رله و انواع ان

رله یک سوئیچ الکترونیکی که تحت کنترل سایر مدارات الکترونیکی باز و بسته می شود. در اصل سوئیچ با یک آهنربای مغناطیسی برای باز و بسته کردن یک یا چند اتصال عمل می کند. این وسیله توسط "جوزف هنری" (Joseph Henry) در سال 1835 اختراع شد. چون رله می تواند مدار خروجی پر قدرتی را نسبت به مدار ورودی کنترل کند می توان آنرا به عنوان نوعی تقویت کننده در نظر گرفت.
محتویات
1- عملیات
2- انواع رله
2-1- Latch
2-2- Reed
2-2-1- Mercury-wetted
2-3- Polarized
2-4- Machine tool
2-5- Contactor
2-6- Solid state contactor
2-7- Buchholz
2-8- Forced-guided contacts
2-9- Solid-state
2-10- Overload protection
3- قطب و لولا
4- کاربردها
5- انتخاب یک رله
6- رله حفاظتی
7- رله جریان بالا
8- منابع
عملیات
وقتی جریان از سیم پیچ عبور می کند، میدان مغناطیسی حاصله یک میله فلزی را که به طور مکانیکی به یک اتصال متصل شده است، را جذب می کند. این حرکت موجب اتصال یا قطع یک اتصال با یک اتصال ثابت می شود. وقتی جریان قطع می شود، میله فلزی با نیروی تقریبی نصف قدرت میدان مغناطیسی به محل اولیه خود بر می گردد. معمولا این نیرو توسط یک فنر (spring) تامین می شود، البته از نیروی گرانش (gravity) نیز در موتورهای استارتر صنعتی ممکن است استفاده شود. اغلب رله ها برای عملیات سریع ساخته می شوند. در کاربردهای ولتاژ پائین، کاهش نویز دارای اولویت بیشتری است و در کاردهای ولتاژ بالا کاهش قوس الکتریکی اولویت بیشتری دارد.
اگر انرژی سیم پیچ توسط DC تامین شود، خیلی اوقات یک دیود به دوسر سیم پیچ متصل می شود تا انرژی حاصل از میدان مغناطیسی را به هنگام قطع مصرف و یا به عبارتی پراکنده کند، که می تواند یک ضربه ولتاژ باشد و به سایر قسمتهای مدار ضربه بزند. اگر سیم پیچ برای کار با AC طراحی شده باشد، یک حلقه مسی در انتهای سیم پیچ، تابیده می شود. این حلقه(shading ring) یک جریان غیر هم فاز تولید می کند که کشش میله فلزی را در سیکلهای AC افزایش می دهد. یعنی هنگامی که جریان AC مقدار مینیمم خود را دارد این سیم با یک اختلاف فاز نسبت به آن دارای مقداری جریان است که می تواند میله را به سمت سیم پیچ نگه دارد و در غیر این صورت میله در هر سیکل از سیم پیچ جدا و دوباره متصل می شود و موجب ضربه زدن به سایر قسمتهای مدار می شود.
به تشابه با عملیات کارکرد رله مغناطیسی، خواهید دید که در رله های حالت جامد از تریستور یا سایر سوئیچهای حالت جامد استفاده می شود. برای رسیدن به ایزولاسیون الکتریکی از(light-emitting diode) یعنی LED با یک ترانزیستور نوری استفاده می شود.
انواع رله
Latching relay
این رله دو حالته(bistable) است. بعضی مواقع آنها را "Keep Relay" نیز می نامند. وقتی جریان قطع می شود، رله در حالت قبلی خود باقی می ماند. این عملیات توسط یک سیم پیچی استوانه ای، یک ضامن و بادامک و یا در حالت دیگر با دو سیم پیچ متقابل با یک فنر یا یک آهنربای دائمی و در حالتی دیگر توسط یک هسته با پسماند مغناطیسی (remnant core) برای نگه داشتن میله فلزی در جای خود هنگامیکه جریان قطع است، صورت می گیرد. در مثال ضامن و بادامک، با پالس اول رله روشن و با پالس بعدی خاموش می شود. در مثال دو سیم پیچ، پالس به یک سیم پیچ رله را روشن و با دادن پالس به رله متقابل (مخالف) رله خاموش می شود. این نوع رله دارای این مزیت است که توان را فقط در لحظه سوئیچ مصرف می کند و در حالت قبلی خود با توان ثابت خروجی باقی می ماند.
Reed relay
این رله دارای دسته ای اتصالات داخل خلاء یا لوله شیشه ای پر شده از گاز بی اثر است، که از اتصالات در مقابل فساد تدريجى در اثر مجاورت با هوا (atmospheric corrosion) حفاظت می کند. اتصالات با میدان مغناطیسی حاصل از سیم پیچ که دور لوله بسته شده، بسته می شوند. این رله ها دارای سرعت بیشتری نسبت به رله های معمول هستند.
Mercury-wetted relay
این رله نیز نوعی Reed Relay است که اتصالات آن به جیوه آغشته شده (mercury-wetted) است. اینچنین رله هائی برای سوئیچ کردن سیگنالهائی با ولتاژ پائین(یک ولت یا کمتر) به کار می روند استفاده می شوند، زیرا دارای مقاومت کم در اتصالات هستند. همچنین بدلیل جلوگیری جیوه از پرش های زائد، در شمارنده های سرعت بالا و وسایل زمان سنجی نیز کاربرد دارد. این رله به موقعیتش حساس است(position-sensitive) و باید به طور عمودی نصب شود تا درست کار کند. بدلیل سمیت و هزینه جیوه مایع، این نوع رله ها بندرت برای تجهیزات جدید استفاده می شوند.

