سلام دوستان من. امیدوارم که اوقات خوشی داشته باشید. امروز در رابطه با رله‌ها توضیح خواهیم‌داد. کافیست در گوگل کلمه‌ی "رله " را سرچ کنید. خواهید دید که مطالب بسیاری راجع‌به این قطعه برای شما نمایش داده می‌شود. اما آیا همه‌ی آن‌ها کامل، جامع و دسته‌بندی شده هستند؟ من به شما اطمینان می‌دهم که این پست تمام آنچه را که درمورد رله نیاز دارید، به شما آموزش می‌دهد. پس با ما همراه باشید.
رله چیست؟
تعاریف بسیار زیاد و البته پیچیده‌ای وجود دارد. به زبان ساده بخواهیم بگوییم، رله یک سوئیچ الکتریکی است که با توجه به نوع آن، سبب تغییراتی در ولتاژ، فرکانس، جریان و ... می‌شود. رله‌ها برای اولین بار در مدارهای تلگراف از راه دور به عنوان تکرارکننده‌های سیگنال استفاده شدند. آن‌ها سیگنال وارد شده از یک مدار را برروی مدار دیگر انتقال می‌دادند که با این کار نیروی تازه‌ای به آن بخشیده می‌شد. از رله‌ها به‌طور گسترده در مراکز تلفن و رایانه‌های اولیه برای انجام عملیات منطقی استفاده می‌شد. رله‌ها برای کنترل مدار توسط یک سیگنال کم مصرف مستقل یا زمانی که چندین مدار باید توسط یک سیگنال کنترل شوند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. از رله‌هایی با خصوصیات عملکردی کالیبره‌شده و گاهی اوقات از سیم‌پیچ‌های چندگانه، برای محافظت از مدارهای الکتریکی در برابر اضافه‌بار یا خطا استفاده می‌شود. در سیستم‌های الکتریکی مدرن این عملکردها توسط ابزارهای دیجیتالی انجام می‌شود که هنوز هم رله‌های محافظ نامیده می‌شوند.
جهت مشاهده‌ی شماتیک این قطعه اینجا کلیک کنید.
کاربردهای رله
1. از رله‌ها برای جداسازی مدار ولتاژ پایین از مدار ولتاژ بالا استفاده می‌شود.
2. آن‌ها برای کنترل چندین مدار و همچنین برای تغییر خودکار استفاده می‌شود.
3. ریزپردازنده‌ها از رله‌ها برای کنترل بار الکتریکی سنگین استفاده می‌کنند.
۴. رله‌های اضافه بار برای محافظت از موتور در برابر اضافه بار و خرابی برق استفاده می‌شوند.
۵. رله‌ها همچنین در تمامی چراغ‌های راهنمایی، پمپ کولر و به‌طور کلی تمامی پمپ‌ها، وسایل منزل نظیر لباس‌شویی، یخچال، شوفاژ و ...، انواع فیوزها، انواع دزدگیر و ... مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ساختار رله
یک رله‌ی ساده از یک سیم‌پیچ که در اطراف یک هسته آهن نرم (SOLENOID) قرار دارد و یک یوغ آهنی تشکیل شده است. این یوغ یک مسیر باریکی برای عبور شار مغناطیسی، آرمیچر آهنی متحرک و مجموعه‌ای از اتصالات فراهم می‌کند. آرمیچر به یوغ وصل شده و به صورت مکانیکی به یک یا چند مجموعه از اتصالات متحرک متصل می‌شود. آرمیچر توسط یک فنر در جای خود نگه داشته می‌شود تا وقتی رله انرژی کم می‌کند، در مدار مغناطیسی شکاف هوا ایجاد شود.
برای آگاهی بیشتر از ساختار اصلی و قطعات داخلی رله، شکل زیر نمای داخلی یک رله را به وضوح نشان می‌دهد. بیایید راجع‌به تک‌تک آن‌ها بحث کنیم.
ترمینال‌های رله
به‌طور کلی، چهار نوع ترمینال در یک رله وجود دارد.
ترمینال‌های ورودی یا سیم‌پیچ
دو ترمینال ورودی در رله وجود دارد که مکانیزم سوئیچینگ آن را کنترل می‌کنند. یک منبع تغذیه‌ی کم به این ترمینال‌ها متصل شده و رله را فعال و غیرفعال می‌کند. منبع می‌تواند بسته به نوع رله AC یا DC باشد.
