Come funziona un rele'

Il rele' è un dispositivo elettromeccanico; è, in altre parole, un meccanismo che viene azionato grazie alla corrente elettrica. Un rele' può essere paragonato ad un interruttore, con la differenza che, invece di essere azionato manualmente, il suo comando avviene in modo automatico tramite un apposito circuito.
Come si vede nell'animazione di figura 1, il rele' è composto da una bobina di filo di rame facente capo ai terminali B e B, avvolta intorno ad un nucleo di materiale ferromagnetico, e da una serie di contatti elettrici S-C-D azionabili tramite l'apposita staffa ST.
Quando la bobina viene percorsa da corrente, il suo nucleo si magnetizza ed attira a sè la staffa ST; la staffa, ruotando a sua volta intorno al punto R, sposta la lamella centrale dei contatti, quella indicata come C. Tale lamella, che inizialmente era in contatto con la S, viene di conseguenza a trovarsi in contatto con la lamella indicata come D. Si realizza quindi una commutazione: il contatto centrale C viene commuatato da S a D.

Circuito di comando e circuito di utenza

Il rele' permette di comandare un utilizzatore di qualsiasi potenza, alimentato a qualsiasi tensione, tramite un ciruito, in genere elettronico, che funziona con una propria tensione di alimentazione (quasi sempre di pochi volt).

In figura 2 è riportato lo schema del crepuscolare descritto alla pagina sulle fotoresistenze. Il circuito che rileva il livello di luminosità tramite la fotoresistenza funziona con un'alimentazione a 12V e, tramite il transistor TR, aziona il rele' facendo passare corrente nei terminali B1 e B2 della bobina.
I contatti del rele' agiscono invece sul circuito ad alta tensione, ovvero accendono e spengono le luci per l'illuminazione esterna, funzionanti a 230 V.
Si realizzano dunque due circuiti completamente indipendenti: un circuito di comando a 12V ed un circuito di utenza funzionante con la tensione di rete. Affinchè il tutto funzioni correttamente, occorre scegliere un rele' con le giuste caratteristiche.

Le specifiche tecniche di un rele'

Scegliendo un rele' occorre analizzare le sue caratteristiche di funzionamento: da un lato le caratteristiche della bobina di comando, dall'altro le caratteristiche dei contatti destinati a comandare le utenze.

Le tensioni di funzionamento più comuni per le bobine dei rele' sono di 5, 12 o 24 V. In genere una bobina da 5 V ha una resistenza dell'ordine di alcune decine di ohm e può assorbire fino a 100 mA; una bobina da 12 V può avere una resistenza dell'ordine di varie centinaia di ohm e assorbire correnti da circa 15 fino a 40 mA.
La bobina va alimentata con la giusta tensione; fornendo una tensione minore, anche se si sente lo scatto può capitare che i contatti non chiudano in realtà con sufficiente pressione, e ciò può dare origine a scintillio.
A causa della corrente assorbita, appare evidente che non è possibile comandare un rele' collegandolo direttamente all'uscita, per esempio, di un amplificatore operazionale, ma è necessario interporre un transistor in grado di gestire tale corrente.

I contatti di un rele' possono variare notevolmente per caratteristiche e per numero di vie. In primo luogo ogni contatto, essendo costituito da due lamelle che vanno a toccarsi, è dimensionato per lavorare con una determinata corrente massima; con correnti di maggiore intensità il contatto si consuma rapidamente. Anche piccoli rele', comunque, possono sopportare tranquillamente correnti di 4 A o superiori.

A seconda della tipologia dei contatti, il rele' assume sigle diverse, come si vede in figura 3:
SPST è la configurazione più semplice: si tratta di un unico contatto che apre o chiude
DPST equivale a due contatti semplici distinti, che aprono e chiudono
SPDT indica un contatto in commutazione
DPDT indica due contatti distinti in commutazione
Esistono poi configurazioni con più contatti, che si usano in casi particolari.

I rele' fin qui descritti, che sono i più comuni, sono detti "monostabili" poichè hanno una sola posizione di riposo; alimentando la bobina essi commutano nell'altra posizione, ma vi restano solo finchè la bobina è alimentata.
In figura 4 vediamo l'immagine e lo schema di un rele' dei più semplici: nel caso specifico si tratta di un tipo "SPST", dotato quindi di un solo contatto ON-OFF. Il contatto, che fa capo ai pin Na1 ed Na2, viene definito "normalmente aperto" poichè con rele' a riposo equivale ad un interruttore in posizione spento (che cioè non fa passare corrente). I pin B1 e B2 permettono di alimentare la bobina.

Quando si usa un rele' all'interno di un circuito elettronico bisogna sempre tenere presente che la sua bobina, che consiste in un avvolgimento di spire intorno ad un nucleo, costituisce a tutti gli effetti un elemento induttivo. E' noto che quando s'interrompe la corrente in un'induttanza si creano delle extratensioni elevate, di segno opposto alla tensione di alimentazione; diventa allora necessario disporre un diodo in parallelo alla bobina, con verso tale da cortocircuitare tali extratensioni. Un esempio è visibile nello schema di figura 2, dove il diodo è indicato con D.

Il rele' autoalimentato

Una particolare configurazione di uso dei rele' è quella definita come "rele' autoalimentato". Si tratta di un circuito che viene avviato tramite la pressione di un pulsante e che, successivamente, rimane attivo grazie ad uno dei contatti dello stesso rele'.
L'esempio di figura 5 illustra questo tipo di funzionamento; vi sono rappresentati due distinti circuiti: a sinistra quello di comando, che comprende il rele', e a destra il circuito di utenza, che aziona un motore funzionante a 230 V in corrente alternata. Premendo il pulsante P la bobina viene alimentata ed il rele' scatta, chiudendo sia i contatti a-a che i contatti u-u. Questi ultimi azionano il motore, mentre osserviamo che i contatti a-a risultano in parallelo al pulsante P; essendo ora chiusi, i contatti a-a continuano ad alimentare la bobina del relè anche quando si rilascia il pulsante.
Per fermare il motore occorre staccare l'alimentazione; se in seguito si fornisce nuovamente alimentazione, il motore non può ripartire, essendo i contatti del rele' in posizione aperta. Occorre quindi premere nuovamente il pulsante P.
Questo meccanismo viene usato, per esempio, come dispositivo di sicurezza nell'alimentazione delle macchine utensili: se per qualunque motivo la tensione viene a mancare e la macchina si ferma, si evita che essa possa ripartire da sola nel momento in cui la tensione ritorna, mentre qualcuno sta per esempio ispezionando la macchina stessa.
Naturalmente per questo tipo di impiego è necessario usare un rele' che abbia almeno due contatti (tipo DPST), poichè uno di essi serve per l'autoalimentazione.