رله چیست و انواع آن کدام است؟

عملکرد رله، انواع، نمادها و ویژگی ها

رله ها برای سیستم های اتوماسیون و برای کنترل بارها ضروری هستند. همچنین رله ها بهترین راه برای جداسازی گالوانیکی بین قسمت های ولتاژ بالا و پایین مدار هستند. صدها نوع رله مختلف وجود دارد. بیایید ابتدا نحوه عملکرد یک رله را بررسی کنیم.

ساختار عملکردی رله

کنتاکتها (اتصالات)

قبل از اینکه به انواع مختلف رله بپردازیم، ابتدا توضیح خواهم داد که رله پایه ای چیست و چگونه کار می کند. هر رله دارای دو قسمت مکانیکی در داخل خودش است.

اولی کنتاکتهای رله است. کنتاکت ها مشابه کنتاکت های یک کلید ساده یا دکمه فشاری عمل می کنند. شما باید کنتاکت ها را مانند یک جفت فلز در نظر بگیرید مانند طرح زیر:

کنتاکتهای نرمال باز (NO) و نرمال بسته (NC)

این دو ترمینال به عنوان سوئیچ عمل می کنند. هنگامی که کنتاکت ها در تماس هستند، جریان از ترمینال 1 به ترمینال 2 می گذرد. دو نوع کنتاکت وجود دارد: NO و NC.

NO مخفف Normal Open contact، در حالی که NC مخفف Normal Closed contact است. Normal Open کنتاکتی است مانند آنچه در تصویر قبلی نشان داده شده است. در حالت معمول، هیچ جریانی از آن عبور نمی کند (چون یک مدار باز است).

از طرف دیگر، یک کنتاکت Normal Closed تا زمانی که در وضعیت اولیه قرار دارد اجازه می دهد جریان برقرار باشد. در زیر هر دوی این حالتهای کنتاکتها را نشان داده ایم.

ممکن است متوجه شوید که کنتاکت NC در مقایسه با کنتاکت NO وارونه شده است. این کار با هدف مشخصی انجام می شود. به این ترتیب، هر دو کنتاکت (NO و NC) در صورتی که نیرویی به فلز سمت چپ از بالا به پایین اعمال شود، تغییر حالت می دهند.

انیمیشن زیر نشان می دهد که چگونه عملکرد یک کنتاکت NO برای روشن کردن یک لامپ کار می کند:

در مورد کنتاکت‌های NC، دقیقاً برخلاف کنتاکت‌های NO کار می‌کند. به انیمیشن زیر نگاه کنید:

یک ترکیب از کنتاکت ها

یک رله ممکن است ترکیبی از کنتاکت های فوق داشته باشد. به تصویر زیر نگاه کنید

در این مورد، یک ترمینال 3 به نام “COMMON” وجود دارد. کنتاکت های NO و NC به ترمینال COMMON ارجاع می شوند. بین کنتاکت NC و NO هیچ تماسی در هیچ زمانی وجود ندارد!

انیمیشن زیر نحوه عملکرد این جفت کنتاکت ها را نشان می دهد:

و چه کسی حالت NORMAL را تعریف می کند؟

خوب ما کنتاکت نرمال باز و نرمال بسته داریم. اما کدام حالت به عنوان نرمال در نظر گرفته می شود؟ یک قدم به فهم چگونگی عملکرد رله نزدیکتر شدیم، فنر این کار را انجام می دهد.

این فنر موقعیت نرمال کنتاکتCOMMON را مشخص می کند. اگر 3 انیمیشن بالا را ببینید متوجه می شوید که یک بار نیروی F به ترمینال COMMON وارد می شود و بار دیگر هیچ نیرویی اعمال نمی شود. خوب، این در واقع اشتباه است.

در واقع نیروی دیگری وجود دارد که کنتاکت را به سمت بالا می کشد و این نیرو همیشه اعمال می شود. این نیرو از فنر می آید. به تصویر زیر نگاه کنید:

اکنون می توانید ببینید چه عاملی ترمینال مشترک یا COMMON را همیشه به سمت بالا می کشد. فنر وضعیت NORMAL را مشخص می‌کند، و بنابراین مشخص می‌کند که کدام کنتاکت نرمال باز و کدام یک نرمال بسته است.

به عبارت دیگر، حالت نرمال به عنوان حالتی تعریف می شود که هیچ نیروی دیگری به ترمینال مشترک ((COMMON اعمال نمی شود به جز نیرویی که از فنر وارد می شود.

