رله چیست ؟ انواع رله و کاربرد آنها

 

رله یک دستگاه الکترومکانیکی یا حالت جامد است که برای کنترل الکتریکی یک دستگاه یا یک مدار استفاده می‌گردد. این قطعه با اعمال یک سیگنال کنترلی به سیم پیچش تحریک می‌گردد.

در ابتدا از رله های الکترومکانیکی برای انتقال سیگنال کد مورس به مسافت های طولانی از طریق سیم استفاده می‌شد. اما امروزه رله‌ها کاربردهای بسیار متنوعی دارند و به بخش مهمی از سیستم های کنترل صنعتی و اتوماسیون تبدیل شده اند.

لیون الکترونیک (فروشگاه قطعات الکترونیک مرجع اصلی واردات قطعات الکترونیک) در این مقاله شما را با انواع رله آشنا میکند:

کجا از رله‌ها استفاده می‌کنیم؟

رله ها کاربرد وسیعی دارند. شما می توانید آنها را در همه جا پیدا کنید: لوازم خانگی، اتومبیل، صنایع و حتی در دستگاه های کپی. در برخی از کاربردها از رله برای سوئیچینگ یا کنترل مدار (مانند کنترل روشنایی مبتنی بر تایمر) استفاده می‌کنند، در حالی که در برخی کاربردهای دیگر برای حس کردن و محافظت از مدارها (مانند رله‌های حفاظت خطای اتصال به زمین) استفاده می‌شوند. بنابراین، تعیین منطقه کاربرد آنها دشوار است.

 

اصل عملکرد

رله‌ها اساساً بر اساس اصل کار خود به دو نوع رله الکترومکانیکی و حالت جامد طبقه بندی می شوند. اجازه دهید اصل عملکرد هر یک از آنها را به تفصیل مورد بحث قرار دهیم.

 

اصول عملکرد رله الکترومکانیکی

رله های الکترومکانیکی سیگنال ها را ار طریق تیغه‌های خود که با حرکت مکانیکی قطع و وصل می‌شوند، انتقال می‌دهند. انواع رله‌های الکترومکانیکی از دو بخش اصلی تشکیل شده اند: بخش اول بخش آهنربای الکتریکی و بخش دیگر بخش اسکلت فلزی و تیغه‌های مکانیکی. بخش آهنربای الکتریکی شامل یک مجموعه سیم پیچ است که روی یک هسته مغناطیسی پیچیده شده است. هنگامی که ولتاژ ورودی (تقریبا برابر با ولتاژ نامی سیم پیچ) به سیم پیچ اعمال می شود، هسته فلزی، مغناطیسی می شود و اسکلت فلزی را جذب می کند. و چون کنتاکت های مکانیکی بر روی اسکلت فلزی وصل شده‌اند، هنگامی که اسکلت فلزی به سمت آهنربای الکتریکی کشیده می‌شود، تیغه‌ها بسته می‌شوند. و هنگامی که ولتاژ ورودی اعمال شده به سیم پیچ قطع می شود، آرمیچر توسط فنر به موقعیت اولیه خود باز می گردد.

بیشتر بخوانید: تقویت کننده عملیاتی آپ امپ و کاربردهای آن

اصول کار رله های حالت جامد

رله های حالت جامد با حروف مخفف SSR شناخته می‌شوند. این رله‌ها بر خلاف نوع الکترومکانیکی،  دارای هیچ قطعه متحرک مکانیکی نیستند. این رله‌ها از اجزای نیمه هادی و الکترونیکی تشکیل شده اند. در رله‌های حالت جامد به جای  بخش الکترومغناطیسی، از کوپلرهای نوری و مدارهای درایور مورد استفاده شده و به جای تیغه‌های مکانیکی، دارای یک TRIAC یا ترانزیستور به همراه اسنابر و مدارهای درایور هستند.

 

هنگامی که ولتاژ نامی به  ورودی اعمال می شود، جریان از طریق اپتوکوپلر جریان می یابد. از خروجی اپتوکوپلر برای راه اندازی مدار سوئیچینگ TRIAC یا ترانزیستور استفاده می‌شود. مدار سوئیچینگ یک پالس گیت را به TRIAC اعمال می کند و TRIAC شروع به هدایت می کند. و به صورت مشابه، هنگامی که ولتاژ ورودی اعمال شده قطع می شود، اپتوکوپلر مدار سوئیچینگ TRIAC را خاموش می کند و به نوبه خود، پالس گیت به TRIAC را متوقف می کند و TRAIC هدایت را متوقف می کند.

