رله کنترل و فرمان

رله چیست و انواع آن کدامند؟

رله به نوعی کلید الکتریکی - مکانیکی با سرعت عمل بالا گفته می‌شود که در قالب آن با عبور جریان از یک سیم پیچ به نام بوبین میدان مغناطیسی ایجاد شده و باعث تحریک تیغه های مکانیکی می‌شود. رله شرایطی فراهم می‌کند که بتوان بر اساس آن با یک سیگنال کنترل ضعیف یا جریان الکتریکی بسیار کم تجهیزاتی با جریان بالا را راه اندازی و کنترل نمود.  رله SSR یا رله حالت جامد فاقد بخش مکانیکی هستند و اجرا متحرکی ندارند. انواع رله از نظر کار کرد و انجام فرایند کنترل سیستم متنوع بوده و می توان به مواردی از  جمله رله حرارتی، رله مغناطیسی، رله کنترل فاز، رله کنترل بار، رله حفاظتی جریان نشت اتصال زمین، رله زمانی با تایمر اشاره نمود.

رله چیست؟

رله در یک تعریف ساده نوعی کلید الکتریکی است که برخلاف کلیدهای دستی که باید به شکل اهرمی و وارد کردن نیرو به وسیله دست قطع و وصل شوند تا یک لامپ یا وسیله الکتریکی از مدار خارج شود به شکل خودکار این کار را انجام می‌دهند.

 انواع رله معمولا دستگاه هایی هستند که از آن‌ها برای حفاظت از ماشین ها و مدارا ت الکتریکی در مقابل اضافه بار و اتصالات کوتاه استفاده می‌شود. در کلید رله می‌توان با استفاده از یک ولتاژ،  پایه‌های رله را تحریک کرد تا مسیر جریان برق قطع و وصل گردد.‌

معمولا رله در مدار فرمان به کار گرفته می‌شود. رله برای حفاظت و تقویت جریان خروجی تجهیزات کنترلی مانند پی ال سی و ... استفاده می‌گردد به همین دلیل رله را می‌توان یک مدار واسط هم به حساب آورد.‌

کاربرد رله

رله یکی از پر کاربرد ترین قطعات مصرفی در مدارهای الکتریکی است که شامل یک قسمت کنترل الکتریکی و یک سوئیچ برای قطع و وصل جریان برق با ولتاژ بالا می‌باشد. تقریبا همه پمپ‌های آب که در مجتمع‌ها و آپارتمان به گستردگی به کار گرفته می‌شوند برای کنترل جریان برق مجهز به رله هستند.

از دیگر مدارهای الکتریکی که برای کنترل جریان مدار از رله بهره می‌برند می‌توان به مواردی مثل چراغ های راهنمایی و رانندگی که بر سر تقاطع ها نصب می‌شوند، لامپ‌های اتوماتیک پارکینگ‌ها، تایمر چراغ راهروها،  دزدگیرها  و سیستم های حفاظتی، سیستم استارت و برق داخلی خودروها، چراغ های تبلیغاتی نئون و چشمک زن، برخی از فیوزهای الکترونیکی، لوازم خانگی مانند ماشین لباسشویی، یخچال، ماشین لباس شویی، سیستم شوفاژ و پکیج، تابلو های حفاظتی برق و ... اشاره کرد.‌

انواع رله( توضیح کلی)

انواع رله سیستم هایی هستند که در ماشین ها و مدارا ت الکتریکی برای کنترل جریان و اضافه بار نصب می‌شوند. انواع رله از نظر کارکرد دارای تنوع بالایی هستند که در ادامه سعی می‌شود مورد بررسی قرار گیرند.

- رله حرارتی

این نوع رله از فلز متفاوت با ضرایب انبساط طولی مختلف تشکیل می‌شود. اطراف این فلزات به هم چسبیده یک رشته سیم حامل جریان الکتریکی پیچیده شده است که در موقع عبور جریان الکتریکی از سیم مزبور ، حرارت ایجاد می‌شود که حرارت ایجاد شده باعث خم شدن بی متال گردیده و رله اتفاق می افتد.