Polarized relay
رله قطبی میله فلزی را بین قطبهای یک آهنربای دائم قرار می دهد تا حساسیت را افزایش دهد. رله های قطبی در اواسط قرن 21 در ارتباطات تلفنی برای آشکار سازی پالسهای ضعیف و تصحیح اعوجاج تلگرافی استفاده می شد. قطبها روی پیچهائی قرار داشتند که تکنسین ها می توانستند آنها را برای حساسیت بالا تنظیم کنند و سپس یک مقدار بایاس را برای جریان بحرانی به آنها اعمال می کردند که رله باید با آن کار کند.
Machine tool relay
این رله ها برای کنترل صنعتی ماشینها، ماشینهای انتقال و کنترل ترتیبی استاندارد شده اند. این رله با تعداد بسیاری اتصال مشخص می شود(بعضی مواقع در میدانهای مغناطیسی) که به راحتی از حالت نرمال باز به حالت نرمال بسته تبدیل می شوند. دارای سیم پیچهای قابل تعویض آسان است و ضریب شکلی(form factor) که قابلیت نصب تعداد زیادی از آنها را در یک پانل را میسر می سازد. اگر چه این رله ها زمانی ستون فقرات اتوماسیون صنعتی را در مونتاژ اتومبیل بودند ولی امروزه با کنترل کننده های منطقی برنامه پذیر(programmable logic controller) در کاربردهای کنترل ترتیبی جایگزین شده اند.
Contactor relay
این رله یک رله جريان قوى (heavy-duty relay) است که برای سوئیچینگ موتورهای الکتریکی و بارهای روشنائی استفاده می شود. در جریانهای بالا اتصالات از نقره خاص ساخته می شوند. قوسهای الکتریکی نا خواسته، موجب اکسید شدن اتصالات می شوند ولی! اکسید نقره هنوز یک هادی خوب است. چنین وسایلی اغلب برای استارتر موتورها استفاده می شوند. موتور استارتر() یک کنتاکتور با یک وسیله محافظ جریان زیاد است.
Solid state contactor relay
این رله نیز یک رله جريان قوى البته حالت جامد (heavy-duty solid state relay) به همراه یک دفع کننده حرارتی(heat sink) می باشد و در گرم کننده های الکتریکی، موتورهای الکتریکی کوچک و بارهای روشنائی کاربرد دارد، که در آنها به دوره های روشن و خاموش مکرر نیاز است. در آنها هیچ قسمت متحرکی برای داشتن سایش و یا اتصال پرشی برای لرزش وجود ندارد. آنها با سیگنالهای کنترل AC یا DC از سوی کنترلرهای منطقی برنامه پذیر (PLCs)، کامپیوتر های شخصی (PCs) ، منابع منطقی ترانزیستور - ترانزیستور (TTL=Transistor-transistor logic) و سایر کنترلهای میکروپروسس& #1608;ر فعال می شوند.

