رله چیست به زبان ساده

[بهروز]

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

رله چیست به زبان ساده
رله چیست به زبان ساده فعالگر یا محرک (Actuator) یک سیگنال الکتریکی را به کمیت فیزیکی متناظری مانند حرکت، نیرو، صدا و… تبدیل می‌کند.

یک محرک در دسته ترنسدیوسرها نیز قرار داده می‌شود، زیرا یک کمیت فیزیکی را به یک کمیت فیزیکی دیگر تبدیل می‌کند و معمولاً با یک سیگنال فرمان ولتاژ پایین فعال می‌شود و کار می‌کند.

فعالگرها را می‌توان بسته به تعداد حالت‌های پایدار خروجی، به عنوان دستگاه‌های باینری و یا پیوسته نیز دسته‌بندی کرد.

«رله» (Relay) یک فعالگر باینری (دو حالته) است، زیرا دو حالت پایدار دارد: حالتی که انرژی گرفته و حالتی که بدون انرژی است.

در حالی که مثلاً موتور یک فعالگر پیوسته است، زیرا می‌تواند به اندازه ۳۶۰ درجه به صورت پیوسته بچرخد.

متداول‌ترین انواع فعالگرها رله‌های الکتریکی، لامپ‌ها، موتورها و بلندگوها هستند.



همان‌طور که می‌دانیم، از سلونوئیدها می‌توان برای باز کردن قفل‌ها، درها، باز و بسته کردن شیرها و کاربردهای متنوعی در رباتیک و مکاترونیک و… استفاده کرد.

اگر پیستون سلونوئید برای راه انداختن و عملکرد یک یا چند مجموعه کنتاکت الکتریکی به کار گرفته شود، با یک «رله» (Relay) مواجه خواهیم بود که انواع مختلفی دارد. در این آموزش بر رله‌های الکتریکی تمرکز می‌کنیم.

رله‌های الکتریکی را می‌توان در دو دسته قرار داد:

1. رله‌های مکانیکی که رله الکترومکانیکی (Electromechanical Relay) نامیده می‌شوند.
2. رله‌هایی که از ترانزیستورهای نیمه‌هادی، تریستورها، ترایاک‌ها و… برای بخش سوئیچینگ استفاده می‌کنند و «رله حالت جامد» (Solid State Relay) یا SSR نامیده می‌شوند.

بخوانید :

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

رله چیست

رله الکترومکانیکی چیست
واژه «رله» (Reley) عموماً به قطعه‌ای گفته می‌شود که در پاسخ به اعمال یک ولتاژ، اتصال الکتریکی بین دو یا چند نقطه را برقرار می‌کند.

متداول‌ترین و پرکاربردترین نوع رله الکتریکی رله الکترومکانیکی یا EMR است.

پایه‌ای‌ترین عمل کنترلی برای هر تجهیز، روشن (ON) و خاموش (OFF) کردن آن است.

ساده‌ترین راه برای انجام این کار، استفاده از سوئیچ‌ها یا کلیدها برای ایجاد وقفه در رسیدن انرژی منبع الکتریکی به مدار است.

هرچند سوئیچ‌ها (کلیدها) برای عمل کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرند، اما معایبی نیز دارند.

بزرگترین عیب آن‌ها قطع یا وصل به صورت فیزیکی است.

علااوه بر این، اندازه کلیدها نسبتاً بزرگ است، کُند عمل می‌کنند و تنها قابلیت سوئیچ جریان‌های الکتریکی کم را دارند.

رله‌های الکتریکی اساساً سوئیچ‌هایی هستند که عملکرد آن‌ها الکتریکی است و در شکل‌ها، اندازه‌ها و توان‌های متنوع برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.

رله‌ها همچنین می‌توانند یک یا چند کنتاکت در یک بسته با توان بالاتر باشند که برای ولتاژهای بالا یا کاربردهای سوئیچینگ جریان به کار می‌روند و در این حالت کنتاکتور (Contactor) نامیده می‌شوند.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

در این آموزش،‌ اصول اساسی عملکرد رله‌های الکترومکانیکی را بررسی می‌کنیم که در کنترل موتور یا مدارهای رباتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چنین رله‌هایی در مدارهای کنترل یا سوئیچینگ الکترونیکی و الکتریکی به کار می‌روند و مستقیماً در بُردهای PCB نصب می‌شوند یا به صورت مجزا قرار می‌گیرند و جریان‌های بار را از مقدار کسری از یک آمپر تا بالاتر از ۲۰ آمپر سوئیچ می‌کنند.

