Os cenários de função e aplicação dos relés

I. A função central dos relés

A função dos relés gira em torno de três aspectos principais: 'conversão de sinal', 'controle de circuito' e 'proteção de segurança'. Através do liga-desliga de contatos mecânicos ou estruturas sem contato, eles alcançam funções de controle elétrico multidimensionais. Especificamente, eles podem ser classificados nas seguintes cinco categorias principais:

(1) Amplificação de sinal e conversão de potência

Esta é uma das funções mais fundamentais de um relé. Em malhas de controle, os sinais emitidos pelos controladores (como microcomputadores de chip único, PLCS e sensores) são frequentemente correntes fracas e pequenas (geralmente no nível de miliamperes), que não podem acionar diretamente cargas de alta potência, como motores e aquecedores. Os relés convertem sinais elétricos fracos em força eletromagnética por meio de bobinas eletromagnéticas, fazendo com que os contatos fechem ou abram e, assim, controlando o liga-desliga de grandes correntes (nível de ampere ou mesmo nível de quiloampere) no circuito principal. Por exemplo, o sinal de disparo de 10mA detectado pelo sensor, após ser amplificado pelo relé, pode controlar a partida de um motor de 10A, conseguindo a conversão de potência de 'pequeno sinal controlando alta potência', e resolvendo o problema de incompatibilidade entre a capacidade de saída do controlador e a demanda de carga.

(2) Isolamento de circuito e proteção de segurança

O circuito da bobina e o circuito de contato de um relé são completamente isolados eletricamente, um recurso que o torna um componente chave para proteção de segurança do circuito. Por um lado, isole os circuitos de alta e baixa tensão para evitar que alta tensão entre no circuito de controle e danifique os dispositivos de controle de precisão. Por exemplo, em equipamentos industriais, o circuito principal de 380 V e o circuito de controle de 24 V são isolados através de relés para evitar que a alta tensão quebre o PLC ou o microcomputador de chip único. Por outro lado, isole circuitos de sinais fortes e fracos, reduza a interferência eletromagnética e garanta a estabilidade dos sinais de controle. Além disso, quando os contatos do relé são desconectados, eles podem suportar uma resistência à ruptura de tensão relativamente alta, cortando efetivamente circuitos defeituosos, evitando a propagação de riscos como curtos-circuitos e vazamentos e aumentando a segurança do sistema de circuitos.

(3) Controle Lógico e Conversão de Sinal

Os relés podem realizar operações lógicas complexas e funções de conversão de sinal por meio de projetos como combinações de múltiplos contatos e estruturas de atraso. Por exemplo, usando combinações em série e paralelo de múltiplos relés, controles lógicos básicos como 'e', 'OR' e 'não' podem ser alcançados, atendendo aos requisitos de ligação de processos no sistema de automação. Os relés de tempo podem converter sinais de disparo instantâneos em sinais liga-desliga retardados, permitindo partida retardada e controle sequencial de equipamentos (como comutação retardada na partida estrela-triângulo de motores). Os relés intermediários podem expandir um único sinal para múltiplas saídas, permitindo que um sinal de controle acione a operação síncrona de múltiplas cargas e simplificando o projeto do circuito de controle.

(4) Controle remoto e ligação de automação

Os relés suportam controle remoto por meio de sinais elétricos, eliminando a necessidade de contato manual direto com circuitos de alta tensão e de alto risco. Eles são componentes essenciais de sistemas de automação e controle remoto. Na automação industrial, os sinais elétricos enviados pelo operador através do console de controle acionam o funcionamento dos equipamentos de produção através de relés. Em casas inteligentes, os sinais sem fio enviados por aplicativos de telefones celulares são convertidos em sinais elétricos e depois usados ​​para controlar a ativação e desativação de dispositivos como luzes, ar condicionado e fechaduras de portas por meio de relés. No sistema de energia, as instruções remotas do centro de despacho são transmitidas através de relés para fechar e abrir remotamente linhas de transmissão e transformadores, aumentando a conveniência e flexibilidade do controle.

