Relè: differenze tra le versioni

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{{nd|invece la funzione di ripetitore utilizzata in [[Radiocomunicazione]]|ripetitore|relay}}

[[File:Relay principle vertical.jpg|thumb|rightupright=1.0|Immagine che schematizza il funzionamento di un relè.<br />Legenda:<br />1. Bobina<br />2. Ancora<br />3. Contatto mobile]]

Il '''relè''' (dal francese "relais"; si rimanda alla sezione "[[#Caratteristiche|caratteristiche]]" per l'etimologia) è un componente [[elettromeccanica|elettricomeccanico]] il cui funzionamento avviene mediante un elettromagnete costituito da una [[bobina]] di filo [[conduttore elettrico]], generalmente di [[rame]], avvolto intorno ada 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|Wilhelm Weber]] svilupparono un relè elettromagnetico.

Lo scienziato americanostatunitense [[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.

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I contatti del relè costituiscono gli [[interruttore|interruttori]] o gli [[Deviatore|scambi]], il cui stato ([[Circuito aperto|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 ada 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'',<ref>{{treccani|relè|v=1}}</ref> che indicava ognuna delle stazioni di posta dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i [[Cavallo|cavalli]] in modo da svolgere più celermente il loro servizio; per analogia, ai primordi della [[Telegrafo|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

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* Tachimetrici

* Frequenzimetrici

* AdA impedenza

Grazie all'utilizzo di [[Trasduttore|trasduttori]] queste grandezze possono anche non essere elettriche.

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{{Anchor|Table of switch comparisons|Table of switch types}}

{| class="wikitable"

! Sigla ede abbreviazioni

!valign=top| Significato della sigla

! Nome<br />britannico

! Nome<br />Americanoamericano

! Descrizione

! Simbolo

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|}

== 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 [[Illuminotecnica|illuminazione]] e nella conduzione di [[Macchina elettrica|macchine elettriche]].

* '''Seconda generazione:''' questi relè si trovano di dimensioni piuttosto ridotte, e nonostante ciò godono di una 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 [[Programmazione (informatica)|programmato]]. Prende così il nome di relè [[Circuito integrato|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 ada 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 elettrica|tensione]], [[frequenza]] e [[Corrente elettrica|corrente]] assorbita;

* Capacità di commutazione dei contatti: [[corrente nominale]] massima, [[potere di interruzione]]; i relè in grado di commutare potenze elevate sono detti [[teleruttore|teleruttori]];

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=== 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.<br />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.

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 [[oscilloscopio|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).<br />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.

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 ada 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.

Sono costituiti da un contatto posizionato su una [[camma]] a sezione quadrata che ad 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 ad ogni azionamento una posizione del contatto chiuso ad una del contatto aperto.

Simili modalità di funzionamento sono applicate nei vecchi programmatori meccanici delle lavatrici e delle lavastoviglie.

=== AdA 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 ===

Il ''relè a disco'' è ampiamente utilizzato in Italia per garantire la sicurezza nella logica di funzionamento degli impianti ferroviari. Il relè viene normalmente usato come relè di controllo di posizione del relè schermo dei segnali permanentemente luminosi (solo negli impianti molto vecchi, successivamente il controllo di posizione è stato realizzato in corrente continua, oggigiorno i segnali sono statici quindi quel controllo è stato eliminato) e come relè dei circuiti di binario alimentati in corrente alternata.

Il relè viene normalmente usato come relè di controllo di posizione del relè schermo dei segnali permanentemente luminosi (solo negli impianti molto vecchi, successivamente il controllo di posizione è stato realizzato in corrente continua, oggigiorno i segnali sono statici quindi quel controllo è stato eliminato) e come relè dei circuiti di binario alimentati in corrente alternata.

Il principio di funzionamento, simile a quello dei contatori di energia tradizionali, quelli a disco che fino a pochi anni fa misuravano l'energia utilizzata nelle nostre case (i kWh), garantisce che un opportuno disco disposto all'interno del relè si muova solo se la coppia motrice, proporzionale al prodotto di due correnti sinusoidali e dello sfasamento tra di esse, superi un valore minimo preimpostato.

