Capítulo 2 – Relé Eletromecânico

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    Captulo 2 Rel Eletromecnico

    2.1. HISTRIA DO REL

    Os rels tm sua histria muito ligada histria do magnetismo e eletromagnetismo.

    A autoinduo j tinha sido descoberta por J. Henry em 1830, mas demorou a publicar a sua

    descoberta, o que s ocorreu em 1832 A inveno do primeiro rel deveu-se a Joseph Henry em 1835,

    no melhoramento do telgrafo (desenvolvido em 1831). [11]

    A primeira patente de um rel foi obtida por Davy em 1838, recebendo o nmero British Patent

    7719. Nesta patente, ele descrevia sua inveno da seguinte maneira: Eu reivindico o modo de se

    fazer sinais telegrficos ou comunicaes entre um lugar distante para outro pela aplicao de rels

    ou circuitos metlicos atravs da operao por correntes eltricas (traduo da prpria patente). [6]

    Figura 6: Desenho da patente do primeiro rel [6]

    Em 1837 (patente britnica 7390), Cookes e Wheatstone descreviam um rel eletromagntico

    que permitia que um alarme distante fosse controlado pela tenso de uma bateria. Os rels passaram

    ento a fazer parte de novas invenes, com destaque para o telefone de Alexander Graham Bell (1847-

    1922), em 1876. Os rels estiveram presentes nos sistemas telefnicos durante muitos anos, sendo

    apenas recentemente substitudos pelos sistemas totalmente eletrnicos, primeiro analgicos e depois

    digitais. A Figura 7 mostra um rel telefnico dos anos 50. [6]

    Figura 7: Antigo rel telefnico [6]

  • | Pedro Abelha

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    A evoluo tecnolgica dos rels nos ltimos 30 anos no foi muito grande, olhando para os

    rels antigos e atuais, pouco muda alm do nome e do tamanho. A funo bsica a mesma e os

    contactos do rel continuam a ser operados por uma fora magntica. [6]

    2.1.1. GERAO DE RELS DE SINAL

    Atualmente, existem duas verses dos rels de 4 gerao, o IM e o HF, sendo o HF o rel mais

    recente dos rels de sinal. O IM o rel eletromecnico com menores dimenses da TE, tendo o

    tamanho de uma moeda de um cntimo.

    A 3 gerao de rels engloba o P2, o FX2, o FP2, o FT2 e o FU2. Estes foram desenvolvidos

    entre o incio e meados dos anos noventa. So os mais vendidos pela TE, mas expectvel que a 4

    gerao conquiste esta posio num futuro muito prximo, tendo em conta que atua no ramo das

    aplicaes para o automvel.

    A 2 gerao de rels, o MT2 e o MT4, foram desenvolvidos em meados dos anos oitenta.

    A grande evoluo que se reala a miniaturizao levada a cabo desde a 2 gerao at 4

    gerao.

    Exemplos da 1 gerao de rels so os Cradle Relays (antigos SIEMENS EC). Foram

    desenvolvidos mais de 40 anos e foram os primeiros a ser soldados em placas de circuito impresso.

    [8]

    Na Figura 8, pode ser visualizada a evoluo das vrias geraes de rels. [8]

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    Figura 8: Geraes de rels da AXICOM [8]

    Na Figura 9, esto descritas as caratersticas das ltimas 3 geraes de rels.

    Figura 9: Caractersticas com exemplos de rels das ltimas geraes [7]

    2.1.1.1. MINIATURIZAO DOS RELS

    Os rels enfrentaram grandes desafios ao longo dos ltimos anos, com o aparecimento dos

    semicondutores 50 anos foi logo anunciado o fim dos rels, a verdade que alm de no

    desaparecerem, como tiveram um aumento da sua procura. As razes deste sucesso prendem-se

    sobretudo com as inovaes levadas a nvel de desenho para que o rel fosse capaz de satisfazer as

    necessidades da indstria eletrnica, das telecomunicaes e automvel.

  • | Pedro Abelha

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    Os maiores desafios vieram com a necessidade de miniaturizar os rels e ao mesmo tempo

    aumentar a capacidade de comutao e reduzir custos, alm de tornar os rels amigos do ambiente

    (com a reciclagem de matria prima). A miniaturizao dos rels teve muito a ver com a diminuio da

    ocupao de espao nas placas de circuito impresso das aplicaes, como visvel na Figura 10, onde

    se v uma diminuio das tolerncias (distancias de desenho) do rel e diminuio do volume e espao

    ocupado na placa.

    Figura 10: Miniaturizao do rel [8]

    2.2. CLASSIFICAO DO REL

    A definio da norma internacional IEC 61811-50 diz que "Rels de telecomunicaes so

    destinados para uso em aplicaes de telecomunicaes. Como os rels eletromecnicos tambm so

    adequadas para aplicaes industriais e outras. ".

    A classificao dos rels pode ser feita em trs nveis:

    Campo de aplicao

    o Telecom e sinal

    o Propsito geral

    o Automvel

    o Segurana

    o Militar

    o etc.

