Relè con autoritenuta: Funzionamento e schema elettrico

Cos'è un relè?

Un relè è un dispositivo elettromeccanico che agisce come un interruttore controllato elettricamente.
È composto da una bobina, un'ancora (o armatura), e uno o più contatti.
Quando la bobina è eccitata da una corrente elettrica genera un campo magnetico che attrae l'ancora causando l'apertura o la chiusura dei contatti. Questo permette di controllare circuiti elettrici ad alta potenza utilizzando segnali di bassa potenza.
Esistono vari tipi di relè ciascuno adatto a specifiche applicazioni. I più comuni utilizzati in vari circuiti elettronici e applicazioni di controllo sono:

• Relè SPST (Single Pole Single Throw) è un tipo di relè che ha un singolo contatto di commutazione e una singola posizione di chiusura;
• Relè DPST (Double Pole Single Throw) è un tipo di relè che ha due contatti di commutazione (doppi poli) e una singola posizione di chiusura (singolo scatto). Questo significa che può controllare due circuiti separati contemporaneamente con un unico azionamento. Quando la bobina del relè viene energizzata i due set di contatti si chiudono o si aprono contemporaneamente a seconda della configurazione NO o NC.
  Il relè DPST ha quattro terminali per i contatti: due comuni (C1 e C2), due normalmente aperti (NO1 e NO2);
• Relè SPDT (Single Pole Double Throw) è un tipo di relè che ha un singolo contatto di commutazione (polo) ma può commutare tra due posizioni di uscita (doppio scatto). Questo tipo di relè è molto versatile perché consente di commutare un circuito tra due diverse uscite o stati. Quando la bobina del relè viene alimentata il contatto comune (C) si sposta dal contatto NC al contatto NO commutando il circuito.
  Il relè SPDT ha tre terminali per i contatti: Comune (C), Normalmente aperto (NO), Normalmente chiuso (NC);
• Relè DPDT (Double Pole Double Throw) è un tipo di relè che dispone di due contatti di commutazione (doppi poli) e può commutare ciascun contatto tra due posizioni di uscita (doppio scatto). Quando la bobina del relè viene alimentata entrambi i contatti comuni (C) si spostano dai contatti NC ai contatti NO commutando i due circuiti contemporaneamente.
  Il relè DPDT ha sei terminali per i contatti: due comuni (C), due normalmente aperti (NO), due normalmente chiusi (NC)

Funzionamento del relè con autoritenuta.

Un relè con autoritenuta (o relè di mantenimento) è un relè che mantiene la sua posizione anche dopo che il segnale di controllo è stato rimosso. Una volta che il relè è attivato, una parte del circuito (solitamente un contatto ausiliario) viene usata per fornire energia alla bobina del relè, mantenendolo attivo anche dopo che il pulsante è stato rilasciato. Il circuito auto-mantiene l'eccitazione della bobina fino a quando non viene rilasciato manualmente o tramite un segnale di reset.
Il meccanismo di autoritenuta è particolarmente utile in applicazioni dove è necessario mantenere uno stato di accensione o spegnimento senza l'intervento continuo di un segnale di controllo.

Il funzionamento tipico di un relè con autoritenuta è il seguente:

• Attivazione: Quando viene applicato un impulso iniziale al relè la bobina si eccita chiudendo i contatti.
• Autoritenuta: Una volta che i contatti sono chiusi un ramo del circuito mantiene l'alimentazione alla bobina anche se il segnale di attivazione iniziale viene rimosso.
• Rilascio: Per disattivare il relè si deve interrompere il circuito di autoritenuta rilasciando così l'ancora e aprendo i contatti.

Circuito di relè con autoritenuta funzionante a 12V DC.

Per realizzare un circuito di relè con autoritenuta funzionante a 12V DC è necessario selezionare componenti appropriati.
Di seguito elenco i componenti necessari con le loro specifiche:

Relè a 12V:

• Relè SPDT (Single Pole Double Throw) o DPDT (Double Pole Double Throw), a seconda delle esigenze specifiche.
• Tensione della bobina 12V DC.
• Corrente della bobina che varierà in base al relè scelto, tipicamente intorno ai 30-100 mA.
• Contatti che devono essere in grado di gestire la corrente e la tensione del carico che si desidera controllare.