یک رله Solid State Contactor برای 25 یا 40 آمپر


Buchholz relay
این رله یک حسگر مطمئن برای انباشت گاز در ترانسفورما& #1578;ورهای بزرگ است که در روغن شناورند، که هنگامیکه تجمع گاز به آهستگی شروع شود، هشدار می دهد و در صورتی که گاز به سرعت در روغن ترانسفورما& #1578;ور تولید شود، ترانسفورما& #1578;ور را قطع می کند.
Forced-guided contacts relay
در این رله اتصالات رله ای وجود دارند که به صورت مکانیکی به یکدیگر متصل هستند که هنگامیکه سیم پیچ تحریک و یا بی انرژی می شود همه آنها به سمت یکدیگر حرت می کنند. اگر یک دسته از این اتصالات از حرکت بیافتند، اتصالات دیگر رله همان رله نمی توانند حرکت کنند. کاربرد این رله توانائی چک کردن حالت رله ها را میسر می سازد. این رله ها با نامهای دیگری از قبیل "positive-guided contacts"، "captive contacts"، "locked contacts"و "safety relays" نیز شناخته می شوند.
Solid-state relay
رله حالت جامد (SS یک عنصر الکترونیکی نیمه هادی است که کاری شبیه رله الکترومکان& #1740;کی را انجام می دهد ولی هیچ عضو متحرکی ندارد و دارای طول عمر بلند مدتی است. با SSR ها، روی هر ترانزیستور آنها ولتاژ کوچکی می افتد. مجموع این ولتاژها جریانی را که یک SSR می دهد را محدود می کند. با ترانزیستور های پیشرفته تر، SSR های با جریان بالا می توانند جریانهای 100 تا 1200 آمپر را تامین کند، که هم اکنون به صورت تجاری قابل دسترس هستند.

یک SSR
Overload protection relay
یک نوع از رله های حفاظت بار زیاد به همراه یک عنصر یا المان حرارتی به طور سری با موتور کار می کند. گرمای ایجاد شده توسط جریان موتور یک نوار باریک دو فلزی را برای رها کردن یک فنر برای اتصال استفاده می شود. این رله در معرض محیطی شبیه به محیط موتور قرار دارد.
قطب و لولا

"C" یعنی مشترک (Common)
از وقتیکه رله ها به عنوان سوئیچ به کار رفتند، لغات و اصطلاحات آنها را نیز به خود گرفتند، بر اساس این طبقه بندی، رله ها می توانند یکی از انواع زیر باشند:
SPST:که مخفف Single Pole Single Throw و به معنی یک قطب و یک لولا می باشد. این فقط دو ترمینال دارد که می توانند به خاموش و روشن سوئیچ شوند. در مجموع به همراه سیم پیچ چهار ترمینال وجود دارد.
SPDT: که مخفف Single Pole Double Throw و به معنی یک قطب و دو لولا (حالت) است. این مورد یک ردیف از سه ترمینال دارد. یک ترمینال (مشترک) بین دو قطب دیگر سوئیچ می کند. در مجموع به همراه سیم پیچ پنج ترمینال وجود دارد.
DPST: که مخفف Double Pole Single Throw و به معنی دو قطب و یک لولا است. در این رله دو جفت ترمینال وجود دارد. معادل(در حکم) دو SPST کار می کند ولی با یک سیم پیچ و در مجموع به همراه سیم پیچ شش ترمینال دارد. این پیکره بندی ممکن است مانند DPNO باشد.
DPDT: که مخفف Double Pole Double Throw و به معنی دو قطب و دو لولا است. در این رله دو ردیف ترمینال دو حالته است. معادل دو SPDT بوده که با یک سیم پیچ کار می کند و در مجموع به همراه سیم پیچ هشت ترمینال دارد.

