انواع رله و کاربرد آن در صنایع مختلف چیست؟
چند رله موجود است و هر کدام از آن‌ها چه کاربردهایی دارند؟ کدام رله برای بهبود رونق صنعت شما مناسب‌تر است؟ تا انواع رله ها را نشناسید، نمی‌توانید رله مناسبتان را پیدا کنید و ممکن است به بیراهه بروید. الکتروکهربای شکوه به‌عنوان یکی از تولیدکنندگان ایرانی رله SSR، انواع رله ها را مورد معرفی قرار داده است که بتوانید درست به هدف بزنید!
رله چیست؟
رله نوعی سوئیچ است که به کمک سیگنال یا پالس الکتریسیته، به حالت‌های ON و OFF در می‌آید. مثلا اگر می‌خواهید که یک LED را با استفاده از یک میکروکنترلر به حالت خاموش و روشن (ON و OFF) درآورید، می‌توانید LED را (با رزیستور محدودکننده جریان) به‌طور مستقیم به پین IO میکروکنترلر متصل کنید و سیگنالی را برای تغییر حالت‌های روشن و خاموش LED ارسال نمائید.
اما اگر بخواهید که یک لامپ LED 10 وات برق اصلی (main powered) را با استفاده از میکروکنترلر، OFF یا ON کنید، باید چه کار کنید؟ LED وسیله کوچکی با میزان کمی ولتاژ و جریان مورد نیاز است (که برای میکروکنترلر منطقی است) و به‌طور مستقیم به پین IO میکروکنترلر متصل می‌شود.
اما نمی‌توانید این کار را با لامپ LED 10 وات برق اصلی انجام دهید. اول از همه، چون آن از نوع برق اصلی است. ثانیا، حتی اگر با یک لامپ با تغذیه DC نیز سر و کار داشتیم، 10 وات برای میکروکنترلر مقدار کمی است. این‌جاست که دستگاه‌هایی مانند رله به کار می‌آیند.
همان‌طور که پیش‌تر اشاره شد، در یک رله، یک سیگنال کوچک (معمولا از یک میکروکنترلر) می‌تواند برای کنترل یک ولتاژ بالا و دستگاه جریان بالا (شبیه لامپ‌های LED برق اصلی که پیش‌تر اشاره شد)، مورد استفاده قرار بگیرد.
اگر روی پروژه‌های DIY کار می‌کنید، احتمالا سر و کارتان به رله‌ها می‌افتد. رله‌های الکترومغناطیسی محبوب‌تر هستند اما چندین نوع رله وجود دارند که برای کاربردهای مختلف صنعتی به کار می‌روند. حالا نوبت به معرفی انواع رله ها می‌رسد.
انواع رله ها را بشناسید
به نظرتان چند نوع رله داریم و هر کدام از آن‌ها چه کاربردی دارند؟ تعدادی از «انواع رله ها» عبارت هستند از:
- رله الکترومغناطیسی
- رله لچینگ (چفت‌کننده)
- رله غیر لچینگ غیر چفت‌کننده)
- رله الکترونیکی
- رله رید
- رله ولتاژ بالا
- رله سیگنال کوچک
- رله تاخیر زمانی
- رله چند بعدی
- رله دمایی
- رله دیفرانسیل
- رله فاصله
- رله اتومیتیو
- رله فرکانس
- رله قطبی‌شده
- رله چرخنده
- رله دنباله‌ای
- رله Moving Coil (سیم‌پیچ متحرک)
- رله بوخهلتز
- رله امن
- رله نظارت
- رله Ground Fault
همه این انواع رله ها بر اساس عملکرد، نوع کاربرد، پیکربندی یا ویژگی‌های ساختاری و موارد دیگر دسته‌بندی می‌شوند. در ادامه به انواع رله هایی که در کاربردهای مختلف محبوبیت بیشتری دارند، اشاره می‌کنیم.
رله لچینگ، رله حافظ انرژی
این نوع رله، پس از به کار افتادن، حالت خود را حفظ می‌کند. به این دلیل، این نوع رله‌ها را رله‌های ضربه‌ای یا رله‌های نگهداری نیز می‌نامند. اما رله‌های لچینگ یا چفت‌کننده در چه مواردی به کمکتان می‌آیند؟
در مواردی که میزان مصرف برقتان محدود است و نباید برق را هدر دهید، رله‌های لچینگ یکی از بهترین انتخاب‌هایتان هستند.
در رله‌های لچینگ یک آهن‌ربای داخلی وجود دارد. زمانی که جریان به سیم‌پیج وارد می‌شود، این آهن‌ربای داخلی موقعیت کنتاکت را نگه می‌دارد. به این ترتیب، برای حفظ این موقعیت به نیرویی نیاز نیست.
بنابراین، حتی پس از راه‌اندازی، باقی‌مانده جریان محرکه به سم‌پیچ نمی‌تواند موقعیت کنتاکت را تغییر دهد و موقعیت آخر خود را حفظ می‌کند. این ساز و کار موجب می‌شود که مقدار قابل توجهی از انرژی حفظ شود.
رله‌های لچینگ می‌توانند از یک یا دو سیم‌پیچ تشکیل شوند. این سیم‌پیچ‌ها مسئول موقعیت آرماتور رله هستند. بنابراین، رله‌های لچینگ هیچ موقعیتی پیش‌فرضی ندارند.
در یک رله نوع سیم‌پیچ، موقعیت آرماتور با مسیر گردش جریان در سیم‌پیچ تعیین می‌شود. البته در رله نوع دو سیم‌پیچ، موقعیت آرماتور به سیم‌پیچی وابسته است که در آن جریان به گردش درمی‌آید. این رله‌ها می‌توانند در زمان راه‌اندازی، موقعیتشان را حفظ کنند اما موقعیت ریست آن‌ها به مدار کنترل بستگی دارد.
رله رید، یکی از انواع رله های شبه الکترومغناطیسی
یکی دیگر از انواع رله ها که به رله‌های الکترومغناطیسی شباهت دارند، رله‌های رید هستند که راه‌اندازی مکانیکی کنتاکت‌های فیزیکی را برای باز کردن و بستن مسیر جریان، موجب می‌شوند. اما این رله‌ها در مقایسه با رله‌های الکترومغناطیسی، کوچک‌تر هستند و جرم کمتری دارند.
رله‌های رید با سیم‌پیچ‌های پیچیده شده در سرتاسر سوئیچ رید طراحی می‌شوند. سوئیچ رید رله که نقش آرماتور را ایفا می‌کند، لوله‌ای شیشه‌ای یا کپسولی است که با گاز ساکن پر شده است و درون آن دو رید هم‌پوشان (تیغه‌های فرومغناطیسی) به صورت سربسته به هم چسبیده‌اند.
رله قطبی‌شده، ترکیبی از آهن رباهای دائمی و الکتریکی
همان‌طور که از نام این نوع رله مشخص است، این رله بسیار به مسیر جریان حساس است. رله قطبی شده یا قطبیده نوعی رله الکترومغناطیسی DC است که با یک منبع اضافه میدان مغناطیسی دائمی است که آرماتور رله را جابه‌جا می‌کند. در این نوع رله‌ها مدار جریان مغناطیسی از آهنرباهای دائمی، آهنرباهای الکتریکی و یک آرماتور تشکیل می‌شود.
این رله‌ها به‌جای نیروی فنر از نیروهای مغناطیسی برای جذب یا دفع آرماتور استفاده می‌کنند. در رله‌های قطبیده، آرماتور یک آهن‌ربای دائمی است که بین وجوه قطبی ایجادشده به‌وسیله یک آهنرباهای الکتریکی می‌چرخد. زمانی‌که جریان از طریق آهنرباهای الکتریکی گردش پیدا می‌کند، شار مغناطیسی تولید می‌کند.
هر وقت که نیروی اعمال شده به‌وسیله آهن‌ربای الکتریکی از نیروی اعمال شده توسط آهن‌ربای دائمی بیشتر شود، آرماتور موقعیتش را تغییر می‌دهد. به‌طور مشابه، زمانی که جریان قطع می‌شود، نیروی الکترومغناطیسی از نیروی آهن‌بای دائمی کمتر می‌شود و بنابراین آرماتور به موقعیت اصلی خود برمی‌گردد.
بسته به پیکربندی مدار مغناطیسی، انواع مختلفی از رله‌های قطبیده وجود دارند. دو نوع معروف این رله‌ها، رله‌های قطبیده نوع دیفرانسیلی و نوع بریج (پل) هستند.
