رله الکترونیکی یا رله دیجیتال چیست و چگونه کار می کند؟

رله‌ الکترونیکی یا رله دیجیتال، تکامل قابل توجهی در فناوری رله‌ها نشان داده و در مقایسه با مدل‌های الکترومکانیکی قبلی، دقت، قابلیت اطمینان و تطبیق ‌پذیری بیشتری دارد.

این رله‌ها از پردازش دیجیتال برای نظارت و کنترل مدارهای الکتریکی استفاده کرده و آنها را کارآمدتر و دقیق‌تر می‌کنند.

رله‌ دیجیتال مدرن مجهز به ویژگی‌های پیشرفته‌ای مانند خود عیب‌ یابی، ارتباط از راه دور و قابلیت‌ ادغام با سایر دستگاه‌های دیجیتال بوده که عملکرد کلی و مدیریت سیستم‌های الکتریکی را به شکل قابل توجهی بهبود می‌بخشد.

تغییر از رله‌های سنتی به الکترونیکی، پیشرفت قابل توجهی در نحوه مدیریت حفاظت و کنترل الکتریکی در کاربردهای مختلف را نشان می‌دهد.

در این مقاله به بررسی رله الکترونیکی، نحوه کارکرد، انواع آن، کاربرد، مزایا و معایب و نحوه انتخاب رله الکترونیکی مناسب می‌پردازیم.

1# رله الکترونیکی چیست؟

در حوزه اتوماسیون صنعتی، رله‌ الکترونیکی نقش محوری دارد.

این اجزا در کنترل و مدیریت مدارهای الکتریکی بسیار مهم هستند و به سیستم‌های اتوماسیون کمک می‌کنند تا به شکلی کارآمد و قابل اعتماد عمل کنند.

رله الکترونیکی نوعی سوئیچ الکترونیکی است که با استفاده از قطعه الکترونیکی و بدون هیچ گونه عملیات مکانیکی، کنتاکت‌های مدار را باز یا بسته می‌کند.

در این رله، از طرح رله‌ گذاری پیلوت حامل جریان برای حفاظت خط انتقال استفاده می‌شود.

در این نوع رله‌، از شیرهای الکترونیکی به عنوان واحد اندازه‌ گیری استفاده می‌شود.

افراد ممکن است رله را با یک مسابقه اتومبیل‌ رانی مرتبط بدانند که در آن اعضای تیم به نوبت وسایلی را برای تکمیل مسابقه رد و بدل می‌کنند.

رله‌های تعبیه شده در محصولات الکتریکی نیز به همین روش کار می‌کنند؛ آنها یک سیگنال الکتریکی دریافت و با روشن و خاموش کردن سوئیچ، سیگنال را به سایر تجهیزات ارسال می‌کنند.

برای مثال، وقتی دکمه‌ کنترل تلویزیون را برای تماشای تلویزیون فشار می‌دهید، یک سیگنال الکتریکی به رله داخل تلویزیون می‌فرستد و برق اصلی را روشن می‌کند.

انواع مختلفی از رله‌ها در بسیاری از کاربردها برای کنترل مقادیر مختلف جریان و تعداد مدارها استفاده می‌شوند.

1-1# چگونه رله را تست کنیم؟

برخی از تکنیک‌ها برای آزمایش کارکرد رله عبارت اند از:

• مولتی متر
• ساخت یک مدار ساده
• با استفاده از یک منبع تغذیه DC

2-1# هدف استفاده از رله الکتریکی

رله‌های الکتریکی، توان را کنترل می‌کنند، مدارها را سوئیچ می‌کنند و از تجهیزات محافظت می‌کنند.

اهداف آنها شامل موارد زیر است:

• کنترل مدار
• توزیع توان
• حفاظت در برابر خطا
• کنترل موتور
• زمان‌ بندی – توالی
• تقویت سیگنال
• رابط کاربری

آنها در سیستم‌های قدرت و اتوماسیون حیاتی هستند.

3-1# مدار رله الکترونیکی چیست؟

مدار رله الکترونیکی، مداری بوده که از قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها، مدارهای مجتمع یا میکروکنترلرها برای انجام عملکرد سوئیچینگ که معمولاً با رله‌های الکترومکانیکی مرتبط است، استفاده می‌کند.

رله‌های الکترونیکی به جای استفاده از کنتاکت‌های مکانیکی، برای کنترل جریان در یک مدار به سیگنال‌های الکترونیکی متکی هستند.

مدارهای رله الکترونیکی مزایای متعددی نسبت به رله‌های الکترومکانیکی مرسوم دارند، مانند:

• سرعت سوئیچینگ سریع‌‌تر
• اندازه کوچک‌تر
• مصرف توان کمتر
• قابلیت اطمینان بیشتر

آنها به صورت گسترده در کاربردهایی که کنترل دقیق، سوئیچینگ سریع و دوام طولانی مدت مورد نیاز است، استفاده می‌شوند.

طراحی و اجزای خاص یک مدار رله الکترونیکی می‌تواند، بسته به کاربرد و عملکرد مورد نظر متفاوت باشد.

برخی از مدارهای رله الکترونیکی ممکن است، شامل ویژگی‌های اضافی مانند مدارهای حفاظتی، تنظیم سیگنال یا رابط‌های ارتباطی باشند تا عملکرد و ادغام آنها در یک سیستم بزرگتر افزایش یابد.

2# رله الکترونیکی چگونه کار می‌کند؟

رله‌های الکترونیکی به عنوان سوئیچ‌هایی عمل می‌کنند که مدارها را به صورت الکترومکانیکی یا الکترونیکی باز و بسته می‌کنند.

آنها به یک سیگنال کم‌ مصرف اجازه می‌دهند تا بار الکتریکی بزرگتری را کنترل کرده و به عنوان پلی بین سیستم‌های کنترل و تجهیزات عملیاتی عمل کنند.

در اصل، رله‌ها از یک سیگنال کنترل کوچک برای فعال کردن یک مدار الکتریکی بزرگتر استفاده کرده و ایمنی و کارایی را در فرآیندهای خودکار تضمین می‌کنند.

سرهای سیم‌ پیچ اصلی و کمکی موتورهای خازن مدار دائم به علاوه استارت، به همراه خازن مدار دائم و خازن استارت که به صورت موازی متصل شده، به ترمینال‌های رله استارت الکترونیکی متصل می‌شوند.

هنگامی که برق تأمین می‌شود، موتور با گشتاور استارت بالایی شروع به کار می‌کند.

هنگامی که موتور تقریباً به 75 تا 80 درصد سرعت نامی خود می‌رسد، گشتاور کافی برای تحمل بار تولید می‌کند.

در این مرحله، رله استارت الکترونیکی ولتاژ سیم ‌پیچ کمکی را تنظیم، خازن استارت را غیرفعال می‌کند و موتور با یک خازن واحد، مشابه طراحی خازن دائم، به کار خود ادامه می‌دهد.

1-2# نکات مهم در رابطه با رله الکترونیکی

اگر به هر دلیلی، موتور ظرف 3 ثانیه روشن نشود، یک ویژگی یکپارچه‌ سازی زمان ایمنی که در رله استارت الکترونیکی تعبیه شده، خازن استارت را غیرفعال می‌کند.

این امر از سوختن خازن استارت و ایجاد اضافه بار روی سیم‌ پیچ کمکی در شرایط قفل روتور جلوگیری می‌کند.

برای جلوگیری از فشار بیش از حد بر ساختار الکترولیتی خازن مدار استارت، موتور نباید بیش از 3 بار در دقیقه روشن شود.

علاوه بر این، باید زمان کافی برای توقف کامل شفت موتور بین دو استارت متوالی وجود داشته باشد.

مقاومت‌های تخلیه به صورت موازی با خازن‌ها متصل می‌شوند تا ولتاژ انباشته شده روی خازن‌های مدار استارت به صورت ایمن تخلیه شود.

رله الکترونیکی برای کار در شبکه‌های تک فاز با ولتاژ ۲۲۰-۲۴۰ ولت و فرکانس ۵۰/۶۰ هرتز طراحی شده است.

این رله در برابر جریان‌های هجومی بیش از حد و هارمونیک‌های شبکه که ممکن است در کاربردهای مختلف رخ دهد، محافظت می‌شود.

3# انواع رله‌های الکترونیکی

انواع مختلفی از رله‌های الکترونیکی وجود دارد که هر کدام برای کاربردهای خاص و الزامات عملیاتی مناسب هستند.

