رله چیست و چه کاربردی دارد؟

فرض کنید می خواهیم یک لامپ را روشن و خاموش کنیم، اگر از کلید ساده استفاده کنیم برای هر بار خاموش یا روشن کردن لامپ نیاز است یک نفر در محل کلید حاضر باشد و کلید را فشار دهد، اما اگر بخواهیم از راه دور و بدون نیاز به حضور در محل، لامپ را خاموش و روشن کنیم باید از رله استفاده کنیم. این فرایند کنترل لامپ می تواند از طریق موبایل، ریموت کنترل، تایمر و ... باشد که در همه این حالات لازم است یک رله الکترونیکی وصل شود تا لامپ برق دار شود. البته این فقط یک مثال بسیار ساده برای آشنایی با کارکرد رله ها بود و حوزه کاربرد رله ها بسیار وسیع تر است و در خانه های هوشمند، لوازم الکتریکی خانگی، سیستم های کنترل روشنایی، اتومبیل و کاربردهای صنعتی و ... به وفور از رله ها استفاده می شود.

رله چیست؟

رله (Relay) یک قطعه الکتریکی است که شبیه یک کلید ساده عمل می کند، با این تفاوت که برخلاف کلید که برای باز و بسته شدن آن باید به صورت دستی عمل کرد، در رله باز و بسته شدن به وسیله جریان الکتریکی انجام می شود. در واقع رله‌ این امکان را فراهم می‌سازد که با یک سیگنال کنترلی ضعیف (جریان الکتریکی بسیار کم) بتوان تجهیزاتی با جریان بالا را راه‌اندازی و کنترل کرد.

تفاوت رله با ترانزیستور

همانطور که در مقاله "ترانزیستور چیست؟" به طور کامل تشریح شد، ترانزیستور نیز می تواند مانند یک کلید عمل کند اما یک سری محدودیت های اساسی دارد که باعث می شود در بسیاری از مواقع از رله برای قطع و وصل بارها و تجهیزات استفاده کنیم. یکی از این محدودیت ها این است که ترانزیستور فقط می تواند ولتاژهای dc را قطع و وصل کند در حالیکه رله قابلیت قطع و وصل ولتاژهای dc و ac را دارد. محدودیت دیگر ترانزیستور این است که نمی تواند در هر توانی استفاده شود و فقط برای توان های پایین کاربرد دارد، در حالیکه رله ها توان های مختلف و نسبتا بالایی دارند.

کاربرد های رله

کاربردهای رله بسیار وسیع است که مهمترین و اصلی ترین آنها عبارتند از:

• در مدارهای الکترونیکی و لوازم خانگی برای جداسازی مدارهای ولتاژ پایین یا DC از مدارهای AC ولتاژ بالا
• سیستم‌های کنترل روشنایی
• فرآیندهای حفاظتی سیستم های برق
• سیستم برق خودرو
• مخابرات
• کنترل ترافیک
• برای سوئیچینگ، حفاظت و کنترل در مدارهای کنترل موتور
• برای شناسایی عیوب مختلف و راه اندازی بریکرها در پست ها و مراکز توزیع نیروی برق
• رله ها در ترکیب با PLC، از اجزای اصلی در تابلوهای برق و سیستم های اتوماسیون به حساب می آیند و برای کنترل فرایند در فرایندهای صنعتی استفاده می شوند.
• برای سیگنال دهی و کنترل در شبکه های راه آهن
• راه‌اندازی فن‌های کم‌مصرف، آلارم ها و آژیرها

انواع رله

رله‌های الکتریکی که در الکترونیک کاربرد بسیار زیادی دارند را می‌توان به رله‌های الکترومکانیکی (EMR) و رله های حالت جامد (SSR) که از ترانزیستور، ترایاک و تریستور در بخش سوئیچینگ خود استفاده می‌کند تقسیم بندی کرد. در ادامه به بررسی ویژگی های هر کدام از آنها می پردازیم:

1) رله الکترومکانیکی

متداول ترین و پرکاربردترین نوع رله الکتریکی، رله الکترومکانیکی یا EMR است. این رله همانطور که از اسمش پیداست، قطعه ای الکترونیکی است که شار مغناطیسی تولیدی حاصل از اعمالِ یک سیگنال کنترل الکتریکی ولتاژ پایین DC یا AC‌ در ترمینال‌های بوبین رله را به نیروی مکانیکی کششی تبدیل می‌کند و باعث تغییر وضعیت کنتاکت های درون رله میشود.

