رله صنعتی چیست و کاربرد آن

رله صنعتی چیست و کاربرد آن : عملکرد اصلی رله این است که همزمان به عنوان کلید ON و OFF عمل می کند. کاربرد های اصلی رله عبارتند از سوئیچینگ، حسگر، فعال سازی و غیره. در این مقاله ضمن تعریف رله صنعتی و انواع آن، بهترین کاربرد های رله صنعتی و عملکرد رله را خواهید یافت. رله ها از مدارهای الکترونیکی بسیار کوچک تا مدارهای ولتاژ بالا بسیار بزرگ برای اهداف سوئیچینگ، هدف حفاظتی و هدف سنجش استفاده می شوند. بنابراین مقاله کامل را بخوانید تا در مورد رله بیشتر بدانید.

رله صنعتی چیست و کاربرد آن

رله صنعتی چیست؟

رله ها کلید هایی هستند که به صورت الکتریکی کار می کنند که مدار ها را با دریافت سیگنال های الکتریکی از منابع خارجی باز و بسته می کنند. رله‌ های تعبیه ‌شده در محصولات الکتریکی به روشی مشابه کار می ‌کنند. آن ها یک سیگنال الکتریکی دریافت می کنند و با روشن و خاموش کردن سوئیچ، سیگنال را به تجهیزات دیگر ارسال می کنند.

به عنوان مثال، هنگامی که برای تماشای تلویزیون دکمه کنترل از راه دور تلویزیون را فشار می دهید، یک سیگنال الکتریکی به رله داخل تلویزیون ارسال می کند و برق اصلی را روشن می کند. انواع مختلفی از رله ها در بسیاری از کاربرد ها برای کنترل مقادیر مختلف جریان و تعداد مدار استفاده می شود.

کلید قطعه ای است که مدار الکتریکی را خاموش و روشن می کند. در حالی که رله یک کلید الکتریکی است که یک مدار ولتاژ بالا را با استفاده از یک منبع ولتاژ پایین کنترل می کند. یک رله مدار ولتاژ پایین را به طور کامل از مدار ولتاژ بالا جدا می کند.

رله صنعتی چیست؟

ساختار رله صنعتی

رله های صنعتی می توانند شامل چهار نوع پایانه هستند. به طور کلی به یک منبع کم مصرف متصل می شود که مکانیسم سوئیچینگ رله را کنترل می کند. ترمینال مشترک به عنوان خروجی رله عمل می کند و به مداری که نیاز به کنترل دارد وصل می شود. ترمینال های NO، همان طور که از نامشان پیداست، به طور پیش فرض باز هستند تا زمانی که رله فعال شود، در حالی که پایانه های NC تا زمانی که رله فعال شود، بسته می شوند و در این مرحله باز می شوند.

در داخل رله دو مدار وجود دارد. یکی به یک هسته آهنی متصل است و توسط یک سیم پیچ کنترل احاطه شده است، در حالی که دیگری منبع تغذیه رله را به بار متصل می کند.

ساختار رله صنعتی

رله صنعتی چگونه کار می کند؟

عملکرد رله ها با استفاده از القای الکترومغناطیسی برای به کار انداختن رله، سیم پیچی که هسته رله را احاطه کرده است، انجام شده و توسط برق منبع تغذیه ای که آن را کنترل می کند، انرژی می گیرد. همان طور که رله انرژی می گیرد، میدان مغناطیسی ایجاد می کند که کنتاکت را جذب می کند و مدار داخل رله را تکمیل می کند. با این کار بار کنترل شده روشن یا خاموش می شود. همچنین برای کسب اطلاع درباره رله الکترونیکی میتوانید مقاله : انواع رله الکترونیکی را مطلاعه نمایید.

رله صنعتی چگونه کار می کند؟

انواع رله صنعتی و طبقه بندی

رله ها انواع مختلفی دارند و با توجه به خواصشان به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. هر یک از این نوع رله ها برای کاربرد خاصی استفاده می شود و لازم است قبل از استفاده در هر مداری رله مناسب را انتخاب کنید. برای آشنایی بیشتر با رله های صنعتی، انواع رله ها و کاربرد هر یک را با بررسی مزایا و معایب در ادامه آورده شده است. انواع رله صنعتی و طبقه بندی آن ها به شرح زیر است.

1. رله مکانیکی
2. رله حالت جامد
3. رله هیبریدی
4. رله Reed
5. رله الکتروترمال
6. پلاریزه و غیر پلاریزه

انواع رله صنعتی و طبقه بندی

رله مکانیکی

رله های مکانیکی ابتدایی ترین نوع رله هستند. آن ها با استفاده از سیم پیچ الکترومغناطیسی استاندارد که می تواند تماس متحرک را دستکاری کند، کار می کنند. با این حال، این حرکت فیزیکی می تواند بیشتر طول بکشد و منجر به قوس داخلی شود که می تواند در طول زمان رله را تخریب کند.

