar indevidamente por tensões alternadas induzidas. Em relés ferroviários do tipo QTA2, por exemplo, um anel de cobre no núcleo é usado para obter imunidade a CA. Outros modelos combinam esse recurso com um ímã permanente de polarização.

Optoisoladores também são usados em certos sistemas de sinalização, principalmente em interfaces nas quais não é necessário o conjunto de características mecânicas de um relé ferroviário.

No Brasil, o Manual de Custos Referenciais Ferroviários da Agência Nacional de Transportes Terrestres trata o circuito de via como um sistema elétrico formado por relés, resistores, cabos e elementos isolantes. Em uma configuração básica, o relé permanece energizado quando o bloco está livre. A passagem do trem deriva a corrente pelos rodeiros e trilhos, desenergiza o relé e permite que o sistema detecte a ocupação do trecho.

Critérios de seleção

A escolha de um relé adequado para uma aplicação exige considerar diferentes fatores:

• Número e tipo de contatos, normalmente abertos, normalmente fechados ou comutadores.
• Sequência dos contatos, "fecha antes de abrir" ou "abre antes de fechar". Centrais telefônicas antigas, por exemplo, exigiam fechamento antes da abertura para não interromper a conexão durante a discagem.
• Corrente nominal dos contatos. Relés pequenos podem comutar poucos ampères, enquanto contatores são fabricados para correntes muito maiores.
• Tensão nominal dos contatos. Relés de controle comuns trabalham em tensões relativamente baixas ou moderadas, enquanto relés especiais a vácuo ou preenchidos por gás podem ser especificados para dezenas de quilovolts.
• Vida elétrica e vida mecânica. A vida dos contatos depende da tensão e corrente, da natureza da carga, da frequência de comutação, da formação de arcos e do material dos contatos.
• Tensão da bobina. Há relés para diferentes tensões e para alimentação em CA ou CC.
• Corrente e potência da bobina, incluindo as condições necessárias para atuação e retenção e o aquecimento durante diferentes ciclos de trabalho.
• Encapsulamento. Pode ser aberto, protegido contra toque, selado, adequado para uso externo ou construído para áreas perigosas, conforme a aplicação.
• Ambiente de operação, incluindo temperaturas mínima e máxima, umidade, vibração, contaminação e presença de sal ou gases corrosivos.
• Montagem, como soquete, placa de circuito impresso, trilho DIN, painel ou fixação em equipamento.
• Tempo de atuação e de liberação, quando se exige alta velocidade.
• Comutação de sinais de nível muito baixo, chamada de dry circuit em especificações em inglês. Nessa condição, podem ser necessários materiais de contato como ouro ou ligas apropriadas para manter baixa resistência e pequeno ruído elétrico.
• Proteção dos contatos para reduzir arcos e sobretensões produzidos por cargas indutivas.
• Proteção do circuito de acionamento contra a sobretensão produzida pela bobina ao ser desenergizada.
• Isolamento entre a bobina e os contatos.
• Ensaios para uso aeroespacial, resistência à radiação ou outros requisitos especiais.
• Cargas mecânicas causadas por aceleração, choque e vibração.
• Tamanho. Relés menores podem apresentar maior resistência a determinadas vibrações e choques devido à menor massa das partes móveis, enquanto relés maiores costumam comportar contatos capazes de trabalhar com correntes e tensões maiores.
• Acessórios, como temporizadores, contatos auxiliares, lâmpadas-piloto e botões de teste.
• Aprovações regulatórias.
• Acoplamento magnético indesejado entre bobinas de relés próximos.

Além da tensão nominal da bobina, as especificações podem indicar a tensão de atuação e a tensão de liberação. A tensão de atuação é a tensão mínima na qual o fabricante garante a atuação nas condições especificadas. A tensão de liberação é a tensão máxima na qual o relé deve retornar ao estado de repouso à medida que a tensão da bobina diminui. Esses parâmetros são especificados sob condições definidas de ensaio.

A velocidade, a sensibilidade e a histerese também podem ser relevantes. Relés de controle comuns operam em alguns milissegundos ou dezenas de milissegundos, enquanto determinados relés de palheta são muito mais rápidos e adequados à comutação de pequenas correntes.

Como em qualquer interruptor, a corrente nos contatos não é determinada pela corrente da bobina e precisa permanecer dentro das especificações de comutação. Certas cargas apresentam correntes de irrupção muito superiores à corrente de regime. Motores podem consumir correntes de partida de várias vezes a corrente normal. Transformadores podem apresentar forte corrente de magnetização, lâmpadas incandescentes apresentam corrente elevada enquanto o filamento está frio e cargas capacitivas podem produzir um pulso intenso de carga dos capacitores.

Quando um circuito que contém uma carga indutiva energizada é aberto, a corrente não pode cair instantaneamente. A energia armazenada no campo magnético pode produzir uma tensão elevada e sustentar um arco entre os contatos em separação. Por isso, a especificação de um relé pode fornecer capacidades diferentes para fechamento, condução contínua e interrupção. A relação entre esses valores depende da carga, da tensão, de ser CA ou CC e das condições de ensaio. Ela não deve ser inferida apenas da corrente contínua nominal.