Relè per Automotive: Guida Completa all'Installazione e Utilizzo

Il mondo dell'elettronica automobilistica è intriso di componenti la cui importanza è spesso sottovalutata ma la cui funzionalità è vitale. Tra questi, il relè si distingue come un vero e proprio interruttore elettromagnetico, permettendo a un circuito di comando a bassa potenza di gestire un circuito a tensione o corrente più elevata. Questa guida approfondisce il funzionamento, i tipi, la selezione e l'installazione dei relè automobilistici, fornendo un riferimento utile per l'installazione e la risoluzione di eventuali problemi.

Cosa sono i Relè e Come Funzionano

Un relè è un componente elettromeccanico il cui azionamento avviene tramite un elettromagnete costituito da una bobina di filo conduttore elettrico, generalmente di rame, avvolto attorno a un nucleo di materiale ferromagnetico. In pratica, il relè permette a un circuito di comando a bassa potenza di gestire un circuito a tensione o corrente più elevata. Il relè presenta contatti mobili che modificano il percorso della corrente nel circuito. Quando la bobina viene percorsa da corrente elettrica, si genera un campo elettromagnetico che muove il meccanismo interno e provoca lo scatto dei contatti. La tensione di attivazione può variare a seconda del modello, ad esempio 3V, 5V, 12V o 24V.

All'interno di un relè standard sono presenti contatti elettrici, azionabili tramite una staffa. Quando la corrente attraversa la bobina, si genera un campo magnetico che eccita il relè, permettendo di aprire o chiudere i contatti costituiti da lamelle conduttive, attraverso cui avviene (o meno) il passaggio di corrente nell'impianto. In un relè elettromagnetico, la bobina di filo è avvolta attorno a un nucleo di ferro dolce, noto come solenoide. Esso ha un'armatura mobile di ferro, una bassa riluttanza giogo di ferro e una serie di contatti. Possono esserci più set di contatti a seconda del design e della funzione del relè. Una molla tiene l'armatura in posizione e quando il relè è diseccitato si crea un traferro nel circuito magnetico, condizione che garantisce la chiusura e l'apertura fisica dei contatti. Questa condizione garantisce la chiusura e l'apertura fisica dei contatti. Relè diversi possono avere un numero maggiore o minore di contatti a seconda del design.

La differenza principale tra relè e interruttori automatici è che i relè agiscono come dispositivi di controllo e commutazione, mentre gli interruttori automatici interrompono le connessioni per proteggere l'intero circuito. I relè consentono a piccoli circuiti di comando di gestire circuiti a tensione o corrente elevata, caratteristica che li rende indispensabili nell'automotive per alimentare componenti come alzacristalli, fari o motorini di avviamento.

Tipi di Relè e Configurazioni dei Contatti

I relè si distinguono in diverse categorie, principalmente in base alla configurazione dei loro contatti e alla loro applicazione specifica. Capire la funzione dei terminali è essenziale per leggere correttamente uno schema di cablaggio relè.

Relè a 4 Pin

Nei relè a 4 pin, i terminali 85 e 86 alimentano la bobina mentre 30 e 87 commutano un solo circuito. Per collegare correttamente un relè a 4 pin, bisogna prima identificare i terminali. Nei modelli standard, 85 e 86 sono i pin della bobina, 30 è il contatto comune e 87 è il contatto normalmente aperto. Esistono relè a 4 pin normalmente aperti e normalmente chiusi. La posizione aperta o chiusa del relè dipende dal suo design ed è controllata dal fatto che il relè sia a riposo o eccitato. Un relè normalmente aperto (NO), a riposo ha un contatto interrotto, quindi è aperto. Il contrario è vero per un relè normalmente chiuso (NC): a riposo ha un contatto chiuso. Se si deve semplicemente accendere o spegnere un carico, un relè a 4 pin è spesso sufficiente.

