O relé é um dos componentes mais interessantes para quem começa a estudar elétrica e eletrônica porque permite compreender, de maneira bastante prática, como um circuito de pequena potência pode controlar outro circuito que trabalha com uma carga muito maior.
Podemos definir o relé eletromecânico como uma espécie de interruptor acionado eletricamente.
Em vez de utilizarmos o dedo para ligar e desligar uma chave, utilizamos uma corrente elétrica.
Essa pequena corrente energiza uma bobina, cria um campo magnético e provoca o movimento mecânico dos contatos internos do relé.
Assim, podemos ter:
circuito de controle
↓
bobina do relé
↓
movimento dos contatos
↓
acionamento de outro circuito
Esse princípio permite, por exemplo, utilizar um circuito eletrônico de baixa potência para comandar uma lâmpada, motor ou outra carga que demande tensão ou corrente que o circuito de controle não poderia fornecer diretamente.
O relé é um interruptor eletromecânico
A palavra eletromecânico ajuda bastante a compreender seu funcionamento.
Temos duas partes trabalhando juntas:
elétrica → produz o acionamento
e
mecânica → abre ou fecha os contatos.
Dentro de um relé convencional existe uma bobina formada por várias voltas de fio fino em torno de um núcleo ferromagnético.
Quando uma corrente elétrica passa pela bobina, surge um campo magnético.
Esse conjunto passa a funcionar como um eletroímã.
O campo magnético atrai uma parte móvel do mecanismo e provoca a mudança de posição dos contatos elétricos.
O que é um eletroímã?
Para entender o relé, vale compreender primeiro esse conceito.
Quando uma corrente elétrica percorre um condutor, surge um campo magnético ao seu redor.
Se enrolarmos muitas espiras de fio formando uma bobina e utilizarmos um núcleo adequado, conseguimos intensificar esse efeito.
Enquanto existe corrente:
há campo magnético.
Quando interrompemos a corrente:
o campo magnético desaparece ou diminui fortemente.
Isso permite transformar um comando elétrico em movimento mecânico.
E é exatamente esse princípio que encontramos no relé.
O funcionamento básico acontece em duas etapas
Quando a bobina está desligada:
não existe acionamento magnético
e os contatos permanecem em sua posição normal.
Quando aplicamos a tensão adequada à bobina:
corrente circula
↓
campo magnético é criado
↓
a parte móvel é atraída
↓
os contatos mudam de posição.
Quando retiramos a alimentação da bobina, uma mola ou o próprio mecanismo faz os contatos retornarem à posição original.
É daí que vem aquele famoso “clique”
Quem já utilizou um relé eletromecânico provavelmente conhece o som:
clic!
Esse pequeno ruído acontece justamente porque existe uma parte mecânica movimentando os contatos.
Energizamos:
clic!
Desenergizamos:
clic!
Portanto, diferentemente de um transistor ou MOSFET, um relé eletromecânico realmente possui partes móveis.
Quais são os terminais de um relé?
Um relé simples com contato reversível normalmente possui pelo menos cinco terminais.
Dois deles correspondem à:
bobina.
Os outros três correspondem aos contatos:
COM — comum
NA — normalmente aberto
NF — normalmente fechado.
No artigo original, esses terminais são apresentados como contato, normalmente aberto e normalmente fechado.
O que significa “normalmente”?
Essa palavra é fundamental.
Quando falamos:
normalmente aberto
ou:
normalmente fechado,
estamos descrevendo a situação do contato quando a bobina do relé não está energizada.
Ou seja, “normalmente” significa:
estado de repouso do relé.
O que é o contato comum?
O terminal COM, ou comum, é aquele que alterna sua conexão entre NF e NA.
Quando o relé está em repouso:
COM ↔ NF
Quando energizamos a bobina:
COM ↔ NA
Assim, o contato comum funciona como a parte móvel de uma chave.
O que significa NF?
NF = Normalmente Fechado.
Também podemos encontrar a sigla inglesa:
NC = Normally Closed.
Quando a bobina está desligada:
COM e NF estão eletricamente conectados.
