Il relè (dal francese "relais"; si rimanda alla sezione "caratteristiche" per l'etimologia) è un componente elettricomeccanico il cui funzionamento avviene mediante un elettromagnete costituito da una bobina di filo conduttore elettrico, generalmente di rame, avvolto intorno a un nucleo di materiale ferromagnetico. Al passaggio di corrente elettrica nella bobina, l'elettromagnete attrae l'ancora alla quale è vincolato il contatto mobile che quindi cambierà posizione. Nella figura a fianco è rappresentato un relè con tre contatti: uno mobile e due fissi. Quando il relè è a riposo il contatto mobile è in contatto con uno dei due contatti fissi. Quando il relè è "eccitato", cioè quando la bobina è percorsa da corrente elettrica, la situazione si inverte e il contatto mobile si sposta sull'altro contatto.
Storia Nel 1833, Carl Friedrich Gauss e Wilhelm Eduard Weber svilupparono un relè elettromagnetico.
Lo scienziato statunitense Joseph Henry è spesso citato per una presunta invenzione di un relè nel 1835 per migliorare la sua versione del telegrafo elettrico, sviluppata precedentemente nel 1831.
Si sostiene che l'inventore inglese Edward Davy "abbia certamente inventato il relè elettrico" nel suo telegrafo elettrico.
Un altro semplice dispositivo, che ora è chiamato normalmente relè, è stato incluso nel brevetto del 1880 per il telegrafo di Samuel Morse. Il meccanismo descritto funzionava come un amplificatore digitale, ripetendo il segnale del telegrafo e consentendo così la propagazione dei segnali fino al punto desiderato.
La parola relè appare nel contesto delle operazioni elettromagnetiche del 1860.
Caratteristiche I contatti del relè costituiscono gli interruttori o gli scambi, il cui stato (aperto o chiuso) dipende dall'eccitazione dell'elettromagnete. Ad esempio, un relè con due contatti può funzionare come interruttore, mentre un relè con tre contatti può funzionare come commutatore. Per ciascun interruttore o commutatore sono presenti un contatto mobile e, rispettivamente, uno o due contatti fissi. In quest'ultimo caso il contatto mobile è situato tra i due contatti fissi.
Quando l'elettromagnete di un comune relè a tre contatti è a riposo, il contatto mobile risulta elettricamente connesso a un contatto fisso formando un circuito chiuso; un terzo contatto, anch'esso fisso, risulta invece disconnesso (circuito aperto). Quando l'elettromagnete viene eccitato la situazione si inverte: il contatto mobile si sposta disconnettendosi dal primo contatto fisso e connettendosi all'altro. I contatti fissi sono quindi rispettivamente detti normalmente chiuso (NC) e normalmente aperto (NO), in chiaro riferimento allo stato normale (cioè quando l'elettromagnete è diseccitato).
I relè con due contatti sono generalmente di tipo normalmente aperto. Esistono in commercio relè con un numero di contatti multiplo di due o di tre, dove cioè sono presenti più interruttori o deviatori comandati simultaneamente dallo stesso elettromagnete.
Il termine "relè" deriva dal francese relais, che indicava ognuna delle stazioni di posta dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i cavalli in modo da svolgere più celermente il loro servizio; per analogia, ai primordi della telegrafia, si usò il termine relè nell'indicare i dispositivi grazie ai quali si trasferiva un messaggio in codice Morse da una stazione di partenza a una stazione di arrivo, come se un virtuale messo postale si servisse di tali dispositivi per arrivare finalmente alla meta. Di fatto un rilancio del segnale. Il termine rilancio (relay) in lingua inglese è indifferentemente usato per il "relè", descritto in questa pagina, e per "ripetitore", apparecchio che funge da ponte radio in radiocomunicazione: quest’ultimo significato è ereditato anche in lingua italiana come anglicismo.
