Em sistemas de controle elétrico, os relés servem como componentes principais para alcançar o princípio de "usar um pequeno sinal para controlar uma grande carga" e são amplamente categorizados em dois tipos principais: relés CA e relés CC. Embora sua função fundamental-controlar a abertura e fechamento de circuitos por meio de efeitos eletromagnéticos-seja compartilhada, as diferenças inerentes em suas fontes de energia operacionais (CA versus CC) resultam em distinções significativas em relação ao projeto de circuito magnético, construção do núcleo e processos de fabricação. Uma compreensão completa dessas diferenças é crucial para a seleção e aplicação adequadas desses dispositivos.
Primeiro, do ponto de vista dos princípios eletromagnéticos fundamentais, os estados operacionais dos dois tipos diferem marcadamente. Os relés CA são energizados por corrente alternada que varia senoidalmente; conseqüentemente, o fluxo magnético dentro de seus circuitos magnéticos também está alternando. Como resultado, embora a direção da atração eletromagnética permaneça constante, sua magnitude pulsa entre os valores máximo e mínimo em conjunto com a corrente-a uma frequência que é o dobro da fonte de alimentação CA. Em contraste, os relés CC são energizados por corrente contínua, que segue um padrão linear; isso gera um campo magnético constante e imutável, resultando em atração eletromagnética altamente estável. Esta flutuação inerente na força de atração exige que, durante o projeto dos núcleos dos relés CA, sejam tomadas medidas específicas para eliminar vibrações e ruídos.
Para resolver o problema da vibração da armadura causada pelo cruzamento periódico-de zero da atração eletromagnética CA, a face central de um relé CA normalmente incorpora um anel de curto-circuito incorporado (também conhecido como anel de sombreamento). Esta configuração de núcleo de relé CA e anel de cobre gera um fluxo magnético com atraso de fase, garantindo que força de atração suficiente permaneça para manter a armadura fechada mesmo no momento preciso em que o fluxo magnético total cruza zero, alcançando assim um estado acoplado silencioso e estável. Por outro lado, o núcleo de um relé CC-devido ao seu campo magnético constante-não encontra o problema de cruzamento por zero-; conseqüentemente, não requer anel de curto-circuito e normalmente é construído a partir de um bloco sólido de ferro fundido ou aço macio.
Em relação à seleção de materiais, para mitigar perdas por correntes parasitas e perdas por histerese induzidas por campos magnéticos alternados, os núcleos dos relés CA normalmente renunciam a uma estrutura sólida em favor de um design laminado, compreendendo múltiplas chapas de aço silício isoladas mutuamente. Em determinadas aplicações especializadas ou de alto-desempenho, um projeto de núcleo ranhurado para relé CA também pode ser empregado. Ao usinar ranhuras específicas na superfície do núcleo, os caminhos de circulação das correntes parasitas podem ser efetivamente interrompidos, reduzindo assim o aquecimento do núcleo sob campos magnéticos alternados de alta-potência e melhorando a eficiência energética geral do relé.
Além da estrutura plana-laminada, certos tipos de contatores CA ou relés-de alta potência podem utilizar um design cilíndrico de "haste CA". Independentemente de sua forma específica, o núcleo AC-que serve como conduíte central para o fluxo magnético-deve possuir permeabilidade magnética excepcionalmente alta. Um núcleo CA de alta{6}}qualidade é capaz de gerar um poderoso campo magnético funcional através do entreferro usando um número relativamente baixo de amperes-espiras-, um atributo crítico para equipamentos elétricos modernos que buscam designs leves e compactos.
Ao contrário dos relés CC, onde a corrente da bobina é limitada principalmente pela resistência, os relés CA geram uma força eletromotriz reversa contínua (EMF posterior) durante a operação em estado estacionário; conseqüentemente, a corrente de sua bobina é predominantemente determinada pela reatância indutiva. Isso implica que as bobinas do relé CA normalmente apresentam menos voltas e bitolas de fio mais grossas para minimizar a resistência interna e a geração de calor. Por outro lado, a corrente da bobina nos relés CC é governada exclusivamente pela resistência; para evitar condições que se aproximem de um curto-circuito, suas bobinas normalmente apresentam um grande número de voltas e bitolas de fio mais finas, resultando em maior resistência interna. Esta diferença fundamental também dita a divergência significativa no projeto de seus respectivos circuitos de acionamento.
Como um sistema completo de{{0}núcleo para relé eletromagnético-seja aplicado a circuitos CC ou CA-seu objetivo fundamental continua sendo a conversão eficiente de energia elétrica em energia magnética. Ao projetar o núcleo de um relé CA, os engenheiros devem considerar de forma abrangente a distribuição da relutância magnética, os efeitos das correntes parasitas e a estabilidade da estrutura mecânica. Um design de núcleo ideal garante que o circuito magnético opere dentro de sua região linear ideal, evitando assim uma redução na força atrativa ou um atraso na liberação causado pela saturação magnética localizada.
Em última análise, independentemente da configuração específica de um relé CA, seu teto de desempenho é determinado pela qualidade do material do núcleo de ferro puro empregado. O material do núcleo de ferro de alta-pureza se traduz em menor magnetismo residual e maior indução magnética-a base física fundamental para alcançar um relé que puxa com firmeza e libera rapidamente. Selecionar material de ferro puro de{4}}alta qualidade é a chave para evitar falhas comuns-como travamento de contato e ruído excessivo-na própria fonte.
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