رله، سوییچ تحریک پذیر

رله (Relay) یک کلید یا سوییچ است که توسط یک عامل، بدون دخالت مستقیم انسان، تغییر وضعیت می دهد و باعث قطع، وصل یا تغییر جهت یک یا چند جریان الکتریکی می شود. “عامل” می تواند ولتاژ، جریان، دما، فشار، صدا، رطوبت، جاذبۀ زمین، سرعت، شتاب، نور یا حتی یک واکنش شیمیایی باشد. هر آنچه انسان در آن دخالت مستقیم ندارد، می تواند عامل تحریک باشد. سوییچ نیز باید با هدف باز و بسته کردن مدار برای خاموش و روشن کردن مصرف کننده های الکتریکی و الکترونیکی و یا هدایت سیگنال های حاوی پیام (مثل سیگنال های تلفن) به مسیرهای مشخص باشد، نه ساختن سطوح صفر و یک منطقی برای خوانده شدن توسط المان هایی مثل میکروکنترلرها. بنا بر شروطی که برای نوع سوییچ تعیین کردیم، المان هایی مثل میکروسوییچ ها و سنسورهای مغناطیسی و … از رله ها جدا می شوند. همچنین قطعات نیمه هادی مانند ترانزیستور، تریستور، ترایاک و … با وجود این که در ساخت رلۀ حالت جامد استفاده می شوند، رله محسوب نمی شوند. بنا بر تعریفی که ارائه کردیم، بعضی از المان ها نیز در گروه رله ها جای می گیرند. از این المان ها می توان به ترموستات الکتریکی، سوییچ جیوه ای و فیوز اشاره کرد. قرار گرفتن این المان ها در گروه رله ها، به دلیل ساختار و عملکرد آنها مطابق با تعریف رله است. با شنیدن کلمۀ «رله» یا پرسش «رله چیست؟»، آنچه اغلب در ذهن تداعی می شود، یک رلۀ الکترومکانیکی، حالت جامد و یا یک کنتاکتور است. در ادامه با بررسی انواع رله درمی یابیم که تعریف ارائه شده برای رله، توضیحی کلی با هدف در بر گرفتن تمامی انواع رله های گذشته، امروزی و آینده است.

تصویر 1 – ترموستات الکتریکی، رلۀ الکترومکانیکی و فیوز کارتریج

دسته بندی انواع رله، امری دشوار است. در این نوشته ابتدا آنها را به طور کلی از لحاظ ساختار، عملکرد و کاربرد، دسته بندی می کنیم. در همین حین ویژگی های آنها را بیان و تا حد امکان تفاوت های موجود را مورد بررسی قرار می دهیم. در نهایت ویژگی های خاص آنها را که خود می توانند به وجود آورندۀ نوعی دسته بندی باشند، در کنار هم قرار داده و مقایسه می کنیم. نکته ای که باید به آن توجه داشت این است که رله ها می توانند در طیف بسیار وسیعی تولید شوند. بنابراین ممکن است ویژگی هایی داشته باشند که آنها را در چند دسته بندی قرار دهد. برای مثال رلۀ خلأ هم در گروه رلۀ الکترومکانیکی قرار می گیرد، هم با توجه به ویژگی هایی که دارد در گروه رله هایی با ویژگی های خاص. همچنین ممکن است در آینده انواعی ساخته شود که زیر مجموعۀ جدیدی شکل دهند و یا حتی سبب شوند که رله ای که اکنون در یک زیر مجموعه قرار گرفته، در زیر مجموعۀ جدید دیگری قرار گیرد. و نیز توجه شود که ممکن است انواعی از آنها برای کاربرد خاص یا در تعداد کم تولید و در جایی از دنیا به صورت محدود استفاده شوند. به طوری که هیچ اطلاعاتی از عملکرد و ساختار آنها در دسترس نباشد. در این نوشته انواع رله را به این شکل دسته بندی کرده ایم:

• رلۀ الکترومکانیکی
• رلۀ الکترومکانیکی با ساختار متفاوت
• رلۀ الکترومکانیکی در مخابرات
• رله های الکترومکانیکی دیگر
• رلۀ حالت جامد
• رلۀ هیبریدی
• رلۀ حرارتی و انواع تحریک شونده با عوامل غیر الکتریکی
• رله های متفاوت در تحریک و سوییچ
• رله هایی با ویژگی های خاص برای کاربردهای خاص
• رله های صنعت برق
• رله های برق صنعتی
• رلۀ دیجیتال.

