Questo articolo analizza i requisiti che i progettisti devono affrontare nello sviluppo di applicazioni industriali e commerciali e nella selezione dei relè appropriati.
Due aspetti tecnici sono fondamentali per la scelta dei relè. Il primo evidenzia come i picchi di corrente di spunto possano danneggiare significativamente i contatti dei relè, impedendone la riapertura. Questo tipo di guasto sottolinea l'importanza del rispetto delle norme di sicurezza per apparecchiature quali ascensori, utensili da taglio industriali e sistemi di segnalamento ferroviario. Il secondo aspetto riguarda gli ambienti con spazio limitato, come ad esempio i quadri elettrici industriali, e la necessità di trovare lo spazio sufficiente per installare il numero di relè richiesto.
 
Scelta dei relè per ambienti elettrici esigenti:
Nell'ultimo decennio, il panorama della produzione industriale ha subito una rapida trasformazione. Con l'obiettivo di incrementare l'efficienza operativa complessiva, tendenze come Industria 4.0 e Internet delle Cose Industriale (IIoT) hanno favorito la crescita di apparecchiature e sistemi di automazione industriale.
I sistemi industriali richiedono un metodo efficiente per controllare le linee ad alta tensione delle apparecchiature tramite un'interfaccia a bassa tensione. I relè elettromagnetici offrono un metodo efficace per raggiungere questo obiettivo, consentendo in genere di abilitare o disabilitare più set di contatti con un singolo segnale. Sebbene il semplice relè offra una soluzione a basso costo, possono verificarsi situazioni in cui l'apparecchiatura controllata è soggetta a rigorosi requisiti di sicurezza funzionale. Ad esempio, un operatore che utilizza una pressa idraulica deve essere assolutamente certo che questa funzioni solo quando previsto. Gli standard di sicurezza funzionale, come la norma IEC 61508 e le sue derivate per le apparecchiature industriali, stabiliscono i livelli di integrità della sicurezza (SIL) necessari per proteggere gli utenti delle apparecchiature e prevenire danni alle apparecchiature stesse. Uno di questi standard di sicurezza, la IEC 61810-3, precedentemente nota come EN 50205, tratta esplicitamente i relè utilizzati nelle applicazioni di controllo della sicurezza e di automonitoraggio.
 
Gestione delle correnti di spunto:
le correnti di spunto possono essere potenzialmente dannose per qualsiasi componente delle apparecchiature elettriche, come interruttori, contatti e relè. Le correnti di spunto si verificano quando la tensione di alimentazione applicata al carico provoca correnti eccessivamente elevate. I carichi induttivi, come motori e trasformatori, e i carichi capacitivi, come i sistemi di accumulo di energia, sono particolarmente soggetti a elevate correnti di spunto. L'intensità di queste correnti può essere fino a quaranta volte superiore alla corrente media di regime. In un relè, l'improvviso aumento di corrente può generare un arco istantaneo tra i contatti, provocandone la saldatura. Il relè può sembrare funzionare correttamente, ma la sua capacità di interrompere la corrente di carico risulta compromessa.
Esistono diversi modi per ridurre le correnti di spunto, come ad esempio aumentare gradualmente la tensione applicata al carico o utilizzare un interruttore a passaggio per lo zero (ZCS), come un relè a stato solido (SSR). Il ZCS funziona con una tensione di alimentazione CA, rilevando il momento in cui la tensione scende a zero, e quindi la corrente è zero, tra i picchi positivi e negativi; ovvero, il punto di passaggio per lo zero. Una volta che si verifica il passaggio per lo zero, il relè può attivare o disattivare il carico.
Purtroppo, la natura dei carichi altamente induttivi implica che il punto di picco della corrente possa ritardare significativamente il picco di tensione, spostando anche il momento in cui tensione e corrente sono pari a zero. Di conseguenza, l'approccio del passaggio per lo zero e il relè a stato solido possono comportare la commutazione di correnti elevate. Inoltre, ZCS e SSR sono ampiamente noti come una potenziale fonte di interferenze elettromagnetiche (EMI) indesiderate e dannose dovute ai metodi di commutazione impiegati. Il raggiungimento della conformità ai requisiti di sicurezza funzionale con un ZCS/SSR richiede un controllo complesso del circuito a semiconduttore.
 
Relè a contatto guidato:
il modo più fattibile e meno complesso per commutare circuiti in modo affidabile e sicuro è utilizzare un relè a contatto guidato (FGR). Questi relè sono conformi allo standard IEC 61810-3. Inoltre, impiegano un design che garantisce che i contatti normalmente aperti (make/NO) non possano assumere lo stesso stato dei contatti normalmente chiusi (break/NC). Se i contatti dovessero saldarsi tra loro o se si verificasse qualsiasi altro guasto all'interno del relè, il movimento forzato dei contatti manterrà una distanza minima specificata di 0,5 mm dai contatti difettosi.
Immagine 1: Vista dettagliata dei contatti FGR di TE Connectivity

La Figura 1 mostra una vista dettagliata del metodo di costruzione di una serie di contatti a relè guidati.
In TE Connectivity, la gamma di contatti a relè guidati SCHRACK viene utilizzata in applicazioni legate alla sicurezza. Esempi includono interblocchi di sicurezza, interruttori di arresto di emergenza e sistemi di controllo robotici. Oltre agli usi industriali, i contatti FGR sono impiegati in diversi sistemi di controllo, dai controllori delle porte degli ascensori e la segnalazione ferroviaria alle apparecchiature diagnostiche mediche.