Podemos representar:
Bobina desligada
COM ───── NF
COM X NA
Quando energizamos a bobina, essa conexão é interrompida.
O que significa NA?
NA = Normalmente Aberto.
Em inglês:
NO = Normally Open.
Quando a bobina está desligada, COM e NA não estão conectados.
Quando energizamos:
COM ↔ NA
Portanto:
Bobina desligada → COM ligado ao NF
Bobina energizada → COM ligado ao NA.
Esse é o princípio fundamental de um relé reversível simples.
Podemos imaginar o relé como uma chave automática
Imagine uma chave manual com duas posições.
Em repouso:
COM → NF
Acionamos:
COM → NA
Agora substitua sua mão por um eletroímã.
Pronto.
Temos uma boa representação mental do funcionamento de um relé.
A bobina e os contatos são coisas diferentes
Essa distinção é extremamente importante.
Um relé possui dois “lados”:
Lado de controle
É formado pela bobina.
Aplicamos uma determinada tensão e fazemos o relé atuar.
Lado da carga
É formado pelos contatos:
COM
NA
NF
É através deles que controlamos o outro circuito.
Portanto, a corrente da carga não precisa passar pelo circuito que energiza a bobina.
Essa separação é uma das grandes vantagens do relé
Imagine um pequeno circuito funcionando com baixa tensão.
Queremos que ele controle outra carga.
Podemos fazer:
Circuito de baixa tensão
↓
bobina
|| separação ||
contatos
↓
circuito da carga.
No exemplo original do artigo, a parte que alimenta a bobina com pilhas fica eletricamente isolada do circuito de uma lâmpada alimentada em 110 V.
Essa separação elétrica é uma característica muito útil dos relés eletromecânicos.
Um circuito não precisa alimentar diretamente o outro
Imagine que temos uma pequena saída eletrônica incapaz de fornecer a corrente necessária para uma carga.
Não devemos simplesmente conectar a carga diretamente nessa saída.
Podemos utilizar a saída apenas como comando.
Ela aciona o estágio responsável pela bobina do relé.
Então os contatos do relé controlam a alimentação da carga.
Temos:
pequeno sinal de controle
↓
relé
↓
carga de maior potência.
A tensão da bobina é uma especificação importante
Não existe uma única tensão para todos os relés.
Podemos encontrar relés com bobinas projetadas para diferentes tensões.
Por isso, precisamos ler sua especificação.
No artigo original, por exemplo, é mostrado que uma especificação poderia ser apresentada como:
12 V / 110 V–4 A / 220 V–2 A.
Esses números não representam a mesma coisa.
Os 12 V podem se referir à bobina
Se o relé possui bobina de 12 V, significa que seu circuito de acionamento foi projetado para essa condição nominal.
Não significa que seus contatos só possam trabalhar com 12 V.
Essa confusão é bastante comum.
Temos duas especificações independentes:
bobina
e
contatos.
Os contatos possuem seus próprios limites
Os contatos precisam suportar a tensão e a corrente da carga que serão interrompidas.
Por isso encontramos inscrições indicando valores máximos permitidos.
Um relé pode possuir, por exemplo, bobina de baixa tensão e contatos especificados para trabalhar com cargas em tensões muito maiores.
É justamente isso que torna o componente tão útil.
Não confunda corrente da bobina com corrente dos contatos
A bobina consome determinada corrente para produzir o campo magnético.
A carga controlada pelos contatos pode consumir outra corrente completamente diferente.
Podemos pensar em dois caminhos:
Caminho 1
Fonte de controle → bobina
Caminho 2
Fonte da carga → COM → contato → carga
Eles possuem funções diferentes.
Como identificar os terminais?
Alguns relés possuem um pequeno diagrama impresso na própria carcaça.
Ele pode mostrar:
bobina;
COM;
NA;
NF.
Em outros casos, precisamos consultar o datasheet do componente.
Nunca é uma boa ideia escolher os terminais apenas olhando a posição física e supondo sua função.
