RY-ELE: su fabricante líder de relés de control industrial.
Al encender los faros, tocar la bocina, arrancar el motor o activar el ventilador de refrigeración, se produce un proceso de conmutación eléctrica en algún punto del vehículo. En muchos sistemas eléctricos convencionales de 12 V y 24 V, esta función la realiza un relé automotriz.
Un relé automotriz permite que una corriente de control relativamente pequeña active otro circuito eléctrico. Esto posibilita el control de cargas como luces, ventiladores, bocinas, bombas y equipos auxiliares sin que la corriente total de la carga circule por cada interruptor o dispositivo de control del tablero.
Aunque un relé automotriz es un componente pequeño, su capacidad de contacto, la tensión de su bobina, la configuración de sus terminales y las características de carga pueden tener un efecto directo en la fiabilidad del sistema eléctrico del vehículo.
Este artículo explica cómo funcionan los relés de automoción, dónde se utilizan habitualmente y qué deben tener en cuenta los ingenieros y los compradores a la hora de seleccionar uno.
Un relé automotriz es un dispositivo de conmutación accionado eléctricamente, diseñado para controlar los circuitos eléctricos en vehículos y equipos relacionados.
Un relé electromagnético automotriz convencional contiene dos secciones eléctricamente distintas:
El lado de control
Aquí se encuentra la bobina del relé. Al aplicar el voltaje especificado a la bobina, se crea un campo magnético.
El lado de conmutación
Contiene los contactos móviles y fijos que abren o cierran el circuito de carga.
Lo importante es que el circuito de control y el circuito de carga realizan funciones diferentes.
Una señal de corriente relativamente baja puede energizar la bobina del relé, mientras que los contactos conmutan otro circuito que transporta la corriente requerida por la carga conectada.
Esta es una de las razones por las que los relés automotrices se encuentran comúnmente entre los dispositivos de control del vehículo y las cargas eléctricas.
Consideremos un ventilador de refrigeración para vehículos.
El controlador electrónico solo necesita indicarle al ventilador cuándo debe funcionar. Sin embargo, el motor del ventilador puede requerir mucha más corriente que la señal de control.
Si la corriente total del motor se canalizara a través de un pequeño interruptor del tablero o una salida de control, tanto el interruptor como el cableado y el conector tendrían que diseñarse para esa carga.
Un sistema de relevos ofrece otra alternativa.
El dispositivo de control energiza la bobina del relé. Los contactos del relé entonces conmutan el circuito del ventilador.
En forma simplificada:
Señal de control → Bobina del relé → Conmutación de contactos → Carga eléctrica
Esta disposición puede ayudar a separar el lado de control del circuito de carga de mayor corriente y permite colocar el dispositivo de conmutación más cerca de la carga cuando sea apropiado.
Para comprender el funcionamiento de un relé, resulta útil observar lo que sucede en el interior de un relé electromagnético típico.
La bobina recibe la tensión de control.
Los sistemas eléctricos de los automóviles suelen utilizar fuentes de alimentación de CC, y los relés para automóviles de 12 V y 24 V se seleccionan según la arquitectura eléctrica del vehículo o del equipo.
Al aplicar el voltaje correcto a la bobina, se crea un campo magnético.
El campo magnético atrae una armadura metálica móvil.
Esto convierte la entrada eléctrica en la bobina en movimiento mecánico.
El movimiento de la armadura cambia el estado de los contactos eléctricos.
Cuando se interrumpe la alimentación de la bobina, un mecanismo de retorno devuelve los contactos a su estado normal.
Toda esta secuencia puede ocurrir rápidamente, lo que permite que una señal de control eléctrico conmute otro circuito sin necesidad de que ambos circuitos transporten la misma corriente.
Muchos relés de automoción utilizan designaciones de terminales estandarizadas como 30, 85, 86, 87 y 87a .
Una configuración común es:
Siempre se debe confirmar la disposición exacta a partir del diagrama de relés o los datos técnicos, ya que las configuraciones de los relés pueden variar.
