Uso del filtrado para accionar cualquier bobina de relé
Una bobina de relé es un alambre de cobre enrollado muchas veces alrededor de una bobina en la que se encuentra un núcleo de hierro. Cuando se imprime un voltaje de magnitud suficiente a través de la bobina, la bobina y el núcleo desarrollan magnetismo que atrae la armadura. La armadura, a su vez, controla el movimiento de los contactos. Dependiendo de la longitud total del alambre y el área de sección transversal de la unidad, la bobina presenta cierta cantidad de resistencia al flujo de corriente eléctrica. De acuerdo con la ley de Ohm, para una cantidad dada de resistencia, la corriente es directamente proporcional al voltaje. Es decir:
Una bobina de 12 V de CC que tiene 120 ohmios de resistencia utiliza 0.1 amperios de corriente. Algunas bobinas de relé aceptan voltaje de CC, mientras que otras aceptan voltaje de CA. El voltaje de CC (corriente continua) tiene un valor constante e invariable. En cualquier momento dado, una fuente de energía de 12 V de CC mide exactamente 12 voltios (generalmente pueden ser unas décimas de voltio más o menos). (Ver Fig. 1A)
Una bobina de 12 V de CC que tiene 120 ohmios de resistencia utiliza 0.1 amperios de corriente.
Algunas bobinas de relé aceptan voltaje de CC, mientras que otras aceptan voltaje de CA. El voltaje de CC (corriente continua) tiene un valor constante e invariable. En cualquier momento dado, una fuente de energía de 12 V de CC mide exactamente 12 voltios (generalmente pueden ser unas décimas de voltio más o menos). (Ver Fig. 1A)
Figura 1a. Forma de onda de voltaje de CC.
El voltaje de CA (corriente alterna), por el contrario, cambia constantemente de valor. Como se señaló en la lección 2 de la serie de autoestudios de Componentes Electromecánicos de Siemens, "Descripción de los relés", en cualquier momento dado, el voltaje en una línea de CA de 120 V, por ejemplo, experimenta un cambio. (Ver Fig. 1B) Es decir, el voltaje comienza en cero, aumenta a un voltaje de CA (corriente alterna) y, por el contrario, cambia constantemente de valor. Como se señaló en la lección 2 de la serie de autoestudios de Componentes Electromecánicos de Siemens, "Descripción de los relés", en cualquier momento dado, el voltaje en una línea de CA de 120 V, por ejemplo, experimenta un cambio. (Ver Fig. 1B)
Figura 1b. Forma de onda de voltaje de CA.
Es decir, el voltaje comienza en cero, aumenta a un valor pico, disminuye a cero, cruza cero y aumenta a pico en la dirección opuesta, luego disminuye a cero nuevamente. Este proceso se repite continuamente.
Supongamos que estos 120 V de CA se transformaran en 12 voltios y se imprimen a través de la bobina de 12 V de CC. Una medición de la corriente de la bobina mostraría que un valor considerablemente menor que la corriente calculada por la ley de Ohm fluye en la bobina (y su circuito asociado). Esta reducción en la corriente de la bobina es el resultado de la impedancia que la bobina presenta a la corriente alterna. (La impedancia es una función de la inductancia y está presente solo cuando fluye la corriente alterna).
Para accionar la armadura, se debe desarrollar cierta cantidad de potencia en la bobina del relé. Dado que la potencia es el producto de la resistencia de tiempos cuadrados de corriente (P = I2 R), la cantidad de potencia desarrollada en la bobina sería considerablemente menor que la requerida para el funcionamiento adecuado del relé. Para desarrollar la potencia requerida, el voltaje de la bobina tendría que aumentarse a ese valor donde fluya suficiente corriente.
En teoría, entonces, la CA se puede usar para accionar un relé de CC. Sin embargo, en realidad, hacerlo no es práctico. Dado que la corriente alterna disminuye a cero cada medio ciclo (120 veces por segundo para un voltaje de 60 ciclos), la armadura del relé tiende a liberarse cada medio ciclo. Este movimiento continuo de la armadura no solo causa un "ruido" audible, sino que hace que los contactos se abran y cierren a medida que la armadura se mueve.