Um multímetro também pode ajudar
Com o relé completamente desconectado de qualquer alimentação, podemos utilizar a função de resistência ou continuidade para estudar seus terminais.
Primeiro podemos procurar os dois terminais da bobina.
Entre eles normalmente encontramos uma resistência correspondente ao enrolamento.
Depois podemos identificar os contatos.
Em repouso:
COM ↔ NF apresenta continuidade.
Já:
COM ↔ NA não apresenta continuidade.
Isso ajuda bastante a compreender fisicamente o componente.
Veja na foto abaixo a especificação do relê.
Em eletrônica os componentes tem uma representação no papel através de diagramas. A representação do relê é a abaixo. Veja que a bobina lembra as voltas do fio em torno do núcleo de metálico. Os terminais de contato lembram uma espécie de chave (interruptor).
Acionando o Relê
Para ligarmos o relê e fazermos seu teste, basta ligar uma alimentação que corresponda à sua bobina nos terminais da bobina.
Veja o funcionamento do relé na prática
No artigo original mostro a construção básica do relé, seus terminais, sua simbologia e um circuito de acionamento.
O princípio é simples: a corrente circulando pela bobina produz um campo magnético, formando um eletroímã. Esse campo movimenta o contato do relé e faz a conexão mudar entre o terminal normalmente fechado e o normalmente aberto.
Também é possível perceber uma das características mais interessantes do componente: o circuito que energiza a bobina pode permanecer eletricamente separado do circuito controlado pelos contatos.
Depois que entendemos bobina, COM, NA e NF, o relé deixa de parecer um componente complicado e passa a ser simplesmente uma chave que podemos controlar eletricamente.
No circuito abaixo ao ligar o relê, fazemos o acionamento de uma carga (lâmpada) em 127 Volts nos
terminais de contato do relê. Veja que a parte alimentada pelas pilhas está eletricamente isolada da parte alimentada pelos 110 Volts. Dessa forma o relê isola eletricamente os circuitos.
Podemos observar a mudança com o multímetro
Depois de identificar corretamente a bobina e conhecer sua tensão nominal, podemos energizá-la com uma fonte adequada.
Ouvimos:
clic!
Agora repetimos a medição.
A situação muda:
COM ↔ NF → aberto
COM ↔ NA → fechado.
É uma experiência muito simples e extremamente didática.
Como testar um relé na bancada
Uma sequência básica seria:
- Identifique o modelo do relé.
- Verifique a tensão nominal da bobina.
- Consulte a disposição dos terminais.
- Localize os dois terminais da bobina.
- Identifique COM, NA e NF.
- Com o relé desligado, teste continuidade entre COM e NF.
- Confira que COM e NA estão abertos.
- Aplique à bobina a alimentação adequada.
- Observe o clique do mecanismo.
- Teste novamente os contatos.
- Agora COM e NA deverão apresentar continuidade.
- Retire a alimentação e confira se o mecanismo retorna.
Esse pequeno teste ajuda muito a entender o componente.
Para que serve o terminal normalmente aberto?
Imagine uma lâmpada que queremos deixar apagada enquanto o relé estiver desligado.
Ligamos a carga através de:
COM + NA.
Em repouso:
circuito aberto → lâmpada apagada.
Energizamos a bobina:
COM conecta ao NA → lâmpada acende.
Esse é provavelmente o uso mais intuitivo do relé.
E para que serve o normalmente fechado?
Agora queremos o comportamento contrário.
Desejamos que uma carga permaneça ligada enquanto o relé estiver em repouso.
Utilizamos:
COM + NF.
Bobina desligada:
carga ligada.
Bobina energizada:
contato abre → carga desliga.
Isso permite criar vários tipos de lógica apenas escolhendo o contato apropriado.
Podemos controlar motores
Um relé também pode ser utilizado para ligar e desligar motores, desde que seus contatos sejam adequadamente especificados para a carga.
Por exemplo:
circuito de controle
↓
relé
↓
motor.
Mas motores apresentam características diferentes de cargas puramente resistivas, especialmente durante partida e interrupção.