Classificazione I relè vengono classificati in base alla grandezza alla quale sono sensibili: Voltmetrici Wattmetrici Amperometrici Tachimetrici Frequenzimetrici A impedenza
Grazie all'utilizzo di trasduttori queste grandezze possono anche non essere elettriche.
Ulteriore classificazione è fatta in base al principio di funzionamento: Magnetico Termico Magnetotermico A induzione
La suddivisione può essere fatta in base al valore della grandezza misurata: Di massima Di minima Differenziale
Tipi di contatti
Sigla e abbreviazioni Significato della sigla Nomebritannico Nomeamericano Descrizione Simbolo SPST Singolo polo, singolo contatto(Single pole, single throw) Una via Due vie È un semplice interruttore on-off: agendo sull'interruttore i due contatti possono essere connessi e disconnessi tra di loro. SPDT Singolo polo, doppio contatto(Single pole, double throw) Due vie Tre vie Semplice deviatore con un contatto (COM, Common) che può essere connesso o con L1 o con L2. SPCOSPTT, c.o. Deviatore con posizione centrale stabile(Single pole, change overo Single Pole, Triple Throw) Simile al SPDT. Il contatto SPCO/SPTT presenta un'altra posizione stabile centrale non collegata agli altri due terminali. DPST Doppio polo, singolo contatto(Double pole, single throw) Doppia via Doppia via Questo interruttore equivale a due SPST controllati da un singolo meccanismo. DPDT Doppio polo, doppio contatto(Double pole, double throw) Equivalente a due SPDT controllati da un solo meccanismo. DPCO Deviatore con posizione centrale stabile (Double pole, change overo Double Pole, Triple Throw) Equivale a due DPDT. Presenta un'altra posizione stabile centrale non collegata. Interruttore intermedio(Intermediate switch) Interruttore a quattro vie(Four-way switch) Invertitore. I due conduttori di ingresso, dopo l'eccitazione della bobina, si presentano in uscita invertiti tra loro.
Evoluzione dei relè Dato un numero elevatissimo di relè installati in tutto il mondo, sono state concepite negli anni ben tre generazioni di relè.
Prima generazione: in questa generazione troviamo i più semplici e ingombranti dispositivi, che inoltre richiedono una notevole energia per funzionare. Vengono comunque utilizzati al giorno d'oggi per impianti di illuminazione e nella conduzione di macchine elettriche. Seconda generazione: questi relè si trovano di dimensioni piuttosto ridotte, e nonostante ciò godono di un'ottima efficienza e richiedono una ridotta quantità di corrente elettrica. Vengono adottati in ambiti medici, di telecontrollo e in dispositivi elettrici d'ufficio. Terza generazione: derivati da quelli di seconda generazione, questi relè hanno spesso incorporato un circuito integrato, il quale aumenta le prestazioni e il numero di compiti che potrebbe svolgere, anche grazie alle ridotte dimensioni ma soprattutto alla possibilità di essere programmato. Prende così il nome di relè IC.
Tipo di funzionamento Esiste in commercio una grande varietà di relè, le cui caratteristiche elettriche essenziali si possono ricondurre a: Eccitazione comune: un contatto è collegato direttamente a un capo della bobina; solitamente il valore dell'alimentazione della bobina è la tensione di rete (230 volt); Eccitazione separata: alimentazione bobina e contatti di potenza isolati; solitamente l'alimentazione della bobina, in questi casi è a bassa tensione (12, 24 o 48 volt); Dati elettrici dell'ingresso di comando: tensione, frequenza e corrente assorbita; Capacità di commutazione dei contatti: corrente nominale massima, potere di interruzione; i relè in grado di commutare potenze elevate sono detti teleruttori; Livello di isolamento tra i due circuiti, solitamente dell'ordine di centinaia o migliaia di volt. Per quanto riguarda la logica di funzionamento una classificazione può essere la seguente:
Monostabili Una sola posizione dei contatti è stabile, mentre l'altra si ha solamente quando è presente il segnale di eccitazione in ingresso: ad esempio sono relè monostabili quelli che controllano i potenti motori di grosse macchine operatrici, come i carri ponte, i quali sono comandati da circuiti a bassa tensione per motivi di sicurezza.Alcuni modelli impiegano un tempo prefissato per modificare lo stato di commutazione: questi si definiscono relè temporizzati; più precisamente, esiste un ritardo stabilito tra l'applicazione del segnale e la commutazione del circuito, ci sono vari modelli di relè temporizzati: ritardati nell'eccitazione o nella diseccitazione, a colpo singolo o ciclico. cioè nell'aprire o chiudere il circuito in ogni situazione.