En un relé de conmutación típico, el terminal 30 está conectado al 87a mientras la bobina está desenergizada.
El carril NO entre las carreteras 30 y 87 permanece abierto.
Cuando se aplica el voltaje correcto a través de los terminales de la bobina, la armadura se mueve.
La conexión entre 30 y 87a se abre, mientras que la conexión entre 30 y 87 se cierra.
El relé ha modificado la trayectoria eléctrica sin necesidad de que el propio dispositivo de control conmute la carga directamente.
La configuración de los contactos debe seleccionarse en función de la función que deba cumplir el circuito cuando el relé no esté energizado.
Un contacto normalmente abierto no conduce a través de esa trayectoria conmutada mientras el relé se encuentra en su estado normal, sin energía.
Cuando la bobina recibe energía, el contacto normalmente abierto se cierra.
Esta configuración se utiliza habitualmente cuando una carga debe funcionar únicamente después de recibir una orden de control.
Algunos ejemplos típicos pueden ser:
Un circuito normalmente cerrado conduce la corriente en el estado normal del relé y se abre cuando la bobina se energiza.
Los contactos normalmente cerrados (NC) pueden ser útiles cuando el circuito necesita un estado alternativo o una función de conmutación.
Para los ingenieros, elegir entre NO o NC es, por lo tanto, una decisión de lógica de control, y no simplemente una cuestión de preferencia de terminal.
Los relés automotrices se pueden encontrar en muchos sistemas eléctricos, aunque la arquitectura exacta varía considerablemente entre los diferentes diseños de vehículos.
Los ventiladores eléctricos pueden generar una demanda de corriente considerable en el sistema eléctrico del vehículo. Los relés permiten conmutar el circuito del ventilador mediante una señal de control independiente.
Los relés pueden utilizarse para conmutar cargas de iluminación, manteniendo la parte de control del circuito separada del recorrido de la corriente de la lámpara.
Al pulsar el interruptor de la bocina se puede proporcionar la orden de control, mientras que un relé conmuta la carga de la bocina.
Los motores de las bombas son otro ejemplo de cargas que pueden controlarse mediante un relé, dependiendo de la arquitectura del vehículo.
Los relés pueden incorporarse en los circuitos del ventilador, del control del compresor, de la calefacción o en circuitos auxiliares relacionados.
Los sistemas eléctricos de los vehículos también pueden utilizar relés para el control relacionado con el arranque y los equipos auxiliares.
Además de en vehículos de pasajeros, se pueden encontrar aplicaciones similares de relés de 12 V y 24 V en vehículos comerciales, maquinaria de construcción, equipos agrícolas y otros sistemas eléctricos móviles.
Uno de los puntos más importantes a la hora de seleccionar un relé para automóviles es que el número impreso como corriente nominal no lo dice todo.
Una carga resistiva de 30 A y un motor que consume 30 A bajo una condición de funcionamiento determinada no necesariamente imponen la misma tensión a los contactos del relé.
Las diferentes cargas se comportan de manera diferente durante la conmutación.
Generalmente, presentan características de corriente relativamente predecibles.
Los motores pueden consumir una corriente de arranque o de irrupción mucho mayor que su corriente de funcionamiento normal.
Algunas lámparas pueden consumir una corriente elevada al encenderse por primera vez debido a que el filamento frío tiene una menor resistencia.
Las bobinas, los solenoides y los motores pueden generar transitorios de voltaje cuando se conmutan.
Estas condiciones afectan a la formación de arcos eléctricos por contacto, al desgaste de los contactos, a la vida útil eléctrica y a la posibilidad de soldadura por contacto.
Por ese motivo, los ingenieros deben evaluar el tipo de carga real y las condiciones de conmutación , y no solo comparar los valores nominales de corriente.
La bobina del relé debe coincidir con la tensión de control del sistema.
Utilizar un voltaje de bobina incorrecto puede causar varios problemas.
Si la tensión aplicada es demasiado baja, es posible que el relé no se active correctamente o que funcione de forma inestable.