ساختار رله الکترومکانیکی

ساختمان داخلی رله الکترومکانیکی، از بوبین یا سیم پیچ تحریک و کنتاکت های "به طور معمول بسته (Normally Close) یا NC"، "به طور معمول باز (Normally Open) یا NO" و کنتاکت "مشترک (COM)" تشکیل شده است. ساختار رله الکترومکانیکی به صورت شکل زیر است:

عملکرد رله الکترومکانیکی

در حالت عادی و قبل از اینکه پایه های سیم پیچ رله برق دار شوند، پایه مشترک یا COM به پایه نرمال کلوز یا NC متصل است. به محض اینکه سیم پیچ رله برق دار شود، یک میدان مغناطیسی در داخل هسته بوبین ایجاد می شود که این میدان مغناطیسی، بر کنتاکت COM نیرو وارد می کند و آن را جذب می کند. به زبان ساده تر میتوان گفت وقتی از سیم پیچ رله جریان عبور کند، هسته این سیم پیچ مانند آهنربا عمل میکند و کنتاکت COM که متحرک است را به خود جذب میکند. همانطور که در تصویر فوق مشخص است هنگامی که کنتاکت متحرک COM به هسته بوبین رله می چسبد، در واقع پایه COM که قبلا به پایه NC وصل بود، به پایه نرمال اوپن یا NO متصل میشود. بنابراین با برق دار شدن سیم پیچ رله، کنتاکت های آن تغییر وضعیت می دهند. در تصویر پایین نیز وضعیت پایه های رله، قبل و بعد از اعمال ولتاژ نشان داده شده است: در تصویر پایین نیز تعدادی از رله های الکترومکانیکی پرکاربرد در بردها و دستگاه های الکترونیکی مختلف را ملاحظه می فرمایید:

2) رله حالت جامد یا SSR

با وجود اینکه رله‌های الکترومکانیکی ارزان قیمت هستند و استفاده از آنها ساده است و می‌توان توسط آنها یک مدار با بار بزرگ را با توان کمی کنترل کرد، اصلی‌ترین عیب آن‌ها این است که قطعاتی مکانیکی هستند و داخل خود، بخش‌های متحرکی دارند و همین باعث میشود که سرعت سوئیچینگ آن‌ها آهسته و کند باشد. همچنین با توجه به اینکه به مرور زمان بخش‌های متحرک، فرسوده و خراب می‌شوند، طول عمر رله های الکترومکانیکی کم است. اما در رله های حالت جامد یا SSR، هیچ گونه سیم پیچ، فنر، یا کنتاکت مکانیکی وجود ندارد و این رله تماما از مواد نیمه هادی ساخته شده است. با توجه به اینکه هیچ گونه قطعه مکانیکی در این رله وجود ندارد، زمان سوئیچ کردن آن بسیار سریع تر از رله های الکترومکانیکی است. طول عمر این رله ها نسبت به رله های الکترومکانیکی بیشتر است. در رله SSR به جای کنتاکت‌های مکانیکی و متحرک از ترانزیستور، تریستور یا ترایاک استفاده میشود. همچنین جداسازی الکتریکی بین سیگنال کنترل ورودی و بار خروجی به کمک یک اپتوکوپلر انجام می‌شود. در تصویر پایین، چند نمونه رله حالت جامد یا SSR نشان داده شده است

انواع کنتاکت در رله های الکتریکی

رله‌ های الکتریکی می توانند از یک یا چند کنتاکت تشکیل شده باشند و کنتاکت در آن‌ها به عنوان قطب در نظر گرفته می‌شود. هر یک از این کنتاکت‌ها یا قطب‌ها را می‌توان با برقدار کردن سیم‌پیچ رله به یکدیگر متصل کرد و مسیری را برای عبور جریان ایجاد کرد. به این ترتیب، کنتاکت‌ها به صورت زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• تک قطب تک مسیره (Single Pole Single Throw) یا SPST: رله SPST یک Pole و یک Throw دارد. بنابراین، این رله فقط یک مدار را کنترل می‌کند.

• تک قطب دو مسیره (Single Pole Double Throw) یا SPDT: رله SPDT یک Pole و دو Throw دارد. این رله یکی از معروف‌ترین انواع رله‌ها است.

• دو قطب تک مسیره (Double Pole Single Throw) یا DPST: رله DPST دو Pole و یک Throw دارد. دو Pole این رله به صورت همزمان حرکت می‌کنند.

• دو قطب دو مسیره (Double Pole Double Throw) یا DPDT»: رله DPDT دو Pole و دو Throw دارد. دو Pole این رله به صورت همزمان حرکت می‌کنند و یکی از معروف‌ترین کاربردهای آن، استفاده برای کنترل جهت موتور (معکوس کردن قطب) است.

جمع بندی

در این مقاله، نکات مهم و کاربردی که در عمل برای کار با رله ها لازم است بدانیم مورد بررسی قرار گرفت و به سوالاتی مثل رله چیست و چه کاربردی دارد؟ و انواع مختلف رله چیست؟ پاسخ داده شد. تمامی موارد فوق را به صورت عملی همراه با نکات تجربی دیگر در مورد انواع رله ها و نقش آنها در بردها و دستگاههای مختلف و نحوه راه اندازی آنها به طور کامل در دوره آموزش جامع الکترونیک بررسی کرده ایم. در پایان، ممنون که همراه ما بودید. هر سوال یا ابهامی در مورد مطالب ارائه شده در این مقاله دارید حتما در کامنت ها بنویسید، به تمام سوالات پاسخ داده میشه. اگه انتقاد یا پیشنهادی هم داشتید ممنون میشم با ما در میان بزارید. منابع: components.omron.com  electronicshub.org