Relés Electromagnéticos

Los relés electromagnéticos son dispositivos electromecánicos ampliamente utilizados en sistemas eléctricos y de automatización para controlar circuitos mediante una señal eléctrica.

Se consideran uno de los elementos fundamentales en el diseño de esquemas de mando y control, gracias a su capacidad de gestionar diferentes circuitos eléctricos.

El relé electromagnético opera como un interruptor controlado por un circuito eléctrico. Su invención, atribuida a Joseph Henry en 1834, revolucionó el control de circuitos eléctricos, permitiendo el manejo de altas potencias con señales de baja potencia y la conmutación de múltiples circuitos simultáneamente.

Aunque los relés y contactores comparten el principio de funcionamiento, sus diferencias radican en el diseño y la capacidad de carga. Los relés están diseñados para circuitos de control y manejan corrientes y tensiones bajas. En cambio, los contactores se emplean en circuitos de potencia, soportando cargas mucho mayores. Por ello, los contactores son más grandes.

La capacidad de los relés electromagnéticos para controlar circuitos mediante una pequeña señal de mando, junto con su versatilidad, los hace indispensables en esquemas con contactores y automatismos eléctricos y en una amplia variedad de aplicaciones.

A continuación, se muestra el aspecto de un relé electromecánico de la marca “Finder” en el que se observan a la izquierda los 2 bornes de la bobina y a la derecha los 3 bornes de un contacto conmutado.

Imagen de un relé electromagnético de la marca Finder
Contenidos
  1. Partes de un Relé Electromagnético
  2. Funcionamiento de los Relés Electromagnéticos
  3. Instalación de los Relés Electromagnéticos
  4. Relés Electromagnéticos y Contactores Auxiliares
  5. Aplicaciones Comunes de los Relés Electromagnéticos

Partes de un Relé Electromagnético

El diseño de los relés electromagnéticos es muy simple, incorporando varios componentes con diferentes funciones.

En la siguiente figura se muestra un dibujo de un relé electromagnético con un contacto conmutado, en el que se se observan sus principales componentes:

Imagen de las partes de los relés electromagnéticos

Carcasa del Relé

La carcasa externa protege los componentes internos del relé, contra daños físicos, golpes, vibraciones y la entrada de polvo, suciedad, humedad y otros elementos que podrían afectar su rendimiento.

Generalmente fabricada de un material aislante como plástico o baquelita, proporciona aislamiento eléctrico entre los componentes internos del relé y el exterior, previniendo cortocircuitos y protegiendo a los usuarios de descargas eléctricas.

Además, facilita la fijación del relé a un panel, placa de circuito impreso (PCB) o carril DIN mediante tornillos, clips o encajes.

La carcasa a menudo lleva información importante impresa, como las características eléctricas del relé o el diagrama de contactos.

Electroimán del Relé

Es el componente principal que produce el campo magnético imprescindible para el funcionamiento del relé.

El electroimán está compuesto por una bobina de hilo conductor, generalmente de cobre, enrollada alrededor de un núcleo fijo de material ferromagnético (como hierro dulce).

La bobina electromagnética puede operar con diversas tensiones, desde niveles bajos (5V, 12V) hasta tensiones industriales (230V, 400V), tanto en corriente continua como alterna.

Las tensiones habituales de corriente continua (DC) son: 3V, 5V, 6V, 9V, 12V, 24V y 48 V.

Las tensiones habituales de corriente alterna (AC) son: 24V, 120V, 230V y 400V.

Sus terminales se identifican con las letras A1 y A2.

Núcleo Fijo y Núcleo Móvil del Relé

Son piezas conductoras magnéticas, responsables de realizar el movimiento de los contactos del relé.

El núcleo fijo, generalmente fabricado de un material ferromagnético como hierro dulce, tiene la función principal de concentrar y dirigir el campo magnético generado por la bobina cuando se le aplica corriente. Esto aumenta la intensidad del campo magnético en el espacio donde se encuentra la armadura móvil, maximizando la fuerza de atracción.