نمای یک DPDT در مورد AC
QPDT: که مخفف Quadruple Pole Double Throw بوده و به معنی چهار قطبی و دو لولائی است و گاهی اوقات Quad Pole Double Throw نیز گفته می شود. معادل چهار SPDT بوده و با یک سیم پیچ کار می کند و در مجموع به همراه سیم پیچ چهارده ترمینال دارد.
اتصالات می توانند در حالتهای باز(NO)، بسته(NC) و یا وسط (CO) باشند.
NO یا "Normally-open" مدار را هنگامیکه رله فعال است، متصل می کنند و در هنگامی که رله غیر فعال است، مدار را قطع می کند. همچنین به چنین وضعیتی "فرم اتصال A" یا "make" نیز می گویند. فرم اتصال A برای کاربردهای که نیاز دارند منابع جریان بالا و با توان بالا را توسط کنترل از راه دور سوئیچ کنند، ایده آل است.
NC یا "Normally-closed" مدار را هنگامیکه رله غیر فعال است، متصل می کنند و در هنگامی که رله فعال است، مدار را قطع می کند. همچنین به چنین وضعیتی "فرم اتصال B" یا "break" نیز می گویند. فرم اتصال B برای کاربردهائی ایده آل هستند که نیاز دارند هنگامیکه رله فعال است قطع بمانند.
CO یا "Change-over" دو مدار را کنترل می کند: یک NO و یک NC ، با ترمینال مشترک "C". همچنین به چنین وضعیتی "فرم اتصال C" یا "transfer" نیز می گویند.
کاربردها ;
رله ها استفاده می شوند در (برای):
• کنترل مدارهای ولتاژ بالا با یک سیگنال فشار ضعیف، مانند بعضی مودمها،
• کنترل مدارهای جریان بالا با یک سیگنال جریان ضعیف، مانند سیم پیچ استارتر یک اتومبیل،
• آشکار سازی و ایزوله سازی خطاها در خطوط انتقال و توزیع، با باز و بسته کردن مدارهای شکسته شده (رله های محافظ)
• ایزوله سازی مدار فرمان از مدار اصلی، هنگامیکه در پتانسیل های مختلف هستند، مثلا کنترل شبکه اصلی برق توسط یک سوئیچ ولتاژ پائین. اخیرا اغلب شبکه ها توسط یک قسمت ولتاژ پائین با سیم های ولتاژ پائین و آسان برای نصب در تابلو ها و قابل حمل، کنترل می شوند.
• انجام توابع منطقی. برای مثال، تابع بولی AND را می توان با یرس قرار دادن یک رله در حالت NO تحقق بخشید، یا تابع بولی OR با موازی قرار دادن آن. با قرار دادن رله در حالت CO تابع بولی XOR را خواهید داشت. توابع NAND و NOR نیز با قرار دادن رله در حالت NC قابل تحقق هستند.
• پیاده سازی تابع تاخیر زمانی. رله می تواند تنظیم شود تا با تاخیر مشخصی اتصالات را قطع یا برقرار نماید. یک تاخیر کوتاه(کسری از ثانیه) با استفاده از یک صفحه مسی بین میله فلزی و تیغه است. جریان جاری در دیسک برای لحظه ای کوتاه میدان مغناطیسی را در خود حفظ می کند و بسته شدن را به تاخیر می اندازد. برای تاخیر های بیشتر (تا یک دقیقه) ، از یک ضربه گیر استفاده می شود. ضربه گیر یک پیستون پر شده از یک سیال است که باعث رهائی کند میله فلزی می شود. دوره زمانی می تواند بر اساس افزایش و کاهش نرخ حرکت پیستون متفاوت باشد. برای زمانهای بلندتر از یک تایمر چرخ دنده ای ساعتی و مکانیکی استفاده می شود.