- رله مغناطیسی

رله مغناطیسی مانند فیوز از مدار در مقابل اتصالات کوتاه حفاظت می‌کند منتهی  با این تفاوت که فیوز ممکن است در مقابل نوسانات دوام نیاورد و بسوزد اما کلید رله جریان مدار را قطع می‌کند تا اتفاقی برای برد و سیستم حادث نشود.

- رله کنترل فاز

رله کنترل فاز نوع از حفاظت کننده های مدارات الکتریکی است که پیش از شروع به کار الکترو موتور از بروز عیب در موتور جلوگیری می‌کند. در این روش رله کنترل فاز برای کنترل برق سه فاز از سه ورودی RST و یک ورودی نول بهره می‌برد.

- رله کنترل بار

نوع دیگر محافظ مدار رله کنترل بار است که می‌تواند جایگزین مناسبی برای بی متال باشد چون سرعت و دقت آن از بی متال بیشتر است.‌

- رله حفاظتی جریان نشتی اتصال زمین

این نوع رله عمدتا برای کنترل نشتی به زمین کاربرد دارد و در انواع یک فاز و سه فاز  تولید می‌شود. در این روش جریان رفت و برگشت در بار مورد حفاظت از داخل یک کویل مغناطیسی بسیار حساس عبور می‌کند.

زمانی که جریان نشتی در زمین وجود نداشته باشد مجموع جریان رفت و برگشت داخل کویل مساوی است بنابراین هیچ میدان مغناطیسی درون کویل ایجاد نمی‌شود ولی زمانی که در بار یک جریان نشتی در زمین وجود داشته باشد.

 جریان‌های داخل کویل مساوی نیستند و لذا داخل کویل یک جریان مغناطیسی ایجاد می‌شود این میدان مغناطیسی یک سوئیچ مکانیکی را جهت قطع جریان تحریک می‌کند و مس از آنکه سوئیچ تحت تاثیر قرار گرفت به شکل خودکار نسبت به قطع جریان ورودی اقدام می‌کند.

- رله‌های زمانی یا تایمر دار

از وسایل فرمان دهنده در مدارهای کنترل تایمرها یا رله‌های زمانی هستند که وظیفه کنترل مدار را برای مدت زمان معین به عهده دارند.

 رله های زمانی شامل موارد مثل رله زمانی موتوری یا الکترومکانیکی، رله زمانی الکترونیکی، رله زمانی نیو ماتیکی،  رله زمانی بی متال یا حرارتی، رله زمانی هیدرولیکی و ترموستات می‌شوند که هر کدام با توجه به شرایط ویژگی های خاص خود را دارند و با توجه به آن ویژگی به کار گرفته می‌شوند.

- رله های تاخیری

رله‌های تاخیری به دو دسته تاخیر در قطع و تاخیر در وصل تقسیم می‌شوند. رله تاخیر در وصل به رله ای گفته می‌شود که باید در شرایطی به رله انرژی داده شود که رله فعال گردد و کنتاکتی را باز یا بسته کند تا دستگاه به تعادل برسد مثل رله زمانی موتوری، رله تاخیری در قطع به رله‌ای گفته می‌شود که پس از قطع شدن انرژی فعال شده و کنتاکتی را باز یا بسته می‌کند مثل رله های زمانی نیو ماتیکی

- رله ترموستات

رله ترموستات نوعی رله حرارتی است که در مقابل درجه حرارت محیط حساس بود و اگر درجه حرارت از حد مشخصی که برای آن در نظر گرفته شده است عبور کند فعال می‌شود. ترموستات در انواع  دستگاه های مختلف صنعتی می‌تواند با توجه به نیاز کاربرد داشته باشد.

 کار اصلی ترموستات آن است که تعادل حرارتی دستگاه را کنترل می‌کند و در صورت عبور حرارت از حد مشخص شده فعال شده یک کنتاکت باز را می‌بندد و یا یک کنتاکت بسته را باز می کند تا دستگاه به حالت تعادل برسد از کنتاکت بیشتر برای وسایل حرارتی و برودتی مثل انواع یخچال، شوفاژ و چیلر و ... استفاده می‌شود.

