Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS
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Relé electromagnético
Los relés electromagnéticos son aquellos que son operados por acción electromagnética. Los relés de protección eléctrica modernos se basan principalmente en microprocesadores, pero aún así, el relé electromagnético mantiene su lugar. Se necesitará mucho más tiempo para reemplazar todos los relés electromagnéticos por relés estáticos basados en microprocesadores. Entonces, antes de pasar por los detalles del sistema de relés de protección, debemos revisar los diversos tipos de relés electromagnéticos .
Funcionamiento del relé electromagnético
Prácticamente todo el dispositivo de relé se basa en uno o más de los siguientes tipos de relés electromagnéticos .
- Medida de magnitud,
- Comparación,
- Medición de la relación.
El principio del funcionamiento del relé electromagnético se basa en algunos principios básicos. Dependiendo del principio de funcionamiento, estos se pueden dividir en los siguientes tipos de relés electromagnéticos .
- Relé de tipo armadura atraído,
- Relé tipo disco de inducción,
- Relé tipo copa de inducción,
- Relé tipo haz equilibrado,
- Relé de tipo bobina móvil,
- Relé de tipo hierro móvil polarizado.
Relé de tipo de armadura de atracción
El relé de tipo inducido de atracción es el más simple tanto en su construcción como en su principio de funcionamiento. Estos tipos de relés electromagnéticos se pueden utilizar como relés de magnitud o relés de relación. Estos relés se emplean como relés auxiliares, relés de control, relés de medición de sobrecorriente , subcorriente, sobrevoltaje, subvoltaje e impedancia. 
Las construcciones de tipo pistón y armadura con bisagras se utilizan con mayor frecuencia para estos tipos de relés electromagnéticos . Entre los dos diseños de construcción, el tipo de armadura con bisagras se usa más comúnmente.
Sabemos que la fuerza ejercida sobre una armadura es directamente proporcional al cuadrado del flujo magnético en el entrehierro. Si ignoramos el efecto de la saturación, la ecuación para la fuerza experimentada por la armadura se puede expresar como, 
Donde, F es la fuerza neta, K ‘es constante, I es la corriente rms de la bobina de la armadura y K’ es la fuerza de restricción .
Por tanto, la condición de umbral para el funcionamiento del relé se alcanzaría cuando KI 2 = K ‘.
Si observamos detenidamente la ecuación anterior, nos daremos cuenta de que la operación del relé depende de las constantes K ‘y K para un valor particular de la corriente de la bobina.
De la explicación y ecuación anteriores se puede resumir que, el funcionamiento del relé está influenciado por
- Amperio – vueltas desarrolladas por la bobina de operación del relé,
- El tamaño del espacio de aire entre el núcleo del relé y la armadura,
- Fuerza restrictiva sobre el inducido.
Construcción de relé de tipo atraído
Este relé es esencialmente una bobina electromagnética simple y un émbolo con bisagras. Siempre que la bobina se energiza, el émbolo es atraído hacia el núcleo de la bobina. Algunos contactos NA-NC (normalmente abiertos y normalmente cerrados) están dispuestos mecánicamente con este émbolo, que los contactos NA se cierran y los contactos NC se abren al final del movimiento del émbolo. Normalmente, el relé de tipo inducido de atracción es un relé operado por CC. Los contactos están dispuestos de tal manera que, después de que se acciona el relé, los contactos no pueden volver a sus posiciones originales incluso después de que se desenergiza el inducido. Después de la operación del relé, estos tipos de relés electromagnéticos se reinician manualmente.
El relé de armadura de atracción en virtud de su principio de construcción y funcionamiento, es instantáneo
en la operación.
Relé tipo disco de inducción
El relé de tipo disco de inducción consta principalmente de un disco giratorio.
Relé de tipo disco de inducción en funcionamiento
Todos los relés de tipo disco de inducción funcionan según el mismo principio conocido de Ferrari. Este principio dice que un par es producido por dos flujos de fase desplazada, que es proporcional al producto de su magnitud y el desplazamiento de fase entre ellos. Matemáticamente se puede expresar como- 
El relé tipo disco de inducción se basa en el mismo principio que el de un amperímetro o un voltímetro, o un vatímetro o un vatio hora mater. En el relé de inducción, el par deflector es producido por las corrientes parásitas en un disco de aluminio o cobre por el flujo.de un electroimán de CA. Aquí, se coloca un disco de aluminio (o cobre) entre los polos de un imán de CA que produce un flujo alterno φ retrasado de I en un ángulo pequeño. Como este flujo se enlaza con el disco, debe haber una fem E 2 inducida en el disco, retrasada con respecto al flujo φ en 90 o . Como el disco es puramente resistivo, la corriente inducida en el disco I 2 estará en fase con E 2 . Como el ángulo entre φ e I 2 es 90 ° , el par neto producido en ese caso es cero. Como, 
para obtener el par en el relé tipo disco de inducción, es necesario producir un campo giratorio.