البته مدار رله‌ها در کاربردهای الکترونیکی مشابه است.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

رله‌های الکترومکانیکی
همان‌گونه که از نامشان پیداست،

قطعاتی الکترومغناطیسی هستند که شار مغناطیسی تولیدی حاصل از اعمالِ یک سیگنال کنترل الکتریکی ولتاژ پایین DC یا AC‌ در ترمینال‌های رله را به نیروی مکانیکی کششی تبدیل می‌کنند و کنتاکت‌های الکتریکی درون رله را به کار می‌اندازند (کنترل می‌کنند).

رایج‌ترین نوع رله‌های الکترومکانیکی از یک کویل یا سیم‌پیچ انرژی دهنده به نام مدار اولیه (Primary Winding) تشکیل شده‌اند که به دور یک هسته آهنی با قابلیت نفوذپذیری پیچانده می‌شود.

این هسته آهنی از یک بخش ثابت به نام «یوغ» (Yoke) و یک فنر متحرک به نام آرمیچر (Armature) تشکیل می‌شود که مدار میدان مغناطیسی را با بستن فاصله هوایی بین سیم‌پیچ الکتریکی آرمیچرِ متحرک کامل می‌کند.

آرمیچر به گونه‌ای تعبیه شده که می‌تواند در اثر بسته شدن مسیر میدان مغناطیسی آزادانه حرکت کند و کنتاکت‌های الکتریکی را ببندد.

اتصال بین یوغ و آرمیچر معمولاً یک یا چند فنر است که کنتاکت‌ها را به حالت بدون انرژی، یعنی حالت OFF، بازنشانی می‌کند.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

رله به زبان ساده رله چیست

در رله ساده شکل بالا،

دو مجموعه کنتاکت هادی الکتریکی وجود دارد.

رله ممکن است «در حالت عادی باز» (Normally Open) یا «در حالت عادی بسته» (Normally Closed) باشد.

معمولاً یک جفت از کنتاکت‌ها با هم تماسی ندارند و به عنوان NO شناخته می‌شوند یا با هم تماس دارند و به عنوان NC دسته‌بندی می‌شوند.

در وضعیت NO، کنتاکت‌ها فقط وقتی بسته می‌شوند که جریان میدان برقرار باشد و کنتاکت‌ها را به طرف سیم‌پیچ القایی بکشد.

در وضعیت NC وقتی جریان میدان قطع باشد،

کنتاکت‌ها در وضعیت عادی خود قرار دارند و به صورت دائم بسته هستند.

عبارت‌های در حالت عادی باز و در حالت عادی بسته

به وضعیت کنتاکت‌های الکتریکی در زمانی گفته می‌شود که سیم‌پیچ رله بدون انرژی است یا به عبارت دیگر منبع ولتاژی به سیم‌پیچ رله متصل نیست.

شکل زیر آرایش اجزای کنتاکت‌‌ها را نشان می‌دهد.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

کنتاکت‌های رله رساناهایی الکتریکی از جنس فلز هستند
دقیقاً مانند یک کلید یا سوئیچ، با یکدیگر تماس برقرار کرده و مدار را کامل می‌کنند و اجازه عبور جریان از آن را می‌دهند.

وقتی کنتاکت‌ها باز هستند، مقاومت بین آن‌ها بسیار بزرگ و در محدوده مگااهم است.

در این حالت، یک وضعیت مدار باز ایجاد شده و جریانی از مدار نمی‌گذرد.

وقتی کنتاکت‌ها بسته باشند، مقاومت تماس صفر بوده و شرایط اتصال کوتاه برقرار است.

البته همیشه این شرایط برقرار نیست.

وقتی همه کنتاکت‌های رله‌ها بسته شوند،

مشابه ترانزیستورهای اثر میدانی مقدار کمی «مقاومت تماس» دارند که «مقاومت ON» یا «مقاومت هدایت» نامیده می‌شود.

در یک رله نو، مقاومت ON بسیار کوچک و معمولاً کمتر از ۰.۲ اهم است؛ زیرا سر کنتاکت‌ها نو و تمیز است، اما در طول زمان مقاومت سر کنتاکت‌ها افزایش خواهد یافت.

برای مثال،

اگر کنتاکت‌ها جریان ۱۰ آمپر را از خود عبور دهند،

آن‌گاه افت ولتاژ آن‌ها طبق قانون اهم برابر با 0.2×10=20.2×10=2 ولت خواهد بود که اگر ولتاژ منبع تغذیه 1212 ولت باشد،

آن‌گاه ولتاژ بار 12–2=1012–2=10 ولت است.

وقتی کنتاکت‌ها ضعیف شوند، و اگر در حضور بارهای القایی و خازنی به درستی حفاظت انجام نشود، نشانه‌هایی از آرک زدن در مدار وجود خواهد داشت.

رله چیست به زبان ساده

آرک یا جرقه
این آرک یا جرقه زدن بین کنتاکت‌ها سبب افزایش مقاومت سر کنتاکت و آسیب دیدن آن خواهد شد.