(V) Proteção contra sobrecarga e falhas

Alguns relés especializados (como relés térmicos, relés de sobrecorrente e relés de subtensão) são equipados com funções de detecção e proteção de falhas. Eles podem monitorar parâmetros como corrente e tensão no circuito em tempo real. Quando ocorrer uma anormalidade, eles desligarão automaticamente o circuito para proteger a segurança dos equipamentos e linhas. Por exemplo, um relé térmico detecta a corrente no enrolamento do motor. Quando a corrente está sobrecarregada, a tira bimetálica interna deforma-se devido ao calor, fazendo com que o contato abra e corte a alimentação do motor, evitando que o motor queime por superaquecimento. O relé de subtensão dispara automaticamente quando a tensão da rede é muito baixa, evitando que o equipamento opere sob sobrecarga em baixa tensão. Os relés de sobrecorrente podem cortar rapidamente as correntes de curto-circuito e evitar acidentes de segurança, como incêndios nas linhas.

Eu. Cenários típicos de aplicação de relés

Os cenários de aplicação dos relés abrangem vários campos, como produção industrial, casa inteligente, transporte, sistemas de energia e equipamentos eletrônicos. A sua seleção e funções são adaptadas às principais exigências dos diferentes cenários. A seguir está uma explicação detalhada dos cenários de aplicação mais representativos:

(1) Campo de automação industrial

A automação industrial é o cenário de aplicação mais importante para relés. Quase todos os equipamentos de produção automatizados não podem prescindir do controle e proteção dos relés. As principais aplicações incluem:

Ligação do sistema de controle PLC: PLC (Controlador Lógico Programável) é o núcleo do controle industrial, mas a capacidade de carga da interface de saída do PLC é limitada (geralmente ≤0,5A) e não pode acionar diretamente atuadores, como contatores e válvulas solenóides. Neste ponto, um relé intermediário é necessário como “relé”. O sinal de saída do PLC aciona a bobina do relé intermediário, e o contato de grande capacidade do relé intermediário aciona a bobina do contator, controlando assim a partida e a parada de equipamentos de alta potência, como motores, correias transportadoras e braços mecânicos. Por exemplo, numa linha de produção automóvel, o PLC controla o movimento dos robôs de soldadura, o ligar/desligar dos equipamentos de pintura e o ajuste da velocidade das linhas de montagem através de relés intermédios, conseguindo uma ligação precisa no processo de produção automatizado.

Controle e proteção do motor: Os motores são a principal fonte de energia na produção industrial. Sua partida, parada, rotação para frente e para trás, bem como proteção contra falhas, exigem a participação de relés. Por exemplo, quando um motor dá partida, um contator (essencialmente um relé de alta potência) é usado para controlar o liga-desliga do circuito principal, um relé térmico fornece proteção contra sobrecarga e um relé de tempo realiza a comutação retardada da partida estrela-triângulo (reduzindo o impacto da corrente de partida na rede elétrica). Em equipamentos de máquinas-ferramenta, os relés também podem realizar o controle de rotação direta e reversa dos motores (como a rotação direta e reversa do fuso de um torno e a comutação do movimento de alimentação) e evitar falhas de curto-circuito por meio de intertravamento de contato.

Controle de sequência da linha de produção: Na produção da linha de montagem, relés são utilizados para realizar a partida e parada sequencial dos equipamentos, garantindo a continuidade do processo produtivo. Por exemplo, em uma linha de produção de embalagens de alimentos, a correia transportadora precisa ser iniciada primeiro, seguida pelo equipamento de enchimento, equipamento de selagem, equipamento de etiquetagem e, finalmente, o equipamento de detecção. Através da combinação de relés de tempo e relés intermediários, o atraso de partida de cada dispositivo é definido para obter o controle sequencial de 'iniciar primeiro e depois parar'. Na produção química, os relés controlam a sequência de aquecimento, agitação, alimentação e descarga dos vasos de reação. Enquanto isso, a pressão e a temperatura dentro do vaso de reação são monitoradas através de relés de pressão e relés de temperatura. Quando os parâmetros excedem o padrão, o equipamento relevante é automaticamente desligado para garantir a segurança da produção.

(2) Campos de automação residencial e predial inteligente

Com o desenvolvimento da tecnologia da Internet das Coisas (iot), os relés tornaram-se componentes essenciais de controle em casas inteligentes e automação predial, permitindo “controle sem contato” e “operação remota”. As principais aplicações incluem:

Controle de eletrodomésticos e iluminação: Em um sistema doméstico inteligente, o módulo de relé é a chave para conectar sinais sem fio (Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee) com eletrodomésticos. Por exemplo, os switches inteligentes são equipados com relés integrados. Por meio de instruções emitidas por aplicativos de celular ou assistentes de voz (como Xiaoai e Tmall Genie), eles podem controlar o ligar e desligar de dispositivos como luzes, tomadas, ar condicionado e TVS. A cortina inteligente realiza a abertura e fechamento automático da cortina, acionando o motor para girar para frente e para trás por meio de um relé. A fechadura inteligente da porta controla o interruptor eletromagnético do corpo da fechadura através de um relé para obter o desbloqueio remoto e o fechamento da fechadura da porta após o desbloqueio por senha.

Intertravamento de segurança de edifícios e proteção contra incêndio: Em edifícios de escritórios, comunidades residenciais e outros edifícios, os relés são usados ​​para o controle de intertravamento de sistemas de segurança e proteção contra incêndio. Por exemplo, quando o sensor de fumaça ou alarme infravermelho detecta uma anormalidade, ele aciona o relé para agir, o que por sua vez ativa o alarme sonoro e luminoso para soar o alarme, o elevador para fazer um pouso de emergência, a porta da veneziana à prova de fogo para fechar e a iluminação de emergência para ligar. No sistema de proteção contra incêndio, os relés também podem controlar o acionamento de bombas de sprinklers e exaustores de fumaça, bem como a pressurização de hidrantes, garantindo a evacuação de pessoal e as necessidades de combate a incêndio em caso de incêndio.

Controle HVAC: No sistema central de ar condicionado de edifícios, os relés são utilizados para controlar a partida e parada das unidades de ar condicionado, ajustar a velocidade dos ventiladores e abrir e fechar válvulas solenóides. Por exemplo, o sensor de temperatura detecta a temperatura interna. Quando a temperatura ultrapassa o valor ajustado, o controlador aciona o relé para acionar o compressor e o ventilador. Quando cai abaixo do valor definido, a fonte de alimentação é cortada. No sistema de ar fresco, o relé controla o arranque e a paragem do ventilador de ar fresco e o ajuste do volume de ar e, ao mesmo tempo, liga e desliga o purificador de ar para melhorar a qualidade do ar interior.

(3) Setor de transportes

Os sistemas elétricos de veículos de transporte (automóveis, trens, navios, aeronaves) são complexos e possuem requisitos extremamente elevados de confiabilidade, resistência à vibração e resistência a altas e baixas temperaturas dos relés. As principais aplicações incluem:

Sistemas elétricos automotivos: Os relés em automóveis são amplamente utilizados no controle de iluminação, sistemas de partida, sistemas de ar condicionado, sistemas anti-roubo, etc. Por exemplo, o controle dos faróis dos carros, piscas e luzes de freio precisa ser realizado através de relés (os relés específicos para automóveis têm características à prova d'água e antivibração) para evitar que os interruptores sejam diretamente submetidos a grandes correntes e queimem. No sistema de partida, a chave de ignição aciona o relé de partida, e o contato de alta potência do relé de partida conecta a fonte de alimentação do motor de partida, acionando a partida do motor (a corrente de trabalho do motor de partida pode atingir várias centenas de amperes, e um relé é necessário para obter um pequeno controle de corrente). Além disso, a embreagem do compressor do ar condicionado do carro, o motor de elevação das portas e vidros elétricos, o dispositivo de alarme do sistema antifurto, etc., são todos controlados e protegidos por meio de relés.