Método de sombreado de polos para producir par en el relé de disco de inducción
En este método, la mitad del poste está rodeada con un anillo de cobre como se muestra. Sea φ 1 el flujo de la parte no sombreada del polo. En realidad, el flujo total se divide en dos partes iguales cuando el polo se divide en dos partes mediante una ranura. 
Como una parte del poste está sombreada por un anillo de cobre, habrá una corriente inducida en el anillo de sombra que producirá otro flujo φ 2 ‘en el poste sombreado. Entonces, el flujo resultante del polo sombreado será la suma vectorial de φ 1 y φ 2 . Digamos que es φ 2 , y el ángulo entre φ 1 y φ 2 es θ. Estos dos flujos producirán un par resultante,
Hay principalmente tres tipos de forma de disco giratorio disponibles para el relé de tipo disco de inducción. Tienen forma de espiral, redondas y en forma de jarrón, como se muestra. La forma de espiral se realiza para compensar contra la variación de par de restricción del resorte de control que se enrolla a medida que el disco gira para cerrar sus contactos. En la mayoría de los diseños, el disco puede girar hasta 280 ° . Además, el contacto móvil en el cambio de disco está posicionado de manera que se encuentra con los contactos estacionarios en el marco del relé cuando la sección de radio más grande del disco está debajo del electroimán. Esto se hace para asegurar una presión de contacto satisfactoria en el relé tipo disco de inducción.
Cuando se requiere un funcionamiento a alta velocidad, como en la protección diferencial, el recorrido angular del disco es considerablemente limitado y, por lo tanto, circular o inclusoLos
tipos de paletas
se pueden utilizar en relés electromagnéticos de tipo disco de inducción.
En algún momento se requiere que la operación de un relé tipo disco de inducción se realice después de la operación exitosa de otro relé. Por ejemplo, los relés de sobrecorriente interbloqueados se utilizan generalmente para la protección de generadores y barras colectoras. En ese caso, la banda de sombreado se reemplaza por una bobina de sombreado. Dos extremos de esa bobina de sombreado se colocan a través de un contacto normalmente abierto de otro dispositivo de control o relé. Siempre que se opera este último, el contacto normalmente abierto se cierra y hace que la bobina de sombreado se cortocircuite. Solo después de eso, el disco del relé de sobrecorriente comienza a girar.
También se pueden cambiar las características de tiempo / corriente de un relé de tipo disco de inducción, desplegando una disposición de resistencia variable en la bobina de sombreado.
El relé de disco de inducción alimentado por un filtro de secuencia negativa también se puede utilizar como dispositivo de protección de secuencia negativa para alternadores .
Relé tipo taza de inducción
El relé tipo taza de inducción se puede considerar como una versión diferente del relé tipo disco de inducción. El principio de funcionamiento de ambos tipos de relés es más o menos alguno. Los relés de tipo copa de inducción se utilizan cuando se solicita un funcionamiento a muy alta velocidad junto con polarización y / o devanado diferencial. Generalmente se encuentran disponibles diseños de cuatro y ocho polos. El número de polos depende del número de devanados que se van a acomodar.
La inercia del diseño tipo copa es mucho menor que la del diseño tipo disco. Por lo tanto, es posible un funcionamiento a muy alta velocidad en el relé de tipo taza de inducción. Además, el sistema de polos está diseñado para proporcionar el par máximo por entrada de KVA. En una unidad de cuatro polos casi todas las corrientes parásitasinducidos en la copa por un par de polos aparecen directamente debajo del otro par de polos, de modo que el par / VA es aproximadamente tres veces mayor que el de un disco de inducción con un electroimán en forma de C.
El relé tipo copa de inducción es prácticamente adecuado como unidades de comparación direccional o de fase. Esto se debe a que, además de su sensibilidad, el relé de copa de inducción tiene un par constante sin vibración y su par parásito debido a la corriente o al voltaje solo es pequeño.
Relé direccional o de potencia tipo copa de inducción
En un relé de tipo taza de inducción de cuatro polos, un par de polos produce un flujo proporcional al voltaje y el otro par de polos produce un flujo proporcional a la corriente. El diagrama vectorial se muestra a continuación,
El par de torsión T 1 = Kφ vi .φ i . sin (90 o – θ) asumiendo que el flujo producido por la bobina de voltaje se retrasará 90 ° con respecto a su voltaje. Por diseño, se puede hacer que el ángulo se aproxime a cualquier valor y se obtiene una ecuación de par T = KEIcos (φ – θ), donde θ es el ángulo del sistema E – I.
