رله چیست؟ کالبد شکافی یک کلید هوشمند

رله یکی از اصلی‌ترین قطعات در دنیای برق و الکترونیک است. در ساده‌ ترین تعریف رله مانند یک کلید در مدار رفتار می ‌کند که با دریافت سیگنال کم توان مداری با توان بالا را کنترل می ‌کند.

رله الکترومکانیکی یکی از متداول ترین انواع رله است که از چند قسمت تشکیل شده است :

• بوبین (coil) و هسته (core): جزء اصلی یک رله یک سیم‌ پیچ (بوبین) است که به دور یک هسته از جنس آهن نرم پیچیده شده است. طبق اصل القای الکترومغناطیسی زمانی که جریان از سیم ‌پیچ عبور می‌ کند یک میدان مغناطیسی ایجاد می‌ شود و هسته تبدیل به آهنربای موقت می‌ شود. این بخش قسمت تحریک رله را تشکیل می ‌دهد.
• آرمیچر (armature): یک قطعه فلزی که خاصیت مغناطیسی دارد و به سر قسمت محرکی متصل است. میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط قسمت تحریک باعث جذب شدن این قطعه فلزی به هسته می ‌شود. این بخش قسمت محرک رله را تشکیل می ‌دهد.
• فنر (spring): برای مقابله به نیروی مغناطیسی بوبین قرار گرفته شده که زمانی که جریان قطع می ‌شود و میدان مغناطیسی ضعیف می ‌شود این قطعه آرمیچر رو به حالت اولیه برمی ‌گرداند.
• کنتاکت‌ ها (contacts): این بخش وظیفه کلیدزنی را دارد. این قسمت مدار قدرت را باز یا بسته می ‌کند. که در ادامه با کنتاکت های nc ,no, com آشنا می ‌شویم.

انواع کنتاکت ها:

• (common) Com: پایه مشترک کلید است.
• (normally open) NO: این کنتاکت در حالت عادی که جریان بوبین قطع است که حالت عادی بوبین است باز است. زمانی که جریان بوبین وصل می ‌شود آرمیچر حرکت کرده و کتاکت بسته می ‌شود و جریان مدار قدرت برقرار می ‌شود.
• (normally closed) NC: این کنتاکت در حالت عادی بسته است و مدار قدرت متصل به آن دارای جریان است. زمانی که بوبین تحریک یا وصل می ‌شود آرمیچر حرکت کرده و کنتاکت را باز می ‌کند و باعث قطع جریان مدار قدرت می‌شود.

انواع رله های و کاربرد خاص آنها

هر رله تخصصی راه حلی برای یک مشکل مهندسی است.

• رله حرارتی (بی‌متال):

  این رله نگهبان موتور های الکتریکی است. این رله برای حفاظت از اضافه بار طراحی شده، نه اتصال کوتاه ، بلکه کلاس قطع مانند کلاس 10 یا 20 . کلاس قطع یعنی در 6 برابر جریان چقدر طول می‌ کشد بی‌ متال قطع شود. عملکرد آن طبق تفاوت در ضریب انبساط دو فلز است. این رله از گرم شدن بیش از حد موتور جلوگیری می ‌کند.

  

• رله زمانی:

  این رله یک تابع تاخیر زمانی را در خود جای داده است. دو حالت اصلی آن که on-delay یا تاخیر در وصل و off delay یا تاخیر در قطع که در تاخیر در وصل زمان سنج بعد از تحریک بوبین شروع به شمارش کرده و در تاخیر در قطع در هنگام قطع تحریک بوبین شروع به شمارش می‌ کند.

• رله کنترل بار:

  جایگزین مناسبی برای رله های بی‌ متال هستند. برای جلوگیری از سوختن موتورهای سه فاز در هنگام اضافه بار، دو فاز شدن و اتصال کوتاه و همینطورحفاظت ژنراتورها و ترانس های قدرت در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه استفاده می ‌شوند. از ویژگی های آن می ‌توان به موارد زیر نام برد :

  • تنظیمات جریان به صورت دقیق تر
  • قابلیت تنظیم زمان عکس العمل رله
  • امکان Reset رله از نقاط مختلف که در زیر اشاره شده است .
    • الف: کلید Reset  رله ی کنترل بار
    • ب: از روی تابلوی فرمان (قطع تغذیه ی رله)
    • ج : Reset اتوماتیک (وصل بعد از یک دقیقه)

توضیحات بیشتر برای درک بهتر :

