ساختار و نحوه کارکرد رله

در مدارهای فرمان به منظور قطع و وصل جریان از یک قطعه‌ی الکترومکانیکی پرکاربرد به نام رله (Relay) استفاده می‌شود. در رله هنگامی که یک یا چند سیگنال الکتریکی مثل ولتاژ یا جریان دریافت شود، بوبین تحریک می‌شود و این تحریک باعث تغییر وضعیت کنتاکت‌ها و در نتیجه قطع و وصل جریان می‌شود. در صورتی‌که در مدارهای الکتریکی، شرایط غیر عادی ایجاد شود رله توانایی این را دارد که این شرایط را شناسایی کند.

ساختار و نحوه کارکرد رله

ساختار و نحوه کارکرد رله به این صورت است که هر رله از سه بخش کنتاکت، سیم‌پیچ و فنر تشکیل شده است. کنتاکت‌ها وظیفه اتصال و عبور جریان را بر عهده دارند. زمانی ‌که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ عبور می‌کند، یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود که باعث اتصال کنتاکت‌ها به یکدیگر می‌شود و مدار وصل می‌گردد. هنگامی که جریان الکتریکی قطع شود، میدان مغناطیسی نیز قطع شده و فنر موجود در رله وظیفه بازگرداندن کنتاکت‌ها به حالت اولیه را دارد.

رله و کلید

از لحاظ ساختاری رله یک کلید می‌باشد، با این تفاوت که رله یک کلید هوشمند است و می‌توان آن را از راه دور کنترل نمود. می‌توان گفت که رله یک کلید تبدیل است که کلیدزنی را بصورت اتوماتیک انجام می‌دهد به این صورت که در کلیدهای تبدیل دستی برای قطع و وصل جریان به نیروی مکانیکی توسط انسان نیاز است، درحالیکه در رله‌ها این نیروی مکانیکی با عبور جریان الکتریکی از سیم‌پیچ داخلی و ایجاد میدان مغناطیسی توسط سیم‌پیچ  داخلی ایجاد می‌شود.

رله و کنتاکتور

رله و کنتاکتور از نظر عملکرد و ساختمان فیزیکی کاملا به یکدیگر شباهت دارند. می‌توان به مهم‌ترین تفاوت رله و کنتاکتور، یعنی استفاده از کنتاکتور در مدار قدرت و استفاده از رله در مدار فرمان اشاره نمود. استفاده از رله به‌منظور تقویت جریان خروجی و حفاظت از تجهیزات کنترلی مثل زیمنس plc و … می‌باشد، درحالیکه تقویت سیگنال خروجی رله به‌ منظور کنترل تجهیزات قدرت مثل مدارهای روشنایی، گرم‌کن‌های الکتریکی، الکتروموتورها و … به وسیله کنتاکتور صورت می‌پذیرد.

رله از نظر اندازه از کنتاکتورها کوچک‌تر است و در رله‌ها برای جریان‌های بالاتر از 10 آمپر محدودیت وجود دارد درحالیکه کنتاکتورها تا جریان 12500 آمپر را می‌توانند پشتیبانی نمایند.

انواع رله

1. سنجشی
2. زمانی
3. جهت‌یاب
4. جامد
5. حفاظتی

رله سنجشی

در این نوع از رله‌ها، مقدار حساسیت معینی برای رله تعریف می‌شود، در صورتی‌که از مقدار مشخص شده تخطی کند رله واکنش می‌دهد.

رله زمانی

این نوع از رله‌ها با استفاده از تجهیزات کمکی دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد و همانگونه که از اسم آن مشخص است با توجه به زمانی که برای رله تعریف می‌شود، مدار را قطع و وصل می‌نماید.

رله جهت‌یاب

توان برگشتی در شبکه‌ها یک عامل مخرب است. این رله‌ها می‌توانند جهت توان و نیرو را تشخیص داده و در صورت استفاده ، قسمت‌هایی از شبکه که دچار خطا شده‌اند را از سایر قسمت‌ها جدا کنند.

رله جامد

برخی از معایب موجود در رله‌های الکترومکانیکی از جمله وجود نویز و لرزش، استهلاک بخش‌های متحرک و سرعت عملکرد آهسته و پایین رله باعث پیدایش نسل جدیدی از رله‌ها بنام رله حالت جامد (Solid State Relay) گردید. جنس این رله‌ها بطور کامل از مواد نیمه هادی می‌باشد و در ساخت آنها از هیچ گونه سیم‌پیچ، فنر یا کنتاکت استفاده نشده است.