تصویر 2 – نمونه ای از رلۀ دیجیتال، رلۀ حالت جامد و رلۀ خودرویی

نکتۀ مهم دیگر این است که رله های مختلف با ساختارها و عملکردهای متنوع ساخته می شوند. دسته بندی، توضیح عملکرد و بررسی ساختار آنها به طور دقیق و مطمئن امکان پذیر نیست. مثلاً نمی توانیم بگوییم که رلۀ لچ مکانیکی حتماً دو سیم پیچ دارد. ممکن است نوعی از آن وجود داشته باشد که در آن از یک یا بیش از دو سیم پیچ استفاده شده باشد. بنابراین در چنین مواردی از کلماتی مانند “معمولاً”، “اغلب” و “برخی” استفاده می کنیم. در این نوشته ابتدا به تاریخچه ای مختصر از رله می پردازیم. سپس اصطلاحات حول موضوع رله را بیان می کنیم. پس از بررسی و شرح انواع رله، با طرح مباحثی دیگر، نوشته را به پایان می بریم. لازم به ذکر است که تاریخچۀ رله در این نوشته، اقتباسی از کتاب “Electric Relays: Principles and Applications” نوشتۀ “Vladimir Gurevich” است. مفهوم “صنعت برق” که در این نوشته به آن اشاره خواهد شد، مجموعۀ تولید، انتقال و توزیع برق است. همچنین “برق صنعتی”، مجموعۀ ابزارها و روش های استفاده از برق در صنایع و ساختمان است. در ادامه خواهیم دید که برخی رله هایی که در صنعت برق استفاده می شوند، در برق صنعتی نیز به کار برده می شوند.

تصویر 3 – چند نمونه رله

تاریخچه رله و نقش تلگراف و تلفن در پیدایش آن

نخستین خط ریلی از Baltimore به کارخانۀ Ellicott در آمریکا در سال 1830 ساخته شد. قطارها شامل چندین واگن با چرخ های چوبی بودند و توسط گروهی از اسب ها روی ریل های چوبی حرکت می کردند. در آن زمان قطارها برای استراحت و تغذیۀ اسب ها، مجبور بودند مدتی توقف کنند. این موضوع باعث طولانی شدن سفرها می شد. برای رفع این مشکل اسب هایی در میانۀ راه مستقر کردند. هر گروه تازه نفس اسب، Relay شناخته می شد که از کلمۀ فرانسوی Relais به معنای جایگزینی گرفته شده بود. پس از تلاش های اشخاصی مانند هانس کریستین اورستد، شویگر، آمپر، ویلیام استروجن و …، جوزف هانری (Joseph Henry) سیم عایق بندی شده با ابریشم را برای آهنربای الکتریکی پیشنهاد کرد. هانری بعدها در یکی از مقاله های خود ایدۀ ساخت یک ماشین را که با آهنربای الکتریکی حرکت می کند، ارائه کرد. در تابستان سال 1831 مقاله ای دیگر ارائه کرد که در آن به توضیح دستگاهی پرداخته شده بود که همۀ مشخصات اساسی یک رلۀ الکترومغناطیسی پلاریزه شدۀ امروزی را داشت. او آن را یک “اسباب بازی فلسفی” می دانست. تصویر زیر یک طرح از این دستگاه و همچنین یک اسباب بازی ساخته شده بر اساس آن را نشان می دهد. هانری نتایج تحقیقات بعدی خود را در سال 1831 در ژورنال علم آمریکا منتشر کرد. او همچنین نمونه ای از تلگراف ساخت. در این تلگراف از یک زنگ استفاده شده بود که حرکت آهنربا باعث ضربه به آن می شد. او در سال 1835 یک تلگراف دیگر ساخت که در آن یک آهنربای ابرقدرت استفاده شده بود. همچنین به جای زنگ، یک آهنربای چرخشی قرار گرفت که کنتاکت هایی را به هم متصل می کرد. این وسیله، اولین رله در جهان بود، اما نه هانری و نه دیگران نمی دانستند که این وسیله رله است.