رله مغناطیسی

رله مغناطیسی به این منظور در مدارهای برق مورد استفاده قرار می گیرد تا مانند فیوز  از مدار در مقابل اتصالات کوتاه مدت جلوگیری کند منتهی تفاوت فیوز و رله در این است که ممکن است فیوز در مقابل نوسانات برق دوام نیاورده بسوزد ولی  کلید رله جریان برق را قطع می‌کند که دوباره می‌توان آن را وصل نمود.

 در رله مغناطیسی روال کار به این شکل است که مسیر جریان از منبع تغذیه شروع شده و از کنتاکت هایی که توسط یک اهرم  بسته شده اند عبور می‌کند سپس جریان از طریق الکترو مغناطیس به موتور می‌رود و دوباره به منبع تغذیه بر می‌گردد.

 تا زمانی که جریان از شدت بالایی برخوردار نباشد میدان الکترو مغناطیس آن قدر قوی نیست که بتواند اهرم را به سمت تو بکشد ولی اگر جریان به هر دلیل از شدت بالایی برخوردار باشد میدان الکترو مغناطیسی بالایی ایجاد می‌شود که قادر خواهد بود اهرم را به سمت خود هدایت نماید.

 این عمل به فنر این امکان را می‌دهد که بازوی اتصال را قطع کرده و کنتاکت ها را باز کند و در نتیجه مدار قطع می‌گردد. پس از انجام این عمل الکترو مغناطیس انرژی خود را از دست داده و اهرم  به حالت اول باز می‌گردد. در این شرایط بازوی اتصال توسط یک فنر خارج نگه داشته می‌شود. زمانی که مشکل در مدار مورد نظر برطرف گردد قطع کننده مدار به شکل خودکار به حالت اول بر می گردد و  روال کار خود را از سر می‌گیرد.

رله حالت جامد

برای بررسی رله در حالت جامد باید به دستگاه های خروجی در حالت جامع به شکل مختصر توجه شود. در این شرایط برای به دست آوردن نتیجه مطلوب باید بین قطعات پرقدرت و کم قدرت دستگاه تفکیک قائل شد.

مثلا در برخی مواقع برای استفاده از خروجی 5 وات از میکرو کنترل برای روشن کردن بار 240V  به 10A نیاز است تا براساس عملکرد یک مدار کم مصرف بار قادر به کنترل جریان ولتاژ بالا باشد. برای رسیدن به این هدف می توان از انواع رله مثل رله‌های  الکترومکانیکی، رله های رید و رله های حالت جامد استفاده نمود.

رله SSR

رله حالت جامد  یا SSR یک کلید الکترونیک نیم هادی  قدرتمند است که مانند یک ترانزیستور، تریستور یا ترایاک عمل می‌کند. این نوع رله در مدل‌های AC و DC با تعداد پل‌های مختلف تولید می‌شود از رله SSR جهت استفاده در مدارهای فرمان و قدرت جریان مستقیم و متناوب برق تک فاز و سه فاز استفاده می‌شود.

 رله حالت جامد از دو بخش فرمان و قدرت تشکیل می‌شود که با روش‌های متفاوتی از یکدیگر ایزوله می‌شوند. در این رله اگر جریان ولتاژ بالا باشد با یک فرمان کوچک جریان ولتاژ بالا در مدار قطع می شود تا به مدارهای پایین دست آسیب نرسد.

در واقع ساختار این نوع رله تقریبا شبیه کنتاکتور است با این تفاوت که هیچ قطعه متحرکی در آن وجود ندارد و به جای استفاده از نیروی الکترو مکانیکی در سوئیچ بار از نیمه هادی‌ها استفاده می‌شود.