La gamma SCHRACK comprende un'ampia varietà di opzioni di progettazione flessibili, come molteplici configurazioni di contatti, diverse opzioni di placcatura dei contatti e numerose disposizioni dei contatti per raggiungere tensioni nominali più elevate. Le opzioni di avvolgimento standard e sensibili offrono una maggiore durata e un profilo di dissipazione del calore migliorato.
La Figura 2 illustra la gamma SCHRACK FGR, dalla serie SR2M a 2 poli alla famiglia SRL7 a 7 poli.

Immagine 2: La gamma di relè a contatto guidato SCHRACK di TE Connectivity (fonte: TE Connectivity SCHRACK)

Un esempio di relè FGR è lo SCHRACK SR2M (vedere Figura 3). Questo relè bipolare è conforme alla norma EN 61810-3 (precedentemente EN 50205) e presenta un isolamento rinforzato tra i poli. I contatti di commutazione sono dimensionati per 250 V CA, con un massimo di 400 V CA e una corrente di commutazione di 6 A. Il materiale dei contatti è argento-nichel (AgNi). La configurazione dei contatti è costituita da un contatto di tipo A (SPST-NO) e un contatto di tipo B (SPST-NC). La tensione di esercizio della bobina del relè varia a seconda del modello e supporta le tensioni nominali più comuni, da 5 V CC a 110 V CC. È disponibile sia in versione a innesto che a saldare.

Le applicazioni più comuni per l'SR2M sono gli arresti di emergenza, il controllo delle presse idrauliche, il controllo di ascensori e scale mobili e il monitoraggio della sicurezza.
Un altro esempio di utilizzo di FGR è il relè a quattro poli SCHRACK SR4D/M. Questo relè (vedere Figura 4) è disponibile con tre contatti di tipo A e un contatto di tipo B (3 NO + 1 NC), oppure con due contatti di tipo A e due contatti di tipo B (2 NO + 2 NC). Il materiale dei contatti è una lega di biossido di stagno e argento (AgSnO2) e la corrente nominale per contatto è di 8 A.

Figura 4: Relè a contatti guidati SCHRACK SR4 D/M di TE Connectivity (fonte: TE Connectivity SCHRACK)
 
Contatti FGR per applicazioni industriali con spazio limitato.
La maggior parte degli impianti di produzione industriale è controllata da controllori logici di processo (PLC) montati su guide DIN e alloggiati all'interno di un armadio di controllo. Con l'aumentare della complessità dei macchinari e, di conseguenza, del numero di apparecchiature, lo spazio a pavimento negli impianti di produzione diventa una risorsa sempre più scarsa. Gli ingegneri sono in genere limitati a un solo armadio di controllo per impianto di produzione, il che comporta restrizioni sulle apparecchiature di controllo. I moderni controllori industriali devono offrire più funzioni e una maggiore capacità in un ingombro ridotto. Tuttavia, questa progettazione richiede anche che la dissipazione del calore sia mantenuta al minimo.
Un esempio di relè a contatti guidati su guida DIN è il compatto SCHRACK XT (vedere Figura 5).
Figura 5: Il relè a contatti guidati SCHRACK XT montato su guida DIN (fonte: TE Connectivity SCHRACK).
Il relè SCHRACK XT è disponibile in versione unipolare o bipolare e supporta correnti nominali di 16 A (1P) o 8 A (2P). Il relè FGR può essere acquistato con bobina da 24 V CC, 24 V CA, 115 V CA o 230 V CA.

Mantenimento della sicurezza operativa nei sistemi elettrici industriali:
il rispetto delle norme di sicurezza applicabili è fondamentale per la sicurezza umana in tutti gli aspetti della nostra vita. Ciò è particolarmente importante nei processi industriali in cui macchinari e apparecchiature di processo presentano potenziali rischi per la sicurezza. Le norme di sicurezza funzionale stabiliscono il quadro generale per la valutazione e la determinazione dei rischi e, nel caso dei relè, la norma IEC 61810-3 impone l'uso di relè a contatto guidato per applicazioni di controllo della sicurezza.
I relè a contatto guidato della gamma di prodotti SCHRACK di TE Connectivity sono essenziali per qualsiasi applicazione correlata alla sicurezza volta a proteggere vite umane. TE
Connectivity, TE Connectivity (logo), TE e SCHRACK sono marchi di proprietà o concessi in licenza al gruppo di società TE Connectivity Ltd. Altri prodotti, loghi e nomi di società menzionati nel presente documento possono essere marchi dei rispettivi proprietari.
 
Autore: Mark Patrick, Mouser Electronics