در این موارد، اگر سر کنتاکت‌ها در این وضعیت آرک بمانند، در هم ذوب شده و سبب اتصال کوتاه در مدار می‌شوند.

حال اگر مقاومت کنتاکت به دلیل آرک به یک اهم افزایش یافته باشد، افت ولتاژ کنتاکت‌ها برای جریان بار مشابه حالت قبل به 1×10=10V1×10=10V افزایش می‌یابد.

این افت ولتاژ بزرگ کنتاکت‌ها برای مدارها، به ویژه اگر در ولتاژ ۱۲ یا ۲۴ ولت کار کنند، قابل قبول نیست و در نتیجه باید رله معیوب را تعویض کرد.

برای کاهش اثرات آرک زدن کنتاکت و مقاومت هدایت بالا، امروزه سرهای کنتاکت‌ها با فناوری‌های جدید ساخته می‌شود یا برای افزایش طول عمر آن‌ها با آلیاژهایی از نقره آن‌ها را می‌پوشانند.

دیتاشیتی که سازندگان رله‌ها ارائه می‌کنند، حداکثر مقادیر ممکن مربوط به کنتاکت‌ها را برای بارهای مقاومتی DC ارائه می‌کنند و این مقادیر برای بارهای AC یا بارهای بسیار سلفی یا خازنی به اندازه قابل توجهی کاهش می‌یابد.

در شرایط سوئیچینگ جریان‌های متناوب مربوط به بارهای سلفی یا خازنی، استفاده از مدار فیلتر و محافظ برای طول عمر و قابلیت اطمینان بالای رله امری ضروری است.

افزایش طول عمر سر کنتاکت‌ها با کاهش آرک تولیدی و اتصال یک مدار RC با نام «اسنابر» (Snubber) به صورت موازی با سر کنتاکت‌های رله قابل حصول است.

پیک ولتاژ، که هنگام باز شدن کنتاکت‌ها در به صورت لحظه‌ای رخ می‌دهد، با توجه به وجود مدار RC به صورت ایمن اتصال کوتاه خواهد شد.

در نتیجه، هرگونه آرک تولیدی در سر کنتاکت‌ها حذف خواهد شد.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

پیکربندی کنتاکت‌ها
مشابه تعاریف استانداردِ «در حالت عادی باز» (NO) و «در حالت عادی بسته» (NC) که برای بیان وضعیت اتصال کنتاکت‌ها وجود دارد، آرایش کنتاکت‌های رله‌ها را می‌توان با عملی که انجام می‌دهند نیز دسته‌بندی کرد.

رله‌های الکتریکی ممکن است از یک یا چند کنتاکت تشکیل شده باشند و واژه «کنتاکت» در آن‌ها به عنوان یک قطب در نظر گرفته می‌شود. هر یک از این کنتاکت‌ها یا قطب‌ها را می‌توان با انرژی‌دار کردن سیم‌پیچ رله به یکدیگر متصل کرد و مسیری را برای عبور جریان ایجاد نمود. به این ترتیب، کنتاکت‌ها به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• تک قطب تک مسیره (Single Pole Single Throw) یا SPST
• تک قطب دو مسیره (Single Pole Double Throw) یا SPDT
• دو قطب تک مسیره (Double Pole Single Throw) یا DPST
• دو قطب دو مسیره (Double Pole Double Throw) یا DPDT

با توجه به دسته‌بندی بالا، عمل رله را می‌توان به دو صورت وصل (Make) یا M و قطع (Break) یا B مسیر عبور جریان بیان کرد. در نتیجه، برای مثال، یک رله ساده با یک مجموعه کنتاک به این صورت توصیف می‌شود: تک قطب دو مسیره (قطع قبل از وصل) یا (SPDT – (B-M.

مثال‌هایی از تعدادی از نمودارهای مورد استفاده برای انواع پیکربندی‌های کنتاکت رله‌های الکتریکی در مدار یا نقشه‌ها در شکل زیر نشان داده شده است. البته پیکربندی‌های مختلف بیشتری نیز وجود دارد.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

شکل بالا، C ترمینال مشترک، NO کنتاکتِ در حالت عادی باز و NC کنتاکتِ در حالت عادی بسته است.