تصویر 4 – طرح موتور نوسان کنندۀ هانری ساخته شده با آهنربای الکتریکی و یک اسباب بازی ساخته شده بر اساس آن

تلگراف و نقش آن در پیدایش رله

در آن زمان ها علاوه بر هانری، افرادی همچون ویلیام ریچی و ساموئل مورس روی تلگراف برقی کار کردند. بعدها کارل گاوس و ورنر وبر در آلمان و شیلینگ فون کاپستات در روسیه نیز به این کار پرداختند. بالأخره مورس در سال 1844 موفق به ساخت نمونه ای عمومی از تلگراف برقی شد. با افزایش طول خطوط تلگراف، سیگنال در مقصد تضعیف می شد. تا زمانی که شخصی از تیم مورس آزمایش های هانری را که دربارۀ کنترل از راه دور یک آهنربای الکتریکی (در زمان های ساخت تلگراف خودش در 1835) بود، به یاد آورد. نتیجه این شد که در مسیر خطوط تلگراف تکرار کننده هایی قرار دادند. در ابتدا این نوع دستگاه ها، “تکرار کننده” و “رجیستر” نام گرفتند. اما بعدها به علت شباهت کار آنها به ایستگاه اسب های Relay، به تدریج “رله” نامیده شدند. رله ها به سرعت شروع به توسعه کردند. برندهای جدید ظاهر و هر روز بر شمار تولید کنندگان آنها افزوده شد. اما مدت زمانی طولانی رله ها فقط بخشی از سیستم های تلگرافی بودند. رله هایی که توسط ادیسون طراحی و ساخته شدند، به تدریج به دستگاه هایی شباهت پیدا کردند که امروزه در بیشتر کاربردهای صنعتی از آنها استفاده می کنیم.

تصویر 5 – سیستم تلگرافی مورس (1)، نمونه ای از رله های سیستم تلگراف (2) و یکی از طرح های ادیسون (3)

تأثیر تلفن بر رله و ساخت رله در روسیه

اختراع تلفن نیز بر پیشرفت رله ها تأثیر گذار بود. با به کار گیری رله ها، سوییچ های سیستم تلفن از دستی به رله ای تغییر کردند. شرکت آمریکایی Western Electric برای اولین بار در سال 1878 از رلۀ برقی در چنین سوییچ ها استفاده کرد. در روسیه نیز لارس اریکسون سوئدی، اولین کارخانۀ تلفن را در سال 1897 در پترزبورگ تأسیس کرد. این شرکت در سال 1922 به “کارخانۀ تلفن پتروگراد  Krasnaya Zary” تغییر نام داد. یکی از تولیدات این شرکت رله بود. اولین مدل های رلۀ این شرکت تا سال 1925، از نوع Clapper (دارای آرمیچر) و تقریباً بازتولیدی از رله های اریکسون بودند. این آغاز تولید رله های تلفنی در روسیه بود. در سال 1934، پروفسور ماتوف از انستیتوی انرژی مسکو کتاب “رله های تلفن، ساخت و طراحی آنها” را منتشر کرد. این کتاب اولین اثر منتشر شدۀ روسی بود که دانش و تجربۀ کلی سراسر جهان را در زمینه طراحی رله های الکترومغناطیسی ارائه داد. در همان زمان، در سال 1938، کارخانه الکترومکانیکی خارکوف شروع به تولید رله برای صنعت تولید برق و صنعت درایو برقی کرد. گرچه محصولات آن، تولید مجدد بهترین نمونه های خارجی بود، این سیاست سال های طولانی به طول انجامید. نمونه هایی از روی رله های آلمانی که از موشک های آلمانی V-2 گرفته شده بود، در آن زمان ساخته می شد. رله های نوع PKH و PPH که از سال 1946 در میلیون ها قطعه تولید شدند، فقط نسخه های رله های آلمانی و انگلیسی بودند. پس از آن تعداد کارخانه های تولید رله رو به افزایش نهاد. همچنین رله های جریان ضعیف در شهرهای خارکوف (توسط انجمن تولید Radiorele)، سن پترزبورگ (توسط انجمن تحقیق و تولید Severnaya Zarya)، ایرکوتسک، آلاتیر و … تولید شدند.