Relè a 5 Pin

Nei relè a 5 pin si aggiunge 87a, che permette di passare tra contatto normalmente chiuso e normalmente aperto. I relè a 5 pin utilizzano sempre i pin 85 e 86 per la bobina, ma aggiungono il terminale 87a oltre a 30 e 87. Quando la bobina si attiva, il collegamento passa dal pin 87a al pin 87. Questo tipo di relè è composto da 3 pin principali per la commutazione e da un contatto SPDT, cioè un invertitore a singolo polo e doppio contatto. La differenza principale tra queste due tipologie è che un relè a 4 pin controlla un solo circuito di uscita, mentre un relè a 5 pin può commutare tra un contatto normalmente chiuso e uno normalmente aperto.

Per usare correttamente un relè a 5 pin bisogna capire quale comportamento si desidera ottenere: mantenere alimentato un circuito finché il relè è disattivato, oppure trasferire l'alimentazione a un altro circuito quando il relè scatta. Ad esempio, un relè di commutazione può alternare la chiusura e l'apertura di due circuiti. Un tipico esempio di relè di commutazione in uso può essere visto nel funzionamento dei fari dei veicoli, dove il relè può passare da un circuito all'altro per attivare gli abbaglianti o gli anabbaglianti come richiesto.

Configurazioni di Contatti Principali e Sigle

I relè si differenziano anche per la tipologia di contatti. In base ai tipi di contatti di cui si compone, il relè viene identificato da una sigla specifica che si traduce in una differenziazione nello schema del relè preso in considerazione. Le principali configurazioni di contatti sono le seguenti:

• SPST (Single Pole, Single Throw): un unico contatto apre e chiude il circuito. Corrispondono ai relè di chiusura e interruzione, talvolta indicati come relè unipolari a tiro singolo.
• DPST (Double Pole, Single Throw): due contatti distinti aprono e chiudono il circuito.
• SPDT (Single Pole, Double Throw): un unico contatto posto in commutazione. Questi relè sono talvolta indicati come relè unipolari a doppia mandata.
• DPDT (Double Pole, Double Throw): due contatti distinti posti in commutazione.

Relè di Protezione

I relè di protezione svolgono un compito cruciale: monitorare i sistemi di alimentazione elettrica per individuare guasti (come sovraccarichi o cortocircuiti) e attivare interruttori per prevenire o ridurre i danni. Questi relè utilizzano un sofisticato insieme di algoritmi per rilevare con precisione anche le più piccole deviazioni dai parametri di funzionamento normali. Grazie alla loro elevata sensibilità, possono rispondere rapidamente a qualsiasi anomalia, garantendo così la stabilità e la sicurezza dei sistemi di alimentazione. Esempi includono la protezione differenziale per trasformatori e grandi motori, e i relè di dispersione di terra (ELR) per monitorare la dispersione di corrente a terra negli impianti elettrici trifase.

Relè Temporizzati

I relè temporizzati sono considerati relè di controllo che incorporano un timer. Il temporizzatore controlla un evento per aprire o chiudere i contatti del dispositivo allo scadere del periodo di tempo preimpostato. Questo tipo di relè è spesso implementato negli impianti di illuminazione dei condomini o per funzioni temporizzate come il funzionamento del controllo del tempo delle spazzole dei tergicristalli e la temporizzazione della luce interna.

Relè Termici

Il relè termico, altrimenti detto contattore di sovraccarico, è un particolare dispositivo di sicurezza sviluppato a protezione dei motori contro sovraccarichi di corrente o una perdita di fase.

Specifiche Elettriche e Identificazione dei Terminali

Le specifiche elettriche dei relè indicano i valori operativi che non devono essere superati. Nei relè a due vie possono essere presenti due diverse specifiche di commutazione, una per il terminale aperto e una per il terminale chiuso. Ad esempio: N/O (Normalmente Aperto): 35A a 14V DC e N/C (Normalmente Chiuso): 20A a 14V DC. È fondamentale controllare tensione e corrente nominale prima di installare un relè.

I terminali di un relè sono numerati utilizzando un sistema di identificazione noto come DIN 72552. Questo sistema è stato sviluppato nell'industria automobilistica tedesca e da allora è stato adottato in tutto il mondo come metodo standard per l'etichettatura e l'identificazione dei terminali elettrici. La DIN 72552 assegna un codice numerico che definisce chiaramente la funzione di ogni pin/terminale di un relè.

In sintesi, i pin 85 e 86 servono per eccitare la bobina, mentre 30, 87 e 87a gestiscono il passaggio della corrente verso il carico. Puoi riconoscere i pin contando i terminali e leggendo la numerazione stampata sul corpo del relè.

Cablaggio e Installazione dei Relè Automotive

Uno schema di cablaggio relè mostra come collegare la bobina e i contatti di un relè per controllare un carico elettrico. Prima di installare un relè è fondamentale verificare se il circuito lavora in corrente alternata o continua e quale tensione è richiesta dalla bobina.

Collegamento di un Relè a 4 Pin

1. Identifica i terminali: Sui modelli standard, 85 e 86 sono i pin della bobina, 30 è il contatto comune e 87 è il contatto normalmente aperto.
2. Collega la bobina: I pin 85 e 86 vanno connessi al circuito di comando. Una configurazione comune consiste nel collegare il pin 86 al terminale positivo della fonte di alimentazione e il pin 85 a un interruttore a pressione che chiude verso massa. In questo modo, quando il comando attiva la bobina, il relè commuta e alimenta il carico.
3. Porta l'alimentazione al pin 30: In un relè SPDT, il pin 30 è normalmente collegato al terminale positivo della sorgente di alimentazione tramite un fusibile.
4. Collega il carico al pin 87: Il carico elettrico da controllare viene collegato a questo pin.

Collegamento di un Relè a 5 Pin

Il relè a 5 pin ha una connessione aggiuntiva: pin 87a. Nello stato non eccitato, il pin 30 è collegato al contatto normalmente chiuso (NC) (87A). Quando la bobina viene eccitata, l'armatura si muove, interrompendo questo collegamento e stabilendone uno nuovo tra il pin 30 e il contatto normalmente aperto (NO) (87).

1. Collega la bobina: I pin 85 e 86 alimentano la bobina del relè. La polarità positiva (+) e negativa (-) può essere fornita ai punti di collegamento 85 e 86, a meno che il relè non preveda un "diodo di spegnimento (quenching)". In quest'ultimo caso, i punti di collegamento nella bobina sono specifici dal punto di vista della polarità.
2. Collega l'alimentazione al pin 30: Questo è il contatto comune e il pin 30 è normalmente collegato al terminale positivo della sorgente di alimentazione tramite un fusibile.
3. Collega i carichi ai pin 87 e 87a: Il pin 87 è normalmente aperto, mentre 87a è normalmente chiuso. Per i dispositivi che devono attivarsi quando il relè è eccitato, collegare il pin 87 (NO). Per i dispositivi che devono attivarsi quando il relè è diseccitato, collegare il pin 87a (NC).
4. Testa il circuito: Dopo aver completato i collegamenti, testare la configurazione applicando la tensione ai terminali della bobina (pin 85 e 86) e verificare che il relè commuti correttamente tra i pin 87 e 87A.

Kit Relè Automobilistici Pre-cablati

Per chi si avvicina al cablaggio automobilistico, un relè automobilistico con cablaggio è un kit già pronto. Combina un relè di alta qualità con tutti i cavi, i connettori codificati a colori necessari e spesso un portafusibili in linea. Questo elimina la frustrazione di trovare parti separate e riduce il rischio di errori di crimpatura o connessione. Il kit include solitamente:

• Il Relè: Il cuore del sistema, un piccolo cubo, solitamente valutato per 30 A o 40 A, spesso SPST a 4 pin o SPDT a 5 pin.
• La presa/codino: Il relè si inserisce in questa presa, rendendo facile la sostituzione.
• Cavi codificati a colori: Per un'installazione semplice.
• Portafusibili integrato: Su Pin 30, per proteggere il circuito.
• Connettori e terminali: Pre-crimpati alle estremità dei cavi.