Para accionar un relé a partir de la CA, los fabricantes de relés utilizan un dispositivo conocido como anillo de desfase (o bobina de desfase) en la parte superior del núcleo. (Ver Fig. 2). Debido al anillo de desfase, el magnetismo desarrollado en parte del núcleo desfasa un poco el magnetismo del resto del núcleo. Es decir, hay un ligero desfase entre el magnetismo de parte del núcleo y el resto del núcleo. Por lo tanto, a medida que la energía magnética del núcleo sin anillo de desfase disminuye a cero cada medio ciclo, la energía magnética disminuye a cero cada medio ciclo, y la energía magnética aún presente en la parte con anillo de desfase del núcleo mantiene la armadura sellada. En el momento en que la energía de la parte sin anillo de desfase disminuye a cero, la bobina y la energía magnética sin anillo de desfase ya comenzaron a aumentar una vez más mientras aumenta el valor de la corriente.
Figura 2. Las bobinas de CA utilizan un anillo de desfase para evitar que la armadura del relé se libere a medida que la energía magnética disminuye a cero cada medio ciclo de CA.
"Desfase" del relé de la serie R10 (bobina de CA)
Los relés R10 (y de la competencia) utilizan un método único para desfasar la bobina. Como se muestra en la Fig. 3, cuando el voltaje de CA de la parte superior de la bobina es negativo, el diodo M1 conduce la corriente a través de la mitad inferior de la bobina.
Dado que M1 está en paralelo con la mitad superior de la bobina, no hay corriente presente en la mitad superior de la bobina. Sin embargo, como resultado de la magnetización de la mitad de la bobina y el magnetismo resultante del núcleo, se genera energía magnética en la mitad superior de la bobina. Esta energía magnética desfasa un poco la de la mitad conductora de la bobina y, como se acaba de describir, sirve para mantener la armadura asentada cuando la corriente disminuye a cero.
Cuando el voltaje de CA se invierte, el diodo M2 conduce la corriente y M1 se apaga. La corriente de la bobina ahora está presente en la mitad superior de la bobina y genera magnetismo de la misma polaridad que la que queda del medio ciclo anterior. Por lo tanto, la armadura no tiene posibilidad de liberarse. Como antes, la parte no conductora de la bobina sirve como un dispositivo de desfase para mantener la armadura asentada. Se puede utilizar un diodo en serie con una bobina de relé, lo cual sirve para rectificar el voltaje de CA. Sin embargo, un diodo nunca debe colocarse en paralelo con la bobina en un circuito de CA. Hacerlo daría como resultado que el diodo sea conductor, en lugar del relé, ya que el voltaje oscila negativamente en el diodo. (Además, la primera vez que el diodo condujera corriente, se destruiría porque no hay ningún otro elemento en serie para limitar la corriente).
CC en un relé de CA
Así como no es práctico accionar un relé de CC a partir de la CA, tampoco es práctico accionar un relé de CA a partir de la CC. Sin embargo, en una emergencia, un relé de CA puede ser accionado a partir de la CC, siempre que se tomen ciertas precauciones. La primera precaución es proporcionar algún tipo de apertura residual entre el núcleo del relé y la armadura para evitar que la armadura se "pegue" como resultado de cualquier magnetismo residual considerable que permanezca en el núcleo después de que se elimine la potencia de la bobina. La segunda precaución que se debe tomar es asegurarse de que la cantidad de voltaje de CC utilizado sea menor que la clasificación de voltaje de CA de la bobina.
Con respecto a la apertura residual, los relés de CA están construidos de tal manera que cuando la armadura está en su posición asentada, está en contacto físico (magnético) con el núcleo. (En los relés de CC, un pequeño pin de cobre en la armadura evita eficazmente que la armadura entre en contacto magnético con el núcleo). Mientras el relé de CA funcione a partir del voltaje de CA, no hay problema con el magnetismo residual que mantiene la armadura asentada después de la liberación de la potencia de la bobina. Pero cuando un relé de CA funciona a partir del voltaje de CC, existe el peligro de que el magnetismo residual pueda mantener la armadura asentada. Como mínimo, la presencia de magnetismo residual en el núcleo causa una reducción en el voltaje de caída del relé.
Para anular los efectos del magnetismo residual, se puede adherir un pequeño trozo de cinta Mylar en la parte superior del núcleo del relé de CA. Esta cinta es extremadamente duradera y debería durar quizás cientos (si no miles) de operaciones. La cinta debe tener un grosor de 0.002" a 0.004".