تصویر 6 – شمارۀ 1: رلۀ ساخت Radiorele، شمارۀ 2: رلۀ روسی ساخت سال های 1940 تا 1950، شمارۀ 3: طرح رلۀ PKH

رله های امروزی

با پیشرفت روز افزون تکنولوژی و گسترش و بالا رفتن سطح نیازها، رله های گوناگونی ساخته شدند. رله های امروزی دیگر مانند سابق تنها از نوع الکترومکانیکی معمولی نیستند. در میان آنها انواع حالت جامد، هیبریدی، انواع تحریک شونده با عوامل غیر الکتریکی، انواع مبتنی بر میکروکنترلر و میکروپروسسور و انواع مختلف دیگر نیز وجود دارد. رله های امروزی می توانند هر گونه نیاز صنایع مختلف را برطرف کنند. تنوع آنها در ساختار، جنس، عملکرد، اندازه، قیمت، مشخصات الکتریکی و … به قدری است که می توان گفت هیچ جای خالی و کاربرد خاصی وجود ندارد که رله ای برای آن ساخته نشده باشد. البته این را هم در نظر بگیریم که ساخت رله پیچیدگی های ساخت قطعاتی مانند ICها را ندارد. بنابراین با پیشرفت صنایع، نیازی هم به وجود بیاید، رلۀ خاص آن نیاز ساخته خواهد شد. رله های امروزی نسبت به رله های گذشته ویژگی هایی دارند که برخی از آنها عبارتند از:

• سرعت سوییچ بالاتر؛
• کوچکتر بودن؛
• تحمل جریان متناسب با کاربرد؛
• قابلیت اعتماد بیشتر؛
• ارزان تر بودن؛
• دسترسی آسان تر به آنها؛
• تنوع بیشتر؛
• طول عمر بیشتر؛

در تصویر زیر چند رلۀ مدرن را مشاهده می کنید.

تصویر 7 – چند رلۀ مدرن

ساختار و طرز کار رله الکترومکانیکی

در بخش تاریخچه، این رله ها، رله های الکترومغناطیسی نیز نامیده شدند. دلیل آن، وجود یک سیم پیچ در این رله هاست که به یک هستۀ فلزی خاصیت آهنربایی می دهد. به مجموع این هستۀ فلزی و سیم پیچ (کویل رله یا بوبین رله)، سلونوئید (Solenoid) نیز می گویند. رله های الکترومکانیکی به طور کلی شامل سیم پیچ (بوبین یا کویل) و هستۀ آهنی (شمارۀ 1 در تصویر زیر)، کنتاکت (4)، تیغه (3)، آرمیچر (2) و تعدادی قطعۀ دیگر هستند. با اعمال ولتاژ به سیم پیچ، هستۀ آهنی، آهنربا می شود و آرمیچر را به سمت خود می کشد. آرمیچر که نقش اهرم دارد، به یک (یا چند) تیغه متصل است. حرکت آرمیچر روی یک لولا باعث حرکت تیغه (تیغه ها) می شود. بنابراین کنتاکت هایی که روی تیغه ها قرار دارند، به هم متصل (یا از هم جدا) می شوند. بدین شکل عملکرد کلید پیاده می شود. تیغه ها، کنتاکت ها و پایه های رله نقش رسانا دارند و جریان سوییچ شده از آنها عبور می کند. با قطع شدن جریان سیم پیچ، آرمیچر رها و توسط یک فنر به جای قبلی خود برمی گردد. در نتیجه تیغه ها و کنتاکت ها نیز به حالت قبلی خود بازمی گردند. در تصویر زیر در بخش A ساختار یک رلۀ الکترومکانیکی نمایش داده شده است. بخش B، تصویر این رله بدون اعمال ولتاژ و بخش C با اعمال ولتاژ به سیم پیچ است. در این رله (B و C)، بین آرمیچر و تیغه، یک زبانۀ پلاستیکی قرار دارد. حرکت آرمیچر باعث هدایت زبانه به سمت بیرون می شود و تیغه ها را به هم نزدیک می کند. در نتیجه کنتاکت ها به هم وصل می شوند. در بخش C این زبانۀ پلاستیکی مشخص است. نکته: در برخی رله های الکترومکانیکی به جای فنر از خاصیت فنری تیغه ها استفاده می شود.