رله چیست به زبان سادهرله‌های الکترومکانیکی را می‌توان با نوع پیکربندی و تعداد کنتاکت‌ها یا عناصر سوئیچینگ نیز نشان داد. برای مثال، یک کنتاکت که در وضعیت بدون انرژی باز است «کنتاکت نوع A» یا کنتاکت وصل نامیده می‌شود. به طور مشابه، کنتاکتی که در وضعیت بدون انرژی بسته است «کنتاکت نوع B» یا کنتاکت قطع نامیده می‌شود.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

وقتی هر دو مجموعه کنتاکت‌های وصل و قطع به طور همزمان وجود داشته باشند، به گونه‌ای که دو کنتاکت برای تولید یک نقطه مشترک (با سه اتصال نشان داده می‌شود) اتصال الکتریکی داشته باشند، مجموعه کنتاکت‌ها به عنوان «کنتاکت‌های نوع C» یا کنتاکت‌های تبدیل یا Change-Over نامیده می‌شوند.

اگر اتصال الکتریکی بین کنتاکت‌های وصل و قطع وجود نداشته باشد، یک کنتاکت تبدیل دوگانه نامیده می‌شود.

نکته
‌ دیگر که باید به آن اشاره کرد درباره استفاده از رله‌های الکتریکی است. در حالت کلی نباید کنتاکت‌های رله را برای کار در جریان‌های بالا با یکدیگر موازی کرد. برای مثال، هرگز نباید یک بار ۱۰ آمپری را با دو کنتاکت موازی که از هر یک از آن‌ها ۵ آمپر می‌گذرد تغذیه کرد؛ زیرا رله‌هایی که به صورت مکانیکی عمل می‌کنند دقیقاً در یک لحظه و به صورت همزمان باز یا بسته نمی‌شوند. در نتیجه، ممکن است یکی از رله‌ها، حتی برای یک لحظه کوتاه، دچار اضافه جریان شده و رله آسیب ببیند.

همچنین، از آن‌جایی که می‌توان از رله‌های الکتریکی در مدارهای الکترونیکی توان پایین یا مدارهای کامپیوتری برای سوئیچینگ (ON و OFF کردن) جریان‌ها و ولتاژهای نسبتاً بزرگ استفاده کرد، هرگز نباید بارهایی با ولتاژ متفاوت را در کنتاکت‌های مجاور در یک رله ترکیب کرد. مثلاً برای ایمنی کار با ولتاژ 220 ولت AC و ولتاژ ۱۲ ولت DC همیشه از رله‌های مجزایی استفاده کرد.

یکی از مهم‌ترین بخش‌های هر رله الکتریکی سیم‌پیچ آن است. این بخش جریان الکتریکی را به یک شار الکترومغناطیسی تبدیل می‌کند که برای عملکرد مکانیکی کنتاکت‌های رله به کار می‌رود. مشکل اصلی سیم‌پیچ رله این است که «خاصیت بسیار سلفی» دارد. هر سیم‌پیچ امپدانسی دارد که از مقاومت R و اندوکتانس L تشکیل شده و یک مدار RL سری را تشکیل می‌دهد.

وقتی جریان از سیم‌پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی خودالقایی در اطراف آن تولید می‌شود. هنگامی که جریان قطع شود، یک ولتاژ‌ نیرو محرکه الکتریکی معکوس (Back EMF) تولید می‌شود. اندازه این ولتاژ‌ معکوس القایی ممکن است نسبت به ولتاژ سوئیچینگ بسیار بزرگ باشد و به قطعات نیمه‌هادی مانند ترانزیستور،

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

یا میکروکنترلرهای مورد استفاده برای عملکرد سیم‌پیچ رله آسیب برساند.

یک راه برای جلوگیری از این آسیب‌دیدگی ترانزیستور یا هر قطعه نیمه‌هادی سوئیچینگ دیگر، اتصال یک دیود بایاس معکوس به سیم‌پیچ رله است.

برای مشاهده تصاویر باید ثبت نام کنید

همان‌طور که گفتیم،
وقتی جریان گذرنده از سیم‌پیچ قطع شود، یک emf معکوس القایی تولید می‌شود. این ولتاژ معکوس، دیود را بایاس مستقیم می‌کند و سبب روشن شدن و عبور جریان توسط آن می‌شود. در نتیجه، انرژی ذخیره شده تلف خواهد شد و به این ترتیب از آسیب‌دیدگی ترانزیستور جلوگیری می‌شود.

این دیود به عنوان «دیود هرزگرد» (Flywheel Diode) شناخته می‌شود. از بارهای القایی یا سلفی دیگر که به یک دیود هرزگرد برای حفاظت نیاز دارند، می‌توان به سلونوئیدها، موتورها و سیم‌پیچ‌های القایی اشاره کرد.

مشابه استفاده از دیودهای هرزگرد برای حفاظت قطعات نیمه‌هادی، از مدارهای یا قطعات دیگری مانند مدارهای اسنابر RC، مقاومت‌های متغیر اکسید فلز یا MOV و دیودهای زنر نیز برای حفاظت در مدار استفاده می‌شود.

رله چیست به زبان ساده

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید

برای مشاهده لینک باید ثبت نام کنید