    Desenho do atuador

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    o Monoestvel ou Biestvel

    o Polarizado ou no Polarizado

    Sistema do atuador

    o Eletromagntico, Electroesttico, semicondutor

    Fonte:[8]

    Um exemplo de classificao de rels est representado na Figura 11.

    Figura 11: Exemplo de classificao de rels [8]

    2.2.1. CAMPO DE APLICAO

    Consoante os seus campos de aplicao, os rels so divididos em rels automvel, rels de

    aplicao geral ou de potncia, rels de telecomunicao e de sinal (de baixa e alta frequncia). A

    principal diferena entre todos os rels a carga aplicada nos contactos.

    Classificao de Rels

    Segundo o desenho do sistema de comando

    Rels electomecanicos

    Monoestveis

    Neutro

    Polarizado

    Corrente alternada

    Biestveis

    Polarizado

    Remanescente

    Segundo parametros de atuao

    Rels eletromecanicos

    Corrente

    Potencia

    Tenso

    Impedancia

    ticos

  • | Pedro Abelha

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    Um exemplo da classificao dos rels da TE quanto ao seu campo de aplicao visvel na

    Figura 12

    Figura 12: Ramo de aplicaes dos rels da TE para as diversas cargas [8]

    Os rels automveis geralmente funcionam entre 6V, 12V, 24V e 42 V. As correntes na carga

    podero ir acima de 150A. [8]

    Os rels de potncia so sobretudo usados em aplicaes de redes com potncias de 120Vac ou de

    230Vac. As correntes na carga podem ir acima de 30A. Por razes de segurana, tanto a tenso do

    dielctrico entre a bobine e os contactos, como o tipo de gs no interior (resistncia de isolamento) e as

    distncias do rel so essenciais neste tipo de rels. Independentemente da carga, por vezes comum

    nos rels de potncia e automvel, haver distino nas aplicaes entre PCBs (placas de circuito

    impresso) e plug-in (encaixe). Enquanto uns rels so soldados em PCB, outros so inseridos num

    socket. [8]

    Rels de telecomunicao e de sinal so usados numa vasta gama de aplicaes, desde dry circuits

    (circuitos sem carga) a transmisso de sinais analgicos. Tem aplicaes com cargas de V a 5000V e

    correntes desde A a 4A. Nesta classe de rels a fora do dielctrico as folgas e as distncias tm de

    ser consideradas mas a uma escala inferior dos rels de potncia. Na Tabela 1, esto contempladas as

    principais diferenas entre os rels de telecomunicao e de sinal. [8]

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    Tabela 1: Diferenas entre os rels de telecomunicaes e os rels de sinal [8]

    Rel Telecom Rel de Sinal

    Configurao dos contactos Essencialmente 2 change

    over Vrios

    Resistncia de contactos (durante ciclo total

    de vida) 25 anos

    10 anos

    Rels de alta frequncia so designados para aplicaes onde sinais de vrias centenas de MHz at

    vrios GHz tm de ser comutados.[8]

    2.2.2. DESENHO DO ATUADOR

    Outra classificao importante que deve de ser considerada em relao ao desenho do

    atuador do rel, Figura 13.

    Figura 13: Classificao dos rels de acordo com o tipo de atuador [8]

    Rels Eletromecnicos

    Monoestveis (non-latching)

    No Polarizados

    DC

    AC

    Polarizados

    AC

    Biestveis (latching)

    No Polarizados

    Polarizados

  • | Pedro Abelha

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    2.3. BREVE DESCRIO DO REL

    Um rel basicamente um interruptor mecnico que abre ou fecha circuitos de cargas elevadas

    (tenses e/ou correntes), operado eletricamente por aplicao de uma tenso baixa na bobine

    (comando). Ou por outras palavras, um componente que requer muito pouca energia para comandar

    circuitos de elevada energia. Um bom exemplo um motor de 220V poder ser ligado e desligado com

    uma pilha de 9V.

    A capacidade de ligar e desligar cargas elevadas com uma baixa energia, permite-lhe ter uma

    capacidade de amplificao. Ao contrrio do transstor, o rel no um amplificador analgico, mas

    sim um amplificador do tipo digital(0-1; ON-OFF). Na Figura 14 esto ilustrados as caractersticas

    do sinal de um transstor e de um rel. [11]

    Figura 14: Comparao entre as caractersticas do sinal de um transstor e de um rel [10]

    Outra caracterstica e grande vantagem deste tipo de componentes o isolamento eltrico

    (galvnico) entre o circuito de comando e o circuito de carga; o isolamento resistivo dos contactos

    abertos e a baixa resistncia de contactos quando estes esto fechados.

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    Figura 15: Circuito bsico de comando e de carga [11]

    Na maioria dos rels existem duas reas distintas funcionais, como visvel na Figura 15. A

    primeira rea um atuador, a bobine, que comanda a segunda rea, os contactos. As tenses aplicadas

    em ambas as reas so independentes.

    Os rels tm ainda a capacidade de comandar vrios circuitos de carga ao mesmo tempo; de ter

    uma enorme variedade de funes de comutao.

    2.4. CONFIGURAO DO REL

    Dos elementos que compem o rel eletromecnico, os mais importantes so: