رله چگونه کار می کند؟ انواع رله

تاریخچه رله :

از خیلی وقت پیش، رله برای ارسال و یا دریافت اطلاعات استفاده میشود. در روش کد گذاری مورس، پیام‌ها در قالب سیگنال‌های ۰ و ۱ مدل شده و ارسال میشد. با تغییر دادن سیگنال به فرمت مکانیکی، تفاوت ها را درک میکردند. برای روشن و خاموش کردن یک لامپ حبابی، از شیوه مکانیکی استفاده می کردند. این کار طوری انجام میشد که متناسب با سطح بالا یا پایین سیگنال دریافتی بوده و با دریافت سیگنال یک بوق بزند. اصولا این کار با یک تناظر شکل می گیرد. این تناظر بین سیگنال‌های الکتریکی و عمل مکانیکی توسط الکترومگنت‌ها انجام میشود. این یک ایده و طرح اولیه بود. به مروراین ایده در طراحی برد الکترونیکی و ساخت محصولات زیادی بکار گرفته شد.

رله یعنی چه ؟

به گروهی ازالکترومگنت‌، رله گفته میشود. بیشتر از رله برای سوئیچ استفاده میشود.‌ حال اگر دقیق تر بخواهیم بدانیم که رله چیست؟ رله یک وسیله است که وظیفه رساندن یک بار از بخشی به بخش دیگر را دارد. در علم الکترونیک هم رله یک قطعه است که توسط آن، سیگنال در یک بخش، کارکرد بخش دیگر را کنترل میکند. دقیقا مانند یک سوئیچ عمل میکند. به عبارت دیگر، سیگنال از یک قسمت مدار به قسمت دیگر برده میشود و آنجا تاثیر میگذارد.

طبق این صحبت ها پس رله چیست؟ رله یک سوئیچ است که عملکرد مدار را به شکل الکترومکانیکی کنترل میکند. عملکرد رله به انسان ها نیازی ندارد. تنها با سیگنال اهداف خود را دنبال میکند.

ساختار رله:

رله ساختار پیچیده ای ندارد و خیلی راحت با قطعاتی مثل بوک، الکترومگنت،آرمیچر و..ساخته میشود. تنها کافی ست که قطعات به صورت منظم و مشخصی ، چیده شوند. درعکس زیر فضای داخل یک رله را مشاهده میکنید.

داخل رله

بررسی قطعات داخلی رله:

آهنربای الکتریکی:

آهن ربا یک بخش مهم در رله می باشد. آهن ربا، قطعه‌ی فلزی ست که اگر در برابرسیگنال الکتریکی قرار گیرد، خاصیت آهنربایی آن فعال میشود. همه می دانیم که اگر از قطعه ‌ای رسانا جریان الکتریکی عبور کند. خاصیت مغناطیسی و آهنربایی پیدا میکند. پس زمانی که یک هسته فلزی را با مس، سیم پیچی کنیم. سپس از آن جریان تقریبا بزرگی عبور دهیم. در نتیجه یک آهنربای الکتریکی خواهیم داشت. این آهنربا میتواند فلزات اطراف خود را جذب کند.

آرمیچر متحرک:

آرمیچرقطعه ای فلزی است. این قطعه روی یک پایه یا محور تعبیه می شود. توانایی حرکت و یا چرخش دارد. این قطعه با زبانه‌ی کوچکی که دارد توانایی قطع و وصل کردن اتصال را دارد.

کنتاکت:

این قطعه در داخل ابزارها قرار دارد. هدف آن اتصال ترمینال‌ها به یکدیگر می باشد.

یوک:

یوک نیز یک قطعه فلزی ست. بر روی یک مرکز ثابت می شود. وظیفه آن نگه داشتن آرمیچر موقع ارسال سیگنال جریان به سیم‌پیچ است.

اسپرینگ فنری:

اسپرینگ را به سرهای آرمیچر متصل میکنند. این قطعه به آرمیچر برای حرکت راحتر کمک میکند. اسپرینگ را در صورت تمایل می توانید در رله استفاده نکنید. گاهی جایگزین بعضی قطعات دیگر در رله میشود.

تصویری از قطعات رله

عملکرد رله چگونه است؟

همانطور که در بالا اشاره کردیم. ما یک هسته داریم که حول آن، سیم مسی پیچیده میشود. یک آرمیچر متحرک نیز جز قطعات است. این آرمیچر با یک ستون یا یک پایه‌ی نگه‌دارنده‌ در جای خود حفظ میشود. سردیگرآرمیچر دارای کنتاکت است.این قطعات به شکلی بر سیم پیچ احاطه دارند که اگرجریان برقرار شود، آرمیچر را به سمت خود جذب کند. سرمتحرک آرمیچر،معمولا یک ترمینال مشترک است. زیرا با مدارخارجی نیز اتصال دارد. شاید لازم باشد در زمان سفارش طراحی برد الکترونیکی اصطلاحات را تشریح کنید. رله دو عدد پین، نرمال باز (NO) و نرمال بسته (NC) دارد. پین نرمال بسته به آرمیچر وصل میشود. ولی پین نرمال باز، به جایی اتصال ندارد.

زمانی که جریان برقرار شود. خاصیت آهنربایی در سیم‌پیچ، آرمیچر با هسته‌ی آهنربایی جذب میشود. سپس به سمت آن حرکت میکند. پین نرمال باز متصل شده و تا زمان جاری بودن جریان، اتصال خواهد داشت. زمانی که جریان قطع شود. آرمیچر رها شده و به حالت اولیه برمیگردد. به همین دلیل،  اتصال باز می‌شود.