L'installazione di un kit pre-cablato segue passaggi metodici:

1. Sicurezza: Scollegare sempre il terminale negativo della batteria.
2. Montare il relè: Trovare un luogo sicuro, asciutto e fresco, lontano da fonti di calore e parti in movimento.
3. Instradare il cablaggio: Pianificare il percorso, seguendo cablaggi esistenti e evitando bordi taglienti o componenti caldi.
4. Collegare la terra (Pin 85): A un punto di metallo solido e non verniciato sul telaio.
5. Collegare il grilletto (Pin 86): Al nuovo interruttore o a un circuito esistente (es. accensione).
6. Collegare l'alimentazione ingresso (Pin 30): Al terminale positivo della batteria, con il portafusibile in linea.
7. Collegare l'accessorio (Pin 87): Al terminale positivo dell'accessorio.
8. Testare il circuito: Inserire il fusibile, ricollegare la batteria, e testare.

Risoluzione dei Problemi Comuni

• Il relè scatta, ma l'accessorio non si accende: Controllare le connessioni sul Pin 87 (il filo blu) e il filo di terra dell'accessorio. Verificare 12 V sul Pin 30 (il filo rosso) con un multimetro.
• L'accessorio rimane sempre acceso: Probabile inversione tra il cavo del grilletto (Pin 86) e il cavo dell'alimentazione principale (Pin 30).
• Il fusibile si brucia ripetutamente: Indica un cortocircuito o un carico eccessivo. Verificare la potenza nominale del fusibile e ispezionare il cavo di uscita (Pin 87) per danni all'isolamento.

Il Ruolo Indispensabile dei Relè nell'Industria Automobilistica

I relè sono fondamentali per la funzionalità di un veicolo, fungendo da interruttori che controllano un circuito di corrente elevata con un circuito molto più piccolo, sfruttando i principi dell'elettromagnetismo per un uso pratico. La loro importanza deriva dalla capacità di gestire tensioni e flussi elevati usando livelli di corrente ridotti nel circuito di comando.

Vantaggi nell'Automotive

• Controllo di carichi ad alta corrente: I relè permettono a interruttori di piccole dimensioni o a circuiti a bassa potenza di controllare carichi elettrici pesanti, come l'avviamento dei motori, l'accensione dei fari, i sistemi di condizionamento dell'aria e gli iniettori di carburante. Se le luci da lavoro sono cablate per accendersi quando i fari sono accesi, potrebbero superare la capacità del telaio esistente.
• Amplificazione del circuito: I relè dell'auto possono controllare più componenti o sistemi individuali, facilitando l'ampliamento del circuito senza la necessità di più interruttori. Un singolo ingresso all'interno di un sistema elettrico può essere utilizzato per attivare e attivare più relè installati in un circuito elettrico. Un semplice esempio reale di queste molteplici azioni da un unico interruttore è il sistema di chiusura centralizzata in un'auto: una singola pressione di un pulsante provoca il blocco o lo sblocco di tutte le serrature delle porte.
• Protezione del circuito: I relè proteggono il circuito di comando da eventuali danni o surriscaldamenti, isolando il circuito a bassa corrente da quello ad alta corrente.
• Riduzione dei costi: I componenti del circuito elettrico ad alta corrente sono costosi. L'uso di un relè automatico consente di limitare l'installazione di circuiti ad alta corrente a quelle parti del sistema per le quali è essenziale. Quindi, installando i relè nei punti critici, il resto del circuito può essere completato con componenti a bassa corrente più economici. Questo aiuta a ridurre i costi.
• Funzioni logiche: Sebbene negli ultimi tempi i relè per auto siano stati ampiamente sostituiti da modelli di moduli elettronici OEM, possono essere utilizzati anche per eseguire operazioni logiche sia semplici che più complesse come ingressi momentanei e funzioni temporizzate, ad esempio il funzionamento del controllo del tempo delle spazzole dei tergicristalli e la temporizzazione della luce interna.