Sistemas de trânsito ferroviário: Os sistemas de controle elétrico de ferrovias de alta velocidade, metrôs e outros sistemas de trânsito ferroviário dependem de relés para obter ligação de sinal e proteção de segurança. Por exemplo, no sistema de tração de um trem, os relés controlam a partida, a regulação da velocidade e a frenagem do motor de tração. No sistema de sinalização, os sinais de detecção do circuito da via são convertidos em sinais de controle por meio de relés para conseguir o bloqueio da seção do trem (para evitar colisões traseiras). No controle da porta, o relé liga o motor do interruptor da porta e a trava de segurança para garantir que as portas abram e fechem com precisão quando o trem chega à estação e permaneçam travadas durante a operação do trem. Além disso, relés também são utilizados para controlar os sistemas de ar condicionado, iluminação e ventilação dos trens para garantir o conforto dos passageiros.

Sistemas elétricos de navios e aeronaves: O sistema de energia, o sistema de navegação e o sistema de comunicação dos navios requerem controle de relé. Por exemplo, a partida e a parada do motor principal de um navio, o controle de direção do leme e o acionamento dos equipamentos de convés (guindastes, guindastes de âncora) são todos realizados através de relés para controlar equipamentos de alta potência com baixa tensão, e também possuem as características de serem à prova d'água e resistentes à corrosão por névoa salina. No sistema aviônico de uma aeronave, relés são utilizados para controlar equipamentos como partida do motor, retração e extensão do trem de pouso, ar condicionado da cabine e luzes de vôo. Eles devem ter confiabilidade extremamente alta (com tolerância a falhas extremamente baixa) e capacidade de suportar ambientes extremos (temperaturas altas e baixas, altitudes elevadas e vibrações fortes).

(4) Sistema de Potência e Campo de Energia

Os links de geração, transmissão e distribuição de energia do sistema de energia possuem requisitos extremamente elevados de segurança e estabilidade. Os relés, como componentes principais de controle e proteção, garantem a operação confiável da rede elétrica.

Controle de linhas de transmissão e distribuição: Em linhas de transmissão de alta tensão, relés (como relés de vácuo e relés SF6) são usados ​​para controle de fechamento e abertura das linhas. A central de despacho aciona os relés para atuarem através de sinais remotos, conseguindo o controle remoto das linhas de transmissão. Nos transformadores de distribuição, os relés são utilizados para proteção contra sobrecarga e proteção de gás (para transformadores imersos em óleo). Quando ocorre uma sobrecarga ou falha interna no transformador, o relé corta rapidamente a fonte de alimentação para evitar que a falha se expanda.

Automação de subestações: As subestações são os “hubs” do sistema de energia e seu controle automático depende de um grande número de relés. Por exemplo, o relé de tensão monitora a tensão do barramento e aciona o dispositivo regulador de tensão para atuar quando a tensão estiver muito alta ou muito baixa. O relé de corrente monitora a corrente da linha para obter proteção contra sobrecorrente. Os relés de tempo são usados ​​em dispositivos de religamento (após o disparo de uma falta na linha, eles fecham automaticamente após um atraso para aumentar a confiabilidade da fonte de alimentação). Além disso, os relés também são utilizados no controle de dispositivos de compensação de potência reativa em subestações. Ao comutar os bancos de capacitores, eles regulam o fator de potência da rede elétrica e reduzem o consumo de energia.

Novos sistemas de geração de energia: Em novos sistemas de geração de energia, como energia fotovoltaica e eólica, os relés são usados ​​para comutação de circuitos e proteção de segurança. Por exemplo, a comutação conectada/fora da rede entre os inversores fotovoltaicos e a rede elétrica precisa ser realizada através de relés. Quando ocorre uma falha na rede elétrica, o relé desliga rapidamente o circuito conectado à rede para evitar que o sistema fotovoltaico transmita corrente de falha para a rede elétrica. Nos sistemas de energia eólica, os relés controlam a partida e a parada das turbinas eólicas, a direção do sistema de guinada (rastreamento da direção do vento) e, ao mesmo tempo, os relés de sobrecorrente protegem os geradores para evitar operação de sobrecarga quando a velocidade do vento é muito alta.

