رله چیست، انواع رله و نحوه عملکرد آن به چه صورت است؟

ما از رله ها برای طیف گسترده ای از کاربردها مانند خانه هوشمند، کارخانه هوشمند، اتومبیل و وسایل نقلیه، برق صنعتی، اتوماسیون صنعتی، تجهیزات اندازه گیری و ابزار دقیق و سایر کاربرد ها در صنعت و منزل استفاده می کنیم. اما رله چیست؟  چگونه کار می کند؟ کاربردهای آن چیست؟ در این مقاله اطلاعات بیشتری در این مورد به شما می دهیم.

رله چیست؟

رله یک کلید یا سوئیچ الکترومکانیکی ساده است. همان طور که ما از کلیدهای معمولی برای بستن یا باز کردن یک مدار به صورت دستی استفاده می کنیم، رله نیز کلیدی است که دو مدار را به هم متصل یا از هم قطع می کند. با این تفاوت که در آن به جای فرمان گرفتن به صورت دستی، از سیگنال الکتریکی برای کنترل یک آهنربای الکتریکی استفاده می شود تا بتواند مدار دیگری را متصل یا قطع کند.

رله‌های تعبیه‌شده در محصولات الکتریکی هم به روشی مشابه کار می‌کنند. آن ها نیز یک سیگنال الکتریکی دریافت می کنند و با روشن و خاموش کردن سوئیچ، سیگنال را به تجهیزات دیگر ارسال می کنند. به عنوان مثال، هنگامی که برای تماشای تلویزیون دکمه کنترل تلویزیون را فشار می دهید، یک سیگنال الکتریکی به رله داخل تلویزیون ارسال و برق اصلی وصل می شود.

اگرچه انواع مختلفی از رله وجود دارد، اما عملکرد آنها یکسان است. به طور کلی می توان این تجهیز برقی را از نظر ساختار داخلی به 2 نوع الکترومکانیکی و الکترونیکی تقسیم کرد.  رله های الکترومکانیکی، دارای تیغه متحرک هستند که با قطع و وصل اتصال این تیغه ها توسط نیروی مغناطیسی، جریان عبوری قطع و وصل می شود. در مقابل، رله های الکترونیکی هیچ تیغه متحرکی ندارند. اما در عوض از عناصر نیمه هادی و سوئیچینگ الکتریکی مانند triac و MOS FET در ساختار آن ها استفاده می شود و با عملکرد این عناصر در مدارهای الکترونیکی جریان ها و ولتاژها به صورت الکترونیکی روشن یا خاموش می شوند. از نوع می توان به رله های حالت جامد یا SSR و همچنین رله های MOS FET اشاره کرد.

اجزای رله

در این مقاله سعی کردیم بیشتر به معرفی و نحوه عملکرد رله های الکترومکانیکی بپردازیم که مصرف زیادی در صنعت دارند. اجازه دهید قبل از پرداختن به کارکرد این تجهیزات، با قسمت های داخلی آن آشنا شویم .

هر رله الکترومکانیکی از اجزای زیر تشکیل شده است:

• آهنربای الکتریکی
• تیغه مشترک
• تیغه باز و بسته

آهنربای الکتریکی با پیچاندن یک سیم پیچ مسی بر روی یک هسته فلزی ساخته می شود. دو سر سیم پیچ به دو پایه رله متصل می شوند. این دو سر به عنوان پایه های تغذیه DC استفاده می شوند.

 

دو کنتاکت یا تیغه دیگر نیز وجود دارد که به عنوان تیغه های سوئیچینگ برای اتصال بار با آمپر بالا استفاده می شوند. کنتاکت دیگری به نام کنتاکت مشترک وجود دارد تا کنتاکت های سوئیچینگ را به هم وصل کند. به این کنتاکت ها،  کنتاکت نرمالی اپن (NO) که در حالت عادی باز است، کنتاکت نرمالی کلوز (NC) که در حالت عادی بسته است و مشترک (COM) گفته می شود.