برخی از مزیت‌های رله‌های حالت جامد نسبت به رله‌های الکترومکانیکی

1. طول عمر بیشتر
2. سریع‌تر بودن زمان سوئیچ کردن
3. کنترل نور و سرعت موتور به وسیله گزینه کنترل فاز در برخی نمونه‌ها
4. قابلیت اطمینان بالا
5. نیاز به توان کنترل ورودی کم

باید توجه نمود، نیمه هادی بودن رله‌ها امکان داغ شدن بیش از حد آنها را در پی دارد. به منظور جلوگیری از این اتفاق بایستی از هیت‌ سینک‌های (Heat Sink) مناسب استفاده گردد.

رله حفاظتی

همان‌طور که از اسم این رله مشخص است، از آن برای حفاظت از مدار استفاده می‌شود. اگر کمیت یا متغیری که برای رله تعریف شده باشد دچار تحریک شود، رله از خود عکس‌العمل نشان داده و جریان را قطع می‌کند.

چرا باید از رله استفاده کنیم؟

در محیط‌های صنعتی برای راه‌اندازی بسیاری از تجهیزات و ماشین‌آلات بایستی از ولتاژهای بسیار بالا استفاده کرد. این ولتاژ بالا می‌تواند برای اپراتورهای دستگاه‌ها بسیار خطرناک باشد، طوری که حتی مقادیر بسیار کمی از جریان نیز می‌تواند باعث صدمه به بدن انسان گردد. برای جلوگیری از ایجاد صدمه به افراد، بایستی با استفاده از ولتاژ و جریان پایین به ‌منظور کنترل، محیط کاری اپراتورها را ایمن نمود. برای این کار بهترین انتخاب استفاده از رله می‌باشد.

کاربرد رله

می‌توان گفت امروزه استفاده از رله بصورت آشکار یا پنهان در تقریبا تمامی وسایل صنعت رواج دارد. در مداری که دارای یک قسمت کنترلی الکترونیکی و یک سوئیچ به منظور قطع و وصل جریان برق با ولتاژ بالا باشد، رله یکی از پرکاربردترین قطعات به شمار می‌رود.

بطور کلی برخی از کاربردهای رله در زیر آورده شده است

1. حفاظت (ایزوله کردن بین قسمت کنترل و بار)
2. کنترل‌کننده موثر
3. استفاده به عنوان کنترلر خاص (درایور موتور و …)
4. افزایش توان خروجی (افزایش توان خروجی PLC)

از رله‌ها در چراغ‌های راهنمایی و رانندگی، لامپ‌های اتوماتیک، تایمر چراغ‌های راهرو، تجهیزات حفاظتی و دزدگیر، برق داخلی خودرو و سیستم استارت، تابلوهای حفاظتی برق، چراغ‌های چشمک‌زن، تابلوهای تبلیغاتی نئون، پمپ آب، کولر گازی و لوازم خانگی استفاده می‌شود.

مزایای استفاده از رله

• جدا کردن دو قسمت مجزای یک سیستم با دو منبع ولتاژ مختلف
• تقویت جریان مدار (تبدیل جریان ورودی کم به جریان خروجی بالا)
• کنترل مدار فرمان از راه دور
• به عنوان عایق گالوانیک بین ولتاژهای بالا و پایین در یک مدار
• محافظت از مدار با ایزوله کردن قسمت قدرت با جریان‌های بالا نسبت به مدار فرمان

معایب استفاده از رله

• عدم امکان استفاده در محیط‌های دارای گازهای مشتعل ‌شونده و مواد شیمیایی حساس به الکتریسیته به دلیل امکان تولید جرقه در زمان تغییر وضعیت.
• عدم امکان استفاده در جریان‌های با فرکانس بالا به دلیل تعداد دفعات قطع و وصل جریان برق بسیار زیاد در هر ثانیه.

پارامترهای مهم برای انتخاب رله (رله‌های الکترومکانیکی)

1. ولتاژ تحریک (مقدار ولتاژ مور نیاز برای انرژی‌دار کردن سیم‌پیچ)
2. تعداد تیغه‌ها
3. تعداد کنتاکت‌ها
4. حداکثر جریان قابل عبور از کنتاکت‌ها
5. نوع ولتاژ کاری (AC یا DC)
6. تعداد اتصالات تیغه‌ها