Il relè è previsto per il funzionamento in corrente alternata alle frequenze di 50, 75 e 83,3&nbsp;Hz. Le due tensioni sinusoidali vengono denominate “Campagna”"Campagna" e “Locale”"Locale". Se lo sfasamento delle due tensioni sinusoidali è di circa 90°, la frequenza è quella di progetto, il valore fisso della Locale è di circa 80 VcaV CA mentre quello variabile della Campagna (sfasato in anticipo rispetto alla locale) è di circa 16/18 V CA il relè si eccita. Quindi la presenza o meno della tensione di Campagna determina l'eccitazione o la diseccitazione del relè, la diseccitazione è comunque garantita (in assenza di tensione) dalla caduta per gravità del disco.

=== Speciali ===

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=== Amperometrici ===

La bobina viene inserita in serie sul circuito di un utilizzatore del quale si vuole controllare l'assorbimento o il regolare funzionamento. La bobina ha una resistenza interna propria molto bassa per influenzare il meno possibile la corrente assorbita dal carico e la corrente che l'attraversa dipende quindi dalla corrente assorbita dal carico. Se la corrente raggiunge un valore sufficiente il relè si eccita. È usato in ferrovia per controllare l'accensione delle lampade dei segnali. Sono caratterizzati da un rapporto di diseccitazione molto alto (0,6 contro gli 0,4 dei relè normali) ovvero la corrente di diseccitazione è uguale a 0,6 volte quella di eccitazione. Questa caratteristica serve per determinare la diseccitazione del relè non solo nel caso che una lampada si fulmini riducendo a zero la corrente assorbita ma anche nel caso che un difetto nel circuito determini un abbassamento della corrente e quindi una riduzione di luminosità della lampada.

=== Differenziali ===

Il relè esegue un raffronto fra le correnti che attraversano due bobine del relè indipendenti fra loro e interviene al raggiungimento della differenza impostata in fase di progetto e taratura. Sono un esempio i comuni salvavita. Le correnti in ingresso e in uscita dal nostro circuito di casa verso la rete di distribuzione devono essere uguali e il salvavita lo verifica. Se una persona tocca un punto in tensione dell'impianto una parte di corrente passa da una fase della rete a terra attraversando il corpo. Il salvavita rileva una corrente in ingresso superiore alla corrente in uscita, dove la differenza è la corrente che sta attraversando il corpo, e interviene interrompendo l'erogazione di energia all'impianto. Ecco perché il relè differenziale, utilizzato per quello specifico scopo, è comunemente definito salvavita.

=== Temporizzati ===

Sono relè in grado di eccitarsi con un ritardo rispetto all'istante nel quale vengono alimentati (ritardo alla eccitazione) o in grado di diseccitarsi con ritardo rispetto al momento dell'interruzione dell'alimentazione (ritardo alla diseccitazione). Erano oggetti piuttosto complessi che utilizzavano, ad esempio, membrane con fori calibrati e regolabili che lasciavano passare dell'aria con tempi regolabili. Sono stati ormai sostituiti da semplici circuiti elettronici. Brevi ritardi alla diseccitazione (dell'ordine di pochi secondi) sono oggi ottenuti collegando in parallelo alla bobina un [[condensatore (elettrotecnica)|condensatore]] che si carica nella fase di alimentazione e continua ada eccitare il relè al cessare dell'alimentazione.

== Tipologia ==

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=== A elettromagnete ===

[[File:Relay2Delta Electronics DPS-350FB A - board 1 - OEG SDT-SS-112M - case removed-3045.jpg|thumb|rightupright=0.8|RelèUn relè a elettromagnete senza il suo contenitore plastico]]

Il relè a elettromagnete è il tipo di relè più diffuso, dove i contatti e l'[[elettromagnete]] sono contenuti in un piccolo contenitore, generalmente in plastica. Questi contatti vengono modificati tramite l'eccitazione e diseccitazione dell'elettromagnete, il quale tramite un rinvio modifica lo stato dei contatti elettrici.

Questi contatti vengono modificati tramite l'eccitazione e diseccitazione dell'elettromagnete, il quale tramite un rinvio modifica lo stato dei contatti elettrici. Questo tipo di relè viene connesso solitamente con un semiconduttore, detto [[diodo volano]], collegato in parallelo al solenoide, per migliorarne il funzionamento in regime di transitori veloci.

Questi contatti vengono modificati tramite l'eccitazione e diseccitazione dell'elettromagnete, il quale tramite un rinvio modifica lo stato dei contatti elettrici. Questo tipo di relè viene connesso solitamente con un semiconduttore, detto [[diodo volano]], collegato in parallelo al solenoide, per migliorarne il funzionamento in regime di transitori veloci, questo a causa del solenoide che che si comporta come un [[induttore]].