در بخش‌های بعدی به طور مفصل درباره قطعات و عملکرد رله‌های الکترومکانیکی و حالت جامد به تفصیل بحث خواهیم کرد.

 

اجزای تشکیل دهنده رله الکترومکانیکی

یک رله الکترومکانیکی معمولی از اجزای زیر تشکیل شده است:

 

سیم پیچ الکترومغناطیسی

آرماتور یا اسکلت فلزی

هسته

تیغه‌های متحرک

سیستم فنر بازگشت تیغه

 

سیم پیچ الکترومغناطیسی

سیم پیچ الکترومغناطیسی مهمترین قسمت رله الکترومکانیکی است. این قسمت رله، از  از یک سیم پیچ‌ مسی بر روی یک هسته مغناطیسی تشکیل شده است. همانطور که می‌دانید عبور جریان از طریق سیم پیچ یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. بنابراین، هنگامی که ولتاژ به سیم پیچ اعمال می شود،  یک آهنربای الکتریکی ایجاد  می‌شود که آرماتور یا اسکلت فلزی را جذب می کند.

 

آرماتور

آرمیچر یک قطعه فلزی متحرک است که با استفاده از یک لولا در جای خود متعادل می‌گرددد.

 

هسته

هسته قسمت فلزی است که سیم پیچ روی آن پیچیده شده است.

 

کنتاکت‌های متحرک و کنتاکت‌های ثابت

کنتاکت ها قطعات هادی داخل رله هستند که با اعمال ولتاژ به سیم پیچ، باز یا بسته می شوند. به کنتاکتی که توسط آهنربا الکترومغناطیس جذب می‌شود کنتاکت متحرک و به کنتاکتی که ثابت است و به پایانه ها متصل است، کنتاکت ثابت می گویند.

 

سیستم فنر بازگشت

یک مکانیزم فنری در رله‌های الکترومکانیکی وجود دارد، که وظیفه بازگرداندن آرماتور و کنتاکت‌ها را به حالت اولیه پس از قطع برق بر عهده دارد.

بیشتر بخوانید: ترانزیستور ماسفت چیست؟

اجرای تشکیل دهنده رله حالت جامد

همانطور که قبلاً بحث شد، رله های حالت جامد هیچ قسمت متحرکی ندارند. برای توضیح اجزای داخلی آنها، در اینجا آن را به بخش های زیر تقسیم می کنیم:

 

قسمت مدار ورودی

عایق الکتریکی

مدار درایور

قسمت مدار خروجی

 

قسمت مدار ورودی

مدار ورودی شامل دیود، ترانزیستور، گیت و مقاومت های مورد نیاز برای راه اندازی اپتوکوپلر است.

 

عایق الکتریکی

بر خلاف رله های الکترومغناطیسی، بخش های ورودی و خروجی یک SSR هیچ گونه تماس فیزیکی ندارند. و جداسازی گالوانیکی بین آنها با استفاده از اپتوکوپلرها فراهم می‌شود.

 

مدار درایور

مدارهای درایور شامل قطعات مورد نیاز برای روشن کردن TRIAC یا ترانزیستورها یا تریستورهای مدار خروجی هستند. خروجی اپتوکوپلر، پالس گیت مورد نیاز برای راه اندازی ترانزیستور را تولید می‌کند.

 

قسمت مدار خروجی

بخش خروجی شامل دستگاه های نیمه هادی مانند ترانزیستور یا TRIAC یا تریستور به عنوان جایگزینی برای کنتاکت های رله است.

 

انواع رله

رله‌ها را بر اساس پارامترهای زیادی می‌توان طبقه بندی کرد. در اینجا ما آنها را بر اساس کاربرد، به شرح زیر طبقه بندی کرده ایم:

 

طبقه بندی رله‌ها
رله‌های کاربرد عمومی	رله‌های حفاظتی
رله‌های مینیاتوری	رله‌های اورلُود حرارتی
رله‌های لچ شونده	رله‌های دیستنس
رله‌های تایمری	رله‌های حفاظت خطای اتصال به زمین
کنتاکتور‌ها	رله‌های حفاظت خطای افزایش و کاهش ولتاژ
رله‌های مخصوص ماشین ابزار	رله‌های حفاظت خطای افزایش و کاهش جریان
رله‌های هیبرید	رله‌های حفاظت خطای افزایش و کاهش سرعت
رله‌های هوشمند	رله‌های حفاظت خطای توالی
رله‌های سیگنال	رله‌های دیفرانسیلی
رله‌های اتوموبیل	رله‌های الکترونیکی
رله‌های رو بردی	رله‌های بوخهلتس

 

رله های کمکی یا مینیاتوری

رله‌های کمکی یا مینیاتوری رله‌هایی هستند که در مدارهای کنترلی برای سوئیچ مدار در صورت برآورده شدن یک شرط استفاده می‌شوند. این رله ها دارای یک سیم پیچ و مجموعه ای از کنتاکت ها برای سوئیچینگ هستند. این رله‌ها در پیکربندی های مختلف از نظر تعداد و نوع تیغه در دسترس هستند.