(V) Equipamentos eletrônicos e campo de comunicação

Em equipamentos de precisão, como eletrônicos de consumo, dispositivos de comunicação e eletrônicos médicos, os relés são usados ​​principalmente para conversão de sinais, isolamento de circuitos e controle. As principais aplicações incluem:

Controle de eletrônicos de consumo: Em eletrodomésticos como televisores, máquinas de lavar e geladeiras, os relés são usados ​​para comutação de energia, comutação de modo e proteção contra falhas. Por exemplo, o arranque e a paragem da válvula de entrada de água, da bomba de drenagem e do motor da máquina de lavar são controlados por relés para conseguir a ligação do programa de lavagem, enxaguamento e desidratação. A partida e a parada do compressor do refrigerador são controladas por um relé. Quando a temperatura dentro da caixa atinge o valor ajustado, o relé corta a alimentação do compressor. Depois que a temperatura subir novamente, ele reinicia. O relé de energia do aparelho de televisão pode alternar rapidamente entre o modo de espera e o modo ligado, reduzindo o consumo de energia em espera.

Comutação de sinal de equipamento de comunicação: Em dispositivos de comunicação como roteadores, switches e estações base, os relés são usados ​​para comutação de link de sinal e proteção contra raios. Por exemplo, em equipamentos de estação base, os relés são usados ​​para comutar sinais de radiofrequência (como comutação de link primário e de backup), garantindo a continuidade dos sinais de comunicação. O relé no roteador é usado para proteção contra raios da porta Ethernet. Quando atingido por um raio, o relé entra rapidamente em curto-circuito para descarregar a corrente do raio, protegendo os chips internos do dispositivo. Nos data centers, os relés também são usados ​​para comutação redundante de fontes de alimentação de servidores. Quando a fonte de alimentação principal falha, ela muda rapidamente para a fonte de alimentação de backup para garantir que os dados não sejam perdidos.

Controle de equipamentos eletrônicos médicos: Equipamentos eletrônicos médicos (como ventiladores, máquinas de eletrocardiograma e instrumentos de diagnóstico de ultrassom) possuem requisitos extremamente elevados de segurança e estabilidade elétrica. Os relés são usados ​​para isolamento de circuitos e controle preciso. Por exemplo, num ventilador, os relés controlam a abertura e o fecho da válvula de fluxo de ar e o ajuste do volume de fornecimento de oxigénio. Os relés de isolamento são utilizados para evitar interferência elétrica entre o circuito de controle e o circuito de contato do paciente, garantindo a segurança do paciente. Em um eletrocardiógrafo, os relés são usados ​​para comutação de sinais (como alternar entre diferentes derivações) para garantir a coleta precisa de sinais de detecção. No sistema de fornecimento de energia de equipamentos médicos, os relés também são usados ​​para proteção contra sobrecarga e vazamento, para evitar que falhas do equipamento causem danos à equipe médica e aos pacientes.

(6) Domínios da agricultura e da segurança

Controle de automação agrícola: Na agricultura moderna, os relés são usados ​​em sistemas de irrigação, controle de estufas e controle de automação de equipamentos de criação. Por exemplo, numa estufa, um sensor de humidade detecta a humidade do solo. Quando a umidade cai abaixo do valor definido, um relé aciona a partida da bomba d'água, conseguindo a irrigação automática. O sensor de temperatura controla o ligar e desligar das lâmpadas de aquecimento e ventiladores para manter a temperatura e a umidade constantes dentro da estufa. Na aquicultura, os relés controlam o arranque e a paragem dos arejadores (iniciando automaticamente quando o oxigénio dissolvido na água é insuficiente) e a alimentação cronometrada dos alimentadores, aumentando assim a eficiência da aquicultura.

Sistema de monitoramento de segurança: Em sistemas de segurança, os relés são utilizados para a ligação entre dispositivos de alarme e atuadores. Por exemplo, quando detectores de raios infravermelhos e sensores magnéticos de portas e janelas detectam intrusos ilegais, eles acionam ações de retransmissão, que por sua vez acionam alarmes sonoros e luminosos, câmeras de vigilância para gravar vídeos e sistemas de controle de acesso para bloquear. Em locais importantes como bancos e museus, os relés também podem ser ligados ao sistema de proteção contra incêndio e às portas de passagem de emergência. Quando ocorre uma emergência, eles abrirão automaticamente a passagem de emergência e simultaneamente cortarão fontes de energia desnecessárias.