El núcleo fijo sirve como soporte para la bobina de hilo conductor. La bobina se enrolla alrededor del núcleo fijo, lo que facilita la creación del electroimán.

La forma del núcleo fijo está pensada para optimizar la eficiencia del campo magnético. A menudo tiene forma de "U" o "E" para maximizar la superficie de contacto con la armadura y concentrar el flujo magnético.

El núcleo móvil o armadura es una pieza, también hecha de material ferromagnético, que es atraída por el campo magnético generado por el electroimán (bobina y núcleo fijo) cuando se alimenta la bobina.

La armadura está conectada mecánicamente a los contactos del relé. El movimiento de la armadura, provocado por la atracción magnética, causa la apertura o el cierre de estos contactos, conmutando así el circuito que controla el relé.

Muelle del Relé

La función principal del muelle o resorte es la de restablecer la posición original del núcleo móvil y, por consiguiente, de los contactos del relé, cuando se interrumpe la corriente en la bobina.

El resorte permite una conmutación rápida de los contactos, siendo fundamental en muchas aplicaciones donde se requiere una respuesta rápida. Generalmente, se utilizan resortes helicoidales de compresión, aunque también se pueden encontrar otros tipos según el diseño del relé.

Una bisagra facilita el giro del contacto móvil. Este movimiento de giro es el que permite que el contacto se acerque o se aleje del contacto fijo, estableciendo o interrumpiendo el flujo de corriente en el circuito.

Contactos de los Relés Electromagnéticos

Los contactos son los elementos que abren o cierran un circuito eléctrico en respuesta a la activación de la bobina del relé. Son, en esencia, interruptores controlados eléctricamente.

El relé puede disponer de diferente número de contactos que se identifican con números siguiendo las reglas para el marcado de los terminales auxiliares. Estos contactos pueden ser:

Normalmente abiertos (NA): el contacto está abierto en reposo, impidiendo el paso de corriente. Se cierra cuando se aplica tensión a la bobina, permitiendo el flujo de corriente.

Símbolo del contacto abierto

Normalmente cerrados (NC): el contacto está cerrado en reposo, permitiendo el paso de corriente. Se abre cuando se aplica tensión a la bobina, interrumpiendo el flujo de corriente.

Símbolo del contacto normalmente cerrado (NC)

Conmutados (SPDT, DPDT): este tipo de contacto tiene un terminal común que se conecta alternativamente a uno de los otros 2 terminales, dependiendo del estado de la bobina. Un contacto es NA y el otro es NC. Suelen encontrarse en 2 configuraciones, una simple y otra doble:

SPDT (Single Pole Double Throw o Unipolar Doble Tiro): un solo contacto móvil que puede conectar con dos contactos fijos. Actúa como un interruptor conmutador.

Símbolo del contacto conmutado

DPDT (Double Pole Double Throw o Bipolar Doble Tiro): dos contactos móviles que se mueven simultáneamente, cada uno con la capacidad de conectar con dos contactos fijos. Actúan como 2 interruptores conmutadores independientes accionados al mismo tiempo.

Símbolo del contacto conmutado DPDT

Bornes de Conexión del Relé

Los bornes de conexión de los relés electromagnéticos son los puntos de conexión eléctrica, generalmente mediante tornillos, que permiten conectar la bobina del relé al circuito de control que lo activa, y sus contactos a los circuitos que controla.

Los bornes del circuito de control (bobina) se utilizan para conectar la bobina del relé a la fuente de alimentación que la alimenta. Generalmente se identifican con las letras A1 y A2. En relés diseñados para corriente continua (CC), se indican los polos positivo (+) y negativo (-).

Los bornes del circuito de carga (contactos) se utilizan para conectar los contactos del relé al circuito que se va a controlar. Existen diferentes tipos de contactos y, por lo tanto, diferentes bornes, dependiendo de que sean normalmente abiertos, normalmente cerrados o conmutados.