تصویر 8 – ساختار یک رلۀ الکترومکانیکی، اجزای اصلی داخل رله و باز و بسته بودن کنتاکت رله

اصطلاحات و عبارات رله

در این بخش برخی عبارات و اصطلاحات حول موضوع رله را توضیح می دهیم. برخی از آنها در بین جامعۀ مهندسی، تعمیرکاران و صنعتگران مصطلح شده و برخی، واژگان فنی مورد نیاز این نوشته هستند. رله 5 ولت: برای راه اندازی باید به سیم پیچ آنها ولتاژ 5 ولت DC داده شود. رله های 3 و 6 و 9 و 12 و 24 و 48 ولت نیز موجودند. رله الکترومغناطیسی: همان رلۀ الکترومکانیکی است. رله میلون و رله بچه میلون: به نوعی از رلۀ الکترومکانیکی با ابعاد و شکل مشخص گفته می شود. رلۀ بچه میلون کوچکتر از رلۀ میلون است. (شمارۀ 1 در تصویر زیر) رله کتابی: به رله هایی که ابعادی شبیه به کتاب، باریک دارند، می گویند. (2) رله صنعتی: یا رله قدرت به رله هایی با جریان بالاتر از رله های معمولی گفته می شود. این نوع رله ها معمولاً روی PCB مونتاژ نمی شوند و برای آنها اغلب پایه هایی وجود دارد که رله روی آن قرار می گیرد. (3) رله مخابراتی: معمولاً به رله هایی برای سوییچ ولتاژهای DC (کمتر از 24 ولت) یا AC (کمتر از 120 ولت) می گویند. (4) رله مینیاتوری: معمولاً به رله هایی با ابعاد کوچک و اغلب قابل نصب روی PCB می گویند. (5) رله شیشه ای: پوشش آن شفاف و اجزای درون آن مشخص است. نوع خاصی از رله نیست و گاهی به رله هایی که با برق شهر تحریک می شوند، گفته می شود. (6) رله فیش خور: در این رله ها، پایه ها شبیه سرسیم نری هستند و سیم ها به آن با سرسیم های مادگی و یا سوکت های مخصوص متصل می شوند. (7) رله کمکی (Auxiliary Relay): به رلۀ راه انداز یک وسیله که آن وسیله خودش راه انداز سیستمی دیگر است، رلۀ کمکی می گویند.

تصویر 9 – رله های میلون، کتابی، صنعتی، مخابراتی، مینیاتوری، شیشه ای و فیش خور

پل و حالت در سوییچ و رله

در سوییچ ها اغلب با عبارات SPST و SPDT و … مواجه می شویم. این کلمات در رله ها هم استفاده می شوند. P مخفف Pole به معنی قطب و T مخفف Throw به معنی باز کردن است. Throw در اصطلاح تعداد حالات سوییچ را بیان می کند. SPST مخفف Single Pole Single Throw، کلیدها یا رله های تک پل تک حالته هستند. SPDT مخفف Single Pole Double Throw کلید یا رلۀ تک پل دو حالته است. در این نوع نام گذاری در کلمۀ xPyT حروف P و T ثابت هستند و به جای حروف x و y حروف S و D و T و Q قرار می گیرد. این حروف به ترتیب مخفف Single و Double و Triple و Quadruple هستند. گاهی به جای این حروف از اعداد استفاده می شود. مثلاً SPDT را p1P2T یا TPDT را p3P2T می نویسند. گاهی نیز به صورت عدد و حروف ترکیبی نوشته می شود. مثلاً QPDT را p4PDT می نویسند. در تصویر زیر نمونه ای از این نام گذاری را به همراه نماد شماتیکی می بینید.