 با توجه به استفاده از عناصر نیمه هادی در این رله سرعت پاسخگویی یا قطع و وصل این نوع رله در مقایسه با مدل‌های مکانیکی بسیار بالا بوده و می‌توان از آن در مدارهای لحظه ای استفاده نمود. سرعت عملکرد این نوع رله بسیار بالا بوده و بین 1 تا 100 نانو ثانیه در نوسان می‌باشد.

رله استاتسک

رله استاتیک نوعی رله الکترو مکانیکی است که نسبت به انواع رله الکترو مکانیکی از حساسیت بیشتری برخوردار است. این حساسیت یکی از امتیازات رله استاتیک محسوب می‌شود. این حساسیت بالا سبب می‌شود در صورتی که جریان با ولتاژ نامعمول وارد سیستم شود رله استاتیک با دقت و سرعت بیشتری اختلال را تشخیص داده و نسبت به قطع جریان اقدام می‌کند.

 روال کار رله استاتیک یا القایی به این شکل است که اگر سیستم فاقد هر نوع کثیفی یا جرم باشد دیسک فلزی به همراه کانتکتش به کانتکت ثابت خواهد رسید. زمانی که این اتفاق بیفتد سیگنالی برای قطع کردن یا فعال نمودن مدار فرستاده می شود.

 این سیگنال در زمانی مشخص با جریان مخصوص از پیش تعیین شده ارسال می‌شود به این شکل رله استاتیک یا رله دیسک القائی وارد عمل شده و می‌تواند نقش کنترلی خود را به بهترین شکل ارائه کند‌.

رله قدرت

حفاظت تجهیزات و  دستگاه‌های  سیستم قدرت در مقابل عیوب، اتصالی‌ها و یا نوسانات نیرو به وسیله رله یا کلید های قدرت انجام می‌شود. در این شرایط قبل از آنکه کلید قدرت بتواند عمل کند. سیم پیچی عمل کننده آن باید تغذیه شود. این تغذیه معمولا به وسیله رله های حفاظتی انجام می‌شود.

رله قدرت یا حفاظت نوعی از رله است که در اثر تغییر کمیت الکتریکی یا فیزیکی تحریک می شود و به فعل و انفعالات  عکس العمل نشان می‌دهد. نخستین رله قدرت  یا حفاظتی از نوع الکترومغناطیسی یا کویل بوده است که برای تریپ زدن در شرایط، اضافه ولتاژ، اضافه جریان، توان برگشتی، فرکانس خیلی پایین، فرکانس برگشتی فعال شده و عکس العمل نشان می داده است.

 امروزه با استفاده از الکترونیک قدرت پیشرفت های زیادی در این زمینه اتفاق افتاده است که کنترل پذیری و حفاظت را به شدت افزایش داده است  و این حفاظت می‌تواند تاثیر زیادی در عمر دستگاه داشته باشد. 

رله reed relay

 رله  reed relay یا reed switch یک سنسور مکانیکی میدان مغناطیسی است که بسیار حساس بوده و از نظر  حساسیت و نوع تیغه انواع مختلفی دارد. رله reed relay از نظر ظاهری شامل یک جفت کنتاکت فرو مغناطیسی و انعطاف پذیر است که کاملا فشرده شده و در دو طرف محفظه ای از گاز بی حرکت و ساکن جا نمایی شده اند.

 میدان مغناطیسی ایجاد شده در اثر نوسانات برق موجب مغناطیسی شدن کنتاکت ها شده و در نهایت آن‌ها همدیگر را جذب می‌کنند‌ دارای کلید سه حالته می‌باشند.  Read switch مجهز به یک ‌آهنربای دائمی است که بر روی کنتاکت متحرک قرار می‌گیرد و سوئیچ را زمانی که به آن خیلی نزدیک شود فعال می‌‌نماید.

 در این شرایط به شکل یک سیستم مجاورتی عمل می‌کند  این روش بیشتر برای سیستم‌های مجاورتی جهت درک وضعیت درها و پنجره‌ها کاربرد دارد.