بیشتر بخوانید: نحوه تشخیص قطعات الکترونیکی اورجینال از تقلبی

رله های لچ شونده

رله های لچ شونده موقعیت کنتاکت ها را به صورت دائم حفظ می‌کند حتی اگر منبع تغذیه سیم پیچ حذف شود. این مدل رله از دو سیم پیچ مجزا تشکیل شده است، یکی برای چفت و دیگری برای آزاد کردن. هنگامی که جریان از سیم پیچ اول (کویل A) عبور می کند، یوق یا اسکلت مغناطیس می‌شود و آرماتور به سمت هسته جذب می‌شود. یوق از یک ماده مغناطیسی مخصوص ساخته شده است که حتی اگر ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ برداشته شود آرماتور به همان صورت باقی می‌ماند.

 

 

برای بازگرداندن آرمیچر به موقعیت اولیه خود، باید ولتاژی به سیم پیچ دوم (کویل B) اعمال شود. سیم پیچ دوم بر روی یوق به گونه ای پیچیده می‌شود که عبور جریان از طریق سیم پیچ، شار مغناطیسی مخالف میدان موجود ایجاد می‌کند. این امر میدان مغناطیسی موجود را ضعیف می کند و آرمیچر آزاد می شود. از این رو تیغه‌ها به موقعیت اصلی خود باز می‌گردند.

 

رله های تایمری

تایمرهای تاخیری نمونه ای از رله‌های تایمری هستند. آنها به گونه ای ساخته شده اند که کنتاکت‌ها، مدتی پس از روشن شدن سیم پیچ عمل می‌کنند.

 

کنتاکتورها

کنتاکتورها برای سوئیچ موتورهای الکتریکی، خازن ها، بارهای روشنایی و سایر کاربردهای پرقدرت که رله نمی تواند از عهده آنها برآید استفاده می‌شود. اصل کار کنتاکتورها مانند رله است. کنتاکتورها طوری طراحی شده اند که جریان بیشتری را نسبت به رله ها منتقل کنند. آنها برای کاهش قوس الکتریکی ایجاد شده در هنگام سوئیچینگ بارهای با جریان بالا، از سیستم‌های خاموش کننده جرقه بهره می‌برند.

 

رله ماشین ابزار

از این رله‌ها برای کنترل ماشین آلات استفاده می شود. این مدل از رله‌ها از نوع الکترومکانیکی و دارای تعداد زیادی کنتاکت هستند. آنها در حال حاضر منسوخ شده اند و با PLC جایگزین شده‌اند.

 

رله های اضافه بار

رله اضافه بار برای محافظت از موتورهای الکتریکی در برابر اضافه بار و قطع فاز استفاده می شود. این رله‌ها می‌توانند از نوع الکترونیکی یا حرارتی باشند. رله‌های اضافه بار الکترونیکی از مدارهای الکترونیکی و CT برای سنجش مقدار عبور جریان به موتور استفاده می‌کنند، در حالی که نوع حرارتی دارای نوارهای بیمتال است که وقتی عبور جریان از آن‌ها از حد تعیین‌شده فراتر رود، تغییر شکل می‌دهند.

 

 

رله نشتی زمین

رله نشتی زمین یا رله خطای زمین (ELR) برای محافظت از دستگاه یا مدار در برابر خطاهای اتصال زمین در برابر شوک الکتریکی استفاده می شود. این رله نشتی جریان به زمین را حس می کند و به جداسازی ایمن مدار یا دستگاه کمک می کند. کنتاکت‌های این رله به مدار تریپ کننده  متصل می شود. ELR به محض اینکه جریان نشتی از مقدار از پیش تعیین شده عبور کند، مدار تریپ را فعال می کند.

 

رله بوخهلتس

رله بوخهلتس یک رله تحریک شونده بر اساس سطح روغن داخل ترانسفورماتور است. این رله با افزایش سطح روغن داخل ترانس، سیستم هشدار را تحریک و یا جریان ورودی ترانسفورماتور را قطع می کند. همچنین به سرعت به جریان غیر عادی روغن در مخزن اصلی ترانسفورماتور پاسخ می دهد. این رله یک تجهیز حفاظتی و نظارتی است که نه تنها برای ترانسفورماتورها بلکه برای چوک های غوطه ور در روغن استفاده می‌شود. وظیفه اصلی این رله حفاظت از ترانسفورماتور قدرت در برابر اتصال کوتاهی که در داخل مخزن اصلی رخ می دهد، است.