آخرین قطعه – چه کسی کنتاکت مشترک رله را جابجا می کند؟

این آخرین بخش از ساختمان رله است. وسیله ای که ترمینال را مجبور به حرکت می کند، در واقع یک آهنربای الکتریکی است! یک سیم پیچ درست زیر کنتاکت قرار می گیرد.

هنگامی که جریان از این سیم پیچ عبور می کند، یک مغناطیس ایجاد می شود. این مغناطیس می تواند بر نیروی فنر غلبه کند و می تواند کنتاکت را به سمت خود بکشد، بنابراین موقعیت آن را تغییر می دهد! و با توجه به اینکه کنتاکت معمولاً یک قطعه فلزی کوچک است که توسط آهنربای الکتریکی قابل کشیدن نیست، یک قطعه فلز دیگر به com متصل می شود.

به این قطعه فلزی «آرمیچر» می گویند. طرح زیر (در نهایت) تصویر کامل رله ساده است:

حال تصور کنید که شخصی بخواهد با فرمانی که از یک باتری 5 ولتی می آید یک بار 220 ولتی 1 کیلووات را کنترل کند. یک رله بار باید برای این کار استفاده شود.

سیم پیچ رله با ولتاژ 5 ولت حرکت می کند. کنتاکت های (NO) این رله به صورت سری با منبع تغذیه بار وصل خواهند شد.

بنابراین، بار تنها زمانی وارد مدار می شود که رله فعال شود. دوست ما در شکل زیر با دست برهنه اجاق برقی را روشن می کند!!!

نگاهی به داخل رله بیاندازیم

من از رله اکتال استفاده کردم. این رله ها به راحتی باز می شوند (چه با پیچ یا گیره)، و به اندازه کافی بزرگ هستند که نمای واضحی داشته باشند. در نهایت رله باز شده به صورت زیر است:

می توانید به وضوح کنتاکت مشترک، کنتاکت های NO و NC و همچنین سیم پیچ الکترومغناطیسی و فنر بازگشت به حالت عادی را مشاهده کنید. آرمیچر فلز ضخیمی است که کنتاکت های مشترک روی آن ثابت شده اند.

انواع رله

انواع مختلفی از رله وجود دارد که اضافه کردن آنها در این مقاله برای من غیرممکن است.

بنابراین، انواع رله ها را بر اساس پارامترهای زیر دسته بندی می کنیم

1- عملکزد خاموش/روشن

2- بوبین

3- کنتاکتها

گروه 1. عملکرد خاموش/روشن

رله های معمولی

اساساً دو نوع رله در این دسته وجود دارد. نوع اول رله روشن/خاموش معمولی است. این رله تا زمانی که آهنربای الکترومغناطیس فعال می شود تغییر حالت می دهد و زمانی که آهنربا الکترومغناطیس دیگر فعال نمی شود به حالت اولیه باز می گردد.

این رایج ترین نوع رله است و به طور گسترده در اتوماسیون استفاده می شود.

رله ضامن دار (Toggle Relays)

این نوع رله درست مانند فلیپ فلاپ ضامن کار می کند. هنگامی که سیم پیچ یک بار فعال می شود، رله تغییر حالت می دهد و در این حالت باقی می ماند حتی اگر سیم پیچ دیگر فعال نشود.

فقط در پالس بعدی که سیم پیچ را فعال می کند دوباره حالت را تغییر می دهد. اعملکرد این رله در نورپردازی خانه های مدرن بسیار مفید است.

با داشتن این رله به جای کلید می توانید با یک شستی چراغ ها را روشن و خاموش کنید. یکبار شستی را فشار می دهید و چراغ ها روشن می شوند. با فشار دادن مجدد شستی، چراغ ها خاموش می شوند.

این نوع رله دقیقاً مانند فلیپ فلاپ R-S عمل می کند. به جای یک سیم پیچ دو سیم پیچ مختلف دارد. هنگامی که اولین سیم پیچ فعال می شود، رله به موقعیت SET می رود و مهم نیست که این سیم پیچ فعال نگه داشته شود. تنها در صورت فعال شدن سیم پیچ دیگر، حالت (به موقعیت RESET) را تغییر می دهد.

این نوع رله به طور گسترده در کاربری هایی استفاده می‌شود که نیاز است وضعیت رله حتی پس از قطع برق یا راه‌اندازی مجدد به همان شکلی که هست حفظ شود.