این نوع رله دارای کنتاکت هایی است که به صورت مکانیکی برای باز و بسته شدن توسط نیروی مغناطیسی فعال می شوند تا سیگنال ها، جریان ها و ولتاژ ها را روشن یا خاموش کنند. هنگامی که سیم پیچ انرژی می گیرد، یک میدان مغناطیسی تولید می کند. این میدان مغناطیسی آرمیچر را جذب می کند. هنگامی که سیم پیچ برق گرفت، میدان مغناطیسی سیم پیچ شل می شود و یک فنر آرمیچر را به موقعیت عادی خود می برد.

این رله های الکترومکانیکی که با نام رله EMR نیز شناخته می شوند، برای منبع AC یا DC بسته به برنامه ای که برای آن استفاده می شود طراحی شده است. ساختار رله AC و DC  با داشتن تفاوت جزئی در ساخت کویل آن با یکدیگر متفاوت است.

سیم پیچ DC دارای یک دیود آزاد برای محافظت در برابر EMF پشتی و قطع انرژی سیم پیچ است. عیب اصلی رله EMR این است که کنتاکت های آن در هنگام شکستن قوس تولید می کنند که منجر به افزایش مقاومت آن در طول زمان و کاهش طول عمر رله می شود.

رله مکانیکی

رله حالت جامد

برخلاف رله های مکانیکی، این نوع رله هیچ کنتاکت متحرکی ندارد اما در عوض از عناصر نیمه هادی و سوئیچینگ الکتریکی مانند triac و MOS FET استفاده می کند. با عملکرد این مدار های الکترونیکی، سیگنال ها، جریان ها و ولتاژ ها به صورت الکترونیکی روشن یا خاموش می شوند.

هنگامی که ورودی کنترل به یک رله حالت جامد اعمال می شود، یک LED روشن می شود که نور مادون قرمز تولید می کند. این نور توسط یک دستگاه نیمه هادی حساس به نور دریافت می شود که سیگنال نور را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند و مدار را سوئیچ می کند.

این رله ها که با نام SSR  شناخته می شوند، با سرعت نسبتاً بالا کار می کند و در مقایسه با رله EMR مصرف برق بسیار کمی دارد. طول عمر بیشتری دارد زیرا هیچ تماس فیزیکی برای سوختن وجود ندارد. نقطه ضعف اصلی رله SSR افت ولتاژ نامی آن در نیمه هادی است که انرژی را به شکل گرما هدر می دهد.

رله حالت جامد

رله هیبریدی

رله های هیبریدی با استفاده از رله های SSR و EMR ساخته می شوند. همان طور که می دانیم SSR انرژی را به صورت گرما هدر می دهد و EMR مشکل قوس تماسی دارد. رله هیبریدی از هر دو SSR و EMR برای غلبه بر معایب خود استفاده می کند.

در رله هیبریدی از SSR و EMR به صورت موازی استفاده می شود. مدار کنترل رله ابتدا برای سوئیچینگ SSR استفاده می شود. SSR جریان بار را می گیرد. بنابراین مشکل قوس دهی را برطرف می کند. سپس مدار کنترل به سیم‌ پیچ EMR انرژی می ‌دهد و تماس آن بسته می‌شود، اما از آنجایی که SSR بار را به ‌طور موازی می ‌گیرد، قوس وجود ندارد.

پس از مدتی، هنگامی که کنتاکت EMR ته نشین شد، ورودی کنترل SSR حذف می شود. EMR کل جریان بار را بدون تلفات هدایت می کند. از آنجایی که جریان SSR پرتابی وجود ندارد و EMR کل بار را می گیرد، هیچ اتلاف توان به شکل گرما وجود ندارد. بنابراین، مشکل گرما را نیز از بین می برد.

رله Reed

رله Reed از یک سوئیچ و یک سیم پیچ الکترومغناطیسی با یک دیود برای EMF پشتی تشکیل شده است. رله‌ های Reed نیز بر اساس الکترومکانیکی در هسته خود کار می‌کنند، اما از طراحی اصلاح‌ شده برای کاهش یا حذف مشکلات رایج EMR استفاده می‌کنند.  یک سوئیچ Reed از دو تیغه فلزی ساخته شده از مواد فرو مغناطیسی تشکیل شده است که در یک لوله شیشه ای مهر و موم شده اند تا از تیغه های فلزی پشتیبانی کند. شیشه با گاز بی اثر پر شده است.