در سیستم مغناطیسی دیفرانسیلی، تفاوت بین دو شار آهن‌ربای دائمی روی آرماتور تاثیر می‌گذارد. در سیستم مغناطیسی نوع بریج، میدان ایجادشده توسط سیم‌پیچ‌ها به دو شار با علامت‌های مخالف در در ناحیه خلا کاری تقسیم می‌شوند اما شار مغناطیسی آهن‌ربای دائمی به دو شار تقسیم‌بندی نمی‌شود.
رله بوخهولتز (Buchholz)، یکی از انواع رله ها برای محافظت از ترانسفورماتورها
حالا نوبت به یکی دیگر از انواع رله ها می‌رسد؛ رله‌های بوخهولتز که جزء رله‌های گازی یا فعال به شمار می‌روند. این نوع رله‌ها برای شناسایی خطاهای جرئی (یا عیوب داخلی که در ابتدا عیب‌هایی جزئی هستند اما در طی زمان به عیب‌های عمده تبدیل می‌شوند) مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اما رله‌های بوخهولتز چه موارد استفاده‌ای دارند؟ این رله‌ها به‌طور گسترده برای محافظت از ترانسفورماتورها به کار می‌روند و در محفظه بین مخزن ترانسفورماتور و محافظ قرار می‌گیرند. این رله‌ها عمدتا برای سیستم‌های انتقال و توزیع نیرو مورد استفاده می‌گیرند.
رله‌های حفاظت از اورلود یا اضافه‌بار، مقاومت در برابر بارهای اضافی!
همان‌طور که از اسم این نوع رله‌ها مشخص است، به‌طور ویژه برای حفاظت در برابر جریان اضافه موتورها و مدارهای الکتریکی طراحی شده‌اند. رله‌های اورلود دارای انواع مختلفی هستند که برخی از آن‌ها عبارتند از:
- نوار بیمتالیک یا دوفلزی ثابت
- بیماتیک بخاری قابل تعویض یا الکترونیکی
اگر موتورهای الکتریکی اورلود شوند، این موتورها باید در برابر اضافه جریان محافظت شوند. برای انجام این کار، تجهیزات سنجش اضافه‌بار مانند رله‌های حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
رله‌های حرارتی شامل یک سیم‌پیچ می‌شود که نوار بیمتالیک یا دوفلزی را گرم می‌کند و بنابراین فنر را برای عمل کردن کنتاکت‌های کمکی که به صورت سری با سیم‌پیچ قرار می‌گیرند، آزاد می‌کند. سیم‌پیچ با حس کردن جریان اضافی در بار ناشی از اضافه بار، بدون انرژی می‌شود.
دمای سیم‌پیچ موتور می‌تواند با استفاده از مدل حرارتی آرماتور موتور و رله الکترونیکی محافظ اضافه‌بار با اندازه‌گیری جریان موتور تخمین زده شود. بنابراین، موتور می‌تواند به‌طور دقیق با استفاده از رله‌های محافظ اورلود، مورد حفاظت قرار بگیرد.
رله های حالت جامد یا SSRها، یکی از انواع رله ها بدون قسمت متحرک
SSRها از اجزای حالت جامد مانند BJTها، تریستورها، IGBTها، MOSFETها و TRIACها برای اجرای عملیات سوئیچینگ استفاده می‌کنند. بهره قدرت این رله‌ها از رله‌های الکترومکانیکی بالاتر است. اما چرا؟
چون انرژی کنترل مورد نیاز (برای قدرت دادن به جریان کنترل) در مقایسه با نیرویی که باید توسط این رله‌ها تولید شود (خروجی سوئیچینگ)، خیلی کمتر است. رله‌های SSR هم برای AC و هم برای DC طراحی می‌شوند.
به دلیل عدم حضور کنتاکت‌های مکانیکی، رله‌های SSR سرعت سوئیچینگ بالایی دارند. یک SSR شامل سنسوری می‌شود که به منظور سوئیچینگ ON یا OFF نیرو به بار به سیگنال کنترل پاسخ می‌دهد.