Impieghi Specifici

• Interruzione di un circuito: Un relè può essere utilizzato, quando necessario, per interrompere un circuito. Gli esempi includono il dispositivo di avviamento/blocco dell'avviamento, alcuni circuiti di chiusura delle portiere e i sistemi di illuminazione.
• Commutazione elettrica: Un relè può essere utilizzato per attivare e disattivare alternativamente due circuiti. Ad esempio, la commutazione dell'alimentazione tra due dispositivi, come i fari abbaglianti/anabbaglianti o il sistema di climatizzazione.
• Inversione di polarità: Quando un circuito è positivo (+) ed è richiesto negativo (-), si può utilizzare un relè per rovesciare o invertire il circuito. Ad esempio: in una presa di forza, un braccio o una plafoniera.
• Isolamento galvanico: Per isolare un dispositivo dal veicolo o per isolare un impianto elettrico da un impianto elettrico separato, come in un autocarro refrigerato ibrido dove il rimorchio frigorifero utilizza un sistema elettrico separato da quello dell'autocarro.

Protezione dei Circuiti Sensibili

Alcuni relè automobilistici sono progettati con diodi o resistori integrati. Quando la tensione viene rimossa e un relè viene diseccitato, il campo magnetico crolla. Ciò può causare un aumento di tensione nella direzione opposta. Questi picchi di corrente a bassa corrente possono avere tensioni significativamente elevate, spesso fino a 100 volt. Per prevenire il danneggiamento dei circuiti elettronici sensibili a monte, è possibile installare un diodo attraverso la bobina. I resistori possono essere impiegati per fornire una protezione simile, anch'essi in grado di assorbire i picchi di tensione che derivano da un improvviso collasso del campo magnetico. Un resistore, tuttavia, consente il flusso di una piccola corrente e non è efficace come un diodo nell'assorbire un picco di tensione.

Selezione del Relè Giusto: Fattori Cruciali

Scegliere il relè perfetto per il tuo progetto può sembrare un compito arduo. Tuttavia, restringendo la scelta su fattori cruciali come la tensione di bobina, la tensione di carico, i requisiti di corrente e le esigenze specifiche del tuo progetto, prendere una decisione informata diventa considerevolmente più semplice.

Tensione di Bobina

Assicurarsi di selezionare un relè con la tensione di bobina appropriata è fondamentale. Se la tensione di bobina è troppo bassa, il relè non si attiverà. Al contrario, una tensione troppo alta può causare surriscaldamento, danneggiando il relè. Pertanto, è necessario scegliere un relè con una tensione di bobina che corrisponda alla tensione del circuito esistente.

Tensione di Carico

Un'altra considerazione essenziale è la tensione di carico. Questo si riferisce alla tensione massima che può passare attraverso i contatti aperti quando il relè viene attivato. Scegli un dispositivo che abbia una tensione di carico superiore a quella richiesta dal tuo progetto. Sottovalutare la tensione di carico potrebbe portare a una situazione particolare in cui il tuo circuito è completo, ma il relè non riesce a trasferire energia poiché non gestisce la tensione richiesta.

Requisiti di Corrente

Proprio come la tensione, il tuo relè deve soddisfare i requisiti di corrente del tuo circuito. Ci sono due tipi principali di specifiche di corrente in un relè:

• La corrente di bobina: l'energia necessaria per attivare il relè.
• La corrente di contatto: la corrente che i contatti possono sopportare quando il relè è acceso.Il tuo relè dovrebbe possedere una capacità sufficiente per soddisfare entrambe le esigenze senza alcun rischio di surriscaldamento o guasto.

Esigenze Specifiche del Progetto

Infine, identificare e dare priorità alle specifiche esigenze del tuo progetto può affinare notevolmente la tua ricerca. Ad esempio, se hai bisogno di controllare più circuiti, un relè multipolare sarebbe una scelta ideale. Allo stesso modo, potresti desiderare un relè che offra indicazione dello stato o funzioni di annullamento manuale. Comprendere le esigenze del tuo progetto ti aiuterà a identificare il relè che soddisfa tutte le tue richieste.

Test e Manutenzione dei Relè

Navigare senza problemi nella manutenzione dei tuoi relè e dei tuoi sistemi di protezione non è una questione opzionale, ma una rete di sicurezza che garantisce il funzionamento regolare e sicuro dei tuoi sistemi, anche in circostanze impreviste.