• علاوه بر پیچ تنظیم جریان رله (رنج آمپر) ، پیچ تنظیم زمان عکس العمل رله و شستی ریست ، این موارد نیز روی رله قابل مشاهده است :
• پیچ های A1  و  A2 که جهت تغذیه ی رله استفاده
• می شوند.
• پیچ های 15-16و 18  که در صورت تغذیه ی رله، 15-16 دو سر کنتاکت باز و 15-18 دو سر کنتاکت بسته است . (پس اگر رله تغذیه نشود ، 15-16 دو سر کنتاکت بسته و 15-18 دو سر کنتاکت باز آن خواهند بود.)
• لامپ سیگنال سبز که روشن بودن آن نشانگر تغذیه ی رله و واکنش نشان ندادن آن است.
• سه لامپ قرمز L1 ،  L2 و L3 که روشن بودن هریک از آن ها نشان دهنده ی وجود اضافه جریان روی آن فاز است.
• دو پیچ T1 T2 که با اتصال آن ها به یکدیگر، ریست اتوماتیک فعال می شود.

• رله کنترل فاز:

  یکی از تجهیزات حفاظتی مورد استفاده در تابلو برق ها و همچنین مدارهای سه فاز و تکفاز، سر راه موتورهاست. عملکرد این دستگاه به ‌صورت الکترونیکی بوده و وظیفه آن حفاظت از تجهیزات در برابر اختلالات شبکه برق می ‌باشد. در صورت بروز هر یک از موارد زیر رله ی کنترل فاز، مدار قدرت را قطع می‌ کند :

  • ولتاژ شبکه بالاتر از حد مجاز باشد.
  • ولتاژ شبکه پایین‌تر از حد مجاز باشد.
  • قطع یکی از فازها ( در ۳ فاز)
  • جابجایی فازها ( در ۳ فاز)
  • عدم تقارن فازها ( در ۳ فاز)
  • دو فاز شدن ( در تکفاز)
  • وجود شوک‌ های ناشی از قطع و وصل متوالی برق

راهنمای راه اندازی و نصب:

• پیچ های L3، L2، L1 جهت اتصال سه فاز
• پیچ N جهت اتصال سیم نول
• پیچ های 15-16 دو سر کنتاکت باز
• پیچ تنظیم Delay (Sec)، جهت تنظیم مدت زمان مورد نیاز برای reset  رله، بعد از رفع اختلال ولتاژ.
• پیچ تنظیم   Unbalance  (%U)، جهت تنظیم درصد عدم تقارن مورد نظر.

روشن بودن هر لامپ نشانه چیست ؟

• لامپ سیگنال سبز     U  نشان دهنده ی برقراری تغذیه ی رله
• لامپ سیگنال سبز Out    بیانگر عدم واکنش رله (اختلال ولتاژی وجود ندارد.)
• لامپ سیگنال قرمز <U   نمایشگر تغییر ولتاژ بیش از5%  ولتاژ هر سه فاز
• لامپ سیگنال قرمز %U نشان دهنده ی عدم تفارن شبکه
• لامپ سیگنال قرمز SEQ بیانگر برهم خوردن توالی ولتاژها

• رله الکترونیکی حالت جامد (SSR) :

  این نوع رله ها برخلاف رله های الکترومکانیکی فاقد کلید زنی متحرک هستند وسرعت و عمر بیشتری نسبت به رله های الکترومکانیکی دارند و جز پرکاربردترین رله ‌ها هستند.

رله های الکترونیکی کوچک

این رله ها نسبت به بقیه کوچک تر هستند و بر روی برد ها الکترونیک قرار می گیرند اما نسبت به اندازه کوچکی که دارند بسیار پر کاربرد هستند.

معمولا این رله ها دارای 5 پایه است اما می توانیم با تعداد پایه بیشتر نیز آنهارا بیابیم

و رایج ترین آنها 4 ، 5 و 8 پایه است.

رله مثل یه کلید جادوییه که با برق کار می‌کنه.

فرض کنید یه چراغ داریم که با دست روشن و خاموشش می‌کنیم. حالا اگر بخواهیم این کار را با برق انجام بدهیم، از رله استفاده می‌کنیم.

نحوه تست سلامت رله

تست رله شامل دو بخش تست بوبین و تست کنتاکت ها می‌ شود که هر کدام در ادامه مراحلش آمده است.