Con respecto a la reducción requerida en el voltaje de la bobina, considere la bobina de relé de la serie KR. La bobina de CA de 12 V tiene una resistencia de CC de 24 ohmios. De acuerdo con la ley de Ohm, 12 voltios divididos por 24 ohmios equivale a 0.5 amperios. Sin embargo, como se señala en la ficha técnica de KR, ¡la bobina en realidad utiliza solo 0.168 amperios! (Este es el resultado de la impedancia de la bobina). Estos 0.168 amperios hacen que la bobina desarrolle suficiente potencia para realizar el trabajo previsto. Sin embargo, los 0.5 amperios harían que se desarrollaran 6 vatios de potencia. Este valor es muy superior al máximo permitido. Como resultado, la bobina se sobrecalentaría y el aislamiento del cable se quemaría. Luego, los giros de la bobina harían un corto. La bobina utilizaría aún más de corriente y finalmente se quemaría por completo.
Para usar una bobina de CA en CC se requiere reducir la cantidad de voltaje de CC al valor en el que la potencia de la bobina esté dentro de los límites máximos. Consideremos de nuevo el KR. La unidad de estilo abierto tiene una potencia nominal máxima de 4 vatios. Para determinar la cantidad de voltaje de CC que se debe utilizar con una bobina de CA de 12 V con una resistencia de CC de 24 ohmios:
Por lo tanto, el voltaje de CC no puede exceder los 9.8 voltios. Dado que la ficha técnica enumera el valor de recogida cuando se utiliza el voltaje de CC como el 75 % del valor nominal, el voltaje de CC en este ejemplo no debe ser inferior a 7.35 voltios.
Cuando se utiliza CA rectificada para accionar cualquier bobina de relé, se recomienda utilizar filtrado. Como se muestra en la Fig. 4A, la CA que se rectifica pero no se filtra tiene picos y valles de voltaje, es decir, valores máximos y mínimos. Si los valores mínimos deben ser del 75 % o menos que el voltaje nominal, la armadura puede experimentar movimientos. Como se muestra en la Fig. 4B, el filtrado elimina la onda. Por lo tanto, la CA rectificada y filtrada adecuadamente no tendrá ondas considerables.
Figura 4a. El voltaje de CA rectificado y sin filtrar tiene ondas presentes.
Figura 4b. La CA rectificada y filtrada tiene pocas o ninguna onda presente.
Uso del filtrado para accionar cualquier bobina de relé
Una bobina de relé es un alambre de cobre enrollado muchas veces alrededor de una bobina en la que se encuentra un núcleo de hierro. Cuando se imprime un voltaje de magnitud suficiente a través de la bobina, la bobina y el núcleo desarrollan magnetismo que atrae la armadura. La armadura, a su vez, controla el movimiento de los contactos. Dependiendo de la longitud total del alambre y el área de sección transversal de la unidad, la bobina presenta cierta cantidad de resistencia al flujo de corriente eléctrica. De acuerdo con la ley de Ohm, para una cantidad dada de resistencia, la corriente es directamente proporcional al voltaje. Es decir:
Una bobina de 12 V de CC que tiene 120 ohmios de resistencia utiliza 0.1 amperios de corriente. Algunas bobinas de relé aceptan voltaje de CC, mientras que otras aceptan voltaje de CA. El voltaje de CC (corriente continua) tiene un valor constante e invariable. En cualquier momento dado, una fuente de energía de 12 V de CC mide exactamente 12 voltios (generalmente pueden ser unas décimas de voltio más o menos). (Ver Fig. 1A)
Una bobina de 12 V de CC que tiene 120 ohmios de resistencia utiliza 0.1 amperios de corriente.
Algunas bobinas de relé aceptan voltaje de CC, mientras que otras aceptan voltaje de CA. El voltaje de CC (corriente continua) tiene un valor constante e invariable. En cualquier momento dado, una fuente de energía de 12 V de CC mide exactamente 12 voltios (generalmente pueden ser unas décimas de voltio más o menos). (Ver Fig. 1A)
Figura 1a. Forma de onda de voltaje de CC.
El voltaje de CA (corriente alterna), por el contrario, cambia constantemente de valor. Como se señaló en la lección 2 de la serie de autoestudios de Componentes Electromecánicos de Siemens, "Descripción de los relés", en cualquier momento dado, el voltaje en una línea de CA de 120 V, por ejemplo, experimenta un cambio. (Ver Fig. 1B) Es decir, el voltaje comienza en cero, aumenta a un voltaje de CA (corriente alterna) y, por el contrario, cambia constantemente de valor. Como se señaló en la lección 2 de la serie de autoestudios de Componentes Electromecánicos de Siemens, "Descripción de los relés", en cualquier momento dado, el voltaje en una línea de CA de 120 V, por ejemplo, experimenta un cambio. (Ver Fig. 1B)
Figura 1b. Forma de onda de voltaje de CA.
