مبانی و اصول کارکرد رله‌ها (Relays Basics and Working Principles)

رله‌ها یکی از مهم‌ترین تجهیزات الکتریکی و کنترلی در سیستم‌های صنعتی، برق و اتوماسیون هستند. رله (Relay) یک سوئیچ الکترومکانیکی یا الکترونیکی است که با دریافت سیگنال الکتریکی ضعیف، مدار دیگری را کنترل می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود رله‌ها در حفاظت، کنترل موتورها، سیستم‌های تابلو برق، PLC و تجهیزات اتوماسیون کاربرد فراوان داشته باشند.

تعریف رله

رله یک دستگاه کنترل از راه دور است که به کمک یک جریان کوچک، جریان بزرگتری را قطع یا وصل می‌کند. رله‌ها به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

1. رله‌های الکترومکانیکی (Electromechanical Relays – EMR)

2. رله‌های حالت جامد (Solid State Relays – SSR)

اجزای اصلی رله‌های الکترومکانیکی

رله‌های الکترومکانیکی معمولاً شامل اجزای زیر هستند:

1. کویل (Coil): سیم‌پیچ که با عبور جریان مغناطیسی ایجاد می‌کند.

2. هسته آهنی (Armature / Core): قطعه‌ای که تحت تأثیر میدان مغناطیسی حرکت می‌کند.

3. کنتاکت‌ها (Contacts): نقطه اتصال یا قطع جریان مدار ثانویه.

   • NO (Normally Open): در حالت بدون جریان بسته نیست

   • NC (Normally Closed): در حالت بدون جریان بسته است

4. فنر (Spring): برای بازگشت هسته به حالت اولیه.

5. بدنه محافظ (Housing): حفاظت مکانیکی و ایمنی.

اصول کارکرد رله

1. ایجاد میدان مغناطیسی

هنگامی که جریان الکتریکی از سیم‌پیچ رله عبور می‌کند، میدان مغناطیسی ایجاد شده و هسته را جذب می‌کند.

2. حرکت هسته

حرکت هسته باعث باز یا بسته شدن کنتاکت‌ها می‌شود.

3. کنترل مدار ثانویه

با باز یا بسته شدن کنتاکت‌ها، مدار جریان بزرگ‌تر یا مدار دیگری کنترل می‌شود.

4. بازگشت به حالت اولیه

پس از قطع جریان کویل، فنر هسته را به موقعیت اولیه برمی‌گرداند و کنتاکت‌ها به حالت عادی خود باز می‌گردند.

انواع رله‌ها

1. رله‌های الکترومکانیکی (EMR)

• دارای کنتاکت متحرک

• عمر مکانیکی محدود

• پرکاربرد در سیستم‌های تابلو برق و PLC

2. رله‌های حالت جامد (Solid State Relay – SSR)

• بدون قطعات مکانیکی

• پاسخ سریع‌تر

• طول عمر بالا

• مصرف انرژی کمتر

3. رله‌های حفاظتی (Protective Relays)

• جهت محافظت تجهیزات صنعتی و شبکه‌های برق

• انواع: Overcurrent, Overvoltage, Differential, Under/Overfrequency

4. رله‌های زمانی (Timer Relays)

• ایجاد تاخیر در قطع یا وصل مدار

• کاربرد در کنترل موتورها و سیستم‌های اتوماسیون

5. رله‌های چندمنظوره (Multi-function Relays)

• ترکیبی از رله‌های حفاظتی و تایمینگ

• قابل تنظیم برای چند عملکرد مختلف

کاربرد رله‌ها

1. قطع و وصل بارهای بزرگ بدون نیاز به عبور جریان زیاد از مدار کنترل

2. حفاظت تجهیزات از اضافه‌جریان، اتصال کوتاه و ولتاژ غیرمجاز

3. تبدیل سیگنال‌ها برای PLC و سیستم‌های اتوماسیون

4. مدارهای تاخیر زمانی و کنترل ترتیبی

5. ارتباط بین مدارهای AC و DC

نکات مهم در انتخاب رله

• ولتاژ کویل: 24V DC، 220V AC و …

• جریان کنتاکت: باید بیش از جریان مدار کنترل باشد

• ولتاژ قطع و وصل: مناسب ولتاژ مدار ثانویه

• تعداد کنتاکت‌ها و نوع آن‌ها: NO، NC یا SPDT

• سرعت عملکرد (Response Time): برای سیستم‌های حساس و سریع

• دمای محیط و IP: برای انتخاب رله مناسب شرایط کاری

استانداردهای رله‌ها

• IEC 60255: استاندارد رله‌های حفاظتی

• UL 508: استاندارد رله‌های صنعتی

• ANSI/IEEE C37: رله‌های قدرت

• استانداردهای داخلی و صنعتی برای تابلوهای کنترل و حفاظت

مزایای استفاده از رله‌ها

• افزایش ایمنی و حفاظت تجهیزات

• کاهش نیاز به کلیدها و سوییچ‌های دستی

• امکان کنترل از راه دور

• پاسخ سریع و دقیق

• انعطاف‌پذیری در طراحی مدار

جمع‌بندی

رله‌ها پایه‌ای‌ترین و پرکاربردترین ابزار در تابلوهای برق، سیستم‌های کنترل صنعتی و اتوماسیون هستند. با درک مبانی کارکرد، انواع، کاربردها و استانداردها، مهندسان و تکنسین‌ها می‌توانند سیستم‌های کنترل دقیق، پایدار و ایمن طراحی و اجرا کنند. استفاده صحیح از رله‌ها باعث کاهش خطا، افزایش طول عمر تجهیزات و بهبود ایمنی سیستم می‌شود.