O rele de interface é um interruptor elétrico que executa a função de abrir e fechar um circuito eletromecânico ou eletrônico mantendo a isolação elétrica entre o comando e o circuito. Ele é capaz de controlar um circuito elétrico utilizando contatos normalmente aberto (NA) em que o contato permanece aberto quando o rele não está energizado ou contatos normalmente fechado (NF) em que o contato permanece fechado quando o rele não está energizado.
Em ambos os casos, a energização do rele de interface permitirá uma condução de corrente elétrica pela bobina do rele que por sua vez mudará o estado dos seus contatos.
Figura 1 – Rele de Interface e seu esquema elétrico
A confiabilidade em projetos de automação industrial torna-se cada vez mais importante a medida que cresce o número de módulos eletrônicos aplicados nos projetos de automação.
Neste sentido o rele de interface e o rele de estado sólido executam uma ampla gama de tarefas em máquinas produtivas, equipamentos elétricos ou no controle em sistema de distribuição de energia, automação predial e engenharia de processo.
O principal objetivo do rele de interface é garantir seguramente a troca de sinais entre os periféricos do processo e os sistemas de controle central de nível superior. O rele de interface estabelece a troca de sinais de forma confiável e eletricamente inequívoca.
Um rele de interface é utilizado de forma a atender os seguintes requisitos:
- Estabelecer o acoplamento de diferentes níveis de sinal;
- Estabelecer o isolamento elétrico seguro entre entrada e saída;
- Aumentar a insensibilidade à interferência
Na prática, um rele de interface torna-se necessário quando há a necessidade de uma configuração flexível com ampla faixa de capacidade de comutação em que a possibilidade de combinar diferentes tipos de contato seja necessária. Outras características importantes do rele de interface são:
– Isolamento elétrico entre contatos abertos;
– Comutação de circuitos independentes;
– Alta resistência a sobrecargas e em caso de curto-circuito ou picos de tensão;
– Imunidade a influência de campos eletromagnéticos;
– Fácil manuseamento
Já o rele de estado sólido é aplicado quando a interface entre os periféricos do processo e o controle está sujeita aos seguintes requisitos:
- Altas frequências de comutação
- Baixo desgaste devido a ausência de contato
- Insensível a vibrações e choques
- Longa vida útil
É comum encontrar várias aplicações do rele de interface na indústria controlando tensões e correntes maiores tendo um efeito de amplificação. Isto acontece porque uma pequena tensão aplicada a bobina de um rele pode resultar em uma grande tensão sendo comutada pelos seus contatos (É comum um rele de interface com bobina de 24V que comuta em seus contatos uma tensão de 220V suportando correntes maiores que 10A) .
O rele de interface pode também evitar danos ao equipamento pois sua bobina é totalmente isolada dos contatos. Assim, quando por algum motivo ocorre um curto circuito em uma carga ligada aos contatos, este curto não atingirá a bobina e consequentemente o controlador do sistema que envia o comando ao rele de interface.
1 – Rele Eletromecânico x Rele de interface Estado Sólido
Basicamente existem dois tipos de reles: o rele eletromecânico e o rele de estado sólido. Enquanto que no rele de interface eletromecânico os contatos são abertos ou fechados por uma força magnética, no rele de estado sólido não há contatos e a comutação é totalmente eletrônica permitindo assim frequências maiores de comutação.
Assim, a decisão de usar rele de interface eletromecânico ou de estado sólido depende dos requisitos de comutação (Ex.: Vai abrir e fechar 2 vezes por segundo ou 120 vezes por segundo?), das restrições quanto a custo (o rele de interface eletromecânico é mais barato do que o de estado sólido) e da expectativa de vida útil do componente.
Embora os relés de estado sólido tenham se tornado muito populares, os relés eletromecânicos ainda são os mais utilizados e muitas das funções desempenhadas por equipamentos pesados necessitam das capacidades de comutação intrínseca do rele de interface eletromecânico.
Os rele de estado sólido comuta a corrente através de um dispositivo eletrônico (retificador controlado por silício) sem que haja a necessidade de movimento mecânico como no caso do rele de interface eletromecânico.
Essa diferença resulta em vantagens e desvantagens em cada tipo: como o rele de estado sólido não precisa energizar uma bobina ou abrir contatos, é necessário menos tensão para “ligar” ou desligar o mesmo.
Da mesma forma, o rele de estado sólido liga e desliga mais rapidamente porque não há partes físicas para serem movidas durante a comutação. A ausência de contatos e partes móveis pode significar uma vantagem visto que o rele de estado sólido não estará sujeito a centelhamento e desgastes mas quando o mesmo apresentar problemas ele terá que ser substituído por inteiro.
Por outro lado, quando um rele eletromecânico apresentar falhas, apenas seus contatos poderão ser substituídos. Por causa da característica construtiva do rele de estado sólido, ele apresenta resistência elétrica residual e/ou fuga de corrente quando os interruptores estão abertos ou fechados (dependendo do tipo NA ou NF).