COM یا ترمینال مشترک
COM به ترمینال مشترک رله اشاره دارد. این ترمینال خروجی رله است که در انتهای آن یک انتهای مدار بار متصل شده‌است. این ترمینال بسته به وضعیت رله با هر دو ترمینال دیگر ارتباط داخلی دارد.
ترمینال NO
NO یا NORMALLY OPEN نیز یک ترمینال بارگذاری‌کننده رله است که در صورت فعال نبودن رله، باز می‌ماند. با فعال شدن رله، ترمینال NO با ترمینال COM بسته می‌شود.
ترمینال NC
NC یا NORMALLY CLOSED یکی دیگر از پایانه‌های بار رله است. این ترمینال به‌طور معمول در صورت عدم وجود ورودی کنترل به ترمینال COM رله متصل می‌شود. هنگامی که رله فعال می‌گردد، ترمینال NC از ترمینال COM جدا می‌شود و تا زمانی که رله غیرفعال شود، باز می‌ماند.
قطب و پرتاب
قطب‌ها به کلیدهای داخل رله اشاره می‌کنند. درواقع به تعداد کلیدهای داخل رله قطب‌های رله گفته می‌شود. همچنین به تعداد مدارهای کنترل‌شده درهر قطب، پرتاب یک رله گفته می‌شود.
رله‌ها چگونه کار می‌کنند؟
یک رله‌ی SPDT (تک قطب دو پرتاب) را فرض کنید.
وقتی منبع تغذیه‌ای وجود نداشته باشد، رله غیرفعال است و موقعیت قطب آن در ترمینال NC باقی می‌ماند که اتفاقا در مورد فوق ترمینال بالایی است. این منجر به یک مسیر کوتاه الکتریکی بین ترمینال COM و ترمینال NC می‌شود. بنابراین اجازه می‌دهد تا جریان از طریق مدار متصل به ترمینال NC و COM عبور کند. هنگامی که رله با استفاده از منبع ولتاژ کم روشن می‌شود، قطب رله به ترمینال NO تغییر مکان می‌دهد. بنابراین ترمینال NC باز و ترمینال COM بسته می‌شود. پس از آن، اجازه می‌دهد تا جریان از طریق مدار متصل به ترمینال NO و COM عبور کند.
انواع رله
انواع مختلفی از رله‌ها وجود دارد. آن‌ها باتوجه به ویژگی‌هایشان طبقه‌بندی می‌شوند. هرکدام از این رله‌ها کاربرد خاص خود را دارند، بنابراین لازم است قبل از استفاده در هر مداری، ابتدا هدف و سپس نوع رله مورد نیازتان را انتخاب کنید.
دسته‌بندی براساس قطب و پرتاب
رله‌های زیر براساس تعداد قطب‌ها و پرتاب‌ها به داخل رله طبقه‌بندی می‌شوند.
رله‌ی SPST
SPST به رله‌ی تک پرتاب تک قطبی اشاره دارد. تک قطبی به این معنی است که می‌تواند فقط یک مدار را کنترل کند. درحالی‌که تک پرتاب به این معنی است که قطب آن فقط یک موقعیت دارد که در آن می‌تواند هدایت کند. به تصویر زیر دقت فرمایید.
رله‌ی SPDT
SPDT به رله‌ی دو پرتاب تک قطبی اشاره دارد. پرتاب مضاعف به این معنی است که قطب آن دارای دو موقعیت است که می‌تواند در آن هدایت کند.
این رله دارای دو حالت است و در هر حالت، یک مدار آن بسته و دیگری باز است.
رله‌ی DPST
DPST به پرتاب دو قطب تکی اشاره دارد. دو قطب به این معنی است که می‌تواند دو مدار را کاملا جداگانه کنترل کند. این رله می‌تواند به‌طور هم‌زمان مدار بسته یا مدار باز را فراهم کند.
رله‌ی DPDT
DPDT به دو پرتاب دو قطب اشاره دارد. معنا و مفهوم دو قطب و دو پرتاب در رله‌های بالا گفته شده است.