Pulsante di avvio: serve per dare l'impulso iniziale di attivazione al relè.

• Pulsante momentaneo normalmente aperto (NO).
• Tensione nominale 12V DC.

Pulsante di stop: interrompe il circuito di autoritenuta, disattivando il relè.

• Pulsante momentaneo normalmente chiuso (NC).
• Tensione nominale 12V DC.

Diodo: utilizzato per proteggere il circuito da picchi di tensione generati dalla bobina del relè (diodo di ricircolo).

• Diodo di ricircolo (flyback diode), comunemente un 1N4001 (o uno della serie 1N400x, dove x può essere 1-7, a seconda della tensione di lavoro).
  Ricorda che il diodo deve essere collegato correttamente: il catodo al positivo (il terminale contrassegnato con una linea) e l'anodo a terra.
• Tensione inversa 1000V (1N4007), più che sufficiente per applicazioni a 12V.
• Corrente 1A.

Collegare un diodo in un circuito con un relè è importante specialmente per proteggere il circuito da picchi di tensione (back EMF) generati quando il relè viene disattivato. Questi picchi possono danneggiare i componenti elettronici, quindi l'uso di un diodo di protezione è una pratica comune.
Il diodo di protezione viene solitamente collegato in parallelo alla bobina del relè. La sua funzione è quella di condurre la corrente in senso inverso quando il relè viene disattivato, dissipando così l'energia accumulata nella bobina.
Quando il relè è attivato la corrente fluisce attraverso la bobina e il diodo è in polarizzazione inversa, quindi non conduce. Quando il relè viene disattivato la corrente continua a fluire brevemente attraverso la bobina generando un picco di tensione. In questo momento il diodo si polarizza in avanti e conduce permettendo alla corrente di circolare attraverso il diodo e la bobina dissipando così l'energia residua e proteggendo il circuito.

Schema elettrico del relè con autoritenuta.

Di seguito, vediamo come collegare un relè DPDT (Double Pole Double Throw) a 12V DC con autoritenuta utilizzando un pulsante di avvio, un pulsante di STOP, un diodo di protezione e come carico un motorino 12V DC.

Componenti necessari:

• Alimentazione 12V DC
• Relè DPDT (12V DC)
• Pulsante di Avvio (normalmente aperto, NO)
• Pulsante di STOP (normalmente chiuso, NC)
• Diodo di protezione (es. 1N4001)
• Motorino 12V DC
  

Passaggi per i collegamenti.

Collegamento pulsante di avvio e bobina del relè:
- Collega il positivo della fonte di alimentazione a uno dei terminali (terminale 1) del pulsante di avvio (normalmente aperto).
- Collega l'altro terminale (terminale 2) del pulsante di avvio al terminale 1 della bobina del relè.
- Collega il terminale 2 della bobina del relè a terra (negativo della fonte di alimentazione).

Collegamento del Diodo:
- Collega il catodo (il terminale contrassegnato con una linea) del diodo al terminale 1 della bobina del relè (positivo).
- Collega l'anodo (il terminale non contrassegnato) del diodo al terminale 2 della bobina del relè (quindi negativo).

Collegamento del pulsante di rilascio:
- Collega uno dei terminali (terminale 1) del pulsante di STOP (normalmente chiuso) al terminale 2 del pulsane di avvio.
- Collega l'altro terminale (terminale 2) del pulsante di STOP al primo contatto comune (COM) del relè.

Collegamento dei contatti:
- Il primo contatto comune (COM) del relè è stato collegato al terminale 2 del pulsante di STOP.
- Collega il suo contatto normalmente aperto (NO) al positivo della fonte di alimentazione.
- Collega il secondo contatto comune (COM) del relè al positivo della fonte di alimentazione e il suo contatto normalmente aperto (NO) al positivo del motorino
- Collega il negativo del motorino al negativo della fonte di alimentazione.

Seguendo questi passaggi dovresti essere in grado di costruire correttamente un circuito di relè con autoritenuta a 12V.
Ricorda di verificare sempre le specifiche dei componenti utilizzati per garantire che siano compatibili tra loro e che il circuito funzioni correttamente.