یک رله یزرگ قدیمی با تعداد زیادی اتصال
استفاده در سیستم سوئیچ تلفنی قدیمی
انتخاب یک رله
انتخاب یک رله مناسب برای کاربری خاص مستلزم ارزیابی فاکتورهای مختلفی است:
• تعداد و نوع اتصالات - NC یا NO و یا CO
• در مورد CO دو نوع وجود دارد. این مدل رله می تواند از دو طریق ساخته شود."Make before Break" و "Break before Make" . مثلا سوئیچ تلفن قدیمی از حالت Break before Make استفاده می کند، بنابر این اتصال تا وقتی شماره گیری موفق نباشد، هزینه ای را به همراه نخواهد داشت. راه آهن هنوز از آنها برای کنترل تقاطع ها استفاده می کند.
• توان اتصال - رله های کوچک در آمپرهای پائین سوئیچ می کنند، رله های بزرگ برای 3000 آمپر ارزیابی می شوند، برای جریانهای DC یا AC.
• ولتاژ نامی اتصالات - رله های کنترلی عادی دارای ولتاژ نامی 300VAC یا 600VAC ، نوع خودکار آن 50VDC و رله های مخصوص ولتاژ بالا در حدود 15,000V هستند.
• ولتاژ سیم پیچ - رله های ماشین ابزار معمولا با 24VAC یا 120VAC ، جعبه سوئیچها 125V یا 250VDC، و بالاخره سوئیچهای حساس که با جریانهای در حد کمتر از میلی آمپر کار می کنند.
• محفظه - باز بودن ، ایمنی در مقابل لمس، ضد انفجار، در هوای آزاد، مقاومت از هم پاشیدن روغن و ...
• نصب - سوکت ها، برد دو شاخه ها، نصب ریلی، نصی تابلوئی، تابلوی سراسری، محفظه برای نصب روی دیوار یا تجهیزات و...
• زمان سوئیچ - کجا سرعت بالا مورد نیاز است؟
• اتصالات خشک(Dry) - وقتی سوئیچینگ با سیگنالهای سطح پائین باشد، مواد خاصی برای اتصالات مورد نیاز است. نظیر روکش طلا
• حفاظت اتصالات - خنثی کردن قوس الکتریکی در مدارهای با القاء بالا
• حفاظت سیم پیچ - خنثی کردن نوسانات شدید ولتاژ به هنگام سوئیچ جریان سیم پیچ
• ایزولاسیون بین مدار سیم پیچ و اتصالات
• تست مقاومت انتشار یا هوا فضا، نوع خاصی از "تضمين كيفيت" (Quality Assurance)
• متعلقات - نظیر تایمرها، اتصالات کمکی، چراغهای راهنما، دکمه های تست و ...
• تست تنظیم
• جریانهای ; مزاحم ناشی از پیوستگی مغناطیسی بین سیم پیچ مجاور رله روی برد مدار چاپی
رله حفاظتی
رله محافظ یک دستگاه پیچیده الکترومکان& #1740;کی است، اغلب با بیشتر از یک سیم پیچ و طراحی شده برای محاسبه شرایط کاری روی یک مدار الکتریکی و قطع کننده مدار وقتی اشتباهی رخ دهد. بر خلاف نوع کلیدی رله با ولتاژ آستانه و زمان کارکرد غیر مشخص(یا به سختی ثابت)، رله های محافظ دارای منحنیهای با تقریب خوب، قابل انتخاب و نسبت - زمان به جریان -(یا سایر پارامترهای کاری) خوبی هستند. چنین رله هائی بسیار خوب ساخته می شوند، با استفاده از آرایه های دیسکهای القائی، آهنرباهای قطب پوشیده، سیم پیچهای عملیات و توقف، عملگرهای سلونوئیدی، اتصالات شبیه رله تلفن و شبکه های تغییر فاز این کار صورت می گیرد تا به رله اجازه دهند تا به جریانهای بالا، ولتاژهای بالا، برگشت توان، فرکانس بالا و پائین پاسخ دهد. یک خط انتقال مهم یا واحد تولید باید یک اطاقکهای خصوصی البته با نشان مخصوص وسایل الکترومکان& #1740;کی مخصوص برای محافظت داشته باشند. هر کدام از کارائی های حفاظتی در دسترس برای یک رله باید با شماره وسیله استاندارد standard ANSI Device Numbers)ANSI ) مشخص شوند. برای مثال اگر له ای کارائی 51 را دارد باید یک رله حفاظتی جریان بالای زمان بندی شده باشد.
طراحی و تئوری این وسیله محافظ قسمت مهمی از آموزش یک مهندس الکترونیک است که در رشته سیستمهای قدرت کار می کند. امروزه این وسیله ها تقریبا به کلی - در طراحیهای جدید - با الات دقیق بر اساس میکرو پروسسورها جایگزین شده اند که با اجداد الکترومکان& #1740;کی خود با دقت و راحتی کار خود رقابت می کنند. با ترکیب کردن چندین کارائی در یک مورد، رله های عددی (شمارشی) در هزینه های سرمایه و نگهداری بسیار مقرون به صرفه تر هستند. به هر حال به علت طول عمر طولانی رله های الکترومکان& #1740;کی، دهها هزار از این "نگهبانان خاموش" هنوز از خطوط انتقال و وسایل الکتریکی در تمام جهان محافظت می کنند.


