Il Relè elettromagnetico, principio di funzionamento.

..relay (Inglese) o relais (Francese).  LINK PER L’ACQUISTO
La parola, che indicava un tempo il cambio dei cavalli da posta, fu adottata nel linguaggio tecnico telegrafico  .

Il relè, inventato da Joseph Henry nel 1835, è in sostanza un interruttore che non viene azionato a mano ma bensì da un elettromagnete.
Oggi con il termine relè si indica un dispositivo interruttore o commutatore che grazie alle sue caratteristiche costruttive elettromeccaniche può essere azionato a distanza.

Principio di funzionamento
Il relè elettromagnetico, nella sua forma classica, è costituito da un nucleo di materiale magnetico inserito in una bobina di eccitazione avvolta su di un rocchetto di materiale isolante, vi è poi un’ancoretta mobile che viene attratta dal nucleo quando nella bobina viene applicata una tensione, in questa condizione si dice che il relè è eccitato. Nel suo movimento l’ancoretta andrà ad azionare dei contatti in un sistema di molle, che porteranno i contatti dalla loro condizione di riposo ad una condizione di lavoro, ad esempio dallo stato normalmente aperto, d’ora in avanti NO (normaly open) allo stato di normalmente chiuso, d’ora in avantri NC(normaly closed).

struttura semplificata relè e simbolo

Quindi nell’istante in cui si fornisce tensione ai capi della bobina di eccitazione, in essa scorrerà un’intensità di corrente il nucleo ferromagnetico verrà magnetizzato e sull’ancora andrà ad agire una forza, che sarà direttamente proporzionale al quadrato dell’intensità di corrente che attirerà verso il nucleo. L’altra estremità dell’ancora, opportunamente isolata andrà a premere sulle molle che supportano i contatti facendoli cambiare di stato.
In commercio, e quindi nei dispositivi e/o circuiti elettrici si possono trovare diverse tipologie di relè funzionanti con lo stesso principio ma di forme costruttive diverse, del tipo in miniatura, in subminiatura per circuiti stampati, per installazioni su zoccolo, del tipo sigillato per applicazioni in ambienti speciali o ambienti corrosivi.

Elementi costitutivi
Sostanzialmente il relè elettromagnetico è costituito da un circuito magnetico realizzato dal nucleo, l’ancora e l’avvolgimento della bobina; poi ci sono i contatti e le molle portacontatti.

Il nucleo assume diverse forme in funzione del tipo di realizzazione del relè, la forma più nota è quella cilindrica. Il materiale in cui viene realizzato seppur vario si utilizza in genere in acciaio dolce magnetico, materiale che dovrà comunque presentare una minima magnetizzazione residua, per la presenza della quale l’ancoretta nel momento in cui viene attratta dal nucleo non dovrà aderire con quest’ultimo per evitare che nello stato di diseccitazione resti incollata al nucleo. Si evita questo possibile evento fissando sulla testa del nucleo una sottile piastrina di materiale non magnetico.

La bobina viene realizzata con un avvolgimento di un certo numero di spire di sottile filo di rame smaltato, avvolte su strati in genere nel numero di tre, mentre il numero delle spire è funzione della tensione di alimentazione, della forza di attrazione che dovrà esercitare la bobina e della temperatura di funzionamento. Si può brevemente dire che se la tensione di alimentazione è di valore elevato si hanno molte spire di filo sottile, se invece il valore della tensione di alimentazione è basso si hanno poche spire di filo di sezione grande.

particolare bobina

I contatti dipendono in numero dalla tipologia del relè, e in disposizione dalla forma costruttiva delle molle. Si possono avere contatti di tipo normalmente aperto o normalmente chiuso come stato nella condizione di riposo del relè, e si possono avere contatti in scambio nella condizione di riposo del relè. Nella pratica l’indicazione del contatto si riferisce sempre nello stato di riposo, così nel caso di un contatto indicato in posizione NO significa che il circuito ad esso connesso si trova aperto, mentre nella condizione di eccitazione del relè quel contatto passa da uno stato NO ad uno stato NC chiudendo il ramo di circuito ad esso collegato. Ovviamente perché il contatto sia efficiente si dovrà assicurare attraverso le molle la giusta pressione sui contatti, proprio per non determinare falsi contatti o difficoltà di funzionamento degli stessi contatti. Altro aspetto importante è il materiale con cui vengono realizzati i contatti, in genere leghe metalliche, per assicurare una resistenza di contatto più piccola possibile, o meglio ancora trascurabile, ed una maggiore durata dei contatti in funzione del numero di manovre di apertura/chiusura degli stessi.

particolare contatti

Le molle portacontatti sono realizzate con materiale bronzo-fosforoso o in rame-berillio ed il loro requisito fondamentale è l’elasticità che devono mantenere nel tempo. Supportano i contatti per mezzo di saldatura a punto, e vengono pressofuse in un monoblocco che fa loro da supporto, ed hanno una sezione tale da consentire il passaggio dell’intensità di corrente per la quale i contatti del relè sono stati dimensionati.

spaccato molle portacontatti

I relè sono pertanto dei dispositivi elettromeccanici, in quanto chiudono uno o più contatti sfruttando i principi di funzionamento di un elettromagnete, nel momento in cui viene energizzata o eccitata una bobina, fornendogli tensione attraverso la chiusura di un contatto di un pulsante in serie al circuito di alimentazione della bobina del relè.
Di seguito è rappresentato un relè schrack interruttore per circuito stampato, nel quale grazie alla trasparenza del suo involucro si possono vedere le parti che lo costituiscono dalla bobina al nucleo all’ancoretta ed alle molle con i relativi contatti …

relè

L’idea di questa presentazione è stata quella di esporre il principio di funzionamento dei relè elettromagnetici comune a tutte le diverse tipologie caratteristiche elettriche differenti e soluzioni circuitali diverse, per quest’ultimi e per altri tipi di tecnologie di relè proverò ad esporli in un eventuale altra esposizione.

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