رله Reed

هنگامی که سیم پیچ انرژی می گیرد، تیغه های فلزی فرومغناطیسی یکدیگر را جذب می کنند و یک مسیر بسته را تشکیل می دهند. از آنجایی که هیچ آرمیچر متحرکی وجود ندارد، بنابراین مشکل ساییدگی تماسی وجود ندارد. لوله شیشه ای نیز با گاز بی اثر پر شده است که عمر آن را نیز افزایش می دهد. با این حال، آن ها کندتر هستند و نمی توانند به اندازه سوئیچ های SSR جریان بالایی را تحمل کنند.

رله الکتروترمال

یک رله الکتروترمال از نوار دو فلزی (ساخته شده از دو فلز با ضرایب انبساط حرارتی متفاوت) ساخته شده است. هنگامی که جریان از طریق هادی عبور می کند، گرما تولید می کند. به همین دلیل دمای نوار دو فلزی افزایش یافته و منبسط می شود.

فلزی که ضریب انبساط حرارتی بالایی دارد نسبت به فلز دیگر منبسط می شود. به همین دلیل نوار خم می شود و کنتاکت ها را می بندد تا معمولاً مدارانتقال فعال شود. این رله ها که با نام رله های حرارتی شناخته می شوند، معمولا برای حفاظت موتور الکتریکی استفاده می شوند.

رله الکتروترمال

رله پلاریزه و غیر پلاریزه

رله پلاریزه از آهنربای دائمی با آهنربای الکتریکی استفاده می کند. آهنربای دائمی موقعیت ثابتی را برای آرمیچر فراهم می کند. سیم پیچ الکترومغناطیسی موقعیت آرمیچر را در مورد یک محور ثابت تغییر می دهد. موقعیت آرمیچر به قطبیت ورودی کنترل بستگی دارد.

رله غیر پلاریزه از آهنرباهای دائمی استفاده نمی کند و سیم پیچ آن ها را می توان به هر دو روش بدون تأثیر بر عملکرد آن انرژی داد. برخی از رله های دارای دیود های EMF پشتی دارای قطبیت هستند. زیرا در صورت معکوس شدن اتصال، دیود سیم پیچ را دور می زند.

کاربرد رله صنعتی

هدف اصلی یک رله محافظت از سیستم الکتریکی در برابر ولتاژ یا جریان بیش از حد است و امکان عملکرد ایمن هر تجهیزاتی را که به آن متصل می شود، می دهد. آن ها معمولاً در کاربرد های مختلفی یافت می شوند، از مصارف تجاری و صنعتی گرفته تا محصولات خانگی و مصرفی.

این ها شامل سیستم های کنترل روشنایی، سیستم های حفاظتی برای الکترونیک، رابط های کامپیوتری، لوازم حساس، کنتاکتور های فرمان، موتور های کنترل، مخابرات و غیره می باشد. رله های صنعتی در کاربرد های متنوعی مورد استفاده قرار می گیرند. این موارد عبارتند از:

• رله ها برای جداسازی مدار ولتاژ پایین از مدار ولتاژ بالا استفاده می شوند.
• آن ها برای کنترل چندین مدار استفاده می شوند.
• آن ها هم چنین به عنوان تعویض خودکار استفاده می شوند.
• ریز پردازنده ها از رله ها برای کنترل بار الکتریکی سنگین استفاده می کنند.
• رله های اضافه بار برای محافظت از موتور در برابر اضافه بار و خرابی الکتریکی استفاده می شوند.

کاربرد رله صنعتی

تفاوت های اصلی بین قطع کننده مدار و رله صنعتی

رله کلیدی است که به عنوان دستگاه سنجش و کنترل استفاده می شود و کنتاکت ها را به صورت الکترونیکی یا الکترومکانیکی می سازد و می بندد. هم چنین رله به عنوان یک وسیله حفاظتی استفاده می شود که سیگنال خطا را حس می کند و به قطع کننده مدار می فرستد که بر اساس اطلاعات ارائه شده توسط رله تصمیم به ایجاد یا قطع مدار می گیرد.

سیم پیچ برق دار که با نام آرمیچر شناخته می شود، به عنوان بخش متحرک به کنتاکت های رله متصل می شود. در حالی که سیم پیچ استاتیک میدان الکترومغناطیسی مورد نیاز را برای آرمیچر برای ایجاد یا بستن کنتاکت ها برای حفاظت مدار تولید می کند.