• تست بوبین: مولتی متر را روی حالت اندازه‌گیری مقاومت گذاشته سپس به دوسر بوبین قرار می ‌دهیم پراب هارا اگر :
  • نتیجه روی مولتی‌متر مقدار مقاومت بود و یک عدد بود :بوبین سالم است.
  • نتیجه OL : بوبین اتصالش قطع شده و معیوب است.
  • نتیجه صفر یا عددی نزدیک صفر : بوبین اتصال کوتاه شده و معیوب است.
• تست کنتاکت NO: مولتی ‌متر را روی حالت تست پیوستگی یا همان تست بوق می ‌گذاریم سپس پراب هارا یکی به COM و دیگری به سر NO قرار می ‌دهیم در این حالت نباید صدای بوق پخش شود مگر کنتاکت اتصال کوتاه شده باشد. سپس ولتاژ مناسب که بر روی رله نوشته شده همان ولتاژ نامی است را به دوسر بوبین داده سپس باید از مولتی متر صدای بوق بشنویم و زمانی که ولتاژ قطع شود بوق مولتی متر هم باید قطع شود.
• تست کنتاکت NC: باز هم مولتی‌متر در حالت تست پیوستگی یا بوق قرار می ‎‌دهیم سپس پراب هارا یکی به سر COM و دیگری به سر NC قرار می‎‌ دهیم در این حالت باید صدای بوق شنیده شود مگر کنتاکت معیوب باشد. سپس ولتاژ مناسب به دوسر بوبین داده در این حالت صدای بوق باید قطع شود و زمانی که ولتاژ را قطع کنیم صدا بوق باید دوباره شنیده شود.

طراحی مدار با رله

استفاده از رله در مدار فراتر از چیزی است که به نظر می ‌آید. برای استفاده از رله باید ملاحظات ایمنی برای سالم ماندن قطعات مدار مخصوصا میکروکنترلر و قطعات دیجیتالی در نظر گرفته بشود.

• مدار راه‌انداز : بوبین یک رله اغلب جریان بیشتری نسبت به جریان خروجی یک پین میکروکنترلر که می‌ تواند تامین کند می ‌کشد در نتیجه باعث صدمه به میکروکنترلر و سوختن آن می ‌شود.

برای رفع این مشکل از مدار راه‌انداز استفاده میشه که با استفاده از یک ترانزیستور معمولا npn یا ماسفت نوع n سیگنال  ضعیف خروجی پین میکروکنترلر را تقویت و باعث عمل بوبین رله می‌ شود. در حقیقت سیگنال ضعیف خروجی پین میکروکنترلر باعث فعال شدن ترانزیستور شده و ترانزیستور جریان بیشتری از منبع تغذیه می‌ کشد. در اصل ترانزیستور کلیدی برای اتصال است که می‌تواند جریان مورد نیاز بوبین را تامین کند.

• دیود هرزگرد : همانطور که قبلا گفته شد بوبین رله یک سلف است که می‌ دانیم سلف ها انرژی را در میدان مغناطیسی خود ذخیره می ‌کنند. هنگامی که ترانزیستور جریان بوبین را قطع می ‌کند میدان مغناطیسی آن فرو می ‎‌ریزد. در این فروریزش یک ولتاژ بالا اما با قطبیت معکوس حالت فعال که به آن ولتاژ بازگشتی می ‌گویند در دو سر بوبین القا می‌ کند. این ولتاژ می ‎تواند مقدار زیادی باشد و ترانزیستور را نابود کند.

برای جلوگیری از این پدیده از دیود هرزگرد استفاده می ‌شود. این دیود به صورت موازی با بوبین قرار گرفته. زمانی که ترانزیستور فعال است دیود در بایاس معکوس است و جریانی از خود رد نمی ‌کند اما زمانی که ترانزیستور قطع می ‌شود، دیود در بایاس مستقیم قرار گرفته و یک مسیر بسته را برای گردش و تخلیه جریان القایی بوبین فراهم می‎‌ کند و باعث جلوگیری از ایجاد ولتاژ بازگشتی می ‌شود. استفاده از دیود هرزگرد در مدار راه انداز رله dc یک ضرورت است. برای حالت ac از مداری به نام اسنابر که از خازن و مقاوت تشکیل شده استفاده می ‌گردد.

مدار دومی که بسیار ساده است یک رله هست که با آن یک LED همیشه روشن است. وقتی که برق به کویل ها وصل می شود چراغ ما خاموش و موتور ما روشن خواهد شد، پس می توانیم نتیجه بگیریم که اگر LED  ما روشن است موتور خاموش است و مشکلی در کویل ها بوجود آمده است.