نماد قطعات الکترونیکی

تصویر 10 – نمونه هایی از پل و حالت در سوییچ ها

فرم های اتصال الکتریکی

فرم های اتصال عبارتند از وضعیت کنتاکت های سوییچ (یا رله) نسبت به یکدیگر از لحاظ باز یا بسته بودن. همیشه این طور نیست که کنتاکت ها از هم جدا باشند و با تحریک رله، به یکدیگر متصل شوند. رله هایی وجود دارند که با تحریک آنها، کنتاکت ها از یکدیگر جدا می شوند. فرم های اتصال، این امکان را به وجود می آورند که با یک بار سوییچ، دو یا چند عملکرد با یکدیگر انجام شوند. مثلاً در رله های SPDT، با سوییچ رله، کنتاکت COM از NC به NO متصل می شود. این عملکرد می تواند تنها با یک بار سوییچ، دستگاهی را خاموش و دیگری را روشن کند. فرم های اتصال متنوعی برای سوییچ ها و رله ها وجود دارد. در این بخش به تعدادی از آنها می پردازیم. عبارت Normally (به طور معمول) به معنای زمانی است که رله فعال (روشن، تحریک یا راه اندازی) نشده است. فرم A: که Make Contacts نیز گفته می شود، یک اتصال Normally Open (NO، به طور معمول باز) است. پس از فعال شدن، کنتاکت ها به هم متصل می شوند. فرم B: که Break Contacts نیز گفته می شود، یک اتصال Normally Closed (NC، به طور معمول بسته) است. پس از فعال شدن، کنتاکت ها از هم جدا می شوند. فرم C: که Change Over یا Transfer نیز نامیده می شود، ترکیبی از NO و NC است. سه کنتاکت وجود دارد که به طور معمول کنتاکت COM به NC متصل است. با فعال شدن رله، کنتاکت COM از NC قطع و به NO وصل می شود. فرم D: که Continuity Transfer نیز گفته می شود، شبیه فرم C است، اما در فرم D هنگام سوییچ، کنتاکت COM ابتدا به NO وصل می شود و پس از آن از NC قطع می شود.

تصویر 11 – برخی فرم های اتصال در سوییچ ها و رله ها

رله الکترومکانیکی

اولین رله هایی که ساخته شد، رله های الکترومکانیکی (Electromechanical Relay یا EMR) بودند. این رله ها با اعمال ولتاژ به دو پایه که از داخل به دو سر یک سیم پیچ متصل اند، راه اندازی می شوند. پایه های دیگر از داخل به تیغه هایی متصل هستند و روی این تیغه ها کنتاکت هایی وجود دارد. با اعمال ولتاژ به دو پایۀ سیم پیچ، تیغه ها به یکدیگر نزدیک (یا از همدیگر دور) و کنتاکت ها به یکدیگر متصل (یا از همدیگر جدا) می شوند. بنابراین مداری که به پایه های تیغه ها وصل است، بسته (یا باز) می شود. این رله ها در انواع مختلف SPST و SPDT و DPST و DPDT و TPST و TPDT و … وجود دارند. در برخی از این رله ها فرم های اتصال خاص و در اغلب آنها فرم های اتصال A و B و C به صورت تکی و ترکیبی وجود دارند. اجزای اصلی این رله ها، سیم پیچ، هسته ای از جنس آهن نرم، کنتاکت ها، تیغه ها و آرمیچر هستند. برخی اجزای دیگر این نوع رله عبارتند از: قرقره، یوغ، فنر، لولا، تسمۀ پیوند دهنده (Bonding Strap)، پیچ ها، قطعات پلاستیکی و فلزی، پایه ها، سیم هایی برای اتصال پایه ها به تیغه ها و پوشش رله. ولتاژ تحریک سیم پیچ در برخی از آنها DC و مقادیری مانند 5 و 12 و 24 ولت است. برخی نیز با ولتاژهای 220 و 110 و 12 و 24 ولت و … AC تحریک می شوند.