رله های حفاظتی

ما این نوع رله ها را در دو نوع فرعی تقسیم بندی می کنیم. اولین نوع رله حفاظتی نشتی جریان و نوع دیگر رله حفاظتی اضافه بار است.

الف- رله های حفاظتی – جریان نشتی یا محافظ جان

تقریبا همه این رله ها را می شناسند. آنها در واقع یک سیم پیچ الکترومغناطیسی ندارند. در عوض، آنها همیشه مسلح می مانند. دو الکترومغناطیس یکی در مقابل دیگری قرار گرفته اند. بین آنها، آرمیچر وجود دارد. این آرمیچر از هر دو آهنربای الکتریکی مغناطیس می شود.

الکترومغناطیس اول به صورت سری با فاز قرار می گیرد، در حالی که دیگری به صورت سری به خنثی متصل می شود. اگر جریانی که از هر دو سیم پیچ عبور می کند برابر باشد، آرمیچر در تعادل نگه داشته می شود.

اما اگر جریانی که از الکترومغناطیس دوم می گذرد کمتر از جریانی باشد که از الکترومغناطیس اول می گذرد، آرمیچر به سمت آهنربای الکتریکی اول کشیده می شود که نیروی مغناطیسی بیشتری دارد! و چگونه ممکن است این اتفاق بیفتد؟ ساده است، اگر به نحوی مقداری جریان به سمت زمین جریان یابد.

این رله ها را می توان (و باید) در هر تاسیسات الکتریکی خانگی، درست بعد از کلید اصلی پیدا کرد. به تصویر زیر نگاه کنید:

لامپ روشن است زیرا قدرت مغناطیسی هر دو سیم پیچ برابر است. حالا ببینید چه اتفاقی می افتد اگر «به نحوی»، جریان سیم خنثی کمتر از جریان فاز ورودی باشد.

قدرت مغناطیسی آهنرباهای الکتریکی برابر نیست، بنابراین رله منبع تغذیه را قطع می کند و دوست ما نجات می یابد. به دلایل ایمنی، اگر این اتفاق بیفتد، رله را فقط می توان به صورت مکانیکی ریست کرد، اگر کسی دوباره اهرم رله را به سمت بالا بکشد:

ب- رله های حفاظتی – اضافه بار

این نوع رله ها در راه اندازی الکتروموتور و همچنین در کلیه تاسیسات الکتریکی بسیار رایج می باشند. این رله‌ها هیچ سیم‌پیچ الکترومغناطیسی برای حرکت آرمیچر ندارند. در عوض، آنها یک نوار دو فلزی (بی متال) دارند که جریان در داخل آن جریان دارد.

جنس و ضخامت این نوار با دقت انتخاب شده است، به طوری که با عبور جریان گرم می شود و در جریانی بالاتر از مقدار جریان مشخص شده برای آن خم می شود.

هنگامی که نوار دو فلزی خم می شود، رله منبع تغذیه را قطع می کند. به دلایل امنیتی، رله را فقط می توان به صورت مکانیکی با حرکت دادن اهرم با دست ریست کرد.

ایده اصلی رله حفاظت اضافه بار به شکل زیر است

اگر یک خط بیش از حد بارگذاری شود، نوار دو فلزی (بی متال) بیش از حد گرم می شود و در نتیجه خم می شود و از این طریق کنتاکت قطع می شود. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است.

همچنین لازم به ذکر است که نوع دیگری از رله حفاظت اضافه بار به نام رله الکترومغناطیسی وجود دارد. این رله دقیقاً مانند رله حفاظت از اضافه بار عمل می کند، اما داخل آن یک آهنربای الکتریکی دیگر نیز وجود دارد.

اگر این آهنربا برقی تغذیه شود، رله مجبور می شود اتصال را قطع کند، گویی که بیش از حد گرم شده است. این قابلیت به شما امکان می دهد تا ایرادات را بررسی کنید و موتور را متوقف کنید تا از هرگونه مشکل دیگری جلوگیری شود، حتی اگر خود موتور بیش از حد گرم نشده باشد.

رله های حرارتی

این رله ها مشابه رله های حفاظت اضافه بار بالا عمل می کنند. تفاوت عمده این است که نوار دو فلزی (بی متال) توسط جریانی که درون نوار جریان دارد گرم نمی شود، بلکه توسط یک عامل خارجی گرم می شود.

این عامل می تواند هوای محیط، دمای آب، دمای سیال یخچال و غیره باشد. ممکن است این رله ها را با نام دیگری بشناسید… ترموستات ها که به طور گسترده در کاربردهای گرمایش استفاده می شوند.