As pequenas quedas de tensão devido a fuga de corrente que são criadas geralmente não são um problema mas em contrapartida o rele de interface eletromecânico fornece uma condição de Liga ou Deliga mais limpa sem fuga de corrente ou queda de tensão devido à distância relativamente grande entre a bobina e os contatos, sendo uma excelente forma de isolamento.
2 – Eletromecânico
As partes básicas e funções dos relés eletromecânicos incluem:
Estrutura: Estrutura reforçada que contém e suporta as partes do relé.
Bobina: O fio é enrolado em torno de um núcleo de metal. A bobina de fio causa um campo eletromagnético.
Armadura: Uma peça móvel do rele de interface eletromecânico. A armadura é responsável por permitir a abertura e fechamento dos contatos. Uma mola conectada tem a função de fazer a armadura retornar à sua posição original quando a bobina não estiver energizada.
Contatos: A parte condutora do interruptor que faz o liga ou desliga de um circuito.
Como podemos ver nas figuras acima, o rele eletromecânico é composto por dois circuitos: o circuito de energização que na figura é composto por uma fonte CC (V), um interruptor e uma bobina e o circuito de contato representado na figura por uma fonte AC, armadura, contatos e a carga.
Quando a bobina do rele é energizada, o fluxo de corrente através da bobina cria um campo magnético. Este campo magnético é criado tanto em uma bobina CC onde a polaridade é fixa quanto em uma bobina CA onde a polaridade muda 120 vezes por segundo.
Em ambos os casos, a função básica permanecerá a mesma: a bobina magnética vai gerar uma força responsável por atrair a placa metálica, que é parte da armadura. Enquanto uma extremidade da armadura é presa à armação de metal, a outra extremidade fica livre para girar, realizando a função de abrir e fechar os contatos.
Os contatos podem ser compostos em várias configurações diferentes dependendo do número de interrupção, polos ou lâminas. Esses termos darão uma indicação instantânea do design e da função de diferentes tipos de reles.
Interrupção: Esse é o número de locais ou contatos separados que um interruptor usa para abrir ou fechar um único circuito elétrico. Todos os contatos são single break ou double break. Um único contato de quebra (SB) quebra um circuito elétrico em um lugar, enquanto um contato de ruptura dupla (DB) o divide em dois lugares.
Os contatos de interrupção simples são normalmente usados ao trocar de dispositivos de energia inferior, como as luzes indicadoras. Os contatos de interrupção dupla são usados ao alternar dispositivos de alta potência, como solenoides.
Polo: Esse é o número de circuitos completamente isolados que os relés podem passar por um comutador. Um contato unipolar (SP) pode transportar corrente através de apenas um circuito por vez. Um contato bipolar (DP) pode transportar corrente através de dois circuitos isolados simultaneamente. O número máximo de pólos é 12, dependendo do projeto dos relés.
Lâminas: Este é o número de posições de contato fechadas por pólo que estão disponíveis em um switch. Um interruptor com um único contato de lançamento pode controlar apenas um circuito, enquanto um contato de dois tempos pode controlar dois.
3 – Tipos de Rele:
O rele de interface é um interruptor eletromecânicos geralmente operado por uma bobina magnética. Os relés de uso geral operam com corrente CA ou CC em tensões comuns como 12 V, 24 V, 48 V, 120 V e 230 V e podem controlar correntes que variam de 2A a 30A. Esses relés são econômicos, fáceis de substituir e permitem uma ampla gama de configurações de interrruptores.
O rele de interface para controle de máquina também é operado por uma bobina magnética. Com relação ao tamanho é um rele mais pesado utilizado para controlar partidas e outros componentes industriais.
Embora seja mais caro que os relés de uso geral, eles geralmente são mais duráveis. A maior vantagem dos relés de controle de máquina sobre relés de uso geral é a funcionalidade expansível deste rele pois ele permite a adição de acessórios.
Uma ampla seleção de acessórios está disponível para ele, incluindo polos adicionais, contatos conversíveis, supressão transitória de ruído elétrico, controle de travamento e acessórios de temporização.
O rele tipo reed possui um design pequeno, compacto e rápido com operação por um contato NA. O rele tipo reed é hermeticamente fechado em um envelope de vidro, o que torna os contatos não afetados por contaminantes, fumaça ou umidade, permite a troca confiável e proporciona aos contatos uma maior expectativa de vida.
As extremidades do contato, que muitas vezes são revestidas com ouro ou outro material de baixa resistência para aumentar a condutividade são unidas e fechadas por um ímã. Os relés Reed são capazes de comutar componentes industriais como solenoides, contatores e motores de partida.
Rele de interface Reed consiste em duas palhetas e quando uma força magnética é aplicada, como um eletroímã ou bobina, ela configura um campo magnético no qual a extremidade dos juncos assume a polaridade oposta.
uando o campo magnético é forte o suficiente, a força de atração dos pólos opostos supera a rigidez dos juncos e os une. Quando a força magnética é removida, as palhetas retornam à sua posição original aberta. Esses relés funcionam muito rapidamente devido à curta distância entre os juncos.