دسته‌بندی بر اساس شکل و فرم
رله‌ها براساس شکل و پیکربندی نیز طبقه‌بندی می‌شوند.
رله‌ی فرم A
"فرم A" یک رله‌ی SPST با حالت پیش‌فرض معمولا باز (NO) است.
دارای ترمینال NO می‌باشد که مدار را هنگام فعال شدن رله متصل و هنگام غیرفعال شدن رله، مدار را قطع می‌کند.
رله‌ی فرم B
رله‌ی فرم B رله‌ی SPST با حالت پیش‌فرض معمولا بسته (NC) است.
ترمینال NC مدار را درحالی که رله غیرفعال است، متصل می‌کند و با فعال شدن رله، مدار قطع می‌گردد.
رله‌ی فرم C
رله‌ی فرم C رله‌ی SPDT با پایانه‌های NC و NO است.
همان‌طور که گفته شد، این نوع از رله‌ها می‌توانند دو مدار را کنترل کنند و درحالی که یکی از مدارها باز است، دیگری بسته باشد. این رله‌ها به عنوان "رله‌های شکست قبل از تماس" نیز شناخته می‌شوند.
رله‌ی فرم D
رله‌ی فرم D نیز یک رله‌ی SPDT می‌باشد و همان اصل رله‌ی فرم C را دارد با این تفاوت که آن‌ها ابتدا تماس و سپس شکست را ایجاد می‌کنند. از این رله برای عدم ایجاد اختلال در تداوم مدار استفاده می‌شود.
دسته‌بندی براساس اصول عملیاتی
رله‌های زیر براساس اصول عملیاتی خود دسته‌بندی می‌شوند.
EMR (رله‌ی الکترومکانیکی)
این نوع رله دارای سیم‌پیچ الکترومغناطیسی و یک تماس متحرک مکانیکی است. هنگامی که سیم‌پیچ فعال می‌شود، یک میدان مغناطیسی تولید می‌کند. این میدان مغناطیسی آرمیچر (تماس متحرک) را به خود جلب می‌کند. هنگامی که سیم‌پیچ از انرژی خارج می‌شود، میدان مغناطیسی سست، سیم‌پیچ و فنر آرمیچر را در موقعیت طبیعی خود جمع می‌کند.
رله‌ی EMR بسته به نوع کاربردی که دارد برای منبع AC یا DC طراحی شده‌است. ساختار رله‌های AC و DC تنها کمی در سیم‌پیچ خود با یک‌دیگر متفاوت است. سیم‌پیچ DC دارای یک دیود برای محافظت در بربر EMR پشتی و از بین بردن انرژی سیم‌پیچ است. قطبیت منبع در رله‌ی EMR اهمیتی ندارد چرا که از هر جهت به سیم‌پیچ نیرو می‌دهد. دقت کنید که اگر دیود EMR پشتی نصب شده‌باشد، باید قطبیت را درنظر گرفت. اصلی‌ترین عیب رله‌ی EMR این است که هنگام شکستن، تماس‌های آن قوس تولید می‌کنند که منجر به افزایش مقاومت آن در طول زمان و کاهش طول عمر رله می‌شد.
SSR (رله‌ی حالت جامد)
رله‌ی SSR به جای قطعات مکانیکی از نیمه‌هادی‌ها ساخته شده‌است و با استفاده از یک مدار اتصال ولتاژ بالا می‌تواند مدار ولتاژ پایین را از مدار ولتاژ بالا جدا کند.
وقتی ورودی کنترل به یک رله‌ی حالت جامد اعمال می‌شود، یک LED روشن می‌گردد که نور مادون‌قرمز تولید می‌کند. این نور توسط یک دستگاه نیمه‌هادی حساس به نور دریافت می‌شود که سیگنال نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و مدار را روشن می‌کند. SSR در مقایسه با رله‌ی EMR با سرعت نسبتا بالایی کار می‌کند و مصرف برق بسیار کمی دارد. طول عمر آن بیشتر است زیرا هیچگونه تماس فیزیکی برای سوختن وجود ندارد. عیب اصلی رله‌ی SSR افت ولتاژ اسمی آن در سطح نیمه‌هادی است که باعث هدر رفتن نیرو به صورت گرما می‌شود.