قطع کننده مدار وسیله ای کنترل کننده و محافظ است که در صورت وجود شرایط عادی و خطا مانند اتصال کوتاه و جریان بیش از حد و غیره، مدار را به صورت دستی یا خودکار قطع و وصل می کند. سیگنال سوئیچ الکترومکانیکی کنتاکت ها را باز می کند و مدار را در صورت جریان بیش از حد مانند شرایط اضافه بار و اتصال کوتاه محافظت می کند.

چگونه از رله ها برای برنامه های کاربردی دنیای واقعی استفاده کنیم؟

حال اجازه دهید در مورد استفاده از رله های الکترومغناطیسی رایج در بازار برای دستیابی به عملیات مدار های مختلف از طریق چهار کاربرد صحبت کنیم. شما می توانید بر اساس نیاز برنامه خود از این  نوآوری کنید. این به دلیل ماهیت همه کاره رله های الکترومغناطیسی امکان پذیر است، زیرا این رله ها در هر مداری قرار می گیرند. کاربرد رله های صنعتی در دنیای واقعی شامل موارد زیر است:

1. کنترل هوشمند علائم ترافیکی (با استفاده از رله SPST)
2. کنترل بر اساس دما فن رومیزی (با استفاده از رله SPDT)
3. کشاورزی (با استفاده از رله DPST)
4. وسیله نقلیه زمینی بدون سرنشین برای محیط های غیرانسانی (با استفاده از رله DPDT)

کنترل هوشمند علائم ترافیکی (با استفاده از رله SPST)

کنترل علائم ترافیکی را می توان با استفاده از داده های به دست آمده از سنسور های لرزش در چهار راه ها انجام داد. رله‌ های SPST به‌ عنوان سوئیچ ‌های ساده برای کنترل سیگنال‌ های قرمز، زرد و سبز عمل می ‌کنند که روی منبع تغذیه بالا تر کار می‌ کنند.

کنترل بر اساس دما فن رومیزی (با استفاده از رله SPDT)

نحوه کنترل سرعت فن رومیزی که روی منبع AC 230 ولت کار می کند با استفاده از رله های صنعتی امکان پذیر است. سرعت موتور های DC یا فن ها را می توان با استفاده از پتانسیومتر ساده یا سیگنال های مدوله شده با عرض پالس (PWM) کنترل کرد. برای معادل های AC، کنترل را می توان با استفاده از مقاومت های قدرت یا دستگاه های نیمه هادی قدرت انجام داد.

یک مقاومت قدرت می تواند توان نامی روی آن را تحمل کند. مقاومت قدرت نشان داده شده از 120 اهم تا 60 اهم تا 0 اهم متغیر است. بسته به دما، می توان یک رله SPDT را روشن کرد تا مقاومتی معادل 120 اهم یا 60 اهم در مدار ایجاد کند که منجر به سرعت های مختلف فن می شود.

کشاورزی (با استفاده از رله DPST)

با استفاده از رله های صنعتی می توان نحوه آبیاری مزرعه را با توجه به محتوای آب در خاک کنترل کرد. نرم افزار آردوینو با استفاده از رله DPST، میزان زمان و در نتیجه میزان آب پمپ شده در میدان را تعیین می کند. آژیر به صورت موازی به صدا در می آید تا وضعیت پمپ را نشان دهد. این نرم افزار در صرفه جویی در مصرف آب مفید است.

وسیله نقلیه زمینی بدون سرنشین برای محیط های غیرانسانی (با استفاده از رله DPDT)

نحوه کنترل یک وسیله نقلیه زمینی ساده بدون سرنشین (UGV) را می توان یکی از موارد کاربرد رله ها عنوان کرد. جهت چرخش یک موتور DC با تغییر قطبیت های ولتاژ ورودی کنترل می شود. سنسوری مانند سنسور اولتراسونیک موانع را مشاهده می کند و تصمیم می گیرد که به جلو یا عقب حرکت کند. رله DPDT دارای دو کلید است که توسط یک سیگنال تحریک کنترل می شوند. کلید هایی با قطبیت 12 ولت برای موتور موجود است که جهت حرکت UGV بر این اساس تغییر می کند.

این موارد روش ‌های مناسبی را برای استفاده از رله‌ ها برای تولید برنامه‌ های کاربردی در دنیای واقعی نشان می ‌دهند. تمامی مدل های رله ها همان عملیات سوئیچینگ را انجام می دهند. رله های الکترومغناطیسی به راحتی برای هر ولتاژ یا هر وسیله ای قابل اجرا هستند و از این رو، باید به مردم در نشان دادن موفقیت آمیز پروژه های محیطی، پزشکی، نظامی، کشاورزی، اجتماعی، خودرو، هوانوردی و سایر کاربرد ها کمک کنند.