مزایای رله

نصب رله بر روی  مدار دستگاه‌های مختلف می‌تواند از نوسانات شدید برق که ممکن است باعث آسیب دیدن مدار و دستگاه شود جلوگیری کند. از مهمترین مزایای رله برای سیستم های مختلف ایزوله سازی می‌باشد. ایزوله سازی از جنبه های حفاظتی رله می‌باشد که می‌تواند قسمت معیوب مدار را از قسمت سالم جدا کرده و از آسیب رسیدن به آن‌ها جلوگیری کند.

 از دیگر ویژگی ها و مزایای رله کنترل توان بالا است به این شکل که یک رله چند ولتی و نسبتا ضعیف می‌تواند یک مدار چند صد ولتی را کنترل نماید و این حالت می‌تواند شرایطی ایده آل برای کنترل یک مدار باشد. به دلیل آنکه رله می‌تواند سیستم و مدار را در مقابل نوسانات شدید محافظت کند.

 می‌تواند از نظر اقتصادی گزینه قابل توجهی باشد چون با مدیریت نوسانات شدید برق مانع آسیب دیدن سیستم شده و علاوه بر آنکه از هزینه های جانبی متفرقه که می‌تواند گریبان گیر صاحبان سیستم ها و دستگاه های برقی مختلف شود جلوگیری می‌کند می‌تواند ماندگاری دستگاه را بالا ‌برده و باعث ‌شود طول عمر مفید آن افزایش پیدا کند.

تفاوت رله با کلید چیست؟

تفاوت رله با کلید با توجه به  نوع عملکرد سنجیده می‌شود. رله سیستمی است که به شکل هوشمند می‌تواند در مقابل اختلالات فعال شده و برای جلوگیری از آسیب دیدن سیستم نسبت به قطع جریان الکتریکی اقدام کند.

رله تقریبا عملکرد کلید را به شکل هوشمند انجام می‌دهد و علاوه بر آن دارای ویژگی‌های دیگری هم می‌باشد که آن را از کلید متفاوت می‌کند.

رله ها معمولا از نظر عملکرد به مواردی مثل رله سنجشی،  رله زمانی، رله جامد و رله جهت یاب تقسیم می‌شوند که هر کدام عملکرد خاص خود را داشته و طبق روال تعریف شده انجام وظیفه می‌کنند. 

استفاده از رله بهتر است یا کلید؟

اگر به شکل کلی به رله و کلید برق توجه شود شاید هر دوی آن ها به نوعی قطع کننده جریان برق باشند. اما تفاوت انواع رله با کلید برق در این است که کلید برق را نمی‌توان از راه دور به عنوان یک کنترل کننده هوشمند شناخت چون کلید برق به شکل خود کار عمل نمی‌کند.

 معمولا انواع رله به دلیل کارکرد هوشمندانه از کلید بهتر هستند و می‌توانند بازدهی بیشتری داشته باشند چون به صورت خود کار با توجه به نوع ساختاری که برای آن‌ها در نظر گرفته شده است در مقابل نوسانات جریان برق حساس بوده و در صورت کم و زیاد شدن جریان برق نسبت به قطع آن به شکل خودکار اقدام می‌کنند تا اتفاقی برای مدار تحت کنترل آن نیفتد.

حتی در خیلی از موارد انواع رله می‌توانند میزان نوسان برق را کم یا زیاد کنند تا مشکلی در عملکرد دستگاه حادث نشود.

نکات مهم در انتخاب رله

رله یکی از وسایل پر مصرف و مهم در اتوماسیون صنعتی می‌باشد. برای انتخاب و خرید برد باید به مواردی توجه شود که وجود یا عدم وجود آن می‌تواند تاثیر زیادی بر روی قیمت، کیفبت و طول عمر محصول داشته باشد. در برخی از موارد ممکن است ویژگی های انواع رله واضح و قابل تشخیص باشد اما نکاتی وجود دارد که عدم توجه به آنها و نپرسیدن آن‌ها در هنگام خرید ممکن است باعث لطمه دیدن سیستم و متضرر شدن خریدار شود.