Por isso, a escolha do relé deve considerar a aplicação real e não apenas uma corrente medida com o motor funcionando normalmente.
Podemos até inverter o sentido de um motor DC
Com uma combinação apropriada de contatos, relés podem ser utilizados para inverter a polaridade aplicada a um motor de corrente contínua.
Sabemos que em um motor escovado:
polaridade A → gira em um sentido
polaridade invertida → gira no outro.
Utilizando relés com contatos apropriados, podemos construir um circuito que faça essa inversão.
Esse princípio pode ser interessante em:
automodelismo;
nautimodelismo;
robótica;
pequenos mecanismos.
Mas um relé não controla suavemente a velocidade
Esse ponto é importante.
Um relé convencional trabalha essencialmente como uma chave.
Temos:
ligado
ou:
desligado.
Ele é ótimo quando queremos comutar uma carga.
Mas se quisermos variar suavemente a velocidade de um motor, normalmente precisamos de outro tipo de circuito, como um controlador eletrônico utilizando PWM.
Podemos acionar um relé com Arduino?
Sim, e essa é uma aplicação extremamente comum.
Mas existe um detalhe importante:
não devemos assumir que uma saída do microcontrolador pode alimentar diretamente qualquer bobina de relé.
A bobina exige determinada corrente.
Uma saída do Arduino possui limites.
Por isso, é muito comum utilizar um estágio de acionamento.
Um transistor pode acionar a bobina
Uma configuração conceitual bastante utilizada é:
Arduino
↓
resistor
↓
transistor
↓
bobina do relé.
O Arduino fornece apenas o comando.
O transistor é responsável por controlar a corrente da bobina.
Assim, novamente utilizamos um pequeno sinal para controlar algo que exige mais corrente.
Por que aparece um diodo junto à bobina?
Quando estudamos circuitos com relés, frequentemente encontramos um diodo conectado em paralelo com a bobina.
Ele não está ali por acaso.
A bobina é um componente indutivo.
Quando interrompemos rapidamente sua corrente, pode surgir uma tensão transitória elevada.
Essa tensão pode danificar o transistor ou outros componentes do circuito de acionamento.
O diodo ajuda a proteger o circuito
O chamado diodo de flyback, roda-livre ou proteção fornece um caminho para a corrente associada à energia armazenada no campo magnético da bobina quando o acionamento é interrompido.
Assim reduzimos o pico de tensão sobre o dispositivo de controle.
É um componente pequeno, mas muito importante em muitos circuitos com relés DC.
Módulos de relé facilitam bastante o uso com microcontroladores
Existem placas prontas contendo:
relé;
transistor de acionamento;
diodo;
LED indicador;
e, em alguns modelos, outros recursos de isolamento.
Isso torna a utilização com Arduino e outros microcontroladores mais simples.
Mas mesmo utilizando um módulo pronto, é importante compreender o que existe nele.
Assim sabemos por que existem terminais separados para:
controle
e
carga.
O relé também pode ser controlado por sensores
Agora começam a aparecer aplicações interessantes.
Podemos ter:
sensor de luz
↓
circuito eletrônico
↓
relé
↓
lâmpada.
Quando escurece, a lâmpada liga.
Ou:
sensor de temperatura
↓
controlador
↓
relé
↓
ventilador.
Quando a temperatura sobe, o ventilador é acionado.
O relé funciona como uma interface entre o circuito de decisão e a carga.
No modelismo também existem várias possibilidades
Podemos utilizar relés em projetos para acionar:
motores auxiliares;
bombas;
iluminação;
buzinas;
sirene;
mecanismos.
Um canal do receptor pode fornecer um comando para um circuito eletrônico, que então controla o relé.
Assim conseguimos adicionar funções ao modelo.
Podemos usar o rádio controle para acionar uma carga
Imagine um barco RC.
No transmissor temos uma chave auxiliar.
Quando acionamos:
Transmissor
↓
Receptor
↓
Circuito de interface
↓
Relé
↓
Bomba de água.
Agora conseguimos ligar e desligar a bomba remotamente.