رله جریان بالا
این رله نوعی رله محافظ به شما می رود. شماره طراحی وسیله ANSI آن 50 (برای یک جریان بالای لحظه ای) یا "" و 51 (برای جریان بالای زمانی) یا "" می باشد. در کاربردهای عادی رله های جریان بالا برای محافظت جریان بالا استفاده می شوند که به یک ترانسفورما& #1578;ور جریان متصل و برای کار کردن در (بالای) سطح جریان مشخصی می باشند. وقتی رله کار می کند، یک یا چند اتصال کار خواهند کرد و سیم پیچ مدار قطع کننده را تحریک می کنند و مانع از قطع شدن مدار می گردند.
منابع
Westinghouse Corporation, Applied Protective Relaying, 1976, Westinghouse Corporation, no ISBN, Library of Congress card no. 76- 8060 - a standard reference on electromechanical protection relays (out of print - current edition published by ABB)

Terrell Croft and Wilford Summers (ed), American Electricians' Handbook, Eleventh Edition, McGraw Hill, New York (1987) ISBN 0- 07-013932-6

Mason, C. R., Art & Science of Protective Relaying, Chapter 2, GE Consumer & Electrical [1],
[Dear Guest/Member you can't see link before replyclick here to register]

در رشته برق قدرت هم رله های زیادی بکار میره که اساس کار اونها هم مانند رله های ساده سوئیچ کردن هست
شرح مفصلی دارند ولی دلیل استفاده شان به طور ساده : مانند عملکرد یک فیوز در ورودی برق خانه است! یعنی برای خطوط فشار قوی ما فیوز نداریم بلکه رله های اضافه جریان ، اضافه ولتاژ ، کاهش ولتاژ ، اتصالی ، فاز به زمین و..... داریم و حتی رله ایکه فاصله به وجود آمدن حادثه اتصالی را معین میکند به نام رله دیستانس ، این رله ها همگی از قیمت بالایی و دقت و ضریب اطمینان بالایی برخوردارند و همه از میکروپروسسور بهره مندند و در طول سال تستهای دوره ای میشوند که اگر ضعف و یا خرابی پیدا کرده باشند برطرف گردد .