Programma di Manutenzione Periodica

Implementare un programma di manutenzione periodica è cruciale. La frequenza di test dipende spesso dalle raccomandazioni del produttore, dalle normative del settore e dalla natura del lavoro svolto dal tuo sistema. Per esempio, per i relè a microprocessore, si consigliano test ogni 6-8 anni. Qualsiasi cambiamento significativo nel sistema elettrico richiederebbe un'ispezione immediata per garantire il corretto funzionamento di tutti i componenti.

Consigliamo di eseguire questo semplice controllo una o due volte l'anno, magari quando si eseguono altri interventi di manutenzione ordinaria come il cambio dell'olio.

Ispezione e Controlli

1. Ispezione visiva: Aprire il cofano e tracciare il percorso della propria imbracatura. Cercare eventuali segni di fessurazione nell'isolamento del filo. Verificare la presenza di abrasioni dove potrebbe esserci sfregamento.
2. Controllo delle connessioni: Tirare delicatamente l'alimentazione principale e i terminali di terra della batteria e del telaio. Dovrebbero essere completamente solidi.
3. Controllo del fusibile: Aprire il portafusibili in linea. Togliere il fusibile e controllarlo. Non si sta solo cercando di vedere se è saltato. Cercare segni di stress da calore sulla plastica o opacità. Ciò potrebbe indicare che si è avvicinato al limite.
4. Pulizia: Pulire il relè e tutti i connettori esposti con un panno asciutto. Mantenerli liberi da sporco, olio e sporcizia aiuta a prevenire l'intrappolamento dell'umidità. In ambienti umidi o ad alta corrosione (come vicino alla batteria o nei passaruota), applicare una piccola quantità di grasso dielettrico ai connettori elettrici prima di collegarli.

Applicazioni Avanzate e Consigli Pratici

Una volta acquisita dimestichezza con le nozioni di base, è possibile utilizzare un relè automobilistico con cablaggio per configurazioni più creative e complesse.

Circuiti a Doppia Funzione con Relè SPDT

Un relè SPDT (single pole, double Throw) a 5 pin ha una connessione aggiuntiva: pin 87a. Questo pin è alimentato quando il relè è disattivo (a riposo). Quando si attiva il trigger sul Pin 86, l'interruttore interno si sposta. Ciò consente circuiti a doppia funzione. Ad esempio, si potrebbero collegare le luci di marcia diurna al Pin 87a e un set di potenti luci fuoristrada al Pin 87. Quando l'interruttore è spento, le luci di marcia diurna sono accese. Quando si gira l'interruttore, il relè scatta, disattivando le luci di marcia diurna e attivando quelle fuoristrada.

Controllo di Accessori Multipli

Se si desidera un interruttore per controllare più accessori, come quattro diversi contenitori luminosi, è possibile cablare il primo relè normalmente. Quindi, far passare un cavo dall'ingresso di attivazione (Pin 86) del primo relè all'ingresso di attivazione (Pin 86) del secondo relè e così via, per ogni relè aggiuntivo. La regola fondamentale qui è che ogni relè automobilistico con cablaggio deve comunque avere la propria alimentazione separata, con fusibile e ad alta corrente dalla batteria (pin 30).

Consigli per un'Installazione Professionale

• Protezione dei cavi: Utilizzare tubi a telaio diviso per raggruppare e proteggere i cavi. Conferisce un aspetto pulito, OEM e fornisce un'eccellente resistenza all'abrasione.
• Fissaggio con fascette: Quando si utilizzano le fascette, stringerle quanto basta per essere aderenti. Un serraggio eccessivo può danneggiare l'isolamento del cavo.
• Connessioni resistenti agli agenti atmosferici: Se il relè e il cablaggio sono installati in ambienti umidi o ad alta corrosione (come nel vano motore o nei passaruota), la resistenza agli agenti atmosferici è cruciale. Applicare una piccola quantità di grasso dielettrico ai connettori elettrici prima di collegarli per proteggerli da umidità e ossidazione.

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