آشنایی با این انواع می‌تواند به شما در انتخاب رله مناسب کمک کند.

• رله‌های الکترومکانیکی که از طریق حرکت مکانیکی عمل می‌کنند.
  آنها همه کاره هستند و می‌توانند بارهای AC و DC را تحمل کنند؛ اما قطعات متحرک آنها ممکن است به مرور زمان فرسوده شوند.
• رله‌های هیبریدی با ترکیب ویژگی‌های رله‌های الکترومکانیکی و حالت جامد، مزایای هر دو نوع را ارائه می‌دهند و اغلب در مواردی که دوام و عملکرد بسیار مهم است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

از دیگر انواع رله الکترونیکی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

1-3# رله‌های خودرو

رله‌ الکتریکی خودرو به صورت خاص برای صنعت خودرو طراحی شده‌ و نقش اساسی در وسایل نقلیه دارند.

این رله‌ها کنترل اجزای الکتریکی مختلف در وسایل نقلیه، مانند چراغ‌های جلو، برف ‌پا‌کن‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع را تسهیل می‌کنند.

آنها با قابلیت پر کردن شکاف بین سیگنال‌های کنترل کم ‌مصرف و فعال‌ سازی بار پرمصرف، دستورالعمل‌های دیجیتال را به پاسخ‌های مکانیکی ملموس تبدیل می‌کنند.

در نتیجه، رله‌ها محافظت از مدارهای کنترل ظریف را در برابر جریان‌های بالای ذاتی در عملکردهای عملیاتی مانند روشنایی، کنترل برف‌ پا‌کن و فعال ‌سازی فن تضمین می‌کنند.

آنها در برابر شرایط سخت محفظه موتور مقاومت و عملکرد یکپارچه سیستم‌های حیاتی را تضمین می‌کنند و به کارایی و عملکرد خودرو می‌افزایند.

شرایط محیطی که این رله‌ها در معرض آن قرار دارند، می‌تواند چالش برانگیز باشد؛ از جمله دمای بالا و ارتعاشات مکانیکی در محفظه‌های موتور.

با این وجود، آنها برای دوام طراحی و مهندسی شده‌ تا بتوانند در برابر فشارهای مرتبط با این محیط مقاومت کنند.

2-3# رله‌های هدایت‌ شده با نیرو

رله‌های هدایت‌ شده توسط نیرو، در کاربردهای حساس به ایمنی که در آنها خرابی می‌تواند عواقب شدیدی داشته باشد، جز اصلی هستند.

این رله‌ها که با کنتاکت‌های مکانیکی متصل طراحی شده‌، سوئیچینگ قابل اعتماد را تضمین و از بسته شدن همزمان همه مدارها جلوگیری می‌کنند.

این ویژگی منحصر به فرد، آنها را برای کاربردهایی مناسب می‌کند که افزونگی و عملکرد ایمن در برابر خرابی نه تنها مزیت، بلکه اجباری است.

رله‌های هدایت ‌شده توسط نیرو، اغلب در صنایعی استفاده می‌شوند که نیاز به رعایت دقیق استانداردهای ایمنی و چارچوب‌های نظارتی دارند.

اتصال مکانیکی آنها سطحی از حفاظت در برابر خرابی را تضمین می‌کند که آسیب ‌پذیری در برابر خطاهای احتمالی را کاهش می‌دهد و امکان عملکرد مداوم را حتی در مواجهه با حوادث پیش ‌بینی ‌نشده فراهم می‌کند.

3-3# رله‌های فرکانس بالا و رله‌های فرکانس رادیویی

رله‌های فرکانس بالا (HF) و فرکانس رادیویی (RF) قادر به سوئیچینگ سیگنال‌های فرکانس بالاتر هستند.

آنها جایگاه خود را در کاربردهایی از مخابرات گرفته تا سیستم‌های رادار و تجهیزات تست فرکانس بالا پیدا می‌کنند.

در این سناریوها، دقت کنترل سیگنال بسیار مهم می‌شود.

دستگاه‌های الکترونیکی از فرکانس‌هایی در حالت تشدید مداوم استفاده می‌کنند و همین امر باعث شده که از رله‌های فرکانس بالا برای تسهیل ایزولاسیون مدار در چنین محیط‌هایی استفاده شود.