Funzionamento del Circuito

Quando si preme il pulsante di avvio la corrente fluisce nella bobina del relè.
Questo attiva il relè chiudendo il contatto normalmente aperto (NO) collegato alla fonte di alimentazione.
Il contatto normalmente aperto chiudendosi farà circolare la correte verso la bobina del relè attraverso il contatto comune (COM) e il pulsante di STOP normalmente chiuso mantenendo così il relè attivato anche dopo il rilascio del pulsante di avvio.
Quando il relè viene attivato si chiede anche il secondo contatto normalmente aperto (NO) che farà fluire la corrente verso il polo positivo del motorino che a sua volta si aziona.
Se si preme il pulsante di STOP si interrompe l'alimentazione alla bobina del relè e quindi il circuito di autoritenuta si interrompe facendo si che la bobina si disseccati e i contatti tornino alla loro posizione iniziale.

In alcuni casi potrebbe essere necessario collegare una resistenza di limitazione che limita la corrente attraverso la bobina del relè. 

Resistenza di limitazione: che limita la corrente attraverso la bobina del relè (opzionale).

• Valore che dipenderà dalla corrente della bobina del relè. Per una bobina da 12V e una corrente di 100 mA, la resistenza non è strettamente necessaria perché la bobina stessa limita la corrente. L'utilizzo della resistenza di limitazione dipende dalla specifica corrente del relè utilizzato.
  La resistenza di limitazione, sebbene opzionale, può essere utile per proteggere la bobina del relè da sovracorrenti. Verificare la corrente nominale del relè per determinare se è necessaria.

Note:
Per calcolare il valore della resistenza che limita la corrente nella bobina del relè sono necessarie alcune informazioni aggiuntive sul relè stesso. In particolare:
- Tensione di alimentazione della bobina
- Corrente richiesta dalla bobina del relè. Questa informazione è specificata nella scheda tecnica del relè.

Formula per il Calcolo della Resistenza

Se il relè è progettato per funzionare a 12V DC non necessita di una resistenza limitatrice.
Puoi semplicemente collegare il relè direttamente alla fonte di alimentazione da 12V.

Tuttavia, se desideri comunque calcolare una resistenza da utilizzare in serie alla bobina (ad esempio, per ridurre la corrente per un motivo specifico) puoi utilizzare la legge di Ohm

R = (V - V_relè) / I_relè

Conclusione:
In sintesi, se il relè è progettato per funzionare a 12V puoi semplicemente collegarlo direttamente a 12V senza una resistenza. Se hai un relè con specifiche diverse o hai bisogno di limitare la corrente per un motivo particolare controlla la scheda tecnica del relè per la corrente nominale e applica la formula di cui sopra.

Schema elettrico del relè con autoritenuta con resistenza di limitazione.

In questo caso i passaggi per i collegamenti sono:

Collegamento pulsante di avvio e bobina del relè:
- Collega il positivo della fonte di alimentazione a uno dei terminali (terminale 1) del pulsante di avvio (normalmente aperto).
- Collega la resistenza in serie tra l'altro terminale (terminale 2) del pulsante di avvio, e il terminale 1 della bobina del relè per limitare la corrente.
- Collega il terminale 2 della bobina del relè a terra (negativo della fonte di alimentazione).

Collegamento del Diodo:
- Collega il catodo (il terminale contrassegnato con una linea) del diodo al terminale 1 della bobina del relè (positivo).
- Collega l'anodo (il terminale non contrassegnato) del diodo al terminale 2 della bobina del relè (quindi negativo).

Collegamento del pulsante di rilascio:
- Collega uno dei terminali (terminale 1) del pulsante di stop (normalmente chiuso) al terminale 2 del pulsane di avvio (prima della resistenza).
- Collega l'altro terminale (terminale 2) del pulsante di STOP al primo contatto comune (COM) del relè.

Collegamento dei contatti:
- Il primo contatto comune (COM) del relè è stato collegato al terminale 2 del pulsante di STOP.
- Collega il suo contatto normalmente aperto (NO) al positivo della fonte di alimentazione.
- Collega il secondo contatto comune (COM) del relè al positivo della fonte di alimentazione e il suo contatto normalmente aperto (NO) al positivo del motorino
- Collega il negativo del motorino al negativo della fonte di alimentazione.