Funcionamiento de los Relés Electromagnéticos

El relé electromagnético opera bajo el principio del electromagnetismo. Consiste en una bobina que, al recibir corriente eléctrica, genera un campo magnético que actúa sobre una pieza móvil (núcleo o armadura). Este movimiento mecánico se utiliza para abrir o cerrar contactos eléctricos, cambiando el estado del circuito controlado.

1º) Estado de reposo: sin corriente en la bobina, la armadura permanece en su posición inicial, determinada por un muelle que la mantiene en reposo. Los contactos permanecen en su estado inicial: normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC).

Imagen del estado de reposo de los relés electromagnéticos

2º) Estado activo: al aplicar una tensión a la bobina, se genera un campo magnético que atrae la armadura. Esto provoca un cambio en la posición de los contactos, cerrando los NA y abriendo los NC.

Imagen del estado activo de los relés electromagnéticos

3º) Retorno al estado inicial: cuando se elimina la corriente, el campo magnético desaparece y el muelle devuelve la armadura a su posición original, restaurando el estado de los contactos.

El símbolo del relé engloba todos sus contactos asociados, que dependerán del relé específico. A continuación, se muestra el símbolo un relé electromagnético con un contacto conmutado (SPDT):

Símbolo del relé electromagnético con un contacto conmutado

Instalación de los Relés Electromagnéticos

La elección del método de instalación depende de la aplicación específica, el tamaño del relé, el entorno de trabajo y los requisitos de mantenimiento. Por tanto, es fundamental consultar la hoja de datos del fabricante del relé para obtener información específica sobre el montaje y la fijación.

Se suelen utilizar 3 métodos de instalación a diferentes soportes: carriles DIN, paneles y placas de circuito impreso (PCB).

Instalación en Carril DIN

El carril DIN es un estándar utilizado en la industria para el montaje de componentes eléctricos y electrónicos en armarios y cuadros eléctricos. Los relés electromagnéticos modulares diseñados para carril DIN tienen un clip o enganche en su parte posterior que permite fijarlos al carril sin necesidad de herramientas.

Foto de un carril DIN
Imagen de un relé electromagnético para carril DIN

Algunos relés se enchufan en zócalos que a su vez se montan en el carril DIN.

Foto de un carril DIN
Imagen de un zócalo para relé electromagnético
Imagen de un relé electromagnético de la marca Finder

La fijación a carril DIN se utiliza ampliamente en instalaciones eléctricas y de automatización industrial. Facilita la instalación y el mantenimiento en armarios eléctricos. Es común en cuadros de distribución eléctrica, sistemas de control industrial y automatización de edificios (sistemas de control de iluminación, climatización, etc.).

Instalación en Paneles

Este método se utiliza comúnmente en aplicaciones industriales y de control, donde se requiere montar varios componentes en un panel metálico. Muchos relés vienen con orificios de montaje en su carcasa. Se utilizan tornillos y tuercas para fijar el relé al panel.

No obstante, la instalación de los relés sobre panel se simplifica gracias a los zócalos, que suelen servir tanto para fijación en paneles mediante tornillos como para fijación a carril DIN.

Imagen de un zócalo relé electromagnético para montaje en panel con tornillos y en carril DIN
Imagen de un relé electromagnético de la marca Finder

En aplicaciones donde no se requiere un reemplazo frecuente o donde no es posible usar tornillos, se pueden utilizar adhesivos industriales de alta resistencia para fijar el relé al panel.

Instalación en Placas de Circuito Impreso (PCB)

La instalación de relés electromagnéticos en placas de circuito impreso (PCB) es una práctica común en el diseño electrónico para controlar circuitos de mayor potencia o voltaje con señales de baja potencia.

Los relés para PCB tienen pines que se insertan en orificios en la placa y se sueldan. Los pines suelen ser de 2 tipos: THT o de agujeros pasantes y SMD o de montaje superficial.

Imagen de un relé electromagnético para placas de circuito impreso PCB

Al igual que con los paneles, se pueden utilizar zócalos. Los zócalos se sueldan a la PCB y el relé se enchufa en el zócalo. De esta manera, si el relé falla, se puede reemplazar rápidamente sin necesidad de desoldar.