عملکرد رله

 رله در موقعیت نرمال بسته :

تا زمانی که هیچ ولتاژی به سیم‌پیچ  نرسد.هسته‌ی آهنی، خاصیت مغناطیسی نخواهد داشت. در نتیجه، آرمیچر متحرک را جذب نمیکند. پس در حالت معمولی، آرمیچر بسته است.

رله در موقعیت نرمال باز:

زمانی که ولتاژ با بزرگی کافی به سیم‌پیچ برسد. سیم پیچ میدان مغناطیسی را می سازد. بعد از آن هسنه نیز خاصیت آهنربایی پیدا میکند. آرمیچر درحیطه این جریان قرار دارد. بنابراین به سمت هسته‌ی آهنربایی جذب می شود. پس مکان آن نیز جابه جا میشود. سر متحرک به پین نرمال باز متصل میشود. سپس یک اتصال در مدار خارجی متصل به رله ایجاد میکند. پس موقعیت عملکرد مدارهم تغییر میکند.

 عملکرد مدار خارجی به وضعیت اتصال تحت کنترل رله، بستگی دارد. بنابراین، زمانی که سیم‌پیچ با تغذیه‌ی خوبی شارژ شود. خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و آرمیچر را به سمت خود میکشد.در اتصال نرمال باز، رله بسته است. در زمان قطع سیگنال شارژ کننده‌ی سیم‌پیچ، خاصیت مغناطیسی ، از بین میرود و اتصال باز میشود.

انواع  رله‌ :

علاوه بر رله‌های الکترومغناطیسی، انواع دیگری رله وجود دارند. در زیر با آنها آشنا می شویم.

انواع رله‌ها از لحاظ عملکرد:

رله‌ الکتروترمال :

زمانی که دو ماده با جنس های متفاوت به هم نزدیک شوند یک نوار Bi-metal یا دوفلزی تولید میشود.اگر این قطعه گرم شود، خم میگردد. زیرا ضریب انبساط گرمایی، دو ماده فرق میکند. از این خاصیت برای قطع و وصل کردن ارتباط در این نوع رله استفاده میشود.

رله‌ الکترومکانیکی:

این نوع ، همان رله هایی هستند که بالاتر به تفسیر صحبت کردیم.و با خواص الکترومغناطیسی کار میکنند.

رله‌  جامد:

در این نوع، از قطعات نیمه-رسانا استفاده میشود. توانایی سوییچ‌ کردن آن‌ها قوی تر و سریع تر است. نسبت به دو گروه رله قبلی طول عمر بیشتری دارند.

نمونه ای از یک رله جامد

رله‌ هیبرید یا ترکیبی :

در ساختمان این نوع رله،  ترکیب  قطعات الکترومکانیکی و نیمه رسانا بکار می رود.

انواع رله‌ از لحاظ پلاریتی:

رله‌ قطبی:

این رله شبیه نوع الکترومکانیکی است. اما در ساختار آن‌  از آهنرباهای دائمی و الکترومگنت‌ها هر دو استفاده میشود. حرکت آرمیچر در این حالت وابسته به قطبیت سیگنالی است که به سیم‌پیچ وارد می‌شود. در کاربردهای تلگرافی از این نوع رله‌ها استفاده می‌شود.

رله‌ غیرقطبی :

در این نوع از رله ها، سیم‌پیچ الکترومگنت، قطب های جداگانه ندارد. بنابراین اگر قطبیت سیگنال  معکوس شود.باز هم تغییری ایجاد نمیشود.

ترکیب قطب‌ و حالت‌ در رله:

سوییچ‌ها را از لحاظ قطب‌ ترکیبات مختلف قطب و حالت نیز ترکیب میکنند.یک قطب میتواند، ترمینال ورودی باشد. از طرفی یک حالت میتواند، یک ترمینال خروجی باشد. از این ترکیب گزینه های زیر ایجاد میشود:

۱. تک قطبی – تک حالته :

این نوع دارای، یک قطب و یک حالت است. مسیر عبور سیگنال در هر حالت یا باز و یا بسته است. مانند: کلیدهای فشاری معمولی. زمانی که دکمه  فشرده میشود، اتصال بسته است. زمان رها کردن کلید اتصال باز است.

۲.تک قطبی – دو حالته (SPDT) :

این نوع دارای یک قطب و دو حالت می باشند. یکی از ترمینال‌های خروجی متصل است. همیشه یک مسیر برای عبور سیگنال داریم. مانند سوییچ‌های لغزشی . زبانه متحرک سوییچ به هر سمت که برود، یک مسیر اتصال بسته و یکی باز خواهد شد. مدار همیشه برقرار است تنها مسیرش تغییر میکند.

 ۳.دوقطبی – تک حالته (DPST) :

این نوع دارای دو قطب و یک حالت است. دو مسیر در یک وضعیت قرار دارند. هر دو یا باز هستند و یا بسته. مانند: سوییچ‌های اهرمی

۴. دوقطبی – دو حالته (DPDT):

در این نوع فقط دو قطب وجود دارد. هر دو ، دو مسیر دارند.عمل سوییچینگ برای این قطب‌ها، یکسان است. مانند تریمر استاندارد  DPDT . اگر سوییچ‌ ها در وضعیت ON  باشند. در زمان شارژ شدن مدار و باز شدن سوییچ‌های داخلی،  ارسال سیگنال پایان میابد.

در شکل زیر انواع ترکیب قطب و حالت را مشاهده میکنید:

چهار نوع ترکیب قطب و حالت