ما می توانیم از رله هم در مدار AC و هم در مدار DC استفاده کنیم. در مورد رله‌های AC، برای هر موقعیت جریان صفر، سیم‌پیچ رله مغناطیس‌زدایی می‌شود و در نتیجه احتمال قطع و وصل شدن مداوم مدار وجود خواهد داشت. بنابراین این دسته، با مکانیزم خاصی ساخته می‌شوند که مغناطیس پیوسته برای جلوگیری از مشکل فوق فراهم شود. چنین مکانیزم هایی شامل آرایش مدار الکترونیکی یا مکانیزم سیم پیچ سایه است.

نحوه عملکرد

این قطعه های مهم و پر کاربرد بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی کار می کند. در رله یک آهنربای الکترومعناطیسی وجود دارد. به این صورت که یک سیم پیچ، هسته آهنی را احاطه کرده است. هنگامی که جریان از سیم پیچ عبور می کند، آهنربای الکتریکی شروع به تولید میدان مغناطیسی می کند. آهنربای الکتریکی از طریق کنتاکت های بار و یک کلید کنترل به منبع تغذیه متصل می شود. کنتاکت بالایی به بازوی ثابت پایینی جذب می شود. چسبیدن این تیغه ها به یکدیگر منجر به اتصال کوتاه می شود و جریان را عبور می دهد. با قطع شدن جریان ورودی یا جریان تحریک، کنتاکت بالایی در جهت مخالف حرکت می کند و یک مدار باز ایجاد می کند. قطعه متحرک زمانی که جریان سیم پیچ قطع شود به موقعیت اولیه خود باز می گردد.

برای توضیح نحوه عملکرد به صورت خلاصه می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• در رله، سیم پیچ مسی و هسته آهنی به عنوان آهنربای الکتریکی عمل می کند.
• هنگامی که به آهنربای الکتریکی مقداری جریان اعمال می شود، یک میدان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد می کند و مغناطیس ایجاد شده باعث چسبیدن کنتاکت می شود. به این کار تحریک رله می گویند. هنگامی که جریان قطع می شود کنتاکت به موقعیت اولیه باز می گردد. این برای موقعیتی است که کنتاکت ها NO یا در حالت عادی باز باشد.
• برخی دیگر نیز کنتاکت های آنها در ابتدا بسته (NC) و در صورت تحریک شدن سیم پیچ، باز می شوند، یعنی دقیقاً مخالف حالت قبلی.

 

انواع اتصال ها در رله

همانطور که گفتیم رله یک سوئیچ است. برای آشنایی بیشتر با عملکرد انواع و دسته بندی آن ها بهتر است به بررسی تعداد کنتاکت ها و حالت های این کنتاکت ها بپردازیم. بسته به تعداد کنتاکت ها و تعداد مدارهایی که قطع و وصل می کنند، رله ها را می توان دسته بندی کرد. آن ها می توانند یک یا چند مدار را سوئیچ کنند. هر سوئیچ یا کنتاکت به عنوان “قطب” شناخته می شود و تعداد مدارهایی که یک رله به آن ها وصل می شود به حالت های مختلف کنتاکت ها شامل NO یا NC یا هر دو بستگی دارد. بسته به قطب ها و حالت های کنتاکت ها، رله ها به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

 

• رله های تک کنتاکت تک حالته (SPST)
• رله های تک کنتاکت دو حالته (SPDT)
• رله های دو کنتاکت تک حالته (DPST)
• رله های دو کنتاکت دو حالته (DPDT)

 

 تک کنتاکت تک حالته (SPST)

یک رله SPST می تواند یک مدار را کنترل کند و می تواند به یک خروجی متصل شود و برای کاربردهایی که فقط به حالت روشن یا خاموش ساده نیاز دارند از آن استفاده می شود.

 تک کنتاکت دو حالته (SPDT)

دسته SPDT یک مدار ورودی را به یکی از دو خروجی متصل می کند. یعنی کنتاکت هم حالت NC دارد و هم حالت NO و به عنوان رله مبدل نیز شناخته می شود. اگرچه SPDT دارای دو موقعیت خروجی است، ممکن است شامل بیش از دو حالت باشد که بستگی به پیکربندی و کاربرد دارد.

 دو کنتاکت تک حالته (DPST)

دسته DPST دارای دو کنتاکت و یک حالت است. یعنی دو کنتاکت دارد که هر دو یا  NC هستند و یا NO و می توان از آن برای اتصال دو ترمینال یک مدار در یک زمان استفاده کرد. به عنوان مثال، این رله برای اتصال هر دو ترمینال فاز و نول به بار در یک زمان واحد استفاده می شود.