Un metodo, in uso da tempo per ritardare la chiusura, consiste nel realizzare l'ancora mobile accoppiando due metalli con caratteristiche di dilatazione differenti in una lamina (perciò detta bi-metallica): una resistenza elettrica avvolta intorno alla lamina costituisce l'elemento che fornisce calore per la lenta dilatazione asimmetrica della lamina del contatto mobile fino allo scatto in chiusura. Il comando è costituito dall'applicazione di una tensione alla resistenza. Questo tipo di relè è definito "a bi-metallo". Un tipo in ampolla in vetro sottovuoto, era impiegato dal costruttore Tektronix nei propri oscilloscopi a valvole, per ritardare l'applicazione della tensione anodica fintanto che i catodi riscaldati dai filamenti non fossero alla temperatura di lavoro.
Bistabili Che possono essere raggiunte con l'applicazione di un segnale su uno dei due ingressi corrispondente alla posizione. Questa funzionalità è anche detta a flip-flop. Caratteristiche di questi modelli sono l'assenza di consumo energetico per mantenere la posizione e persistenza dello stato anche dopo lo spegnimento dell'apparecchiatura che li impiega. Si dice che le apparecchiature appartenenti a questa categoria siano dotate di memoria, in quanto memorizzano il segnale che le attiva (eccitando la bobina).In funzione del sistema che mantiene l'ultima posizione raggiunta i relè bistabili possono essere ulteriormente catalogati in relè a ritenuta magnetica o a ritenuta meccanica. I primi vengono eccitati tramite l'alimentazione della bobina di eccitazione e rimangono nella posizione "1" tramite un magnete permanente. La bobina di diseccitazione crea un campo magnetico che si oppone a quello prodotto dal magnete permanente e determina il ritorno alla posizione "0" per effetto della gravità o di una molla di richiamo. Nei relè a ritenuta meccanica la posizione raggiunta viene bloccata da un arpionismo meccanico che viene sganciato dalla bobina di diseccitazione.
Passo-passo Il relè passo-passo venne brevettato nel 1949 da Piero Giordanino, che nel 1954 fondò la Finder, azienda torinese leader italiana nel settore. Una serie ciclica di configurazioni dei contatti viene percorsa, avanzando di un passo a ogni impulso applicato all'ingresso. Sono costituiti da un contatto posizionato su una camma a sezione quadrata che a ogni impulso ruota di un ottavo di giro (passo), il contatto si può trovare sul lato del quadro (contatto chiuso), oppure sul vertice del quadro (contatto aperto), e così in successione. Sono di questo tipo i relè che controllano l'accensione e lo spegnimento degli impianti di illuminazione, civili o industriali, con comando da più di due punti: più pulsanti collegati fra di loro in parallelo controllano l'eccitazione della bobina del relè. Ogni volta che la bobina viene eccitata con la pressione di un qualsiasi pulsante, la camma ruota di un passo e, a causa della sua conformazione, alterna a ogni azionamento una posizione del contatto chiuso a una del contatto aperto.
Simili modalità di funzionamento sono applicate nei vecchi programmatori meccanici delle lavatrici e delle lavastoviglie.
A impulsi Si definiscono in questo modo i relè che permettono un loro funzionamento tramite un'alimentazione limitata nel tempo, appunto impulsivamente, generalmente i relè che possono essere alimentati in questo modo possono essere del tipo temporizzato/monostabile e/o passo-passo.
A disco