تفاوت دیگر رله حرارتی با رله‌های حفاظتی این است که رله‌های حرارتی معمولاً برای بازگشت به حالت اولیه نیازی به حرکت مکانیکی خارجی ندارند. این فرآیند به طور خودکار با توجه به دمای نوار دو فلزی انجام می شود.

رید رله ها

شما می توانید یک رید رله (رله نی) را مانند یک رله بدون آهنربای الکتریکی تصور کنید. آرمیچر رید رله با تحریک از هر میدان مغناطیسی خارجی دیگری فعال می شود. رید رله ها را می توان در سیستم های مانیتورینگ دربها یافت.

یک آهنربای دائمی به یک در متصل است، در حالی که رید رله درست بالای آهنربا قرار دارد. اگر در باز شود، وضعیت رله نی (رید رله) تغییر می کند. یکی دیگر از کاربردهای متداول رید رله در سرعت سنج دوچرخه ها است.

یک آهنربای دائمی به چرخ دوچرخه وصل شده است، در حالی که رید رله روی دو شاخ دوچرخه ثابت است. هر بار که چرخ می چرخد و آهنربا از جلوی رید رله عبور می کند، یک پالس به میکروکنترلر می فرستد.

رله های دیگر

بسیاری از انواع دیگر رله ها مانند تایمرها و رله های عملکردی وجود دارند، اما آنها از نوعی مدار برای انجام اقدامات مختلف استفاده می کنند. من وارد این دسته بندی ها نمی شوم، زیرا این مقاله فقط به انواع رله هایی علاقه مند است که از مدار دیگری استفاده نمی کنند، فقط از تغییرات مکانیکی استفاده می کنند.

گروه بندی 2 . تحریک بوبین

نوع دیگری از دسته بندی رله دسته بندی بر اساس سیم پیچ است. در این دسته من رله ها را با توجه به روشی که سیم پیچ آنها برای به کار انداختن آرمیچر تحریک (نیرو) می گیرد دسته بندی می کنم. بنابراین ما گرو های زیر را داریم:

رله های AC/DC

سیم پیچ می تواند با ولتاژ AC یا DC کار کند.

رله های خنثی

این رله ها رایج ترین نوع سیم پیچ را دارند. هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، بدون توجه به قطبیت، آرمیچر فعال می شود.

رله های بایاس

یک نوع از رله های خنثی است. این نوع رله‌ها دقیقاً همان سیم‌پیچ رله‌های خنثی را دارند، اما دارای آهنربای دائمی روی آرمیچر هستند. پلاریته میدان مغناطیسی سیم پیچ به پلاریته منبع بستگی دارد.

بنابراین، آرمیچر فقط در صورتی فعال می شود که قطبیت میدان مغناطیسی سیم پیچ ها مخالف قطبیت میدان مغناطیسی آهنربای دائمی باشد. به این ترتیب، رله تنها در صورتی فعال می شود که سیم پیچ به درستی بایاس شده باشد.

رله های پلاریزه

این نوع رله ها دقیقاً مانند رله های بایاس عمل می کنند. تنها تفاوت این است که این رله ها آهنربای دائمی ندارند، در عوض یک دیود به صورت سری به سیم پیچ دارند. اگر دیود به درستی بایاس شود، سیم پیچ برق خواهد داشت و آرمیچر فعال می شود.

تفاوتی که این دو نوع رله را متفاوت می کند این است که رله های بایاس به جریان اجازه می دهند از سیم پیچ آن عبور کند، حتی اگر رله بایاس معکوس باشد! اگر کسی بخواهد سیم پیچ دو یا چند رله را به صورت سری وصل کند بسیار مهم است.

رله های حالت جامد (SSR)

این نوع رله مدرن است. این رله ها نه سیم پیچ و نه هیچ قطعه متحرک دیگری ندارند، به همین دلیل به آنها حالت جامد می گویند. آنها برای سوئیچینگ سریع (تا چند صد هرتز) و برای کنترل بارها در محیط های انفجاری یا خشن استفاده می شوند.

آنها به طور قابل توجهی طول عمر بیشتری نسبت به رله های معمولی دارند، زیرا کنتاکتهای آنها به دلیل رطوبت، گرد و غبار یا دلایل دیگر خورده نمی شوند. در واقع آنها هیچ کنتاکتی ندارند! در عوض، یک FET یا یک TRIAC برای شبیه سازی کنتاکتها استفاده می شود. عیب اصلی آن قیمت است…

گروه بندی 3. کنتاکتها

دسته سوم و آخر کنتاکت رله ها هستند.