‌ از پارامترهای مهمی که در هنگام خرید انواع رله باید به آن توجه شود میران ولتاژ ورودی برق به سیستم می‌باشد. ولتاژ هر رله معمولا بر روی آن درج شده است. معمولا رله‌ها در ولتاژهای 5، 12، 24، 48، 110 و 220 ولت تولید و عرضه می‌شوند. همچنین ولتاژ تحریک می‌تواند AC یا DC باشد.

 ولتاژ ورودی معمولا با نام های دیگری مثل ولتاژ تحریک رله و یا ولتاژ تغذیه رله شناخته می‌شوند. نکته مهم دیگر که باید به آن توجه شود جریان کنتاکت ها می‌باشد.

معمولا رله در آمپر های 5، 7، 10، 16، 20، 25 تولید و عرضه می‌شوند. این آمپر ها برای بار اهمی است و برای بارهای سلفی و خازنی مثل موتور، شیر برق، ترمز، روشنایی و .. کافی نیست و تا 85 درصد افت می‌کند. یعنی رله 16 آمپر فیندر برای بار سلفی حداکثر در حدود 2.5 آمپر جریان می دهد و انتقال جریانی بیش از آن موجب ذوب شدن کنتاکت ها می‌گردد.

 تعداد کانال های ورودی هم می‌تواند تاثیر زیادی در عملکرد رله داشته باشد. رله ها معمولا با تعداد 2، 4، 6، 8، 12، 16 کاناله تولید و عرضه می‌شوند منظور از تعداد کانال تعداد رله های نصب شده روی برد دستگاه است. رنج ولتاژ خروجی مسئله مهم دیگری است که در هنگام خرید رله باید به آن توجه شود. 

حداکثر به رله های موجود در بازار می‌توان تا 30 ولتDC یا 250 ولت AC  به کنتاکت های آن ها نیرو وارد کرده و از حداکثر جریان نانی کنتاکت استفاده نمود منتهی این به آن معنی نیست که فقط می‌توان یک ولتاژ مشخص را به دستگاه متصل نمود و مثلا نمی‌توان ولتاژ 48 ولتDC یا 380 ولت AC را به کنتاکت متصل نمود.

معمولا شرکت‌های معتبر سازنده رله نظیر فیندر جهت آگاهی عمومی جداول و نمودارهای  به همین منظور بر روی محصولات خود درج می‌کنند و متذکر می‌شوند که در صورت اتصال ولتاژهای بالاتر جریانی کمتری باید از کنتاکت کشیده شود تا به رله آسیب وارد نشود.

 از نکات مهم دیگری که در هنگام خرید رله باید مورد توجه قرار گیرد می توان به قابلیت جدا شدن رله از سیستم برای تعویض یا تعمیر، داشتن نشانگر ال ای دی که می‌تواند به عنوان نشانگر وضعیت رله عمل کند، جنس برد الکتریکی که می تواند تاثیر زیادی در دوام آن داشته باشد. نگه دارنده رله که می‌تواند نقش مهمی در ایجاد شرایط با ثبات برای رله ایفا کند، وجود دیوید هرزگرد و پل دیوید، جنس و برند رله و حفاظت های جانبی اشاره کرد.

سخن پایانی

رله به قطعه ای گفته می‌شود که در مدارهای الکترونیک برای کنترل جریان ورودی و جلوگیری از نوسانات جریان در برد دستگاه نصب شده و با عملکرد به موقع خود می‌تواند مانع آسیب دیدن سیستم شود.

 به شکل ساده می توان گفت که انواع رله مدارهایی هستند که در لوازم الکترونیک برای کنترل جریان و احیانا اضافه بار نصب می‌شوند و قادر هستند تعادل دستگاه را برقرار کرده و مانع آسیب دیدن آن شوند. وجود رله در دستگاه های الکتریکی علاوه بر آنکه می‌تواند عمر دستگاه را افزایش دهد از نظر اقتصادی و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می تواند گزینه‌ای قابل اعتنا باشد.