این رله‌ها در هر جایی که سیگنال‌های الکترونیکی با فرکانس‌های بالا تولید شده، استفاده و شامل حوزه‌های مختلفی از جمله مخابرات، کامپیوتر و ماشین ‌آلات صنعتی می‌شود.

در مخابرات که انتقال سریع و یکپارچه سیگنال ضروری است، رله‌های فرکانس بالا شایستگی خود را ثابت می‌کنند.

این رله‌ها مسیریابی کارآمد سیگنال را از طریق معماری‌های پیچیده شبکه تسهیل و حداقل تخریب سیگنال و کیفیت انتقال بهینه را تضمین می‌کنند.

توانایی آنها در جابجایی سریع بین مسیرهای مختلف سیگنال با نهایت دقت، آنها را در حفظ یکپارچگی شبکه مخابرات ضروری می‌کند.

رله‌های RF که به شکل خاص برای کاربردهای رادیویی طراحی شده‌، نقش محوری دارند.

آنها اغلب در تجهیزات تست و دستگاه‌های پخش رادیویی به کار می‌روند.

رله‌های RF نقش ضروری در فعال کردن سیستم‌های مدار مجزا دارند که ارسال و دریافت را تسهیل می‌کنند.

رله‌های RF و HF هر دو برای مدیریت ولتاژهای بالا که اغلب با فرکانس‌های بالا همراه بوده، ضروری هستند.

4-3# رله‌های قدرت

رله‌های قدرت قادر به مدیریت جریان‌های بالا هستند، آنها اغلب دستگاه‌های پرمصرف مانند موتورها، بخاری‌ها و لامپ‌ها را سوئیچ کرده و نقش محوری در مجموعه‌ ای از فرآیندهای صنعتی و کاربردهای تجاری ایفا می‌کنند.

5-3# رله‌های رید

رله‌های رید (Reed) دارای طراحی متمرکز بر دو تیغه‌ کاملاً مهر و موم شده هستند که توسط یک سیم‌ پیچ الکترومغناطیسی یا آهنربا کنترل می‌شوند.

زمان‌های سوئیچینگ سریع، توانایی مدیریت سیگنال‌های سطح پایین و طول عمر طولانی از ویژگی‌های این رله‌ها است.

در نتیجه، آنها اغلب در کاربردهایی که نیاز به حداقل تداخل سیگنال دارند، استفاده می‌شوند.

ساختار رله‌های رید، محفظه ‌ای غیرقابل نفوذ به هوا را تضمین می‌کند.

این امر، تیغه‌ها را از آلاینده‌های خارجی و عوامل محیطی محافظت می‌کند و قابلیت اطمینان و عملکرد رله را افزایش می‌دهد.

6-3# رله‌های سیگنال

رله سیگنال نوعی سوئیچ مکانیکی با عملکرد الکتریکی است.

این دستگاه‌ها به عنوان اجزای محوری در کاربردهای مختلف صنعتی عمل می‌کنند که عملکرد اصلی آنها حول محور باز و بسته شدن کنترل شده مدارها می‌چرخد.

رله‌های سیگنال که به دو نوع مجزا، رله‌های قفل ‌شونده و غیرقفل‌ شونده، طبقه‌ بندی می‌شوند، برای پاسخگویی به طیف وسیعی از نیازهای عملیاتی طراحی شده‌اند.

رله‌های قفل‌ شونده از طریق ورودی کنترل تنظیم و تنظیم مجدد، بین دو موقعیت پایدار در چرخش هستند، در حالی که رله‌های غیر قفل‌ شونده پس از قطع ورودی الکتریکی به موقعیت پیش ‌فرض خود باز می‌گردند.

همچنین رله‌های سیگنال اغلب در بردهای مدار چاپی (PCB) برای انجام وظایف سوئیچینگ استفاده می‌شوند.

این رله‌ها که به صورت خاص برای مدیریت جریان‌ها و ولتاژهای پایین طراحی شده‌، در موقعیت‌هایی که نیاز به دقت و کارایی دارند، بسیار ارزشمند هستند.