3 ویژگی اصلی وجود دارد که رله ها را متمایز می کند:

1.  حداکثر ولتاژ: این مشخصه با فاصله ای که بین کنتاکت ها وجود دارد و همچنین آلیاژی که کنتاکت از آن ساخته شده است تعیین می شود. هر چه فاصله بیشتر باشد ولتاژی که رله می تواند قطع کند بیشتر می شود.

2.  حداکثر جریان: این مشخصه با ضخامت کنتاکت ها و همچنین آلیاژی که کنتاکت از آن ساخته شده است تعیین می شود. هرچه کنتاکت ها ضخیم تر باشند رله می تواند جریان بیشتری را عبور دهد.

3. فرکانس سوئیچینگ(کلید زنی): این مشخصه توسط ساختار مکانیکی رله تعیین می شود. هرچه ساختار سبک تر باشد، سوئیچینگ سریعتر است.

4. تعداد کنتاکتها:…فقط تعداد کنتاکتها

تا جایی که به شماره کنتاکتها مربوط می شود، رله ها (مثل سوئیچ ها) با نوعی کدگذاری همراه هستند. فرم کلی کدها به این صورت است:

xPyT

“P”  مخفف “POLES”  است. ” X” تعداد POLES  است که یک رله دارد. بنابراین، اگر یک رله دارای 1 جفت کنتاکت “POLE”  باشد، کد SP برای Single Pole خواهد بود. برای دو جفت کنتاکت، مانند دو قطبی DP خواهد بود. بالای 2 جفت کنتاکت، x تعداد قطب ها را می گیرد، به عنوان مثال برای 3 قطب، 3P و غیره خواهد بود.

“T” مخفف  THROW و  y تعداد THROWS است. “y” می تواند Single یا Double باشد. تک پرتاب (ST) به این معنی است که فقط یک کنتاکت NO یا NC وجود دارد Double Throw (DT) به این معنی است که رله دارای جفت کنتاکت NO/NC است.

نمادهای رله

نمادهای رله نامحدود هستند. هر سازنده می تواند نماد خود را برای یک رله خاص که دارای اتصالات و ویژگی های داخلی متفاوت است، بسازد و کار خاصی را انجام دهد. من ابتدایی ترین انواع رله ها را توضیح خواهم داد:

مشخصات رله

ویژگی هایی که یک رله را متمایز می کند موارد زیر است:

ولتاژ سیم پیچ: این ولتاژی است که سیم پیچ می تواند با آن آرمیچر را فعال کند. این مقدار همچنین نشان دهنده این است که جریان AC یا DC است.

جریان سیم پیچ: این مقدار جریانی را که سیم پیچ با ولتاژ مشخص شده سیم پیچ تغذیه می کند را نشان می دهد. ویژگی بسیار مهمی که باید هنگام طراحی مدار راه انداز رله در نظر گرفت. جریانی که از مدار راه انداز عبور می کند باید برای فعال کردن آرمیچر کافی باشد.

ولتاژ خاموش: این مشخصه حداقل ولتاژی را نشان می دهد که با آن آرمیچر توسط آهنربای الکتریکی کشیده می شود. اگر ولتاژ کمتر از این مقدار شود، فنر بر نیروی مغناطیسی غلبه کرده و رله تغییر حالت می دهد.

تعداد/نوع کنتاکتها: آیا SPST است؟ DPST؟ DPDT؟ یا چی؟

توان برای کنتاکت ها: این مشخصه حداکثر توانی را که کنتاکت ها می توانند تحمل کنند را نشان می دهد. برخی از سازندگان از ولتاژ و آمپر استفاده می کنند، برخی دیگر از ولتاژ و کیلو وات استفاده می کنند، در حالی که برخی دیگر هر سه مقدار را درج می کنند.

دمای کار: دمایی که رله می تواند بدون مشکل کار کند

فرکانس سوئیچینگ: حداکثر فرکانسی که رله کار قطع و وصل را می تواند انجام دهد.

قاب رله: آخرین اما نه کم اهمیت ترین قاب است. برخی از قاب ها (مانند نوع هشتی) با پایه مناسب ارائه می شوند، در حالی که برخی دیگر به طور مستقیم به PCB یا  محفظه برقی لحیم کاری یا متصل می شوند.

مرجع:

Relay Operation, Types, Symbols & Characteristics

www.instrumentationtools.com