رله‌ی ترکیبی
رله‌های ترکیبی با استفاده از هر دو رله‌ی SSR و EMR ساخته می‌شوند. همان‌طور که گفته‌شد، SSR انرژی را به صورت گرما هدر می‌دهد و EMR نیز دارای مشکل قوس تماس است. رله‌ی ترکیبی برای غلبه بر معایب خود از SSR و EMR استفاده می‌کند.
رله‌ی REED
رله‌ی REED از یک سوئیچ REED و یک سیم‌پیچ الکترومغناطیسی با دیود برای EMF عقب ساخته شده‌است. یک سوئیچ REED از دو تیغه‌ی فلزی تشکیل شده‌است که از ماده‌ی فرومغناطیسی بسته شده و در یک لوله‌ی شیشه‌ای مهر و موم شده است و نیز تیغه‌های فلزی را پشتیبانی می‌کند. لیوان با گاز بی‌اثر پر شده‌است.
هنگامی که سیم‌پیچ فعال می‌شود تیغه‌ها فلزی فرومغناطیسی یک‌دیگر را به خود جلب کرده و مسیری بسته را تشکیل می‌دهند. از آن‌جا که هیچ آرمیچر متحرکی وجود ندارد بنابراین مشکل فرسودگی تماس نیز وجود ندارد. لوله‌ی شیشه‌ای نیز با گاز بی‌اثر پر شده‌است که عمر آن را نیز طولانی می‌کند.
رله‌ی حرارتی
یک رله‌ی حرارتی از نوار دو فلزی (ساخته شده از دو فلز با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت) تشکیل شده‌است.
وقتی جریان از طریق هادی عبور می‌کند، گرما تولید می‌شود. به همین دلیل دمای نوار دو فلزی افزایش و حجم آن گسترش می‌یابد. فلز با ضریب انبساط حرارتی بالا بیشتر از فلز دیگر منبسط می‌شود. به همین دلیل نوار، تماس‌ها را خم و بسته می‌کند تا مدارهای سفر لغزش فعال شوند. از رله‌های حرارتی معمولا برای محافظت از موتور الکتریکی استفاده می‌شود.
پروژه
در قسمت‌های بالا همه چیز را درمورد رله دانستیم. حال بیایید یک پروژه‌ی ساده با ماژول رله و برد آردوینو انجام دهیم.
با ترمینال‌های موجود بر روی رله آشنا هستید. تعداد قسمت IN بسته به تعداد کانال‌های رله دارد. در این پروژه ما از رله‌ی چهار کاناله استفاده می‌کنیم. درنتیجه تعداد INها، چهار عدد می‌باشد.
قطعات مورد نیاز در این پروژه
· برد بورد
· سیم جامپر
· برد آردوینو UNO
· پتانسیومتر
· LED
· مقاومت ۳۳۰ اهم
· رله‌ی چهار کاناله
توجه: در این پروژه از کد پروژه‌ی LED چشمک‌زن استفاده کرده‌ایم. برای اطلاعات بیشتر از این کد، اینجا کلیک کنید.
طبق تصویر بالا، قطعات را بهم وصل کرده و کد زیر را بر روی برد آپلود می‌کنیم.
int relay = 8; //قرار دادن پایه ۸ برای رله
int pot; //معرفی متغیر POT
void setup() {
pinMode(relay,OUTPUT); //تنظیم پایه مربوط به رله به عنوان خروجی
Serial.begin(9600); // شروع کنسول سریال و تنظیم سرعت آن روی 9600
}
void loop() {
pot = analogRead(1); // خواندن ورودی آنالوگ و ذخیره آن روی متغیر POT
if(pot>500) // در صورت برقرای شرط یعنی متغیر POT برابر ۵۰۰ باشد
digitalWrite(relay,1); // رله را روشن کن
else // در صورت عدم برقراری شرط
digitalWrite(relay,0); // رله را خاموش کن
Serial.print("pot = "); // نمایش رشته "POT ="
Serial.println(pot); // نمایش مقدار POT
}
مشاهده می‌کنید که هنگامی که رله قطع است، LED روشن و هنگامی که رله وصل است، LED خاموش است. این به این دلیل است که از پایه‌ی NC در رله استفاده کرده‌ایم.
امیدوارم از پست امروز نهایت استفاده را برده باشید.