 

پیکربندی کنتاکت‌های رله

پیکربندی کنتاکت‌های رله معمولاً به عنوان "مکانیسم رله" شناخته می شود. مکانیسم های تماس عمدتاً به سه دسته طبقه بندی می شوند: کنتاکت بسته، کنتاکت باز و کنتاکت انتقالی. کنتاکت های بسته تا زمانی که ولتاژ کنترل به سیم پیچ آنها اعمال نشود در حالت وصل هستند و کنتاکت های باز تا زمانی که ولتاژ کنترل اعمال نشود در حالت قطع هستند و کنتاکت های انتقالی با وصل جریان از یک کنتاکت قطع و به کنتاکت دیگری وصل می‌شوند.

چگونه از رله در مدار استفاده کنیم؟

همانطور که در اصول کار رله گفته شد، رله ها دارای دو بخش هستند: یکی سیم پیچ و دیگری کنتاکت‌ها. رله‌ها را می‌توان با اعمال ولتاژ به سیم پیچ کنترل کرد.

 

بیایید مداری بسازیم که می توان از آن برای روشن کردن لامپ در زمان که چیزی به آن نزدیک شد استفاده کرد. در اینجا ما از یک حسگر مجاورت برای حس کردن اجسام نزدیک شونده استفاده می کنیم. هر گاه چیزی به سنسور نزدیک شود، مدار بسته می‌شود و سیم پیچ رله تحریک می‌گردد.

 

در مدار فوق، هرگاه جسمی به سنسور نزدیک شود، 24 ولت دی سی  به سیم پیچ رله اعمال می شود. جریانی از سیم پیچ می گذرد، سیم پیچ مغناطیسی می‌شود و کنتاکت ها بسته می‌شوند. بنابراین، لامپ می درخشد. وقتی جسم از حسگر مجاورتی دور می‌شود، هدایت آن متوقف می‌شود و سیم‌پیچ مغناطیسی‌زدایی می‌شود و کنتاکت‌ها به موقعیت اصلی خود بازمی‌گردند. عبور جریان به لامپ قطع می شود و لامپ خاموش می‌شود.

 

کاربردهای رله

رله‌ها طیف وسیعی از کاربردها را دارند، از ماشین‌های لباسشویی در خانه گرفته تا سیستم‌های مخابراتی در ایستگاه فضایی بین‌المللی، آنها را می‌توان در همه جا یافت. در زیر به جند مورد از موارد کاربرد رله‌ها اشاره شده است.

·       رله‌ها در مدارهای الکترونیکی و لوازم خانگی برای جداسازی مدارهای ولتاژ پایین یا DC از مدارهای AC ولتاژ بالا استفاده می شوند.

·       رله‌ها ستون فقرات سیستم های اتوماسیون و فرآیندهای صنعتی هستند. آنها در ترکیب با PLC ها برای کنترل فرآیند استفاده می‌شوند. آنها یکی از اجزای کلیدی در تابلوهای برق سیستم‌های اتوماسیون هستند.

·       رله‌ها برای سیگنال دهی و کنترل در شبکه های راه آهن استفاده می شود.

·       رله‌ها در مدارهای کنترل موتور برای سوئیچینگ موتور، حفاظت و همچنین کنترل آن استفاده می‌شوند.

·       رله‌ها در پست ها و مراکز توزیع نیروی برق جهت تشخیص عیوب مختلف و راه اندازی بریکرها استفاده می‌شوند.

 

ملاحظات در انتخاب رله

هنگام انتخاب رله برای هر کاربرد، عوامل زیر باید در نظر گرفته شوند.

ولتاژ نامی: ولتاژی که سیم پیچ رله برای کار در آن ولتاژ طراحی شده است.

توان نامی: توان مصرفی سیم پیچ در دمای معمولی اتاق.

ظرفیت جریان کنتاکت‌ها: ظرفیت عبور جریان و ولتاژ کنتاکت‌های رله

مکانیسم کنتاکت‌ها: تعداد کنتاکت مورد نیاز و پیکربندی آن (NO/NC/تغییر).

درجه حفاظت: درجه آب بندی مورد نیاز یعنی اینکه آیا پوشش خارجی برای رله ضروری است یا خیر؟

مقاومت عایقی: مقاومت عایق بین هر دو مجموعه از کنتاکت ها و سیم پیچ