Si la bobina se somete a un voltaje excesivo, puede producirse un sobrecalentamiento y daños prematuros.
Por lo tanto, los ingenieros deberían confirmar al menos:
Los sistemas eléctricos de los vehículos no son fuentes de alimentación ideales para un laboratorio, por lo que deben tenerse en cuenta las condiciones reales de funcionamiento durante la selección del producto.
Los relés son componentes electromecánicos, y tanto las tensiones eléctricas como las mecánicas influyen en su vida útil.
Las causas comunes de los problemas incluyen:
Sobrecarga de contactos
Conmutar una carga que supere la capacidad adecuada del relé puede acelerar el daño en los contactos.
Alta corriente de irrupción
La conmutación repetida de alta corriente puede provocar una erosión o soldadura severa de los contactos.
Voltaje de bobina incorrecto
Una bobina que no sea la adecuada puede funcionar de forma poco fiable o sobrecalentarse.
Conexiones de terminal deficientes
Una alta resistencia de conexión puede generar calentamiento localizado.
Cambios frecuentes
La vida útil eléctrica depende de la carga y la frecuencia de conmutación, no solo de la especificación de vida útil mecánica.
Temperatura y vibración
Los entornos de la automoción y de los equipos móviles pueden exponer a los relés a condiciones muy diferentes a las de los armarios de control fijos de interior.
Al investigar fallas en los relés, reemplazar el relé sin identificar el problema eléctrico o de instalación subyacente puede proporcionar únicamente una solución temporal.
En lugar de seleccionar un relé basándose únicamente en su tamaño y capacidad de corriente, los ingenieros y compradores deberían evaluar la aplicación completa.
Entre los factores importantes se incluyen:
El relé automotriz adecuado es aquel que se ajusta a la carga eléctrica real y al entorno operativo , no simplemente el que tiene el número más alto impreso en su carcasa.
Los relés para automoción e industria comparten el mismo principio fundamental de conmutación electromagnética, pero sus entornos de aplicación pueden ser muy diferentes.
Las aplicaciones para el sector automotriz pueden implicar sistemas eléctricos de corriente continua, vibraciones, cambios de temperatura, espacios de instalación reducidos y características de carga específicas del vehículo.
Los relés industriales suelen diseñarse para aplicaciones como interfaces PLC, armarios de control, equipos de fabricación y automatización de procesos.
Por lo tanto, se debe seleccionar un relé de acuerdo con sus especificaciones previstas y los requisitos de la aplicación, en lugar de asumir que dos productos con dimensiones o capacidades de contacto similares son intercambiables.
Para los fabricantes de equipos, distribuidores y diseñadores de sistemas eléctricos, la selección de relés debe comenzar con el circuito, en lugar de con el catálogo de productos.
Identifique primero la tensión de control .
Luego, determine qué contactos necesitan cambiar realmente.
Verifique la corriente en estado estacionario , pero también investigue qué sucede durante el arranque y la parada. Considere la temperatura ambiente, la frecuencia de conmutación, la vibración, el método de instalación y la vida útil prevista del equipo .
Este enfoque puede llevar un poco más de tiempo durante la fase de diseño, pero puede prevenir daños en los contactos, sobrecalentamiento, fallos intermitentes y la necesidad de sustituir repetidamente los relés más adelante en el ciclo de vida del producto.
Un relé automotriz realiza una función sencilla: utiliza una señal de control eléctrico para conmutar otro circuito.
Lo que complica la selección de relés es el entorno que rodea esa función básica.
Un ventilador, una lámpara, una bomba, una bocina o un solenoide pueden exigir valores muy diferentes al mismo conjunto de contactos de un relé. La tensión de la bobina, la corriente de arranque, la configuración de los contactos, la temperatura y la frecuencia de conmutación influyen en la fiabilidad del relé.
Comprender estos factores ayuda a los ingenieros a elegir un relé automotriz en función del comportamiento real del sistema eléctrico del vehículo, y no simplemente de la corriente nominal del relé.