En consecuencia, el relé de tipo taza de inducción puede diseñarse para producir el par máximo cuando el ángulo del sistema θ = 0 o o 30 o o 45 o o 60 o . El primero se conoce comorelés de potencia,
ya que producen el par máximo cuando θ = 0 o y los últimos se conocen como relés direccionales; se utilizan para la discriminación direccional en esquemas de protección en condiciones de falla, ya que están diseñados para producir el par máximo en condiciones de falla.
Relé de taza de inducción de reactancia o tipo Mho
Al manipular las disposiciones de la bobina de corriente o voltaje y el ángulo de desplazamiento de fase relativo entre varios flujos, se puede hacer que el relé de tipo copa de inducción mida la reactancia pura de un circuito de potencia.
Relé de haz equilibrado
Se puede decir que el relé de tipo de haz equilibrado es una variante del relé de tipo de armadura de atracción, pero aún así estos se tratan como diferentes tipos de relé, ya que se emplean en diferentes campos de aplicación.
Los relés de tipo haz balanceado se utilizaron en esquemas de protección diferencial y de distancia. El uso de estos relés se vuelve absoluto ya que los sofisticados relés tipo disco de inducción y los relés tipo taza de inducción los reemplazan.
El principio de funcionamiento de un relé de viga de equilibrio es bastante simple. Aquí una viga está soportada por una bisagra. La bisagra sostiene la viga desde algún lugar en el medio de la viga. Hay dos fuerzas que actúan sobre dos extremos de las vigas, respectivamente. La dirección de ambas fuerzas es la misma. No solo la dirección, en condiciones normales de trabajo, el par producido por las fuerzas con respecto a la bisagra también es el mismo. Debido a estos dos mismos pares direccionales, la viga se mantiene en posición horizontal en condiciones normales de trabajo. Uno de estos pares es el par de restricción y el otro es el par de funcionamiento.
La torsión de restricción se puede proporcionar mediante una bobina de restricción o un resorte de restricción.
Este es un tipo de relé de tipo inducido atraído. Pero el relé de la barra de equilibrio se trata por separado desde su punto de vista de aplicación. Cuando ocurre cualquier falla, la corriente a través de la bobina de operación cruza su valor de activación y, por lo tanto, la mmf de la bobina de operación aumenta y cruza su valor de activación. Debido a este aumento de mmf, la bobina atrae con más fuerza el extremo de la viga y, por lo tanto, aumenta el par en el extremo respectivo de la viga. A medida que aumenta este par, se altera el equilibrio de la viga. Debido a esta condición de par desequilibrado, el extremo de la viga asociado con el par de operación se mueve hacia abajo para cerrar los contactos No del relé.
A continuación se ilustran las disposiciones típicas de ambos tipos de relé de la barra de equilibrio:
Hoy en día, los relés de la barra de equilibrio se vuelven obsoletos. En los últimos días, estos relés se utilizaron ampliamente en medidas diferenciales y de impedancia. Los usos de estos relés son reemplazados por relés de tipo taza y disco de inducción más sofisticados.
Los principales inconvenientes del relé de la viga de equilibrio son la mala relación de reinicio / operación, la susceptibilidad al desplazamiento de fase entre los dos energizados y el mal funcionamiento en transitorios.
Relé de tipo bobina móvil
El relé de bobina móvil o el relé de bobina móvil de CC polarizado es el relé electromagnético más sensible. Debido a su alta sensibilidad, este relé se utiliza ampliamente para mediciones sensibles y precisas de distancia y protección diferencial. Este tipo de relés es inherentemente adecuado para el sistema de CC. Aunque este tipo de relé también se puede utilizar para el sistema de CA, se debe proporcionar el circuito rectificador necesario en el transformador de corriente .
En un relé de bobina móvil, el movimiento de la bobina puede ser rotativo o axial. Ambos han sido perfeccionados en gran medida por los diversos fabricantes, pero la limitación inherente de un relé de bobina móvil permanece, es decir, para conducir la corriente.dentro y fuera del sistema de bobina móvil que, por razones de sensibilidad, tiene que estar diseñado para ser muy delicado.
Entre estos dos tipos de relé de bobina móvil, un tipo de movimiento axial tiene el doble de sensibilidad que el de tipo rotativo. Con el relé de bobina móvil, son típicas sensibilidades del orden de 0,2 mW a 0,5 mW. La velocidad de funcionamiento depende de la amortiguación proporcionada en el relé.