O mesmo princípio pode ser utilizado em muitos outros acessórios.
Relé e transistor não fazem exatamente a mesma coisa
Os dois podem ser utilizados para controlar cargas, mas possuem características bastante diferentes.
O relé eletromecânico possui:
contatos físicos;
isolamento entre bobina e contatos;
partes móveis;
tempo de acionamento relativamente maior;
desgaste mecânico dos contatos.
Já um transistor ou MOSFET realiza o controle eletronicamente, sem contatos mecânicos.
A melhor solução depende da aplicação.
O relé não é adequado para chaveamentos muito rápidos
Como existe uma parte mecânica se movimentando, o relé possui limitações de velocidade.
Não seria adequado, por exemplo, tentar utilizar um relé convencional para produzir PWM de alta frequência para controlar a velocidade de um motor.
Os contatos ficariam abrindo e fechando mecanicamente repetidas vezes.
Para esse tipo de aplicação utilizamos dispositivos semicondutores.
Os contatos também se desgastam
Cada vez que abrimos ou fechamos um circuito, especialmente sob carga, podem ocorrer fenômenos elétricos nos contatos.
Com o tempo, isso provoca desgaste.
Portanto, relés possuem uma vida útil.
Ela pode ser especificada tanto em termos de operações mecânicas quanto elétricas.
Quanto mais exigente a carga, maior a importância de escolher corretamente o componente.
Corrente contínua e alternada não são iguais na comutação
Esse é um detalhe importante quando escolhemos um relé.
Não devemos assumir que uma especificação de corrente para determinada tensão em corrente alternada vale automaticamente para qualquer situação em corrente contínua.
Interromper corrente contínua pode ser mais exigente para os contatos em determinadas condições porque o arco elétrico se comporta de maneira diferente.
Por isso, utilize as especificações do fabricante para o tipo de carga e tensão empregados.
Cargas indutivas exigem ainda mais atenção
Motores, solenóides e outras bobinas são cargas indutivas.
Ao interromper a corrente, podem surgir transientes elétricos.
Isso pode aumentar o desgaste dos contatos e gerar interferências.
Por isso, circuitos que controlam cargas indutivas frequentemente utilizam componentes adicionais de proteção.
O relé também permite isolamento galvânico
Uma característica importante do relé eletromecânico é que a bobina não precisa ter conexão elétrica direta com os contatos.
A interação ocorre magneticamente e mecanicamente.
Isso permite controlar um circuito mantendo separação elétrica entre os dois lados.
No exemplo apresentado no artigo original, justamente temos um circuito alimentado por pilhas controlando uma lâmpada em outro circuito, mostrando essa separação.
Isolamento não significa que qualquer montagem seja segura
Esse ponto é especialmente importante quando falamos em tensão da rede elétrica.
O fato de um relé permitir isolamento entre bobina e contatos não transforma automaticamente uma montagem improvisada em uma montagem segura para 110/127/220/230 V.
Rede elétrica pode causar choque grave, incêndio e morte.
É preciso utilizar:
relé corretamente especificado;
isolamento adequado;
caixa apropriada;
fiação correta;
proteções;
distâncias elétricas adequadas.
Para aprender o funcionamento do relé, podemos fazer experiências em baixa tensão, que são muito mais apropriadas para a bancada didática.
Podemos aprender tudo isso usando uma pequena lâmpada ou LED
Não precisamos utilizar rede elétrica para compreender o princípio.
Podemos montar um experimento em baixa tensão.
Por exemplo:
Fonte A → bobina
e:
Fonte B → contato → pequena lâmpada compatível.
Energizamos a bobina.
clic!
A lâmpada acende.
Desligamos.
clic!
A lâmpada apaga.
O conceito é exatamente o mesmo e o experimento fica muito mais adequado para estudar.
Um LED também pode indicar o estado
Podemos utilizar um LED com seu resistor adequado para visualizar o comportamento dos contatos.
Por exemplo:
COM + NA → LED acende quando o relé é energizado.
Depois mudamos para:
COM + NF → LED apaga quando o relé é energizado.
