Il Relè

In un qualsiasi impianto di domotica che si rispetti uno dei principali attuatori è il relè. Un relè può essere immaginato come un interruttore elettromeccanico che se alimentato con una tensione relativamente bassa si chiude e consente di controllare utilizzatori funzionanti con tensioni e correnti più alte di quelle che abbiamo a disposizione sulle nostre logiche di controllo. Per questo motivo i relè sono dispositivi onnipresenti proprio in quanto permettono di interfacciare un sistema a bassa potenza con uno ad alta potenza.

Relè elettromeccanici

I relè hanno al loro interno una bobina che funge da elettrocalamita per attirare a sé un leveraggio che aziona meccanicamente i contatti. Questo tipo di relè, nella maggior parte dei casi, si comporta da deviatore piuttosto che da semplice interruttore, ovvero i terminali di “uscita” sono 3: un terminale “comune” o centrale (indicato come COM), uno normalmente aperto (NO) e uno normalmente chiuso (NC). In condizioni di riposo (ovvero: relè non alimentato, o più propriamente non eccitato), il nostro interruttore elettromeccanico è chiuso tra COM e NC e risulta aperto tra COM e NO. Fornendo una tensione alla bobina del relè, la situazione si inverte e il contatto viene chiuso tra COM e NO e si apre tra COM ed NC. Ecco perché questo particolare tipo di interruttore viene chiamato “deviatore”, perché devia la corrente dal terminale comune verso due distinte direzioni a seconda se il relè sia alimentato o meno. I relè elettromeccanici normalmente utilizzati nelle applicazioni di domotica, ovvero funzionanti a bassa tensione, hanno tensioni di alimentazione continue a 3.3, 5, 12 o 24V ed è facile trovarli anche con due coppie di contatti ovvero è possibile deviare, contemporaneamente, due distinte linee.

Relè a stato solido

Una categoria particolare di relè è costituita da quelli a stato solido o SSR (Solid State Relay). In questo tipo di relè non sono presenti parti in movimento e la commutazione è affidata esclusivamente a componenti discreti inglobati all'interno del corpo (triac). Questo tipo di relè agisce unicamente come interruttore (ovvero non è presente il contatto normalmente chiuso) e presenta un solo contatto. Gli SSR hanno numerosi vantaggi rispetto ad un relè elettromeccanico tra cui:

• Possono essere innescati con un ampio range di tensioni di alimentazione ovvero non hanno una tensione “fissa” per l’innesco. È molto facile interfacciare lo stesso relè con diverse logiche senza fare modifiche al circuito;
• Non fanno rumore perché non possiedono parti meccaniche in movimento;
• Hanno una durata più lunga;
• Non sono causa da disturbi elettromagnetici o li subiscono.

Per contro, questo tipo di relè, è generalmente più costoso e un po' più difficile da reperire nei negozi.

Scelta del relè

Un Relè va utilizzato sempre nei casi in cui dobbiamo controllare una lampada, un motore o qualsiasi altro dispositivo che richieda tensione e corrente relativamente alte attraverso un dispositivo a bassa tensione. La prima cosa da tenere in considerazione nella scelta è la potenza assorbita dal dispositivo che intendiamo controllare. Se dobbiamo, ad esempio, accendere una lampadina funzionante a 220Vac con una potenza dichiarata di 50W, bisogna scegliere un relè che abbia i contatti in grado di sopportare questo flusso di corrente. Dato che 50W a 220V corrispondono, con estrema semplificazione, a circa 230mA (Potenza = Tensione * Corrente assorbita), un relè con i contatti dimensionati per 220Vac e almeno 250mA sarà sufficiente. È generalmente facile reperire relè di piccole dimensioni che hanno i contatti garantiti per una tensione fino a 250Vac e corrente fino a 10A, per una lampadina sono addirittura "abbondanti". Da notare, inoltre, che generalmente i relè elettromeccanici presentano una doppia dicitura per la corrente sopportata dai contatti, viene sempre indicata sia la potenza gestibile in corrente alternata, sia quella in corrente continua.
Un altro fattore da non sottovalutare è la tensione richiesta dalla bobina. Se la nostra logica opera a 5V è bene scegliere un relè con una tensione di 5V dato che questa è già a disposizione sulla scheda. Per dispositivi operanti a 3.3V sono anche disponibili relè operanti a questa tensione sebbene siano più difficili da reperire e anche un po' più costosi. Nel nostro caso, utilizzando un NodeMCU che dispone sia della 5V che della 3.3V, possiamo tranquillamente usare relè a 5V, più comuni. Nel nostro esempio useremo relè a 5V anche per un altro motivo: la corrente disponibile sulla linea dei 5V è maggiore, dato che la 3.3V viene erogata da un regolatore posto a bordo che è sempre bene non sovraccaricare. In aggiunta a ciò, la bobina del relè a 5V assorbe un certo quantitativo di corrente (fino a 100mA), non è possibile pilotarlo direttamente da un GPIO e in commercio esistono moduli relè già pronti per l'utilizzo con schede di sviluppo.

Modalità classiche di funzionamento dei relè

Normalmente un relè, sia elettromeccanico che a stato solido, torna in posizione di riposo quando non ricevono più alimentazione la bobina o il circuito di controllo. In ambito di impiantistica domestica “classica” vengono spesso utilizzati relè elettromeccanici aventi la bobina alimentata a 220Vac che funzionano in maniera particolare. Se il contatto era aperto verrà chiuso e rimarrà chiuso anche dopo che è cessato l’impulso elettrico adoperato per commutarne lo stato quindi il contatto si riaprirà solo quando forniremo nuovamente un ulteriore impulso elettrico. Scenario comune, ad esempio, quando abbiamo un punto luce in casa che desideriamo sia pilotato da più postazioni. Nel caso in questione viene utilizzato un pulsante, piuttosto che un interruttore, per eccitare un relè cosiddetto bistabile (o ad impulsi o, ancora, ciclico). Questo tipo di relè, per eseguire la specifica funzione, opera tramite una ruota dentata azionata dalla bobina. La ruota rimane ferma in posizione, anche dopo che la corrente cessa, agganciandosi a un dente fisso. Per analogia di funzionamento anche un semplice relè generico può essere definito “a funzionamento bistabile” qualora si ecciti (e rimanga eccitato) in presenza di uno stimolo esterno temporaneo. In questo caso il comportamento bistabile non sarà generato da un meccanismo all’interno del relè stesso, bensì tramite una logica definita nel nostro programma ovvero in presenza di un impulso esterno (es.: la pressione momentanea di un pulsante, l’arrivo di un messaggio MQTT). La logica farà in modo di lasciare comunque alimentata la bobina del relè per poi interrompere l'alimentazione alla ricezione di un successivo messaggio o alla successiva pressione di un pulsante.
Per contro si definiscono relè “monostabili” quelli che hanno il funzionamento opposto quindi quelli in cui i contatti ritornano allo stato di riposo quando viene a mancare la tensione sulla bobina. Questa modalità di funzionamento può anche essere definita “temporanea” ed è la modalità normalmente utilizzata, ad esempio, per gli apricancelli o per l’apertura dei portoncini muniti di elettroserratura. In questi casi l'impulso è momentaneo e al rilascio del pulsante il relè deve ritornare in posizione di riposo.

A seguire

Nella prossima lezione vedremo come controllare un relè, dalla nostra applicazione domotica, per pilotare utilizzatori che richiedono una potenza.