ظرفیت عملیاتی آنها تا سوئیچینگ 2 آمپر افزایش می‌یابد و آنها را برای وظایفی که شامل مدولاسیون جریان کنترل شده هستند، بسیار مناسب می‌کند.

7-3# رله‌های رابط حالت جامد

رله‌های رابط حالت جامد جایگزینی برای سایر انواع رله با کنتاکت‌های الکترومکانیکی مرسوم هستند.

این رله‌ها با ارائه طیف وسیعی از مزایا، دارای قابلیت‌های سوئیچینگ با سرعت بالا، طول عمر عملیاتی طولانی و عدم وجود قطعات متحرک برای فرسودگی در طول زمان هستند.

رله‌های رابط حالت جامد با حذف کامل قطعات متحرک متفاوت هستند.

در عوض، آنها از ویژگی‌های الکتریکی و نوری نیمه‌ هادی‌های حالت جامد برای انجام ایزولاسیون ورودی به خروجی و سوئیچینگ یکپارچه استفاده می‌کنند.

این رله‌ها اغلب بین سیستم‌های کنترل و بارهای پرقدرت استفاده می‌شوند.

تطبیق ‌پذیری، فرم جمع ‌و جور و مقرون‌ به‌ صرفه بودن آنها تضمین می‌کند که می‌توان آنها را در بسیاری از کاربردهای صنعتی مانند توزیع برق، سیستم‌های گرمایشی و مدیریت روشنایی یافت.

8-3# رله‌های تایمر

زمان، نقش حیاتی در بسیاری از فرآیندهای صنعتی ایفا می‌کند.

رله‌های تایمر اساساً رله‌های کنترلی هستند که سوئیچینگ با تأخیر زمانی را فراهم می‌کنند و در کاربردهایی که نیاز به اقدامات متوالی یا توابع شروع – توقف با تأخیر دارند، مفید هستند.

آنها اغلب برای هماهنگ کردن توالی‌های پیچیده با دقت استفاده می‌شوند.

این رله‌ها، رله‌های خروجی الکترومکانیکی را با مدارهای کنترل ترکیب می‌کنند.

کنتاکت‌ها می‌توانند قبل یا بعد از یک بازه زمانی از پیش تعیین‌ شده باز یا بسته شوند.

رله‌ها می‌توانند در حالت عادی باز یا بسته باشند و عملکردهای زمان‌ بندی‌ شده را از چند میلی ‌ثانیه تا ساعت‌ها یا حتی روزها به تأخیر بیندازند.

رله‌های تایمر با معرفی فواصل زمانی اندازه ‌گیری شده بین اقدامات، نقش مهمی در ساده‌ سازی فرآیندها ایفا می‌کنند.

این امر به صنایع این امکان را می‌دهد که به دنباله‌ ای دقیق از رویدادها دست یابند و کارایی، ایمنی و دقت را بهینه کنند.

رله‌های تایمر به صورت گسترده در صنایع مختلف از تولید و اتوماسیون گرفته تا انرژی و روشنایی استفاده می‌شوند.

4# طبقه بندی رله الکترونیکی

طبقه ‌بندی رله‌ الکترونیکی بر اساس کاربرد خاص آنها عبارت اند از:

• بر اساس اصول عملیاتی:
  • رله الکترومکانیکی (EMR)
  • رله حالت جامد (SSR)
• بر اساس قطب‌ها و پرتاب
  • SPST تک قطب تک حالته
  • SPDT تک قطب دو حالته
  • DPST دو قطب تک پرتاب
  • DPDT دو قطب دو حالته
• فرم رله
  • فرم A
  • فرم B
  • فرم C
  • فرم D
• ترکیبی
• رله قطبی و غیر قطبی

5# کاربردهای رله‌های الکترونیکی

رله‌های الکترونیکی به دلیل توانایی‌ در مدیریت مؤثر بارهای الکتریکی، کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف پیدا می‌کنند.