Essa pequena experiência deixa imediatamente claro o significado de NA e NF.
Podemos usar dois LEDs para visualizar a comutação
Uma experiência ainda mais interessante é utilizar dois LEDs em um circuito de baixa tensão.
Um representa:
NF.
Outro:
NA.
Em repouso:
LED 1 aceso
LED 2 apagado.
Energizamos:
LED 1 apagado
LED 2 aceso.
Assim conseguimos literalmente enxergar a mudança do contato comum entre os dois terminais.
O símbolo elétrico do relé ajuda a compreender seu funcionamento
No artigo original também apresento a simbologia do relé.
O desenho mostra de maneira bastante intuitiva:
a bobina
e
os contatos semelhantes a uma chave.
Aprender a interpretar esse símbolo é importante porque ele aparece constantemente em diagramas elétricos e eletrônicos.
Não pense no esquema como uma fotografia do componente
O diagrama não pretende mostrar exatamente onde cada terminal está fisicamente localizado.
Ele mostra:
como os elementos estão eletricamente relacionados.
Essa distinção é fundamental.
O símbolo nos ajuda a entender o funcionamento.
A pinagem ou datasheet nos ajuda a encontrar os terminais no componente real.
Existem relés com mais de um conjunto de contatos
Nem todo relé possui apenas um COM, um NA e um NF.
Existem modelos com vários conjuntos de contatos que são acionados simultaneamente pela mesma bobina.
Isso permite controlar vários caminhos elétricos ao mesmo tempo.
Por exemplo, podemos ter dois contatos reversíveis independentes mecanicamente acionados pelo mesmo eletroímã.
Existem também relés normalmente abertos mais simples
Dependendo da aplicação, o componente pode não oferecer todas as possibilidades de contato.
Por isso, novamente:
não suponha a configuração.
Consulte o diagrama do relé específico que está utilizando.
E existe o relé de estado sólido
Também encontramos os chamados SSR — Solid State Relays, ou relés de estado sólido.
Eles cumprem uma função de chaveamento, mas não utilizam o mesmo mecanismo eletromecânico de bobina, armadura e contatos móveis.
O chaveamento é realizado utilizando dispositivos semicondutores.
Por isso, apresentam características diferentes dos relés eletromecânicos.
Relé eletromecânico ou estado sólido?
Não existe uma resposta universal.
Relés eletromecânicos podem ser interessantes pela:
simplicidade;
separação física dos contatos;
facilidade de compreensão;
capacidade de trabalhar com diferentes tipos de circuitos.
Relés de estado sólido podem oferecer vantagens em aplicações que exigem:
chaveamento frequente;
ausência de partes móveis;
operação silenciosa.
Mas cada tecnologia possui limitações e precisa ser escolhida de acordo com a aplicação.
O relé é um excelente componente para aprender eletrônica
Ele reúne vários conceitos em um único dispositivo:
corrente elétrica;
bobina;
campo magnético;
eletroímã;
contatos elétricos;
NA e NF;
isolamento;
tensão;
corrente;
acionamento de cargas.
E o melhor é que conseguimos perceber fisicamente aquilo que está acontecendo.
Aplicamos tensão.
Ouvimos o clique.
Medimos os contatos.
Vemos a carga ligar.
Isso torna o aprendizado bastante intuitivo.
Quer aprender eletrônica entendendo o que realmente acontece nos circuitos?
Entender o relé é um excelente passo para compreender outros componentes e circuitos.
A partir dele aparecem conceitos como:
eletromagnetismo;
transistores;
diodos de proteção;
motores;
fontes de alimentação;
acionamento de cargas;
Arduino e microcontroladores.
A proposta é não ficar apenas decorando onde cada fio deve ser conectado, mas entender qual é a função de cada componente, por que determinada ligação é feita e o que está acontecendo eletricamente dentro do circuito.
Ótima explicação, o acionamento do Rele de Estado Sólido Omron é simples quando se deseja operar e desoperar o rele de estado sólido conforme é aplicada uma tensão de controle.