=== Dry-reed ===

[[File:Reed switch (aka).jpg|thumb|left|Bulbo di un relè reed]]

Il dry-[[reed (dispositivo)|reed]] è un tipo di relè monostabile in cui i contatti sono contenuti in una un'ampolla in vetro sigillata ermeticamente, al cui interno è stato immesso gas inerte. Le due lamine metalliche che costituiscono il contatto sono realizzate in materiale [[Ferromagnetismo|ferromagnetico]], in modo tale che investite da un campo magnetico esterno si magnetizzino temporaneamente ede si attraggano tra loro. Esiste anche una versione con contatto normalmente chiuso, realizzato con una lamina in materiale non ferromagnetico che è in contatto con una lamina in posizione di riposo. Esiste una versione con una terza lamina, impiegatoimpiegata nella funzione di deviatore.

Vantaggio di questo dispositivo è la bassa usura nel tempo, dovuta alla totale protezione dei contatti da polvere ede umidità, nonché il ridotto rischio di innesco di archi voltaici. La chiusura del contatto può avvenire tramite un solenoide che circonda il bulbo, oppure con un elettromagnete, ma anche con un campo prodotto da un magnete avvicinato al dispositivo. Questo sistema è usato nei contatti magnetici degli antifurto.

=== A mercurio ===

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=== A circuito integrato ===

La funzione relè può essere svolta anche da dispositivi a [[circuito integrato]], in applicazioni in cui la corrente e la tensione siano di piccolo valore e sia richiesta alta affidabilità e velocità di commutazione, questo tipo di dispositivo viene largamente impiegato; sono chiamati commutatori analogici ''(analog switches)'' ede i produttori sono gli stessi dei circuiti integrati. L'apertura e chiusura del circuito avviene attraverso una [[Fisica dei semiconduttori|giunzione]], pertanto non soggetta ada usura, a differenza di un contatto meccanico. Inizialmente un loro limite era costituito dal valore resistivo del "contatto", se in apertura essendo dell'ordine dei giga ohmgigaohm equivale ada un contatto aperto, in chiusura non scendeva al di sotto di qualche decina di ohm, valore sufficientemente basso per la maggior parte delle applicazioni; i dispositivi attuali presentano valori in chiusura inferiori all'ohm e frequenze di lavoro di centinaia di MHz. Il comando di attivazione è costituito da un segnale a livello logico. Va inoltre tenuto presente che tali circuiti non hanno isolamento galvanico tra segnale di attivazione e circuito controllato. Il [[Package (elettronica)|package]] può essere plastico, ceramico o metallico. La funzione del circuito può essere molto semplice, come un singolo interruttore, oppure più complessa, come un [[multiplexer]]. Storico produttore specializzato in questi dispositivi è Siliconix.

La funzione relè può essere svolta anche da dispositivi a [[circuito integrato]], in applicazioni in cui la corrente e la tensione siano di piccolo valore e sia richiesta alta affidabilità e velocità di commutazione, questo tipo di dispositivo viene largamente impiegato; sono chiamati commutatori analogici ''(analog switches)'' ed i produttori sono gli stessi dei circuiti integrati. L'apertura e chiusura del circuito avviene attraverso una [[Fisica dei semiconduttori|giunzione]], pertanto non soggetta ad usura, a differenza di un contatto meccanico. Inizialmente un loro limite era costituito dal valore resistivo del "contatto", se in apertura essendo dell'ordine dei giga ohm equivale ad un contatto aperto, in chiusura non scendeva al di sotto di qualche decina di ohm, valore sufficientemente basso per la maggior parte delle applicazioni; i dispositivi attuali presentano valori in chiusura inferiori all'ohm e frequenze di lavoro di centinaia di MHz. Il comando di attivazione è costituito da un segnale a livello logico. Va inoltre tenuto presente che tali circuiti non hanno isolamento galvanico tra segnale di attivazione e circuito controllato. Il [[Package (elettronica)|package]] può essere plastico, ceramico o metallico. La funzione del circuito può essere molto semplice, come un singolo interruttore, oppure più complessa, come un [[multiplexer]]. Storico produttore specializzato in questi dispositivi è Siliconix.

== Degrado e usura ==