 دو کنتاکت دو حالته (DPDT)

نوع DPDT دارای دو کنتاکت و هر کنتاکت دارای دو حالت NC و  NO است. در واقع یک مدار دوقطبی است که در هر قطب آن دو حالت مجزا تعبیه شده است. در کنترل جهت موتور، از این دسته برای معکوس کردن فاز یا قطبیت استفاده می شود.

 

انواع رله

رله ها را می توان بسته به عملکرد، ساختار و کاربرد آن ها به انواع مختلفی طبقه بندی کرد. برخی از انواع رایج رله ها را در زیر برای شما فهرست کرده ایم.

الکترومغناطیسی

الکترونیکی

ضامن دار

بدون ضامن

شنی

ولتاژ بالا

سیگنال کوچک

تاخیر زمانی

چند بعدی

حرارتی(بی متال)

دیفرانسیلی

فاصله ای

خودرو

فرکانسی یا بسامدی

قطبی شده

دنباله ای

چرخشی

کویل متحرک

ایمنی

نظارتی

جریان نشتی اتصال زمین

 

گاهی اوقات برای کاربرد بهتر در صنعت رله ها در قالب کارت رله یا برد رله استفاده می شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد انواع کارت رله به این لینک مراجعه کنید.

کاربرد های رله

این تجهیز برای محافظت از سیستم الکتریکی و جلوگیری از آسیب به تجهیزات متصل به سیستم به دلیل جریان یا ولتاژ بیش از حد استفاده می شوند و برای کنترل یک مدار ولتاژ بالا با سیگنال ولتاژ پایین در کاربردهایی مثل تقویت کننده های صوتی و برخی از انواع مودم استفاده می شود. همچنین برای کنترل مدار جریان بالا توسط سیگنال جریان پایین در کاربردهایی مانند شیر برقی استارت (سلنوئید استارتر) در خودرو استفاده می شود. رله ها می توانند خطاهای رخ داده در سیستم انتقال و توزیع نیرو را شناسایی و جداسازی کنند.

حوزه های کاربرد معمولی رله ها عبارتند از:

• سیستم های کنترل روشنایی و نورپردازی
• مخابرات
• کنترل کننده های فرآیند صنعتی
• کنترل ترافیک
• کنترل درایوهای موتور
• برق صنعتی و اتوماسیون صنعتی
• ابزار دقیق و اینترنت اشیا
• سیستم های حفاظتی در سیستم برق قدرت
• رابط های کامپیوتری
• خودرو و وسایل نقلیه
• لوازم خانگی

 

چگونه یک رله را تست کنیم؟

از آنجایی که رله ها دستگاه های الکترومکانیکی هستند، احتمال این که با گذشت زمان فرسوده و خراب شوند و به مرور از کار بیفتند وجود دارد. اما تکنیک های کمی برای آزمایش اینکه آیا این قطعه کار می کند یا نه وجود دارد. این تکنیک ها عبارتند از:

• تست با مولتی متر
• ساختن یک مدار ساده برای تست
• استفاده از یک منبع تغذیه DC

نتیجه

رله یک کلید الکترومغناطیسی است که مدارها را به صورت الکترومکانیکی یا الکترونیکی قطع و وصل می کند. یک جریان الکتریکی نسبتاً کوچک آن را راه اندازی می کند و می تواند جریان الکتریکی بسیار بزرگتری را روشن یا خاموش کند. رله ها مانند برخی از محصولات الکتریکی کار می کنند به این صورت که سیگنال الکتریکی را دریافت می کنند و با قطع و وصل کردن سوئیچ سیگنال را به تجهیزات دیگر ارسال می کنند. در این مقاله سعی کردیم با نگاهی به اجزای داخلی یک رله الکترومکانیکی معمولی توضیح دهیم که رله چیست و چگونه کار می کند. همچنین به انواع مختلفش و کاربردهای معدودی از آن اشاره شد. در نهایت روش های مختلفی برای تست آن معرفی کردیم. امیدواریم این متن برای کسانی که می خواهند با رله به صورت مقدماتی آشنا شوند کاربردی و مفید باشد.