• راه ‌آهن، رله‌ها برای کنترل سیگنال و سیستم‌های ایمنی استفاده می‌شوند و عملیات روان و ایمن را تضمین می‌کنند.
• اتوماسیون صنعتی، رله‌ها برای کنترل ماشین ‌آلات، تسهیل اتوماسیون فرآیند و تضمین ایمنی عملیاتی ضروری هستند.
• رله‌های الکتریکی برای جداسازی مدارهای DC ولتاژ پایین از مدارهای AC ولتاژ بالا استفاده می‌شوند.
• در مدارهای کنترل موتور برای سوئیچینگ و همچنین محافظت از موتور از آنها استفاده می‌شود.
• در بسیاری از مراکز توزیع برق برای تشخیص خطاهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند.
• دارای سیگنال‌های کنترلی تکی یا چندگانه هستند که برای کنترل مدارهای چندگانه به کار می‌روند.
• رله‌های خودرو برای روشن کردن چراغ‌ها، بوق‌ها و روشن کردن موتورها استفاده می‌شود.
• لوازم خانگی شامل سیستم‌های گرمایشی، تهویه مطبوع و ماشین لباسشویی می‌شود.
• در سیستم‌های مخابراتی، رله‌ها به مسیریابی سیگنال‌ها یا کنترل مدارها در تجهیزات شبکه کمک می‌کنند.
• سیستم‌های برق که در صورت بروز نقص، خطوط برق یا ترانسفورماتورها برای محافظت از شبکه برق روشن یا خاموش می‌شوند.

6# مزایا و معایب رله‌ الکترونیکی

رله‌های الکترونیکی مزایای بی‌شماری ارائه می‌دهند که آنها را به انتخابی ارجح در بسیاری از کاربردها تبدیل می‌کند.

1-6# مزایای رله‌ الکتریکی

مزایای رله الکتریکی عبارت اند از:

• ایزولاسیون الکتریکی: ایزولاسیون کامل بین مدار کنترل و بار را برای اطمینان از ایمنی فراهم می‌کند.
• کنترل کم مصرف: از سیگنال کم مصرف برای کنترل مدارهای پرمصرف استفاده می‌کند که باعث صرفه‌ جویی در مصرف انرژی می‌شود.
• تطبیق ‌پذیری: که می‌تواند برای کاربردهای متنوعی از جمله سوئیچینگ، زمان ‌بندی و حفاظت مورد استفاده قرار گیرد.
• مقرون به صرفه بودن: معمولاً برای کاربردهای سوئیچینگ پایه ارزان است.
• قابلیت اطمینان: رله‌های مکانیکی قابل اعتماد هستند و می‌توانند در برابر ولتاژ و جریان بالا مقاومت کنند.

2-6# معایب رله‌ الکتریکی

معایب رله الکتریکی به صورت زیر است:

• پاسخ کندتر: رله‌های الکترومکانیکی ممکن است، کندتر از رله‌های حالت جامد باشند.
• فرسودگی و پارگی: قطعات مکانیکی با گذشت زمان فرسوده می‌شوند و نیاز به تعمیر و نگهداری یا خرابی دارند.
• تشکیل قوس: ولتاژ یا جریان بالا می‌تواند قوس الکتریکی در کنتاکت‌ها ایجاد و عمر رله را کوتاه کند.
• اندازه بزرگ: رله‌های الکترومکانیکی می‌توانند، بزرگتر از رله‌های حالت جامد باشند.
• نویز: رله‌هایی که قطعات متحرک دارند، ممکن است، هنگام استفاده صداهای کلیک مانندی از خود منتشر کنند.

7# انتخاب رله الکترونیکی مناسب

برای انتخاب رله الکترونیکی مناسب باید عوامل مختلفی را در نظر گرفت از جمله:

• نوع بار
• ولتاژ کنترل
• سرعت سوئیچینگ
• محیط عملیاتی

برای کاربردهایی که نیاز به قابلیت اطمینان بالا و حداقل نگهداری دارند، رله‌های حالت جامد اغلب بهترین انتخاب هستند.

آنها دوام مورد نیاز برای عملکرد طولانی مدت را فراهم می‌کنند.

با درک الزامات خاص خود، می‌توانید رله ‌ای را انتخاب کنید که با اهداف عملیاتی شما همسو باشد.

در نتیجه، رله‌های الکترونیکی اجزای ضروری در سیستم‌های اتوماسیون مدرن هستند.

توانایی آنها در کنترل و مدیریت مدارهای الکتریکی با دقت و قابلیت اطمینان، آنها را برای کاربردهای مختلف صنعتی ضروری می‌کند.