رله‌های حالت جامد نسبت به رله‌های الکترومکانیکی دارای سرعت سوئیچینگ سریع‌تری هستند. هم‌چنین به‌دلیل این‌که فاقد اجزاش متحرک هستند، عمر مورد انتظار طولانی‌تری دارند و سر و صدای خیلی کمتری تولید می‌کنند.
رله‌های حداقل زمان معین معکوس (IDMT)، حفاظت از خطوط توزیع
یکی دیگر از انواع رله ها، IDMTها هستند که در مقادیر بالاتر جریان خطا، یک مشخصه جریان زمان-معین و در مقادیر پایین‌تر، یک مشخصه جریان زمان معکوس را به دست می‌دهند. اما این رله‌ها چه کاربردی دارند؟
IDMTها به صورت گسترده برای محافظت از خطوط توزیع مورد استفاده قرار می‌گیرند و مجموعه‌ای از محدودیت‌ها را برای تنظیمات جریان و زمان تعیین می‌کنند.
در این نوع رله، زمان عملکرد رله، تقریبا با جریان خطای نزدیک مقدار پیکاپ رابطه معکوس دارد و کمی بالاتر از مقدار پیکاپ رله، ثابت می‌شوند. این شیوه عملکرد با استفاده از هسته آهن‌ربایی که برای جریان‌هایی که کمی بیشتر از جریان پیکاپ هستند، اشباع می‌شود، به دست می‌آید.
رله IDMT در مقادیر پایین‌تر جریان خطا، مشخصه زمان معکوس می‌دهد، در حالی که در مقادیر بالاتر، مشخصه زمان معین را به دست می‌دهد. زمان عملیات این رله ها از یک مقدار خاص ثابت می‌شود تا کمیت محرک بی‌نهایت شود.
رله‌های دیفرانسیل، یکی از انواع رله ها که با اختلاف‌ها کار می‌کند!
حالا به آخرین نوع از انواع رله ها در این فهرست می‌رسیم. همان‌طور که اسم رله‌های دیفرانسیل یا تفاضلی مشخص است، این رله‌ها روی تفاوت کنترل (یا فعال‌شوندگی) سیگنال‌ها کار می‌کنند.
رله‌های دیفرانسیل زمانی‌که عمل می‌کنند که اختلاف فاز دو یا بیشتر از دو کمیت الکتریکی مشابه از یک مقدار از پیش‌تعیین شده فرتر برود.
یک رله دیفرانسیلی جریان بر اساس نتیجه مقایسه بین اندازه یا بزرگی و اختلاف فاز جریان‌های ورودی و خروجی سیستمی که باید محافظت شود، کار می‌کند.
حالا این سوال پیش می‌آید که رله‌های دیفرانسیل در چه شرایطی فعال و در چه شرایطی غیرفعال هستند؟ تحت شرایط عملیاتی عادی، جریان‌های ورودی و خروجی در اندازه و فاز یکسان هستند؛ بنابراین رله غیرفعال است.
اما اگر خطایی در سیستم بروز کند، این جریان‌ها دیگر از نظر فاز و اندازه با یکدیگر برابر نیستند. اتصال این نوع رله به این شکل است که اختلاف بین جریان‌های ورودی و جریان‌های خروجی از طریق سیم‌پیچ عامل رله عبور می‌کند.
از این رو، سیم‌پیچ رله تحت شرایط خطای ناشی از اختلاف کمیت جریان، انرژی پیدا می‌کند. بنابراین، رله شروع به کار می‌کند و مدارشکن را باز می‌نماید تا جریان را قطع کند.
سخن آخر
در این مقاله برخی از «انواع رله ها» مورد معرفی قرار گرفت و به شیوه عملکرد آن‌ها اشاره شد. برای انتخاب رله‌های مورد نظر خود باید ابتدا توقعات خود را از رله مورد نظرتان مشخص کنید و با توجه به نیازتان بهترین نوع رله را برگزینید.
پرسنل شرکت الکتروکهربای شکوه به‌عنوان تولیدکننده رله های SSR ایرانی، شما را برای انتخاب رله مورد نیازتان راهنمایی می‌کنند. هم‌چنین می‌توانید رله‌های SSR نوع DC به AC، AC به DC، AC به AC، DC به DC و سایر انواع SSRها را از این شرکت تهیه نمائید.