Es decir, el voltaje comienza en cero, aumenta a un valor pico, disminuye a cero, cruza cero y aumenta a pico en la dirección opuesta, luego disminuye a cero nuevamente. Este proceso se repite continuamente.
Supongamos que estos 120 V de CA se transformaran en 12 voltios y se imprimen a través de la bobina de 12 V de CC. Una medición de la corriente de la bobina mostraría que un valor considerablemente menor que la corriente calculada por la ley de Ohm fluye en la bobina (y su circuito asociado). Esta reducción en la corriente de la bobina es el resultado de la impedancia que la bobina presenta a la corriente alterna. (La impedancia es una función de la inductancia y está presente solo cuando fluye la corriente alterna).
Para accionar la armadura, se debe desarrollar cierta cantidad de potencia en la bobina del relé. Dado que la potencia es el producto de la resistencia de tiempos cuadrados de corriente (P = I2 R), la cantidad de potencia desarrollada en la bobina sería considerablemente menor que la requerida para el funcionamiento adecuado del relé. Para desarrollar la potencia requerida, el voltaje de la bobina tendría que aumentarse a ese valor donde fluya suficiente corriente.
En teoría, entonces, la CA se puede usar para accionar un relé de CC. Sin embargo, en realidad, hacerlo no es práctico. Dado que la corriente alterna disminuye a cero cada medio ciclo (120 veces por segundo para un voltaje de 60 ciclos), la armadura del relé tiende a liberarse cada medio ciclo. Este movimiento continuo de la armadura no solo causa un "ruido" audible, sino que hace que los contactos se abran y cierren a medida que la armadura se mueve.
Para accionar un relé a partir de la CA, los fabricantes de relés utilizan un dispositivo conocido como anillo de desfase (o bobina de desfase) en la parte superior del núcleo. (Ver Fig. 2). Debido al anillo de desfase, el magnetismo desarrollado en parte del núcleo desfasa un poco el magnetismo del resto del núcleo. Es decir, hay un ligero desfase entre el magnetismo de parte del núcleo y el resto del núcleo. Por lo tanto, a medida que la energía magnética del núcleo sin anillo de desfase disminuye a cero cada medio ciclo, la energía magnética disminuye a cero cada medio ciclo, y la energía magnética aún presente en la parte con anillo de desfase del núcleo mantiene la armadura sellada. En el momento en que la energía de la parte sin anillo de desfase disminuye a cero, la bobina y la energía magnética sin anillo de desfase ya comenzaron a aumentar una vez más mientras aumenta el valor de la corriente.
Figura 2. Las bobinas de CA utilizan un anillo de desfase para evitar que la armadura del relé se libere a medida que la energía magnética disminuye a cero cada medio ciclo de CA.
"Desfase" del relé de la serie R10 (bobina de CA)
Los relés R10 (y de la competencia) utilizan un método único para desfasar la bobina. Como se muestra en la Fig. 3, cuando el voltaje de CA de la parte superior de la bobina es negativo, el diodo M1 conduce la corriente a través de la mitad inferior de la bobina.
Dado que M1 está en paralelo con la mitad superior de la bobina, no hay corriente presente en la mitad superior de la bobina. Sin embargo, como resultado de la magnetización de la mitad de la bobina y el magnetismo resultante del núcleo, se genera energía magnética en la mitad superior de la bobina. Esta energía magnética desfasa un poco la de la mitad conductora de la bobina y, como se acaba de describir, sirve para mantener la armadura asentada cuando la corriente disminuye a cero.
Cuando el voltaje de CA se invierte, el diodo M2 conduce la corriente y M1 se apaga. La corriente de la bobina ahora está presente en la mitad superior de la bobina y genera magnetismo de la misma polaridad que la que queda del medio ciclo anterior. Por lo tanto, la armadura no tiene posibilidad de liberarse. Como antes, la parte no conductora de la bobina sirve como un dispositivo de desfase para mantener la armadura asentada. Se puede utilizar un diodo en serie con una bobina de relé, lo cual sirve para rectificar el voltaje de CA. Sin embargo, un diodo nunca debe colocarse en paralelo con la bobina en un circuito de CA. Hacerlo daría como resultado que el diodo sea conductor, en lugar del relé, ya que el voltaje oscila negativamente en el diodo. (Además, la primera vez que el diodo condujera corriente, se destruiría porque no hay ningún otro elemento en serie para limitar la corriente).