Imagen de un zócalo de relé electromagnético para soldar en placa PCB
Imagen de un relé electromagnético para placas de circuito impreso PCB

Relés Electromagnéticos y Contactores Auxiliares

Existe una cierta confusión entre los términos relé electromagnético o relé auxiliar y contactor auxiliar, ya que en muchos contextos se utilizan indistintamente.

Las similitudes entre ambos dispositivos son las siguientes:

Principio de funcionamiento: ambos son dispositivos electromagnéticos que utilizan una bobina para accionar contactos eléctricos auxiliares.

Función principal: se utilizan para controlar circuitos de baja potencia, para señalización, enclavamiento, mando, etc. Ninguno puede conmutar directamente cargas de potencia.

Aspecto físico: algunos modelos pueden ser muy parecidos, especialmente los relés auxiliares de mayor tamaño de carril DIN y los contactores auxiliares pequeños.

Imagen de un relé electromagnético con 2 contactos de salida y de un contactor auxiliar monofásico

Las principales diferencias sutiles, que a menudo se difuminan en la práctica, son:

1º) Origen y terminología: el término "relé" tiene un origen más amplio y se utiliza en diversos campos de la electrónica y la electricidad. El término "contactor", por su parte, se asocia más a aplicaciones industriales y al control de motores.

2º) Capacidad de corriente de los contactos: en general, los relés suelen tener una capacidad de corriente menor. Esto se debe a que los contactores auxiliares están pensados para entornos industriales que suelen requerir mayor capacidad. No obstante, existen relés con capacidades de corriente comparables a algunos contactores auxiliares.

3º) Número de contactos: los relés electromagnéticos suelen tener un número de contactos más limitado. Los contactores auxiliares, en cambio, suelen ofrecer un mayor número y variedad de contactos (NA, NC, conmutados) en un mismo dispositivo, incluyendo la posibilidad de añadir bloques de contactos adicionales.

Como conclusión, se podría decir que:

Contactores auxiliares: se emplean más en cuadros de control industrial, automatización de maquinaria, control de motores, etc.

Relés auxiliares: se utilizan en electrónica de control, automatización de edificios (domótica), sistemas de alarma, interfaces entre diferentes circuitos, etc.

Aplicaciones Comunes de los Relés Electromagnéticos

Los relés electromagnéticos se utilizan en una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. A continuación, se detallan algunas de las aplicaciones más comunes:

Automatización industrial:

Control de motores: pueden utilizarse en circuitos sencillos de mando para arrancar, detener, invertir el giro y controlar la velocidad de motores eléctricos, especialmente en maquinaria industrial, bombas, compresores y sistemas de transporte.

Control de procesos: se emplean para controlar secuencias de operaciones, activar alarmas, regular temperaturas y presiones, y controlar el llenado y vaciado de tanques.

Automatización doméstica:

Control de iluminación: permiten controlar luminarias desde interruptores o mediante sistemas de automatización.

Automatización del hogar: son usados ​​en sistemas de domótica para activar dispositivos como persianas, electrodomésticos o sistemas de climatización.

Automoción:

Iluminación: controlan las luces de los faros, intermitentes, luces de freno y otras luces del vehículo.

Cierre centralizado: controlan el bloqueo y desbloqueo de las puertas.

Elevalunas eléctricos: controlan el funcionamiento de los motores de las ventanas.

Control de climatización: controlan el compresor del aire acondicionado y otros componentes del sistema de climatización.

Electrónica de consumo:

Electrodomésticos: se utilizan en lavadoras, secadoras, hornos microondas y otros electrodomésticos para controlar diferentes funciones.

Sistemas de audio y vídeo: se emplean para conmutar señales de audio y vídeo entre diferentes fuentes.

Sistemas de seguridad:

Sistemas de alarma contra incendios y robo: se utilizan para activar alarmas, sirenas y otros dispositivos de seguridad tras la activación de un sensor.

Sistemas de control de acceso: controlan el desbloqueo de puertas y otros accesos.

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