COMANDO DI RELE’ DA DISPOSITIVI PROGRAMMABILI
Queste note costituiscono la sintesi della lezione tenuta il 2 maggio 2011.
Per la definizione di relé si rimanda a http://it.wikipedia.org/wiki/Relais
Si consideri un dispositivo programmabile dotato di una porta digitale.
Configurando la medesima come uscita, è possibile generarvi segnali di livello alto (5 V) o di livello basso (0 V). Non sono possibili situazioni intermedie. Una porta digitale non è però in grado di erogare una corrente superiore a qualche mA. In tali condizioni, non sarebbe possibile utilizzare la
porta digitale se non per trasmettere segnalazioni.
Sarebbe invece utile poter utilizzare la commutazione di stato della porta
digitale da livello alto a livello basso per poter comandare utilizzatori quali
lampade, resistenze scaldanti, motori, dispositivi alimentati alla tensione
di 230/400 V. Per questo scopo, è possibile utilizzare un relé il cui contatto di potenza viene commutato dall’azione di una bobina. Il problema si
sposta dunque nell’abilitare o interdire la corrente nella bobina del relé a
seguito della commutazione della porta digitale da livello alto a livello
basso.
Collettore
Base
Emettitore
Ovviamente non è possibile collegare direttamente la porta digitale alla bobina, la quale assorbe una corrente di centinaia
di mA. Allora viene introdotto un
TRANSISTOR di tipo BJT (Bipolar
Junction Transistor). Il funzionamento schematico del BJT è illustrato in figura.
Se la corrente fra Base ed Emettitore supera un certo valore di
soglia (dell’ordine del mA), allora si stabilisce una conduzione
fra Collettore ed Emettitore. In
pratica è come se tramite una
commutazione del valore di corrente fra base ed emettitore,
consentisse di aprire o chiudere
un contatto elettrico.
Si veda anche http://it.wikipedia.org/wiki/Transistor_a_giunzione_bipolare
In aula 42 si usa il TIP41C (notare le eccellenti prestazioni e la
possibilità di installare un dissipatore termico.
Corrente di
circolazione:
si stabilisce in
caso di
improvvisa
interdizione
della corrente
principale
Porta digitale
Le 2 masse devono
essere allo stesso potenziale
In figura si vede che la porta digitale è collegata alla base del BJT. Il BJT
stabilisce la conduzione nella bobina del relé. Sulla destra si nota il circuito di potenza, che alimenta una lampada a 230 V (contatti di potenza del
relé).
La bobina è a forte carattere induttivo: a seguito di una rapida commutazione della conduzione, una induttanza di valore L reagisce generando una
forza controelettromotrice proporzionale alla derivata della corrente
e= L
di (t )
dt
La e(t) è nulla per correnti costanti, ma se la corrente si azzera improvvisamente a causa della rapida commutazione del transistor, e(t) assume
valori pericolosi per il transistor stesso. Per ovviare a questo problema, si
inserisce un diodo in parallelo alla bobina del relé in modo tale che nel
normale esercizio nessuna corrente percorra il diodo stesso; il diodo consente alla e(t) che si manifesta ai capi della bobina del relé, in caso di im provvisa interdizione, di stabilire una corrente di circolazione che evita
che il transistor subisca una sovratensione.
La porta digitale è collegata alla base del BJT tramite una resistenza. R è
necessaria sia per limitare la corrente erogata dalla porta, che per definire
la corrente del circuito principale. Esiste un rapporto fra la corrente di col-
lettore-emettitore e la corrente di base/emettitore. Questo rapporto è indicato con hFE e per esso uno dei valori plausibili può essere 100. In tal
caso, desiderando 0.2 A sulla bobina del relé, ovvero sul collettore/emettitore, occorrono 0,002 A nel tratto base/emettitore. Per imporre 0.002 A
basta inserire una R fra base porta di valore 5/0.002. Cioè 2500 Ohm.
Alcuni
BJT
ICE=2 A
ICE=0.2 A
In conclusione, il valore di tensione in uscita dalla porta digitale
può essere configurato tramite un
software come Labview e con la
commutazione di tale porta è possibile comandare carichi che assorbono dalla rete molta potenza: carichi alimentati a 230/400 V.
Di seguito il software allestito tramite LABVIEW. In tal modo, con la
pressione di un pulsante booleano
sul panel, si commutano 4 degli 8
bit della porta digitale a 8 bit.
RELE’ A STATO SOLIDO
Oggi sono disponibili anche relé senza
parti in movimento. Accettano segnali digitali in ingresso entro un range compreso
fra 3 e 32 V. L’ingresso è caratterizzato da
elevatissima impedenza e può essere collegato direttamente ad una porta digitale.
In figura è mostrato un tipo che prevede
la massima corrente sul circuito di potenza
pari a 50 A.
L’intero catalogo Crouzet si trova
http://www.galco.com/scripts/cgiip.exe/wa/wcat/webpromo5.htm?promo=410CROUGN
Quando il relè entra in conduzione si accende un led di segnalazione.