CC en un relé de CA
Así como no es práctico accionar un relé de CC a partir de la CA, tampoco es práctico accionar un relé de CA a partir de la CC. Sin embargo, en una emergencia, un relé de CA puede ser accionado a partir de la CC, siempre que se tomen ciertas precauciones. La primera precaución es proporcionar algún tipo de apertura residual entre el núcleo del relé y la armadura para evitar que la armadura se "pegue" como resultado de cualquier magnetismo residual considerable que permanezca en el núcleo después de que se elimine la potencia de la bobina. La segunda precaución que se debe tomar es asegurarse de que la cantidad de voltaje de CC utilizado sea menor que la clasificación de voltaje de CA de la bobina.
Con respecto a la apertura residual, los relés de CA están construidos de tal manera que cuando la armadura está en su posición asentada, está en contacto físico (magnético) con el núcleo. (En los relés de CC, un pequeño pin de cobre en la armadura evita eficazmente que la armadura entre en contacto magnético con el núcleo). Mientras el relé de CA funcione a partir del voltaje de CA, no hay problema con el magnetismo residual que mantiene la armadura asentada después de la liberación de la potencia de la bobina. Pero cuando un relé de CA funciona a partir del voltaje de CC, existe el peligro de que el magnetismo residual pueda mantener la armadura asentada. Como mínimo, la presencia de magnetismo residual en el núcleo causa una reducción en el voltaje de caída del relé.
Para anular los efectos del magnetismo residual, se puede adherir un pequeño trozo de cinta Mylar en la parte superior del núcleo del relé de CA. Esta cinta es extremadamente duradera y debería durar quizás cientos (si no miles) de operaciones. La cinta debe tener un grosor de 0.002" a 0.004".
Con respecto a la reducción requerida en el voltaje de la bobina, considere la bobina de relé de la serie KR. La bobina de CA de 12 V tiene una resistencia de CC de 24 ohmios. De acuerdo con la ley de Ohm, 12 voltios divididos por 24 ohmios equivale a 0.5 amperios. Sin embargo, como se señala en la ficha técnica de KR, ¡la bobina en realidad utiliza solo 0.168 amperios! (Este es el resultado de la impedancia de la bobina). Estos 0.168 amperios hacen que la bobina desarrolle suficiente potencia para realizar el trabajo previsto. Sin embargo, los 0.5 amperios harían que se desarrollaran 6 vatios de potencia. Este valor es muy superior al máximo permitido. Como resultado, la bobina se sobrecalentaría y el aislamiento del cable se quemaría. Luego, los giros de la bobina harían un corto. La bobina utilizaría aún más de corriente y finalmente se quemaría por completo.
Para usar una bobina de CA en CC se requiere reducir la cantidad de voltaje de CC al valor en el que la potencia de la bobina esté dentro de los límites máximos. Consideremos de nuevo el KR. La unidad de estilo abierto tiene una potencia nominal máxima de 4 vatios. Para determinar la cantidad de voltaje de CC que se debe utilizar con una bobina de CA de 12 V con una resistencia de CC de 24 ohmios:
Por lo tanto, el voltaje de CC no puede exceder los 9.8 voltios. Dado que la ficha técnica enumera el valor de recogida cuando se utiliza el voltaje de CC como el 75 % del valor nominal, el voltaje de CC en este ejemplo no debe ser inferior a 7.35 voltios.
Cuando se utiliza CA rectificada para accionar cualquier bobina de relé, se recomienda utilizar filtrado. Como se muestra en la Fig. 4A, la CA que se rectifica pero no se filtra tiene picos y valles de voltaje, es decir, valores máximos y mínimos. Si los valores mínimos deben ser del 75 % o menos que el voltaje nominal, la armadura puede experimentar movimientos. Como se muestra en la Fig. 4B, el filtrado elimina la onda. Por lo tanto, la CA rectificada y filtrada adecuadamente no tendrá ondas considerables.
Figura 4a. El voltaje de CA rectificado y sin filtrar tiene ondas presentes.
Figura 4b. La CA rectificada y filtrada tiene pocas o ninguna onda presente.