تصویر 12 – چند رلۀ الکترومکانیکی و با ولتاژهای تحریک متفاوت

رله لچ

رلۀ لچ (Latching Relay) یک رلۀ الکترومکانیکیِ دو وضعیتی است که با هر بار تحریک، یک تغییر وضعیت می دهد. پس از هر تحریک می توان جریان تحریک را قطع کرد. با قطع جریان تحریک، وضعیت کنتاکت ها تغییر نمی کند. سه نوع اصلی رلۀ لچ عبارتند از: رله لچ مغناطیسی: در این نوع رله، یک آهنربای دائمی وجود دارد. با تحریک یک سیم پیچ، یک تغییر وضعیت ایجاد می شود. برای برگشتن به وضعیت قبلی در آنهایی که یک سیم پیچ دارند، باید همان سیم پیچ، با پلاریتۀ معکوس (نسبت به قبلی) تحریک شود. تحریک با پلاریتۀ قبلی تأثیری در وضعیت کنتاکت ها ندارد. در رلۀ لچ مغناطیسی با دو سیم پیچ، برای برگشتن به وضعیت قبلی، سیم پیچ دوم تحریک می شود. تحریک سیم پیچ اول تأثیری در وضعیت کنتاکت ها ندارد. ولتاژ تحریک در رلۀ لچ مغناطیسی می تواند AC هم باشد. بنابراین آنهایی که یک سیم پیچ دارند، از مداری برای تشخیص فرمان قطع یا وصل استفاده می کنند. رله لچ مکانیکی: این نوع رلۀ لچ برای نگه داشتن کنتاکت ها در آخرین وضعیت، یک مکانزیم قفل دارد. در این رله ها که معمولاً از دو سیم پیچ استفاده می کنند، با هر بار تحریکِ یک سیم پیچ، وضعیت کنتاکت ها تغییر می کند. با توجه به این که در آنها از آهنربای دائم استفاده نشده، با گذر زمان و تغییرات دما، توانایی مکانیزم قفل ضعیف نمی شود. رله Impulse یا ضربه ای: نوعی از رلۀ لچ است که با هر پالس اعمالی، یک بار تغییر وضعیت می دهد. در این رله ها یک مدار فرمان وجود دارد که وضعیت کنتاکت ها را تشخیص می دهد. با پالس اعمال شده، سیم پیچ مناسب (یا سیم پیچ با پلاریتۀ مناسب) تحریک می شود و کنتاکت ها تغییر وضعیت می دهند.

تصویر 13 – از راست: عملکرد رلۀ لچ مغناطیسی با دو کویل و یک کویل و نمای داخلی یک رلۀ لچ مکانیکی با دو سیم پیچ

رله Reed

رلۀ Reed دارای دو یا بیش از دو کنتاکت در یک محفظۀ معمولاً شیشه ای است. این محفظۀ شیشه ای معمولاً خلأ یا پر شده از گازهای نجیب است. کنتاکت ها خاصیت فنری دارند و با اعمال میدان مغناطیسی از بیرون از محفظه، تغییر وضعیت می دهند. اغلب یک سیم پیچ دور این محفظه وجود دارد و با تحریک این سیم پیچ، میدان مغناطیسی ایجاد می شود. در نتیجه کنتاکت ها در آن تغییر وضعیت می دهند. رلۀ Reed هم به صورت بدون سیم پیچ وجود دارد، هم با سیم پیچ درون یک پکیچ. رلۀ Reed از رلۀ الکترومکانیکی سریع تر است. مشکلی که وجود دارد، آهنربایی شدن کنتاکت های آن در گذر زمان است. در این صورت بدون تحریک سیم پیچ، کنتاکت ها به یکدیگر متصل می شوند. نوعی رلۀ Reed وجود دارد که در آن از جیوه نیز استفاده شده است. به این نوع رلۀ Reed، رلۀ Mercury-wetted می گویند. جیوه در رلۀ Mercury-wetted باعث عمر بیشتر رله و کنتاکت ها می شود. در تصویر زیر ساختار و عملکرد رلۀ Reed، دو نمونه رلۀ Mercury-wetted، اجزای داخلی رلۀ Reed و یک نمونه از آن را می بینید.

تصویر 14 – عملکرد، اجزا و یک نمونه رلۀ Reed و دو نمونه رلۀ Mercury-wetted

رله های الکترومکانیکی با ساختار متفاوت

رله پیستونی (Plunger Type Relay): در این رله ها هستۀ سیم پیچ یک میلۀ آهنیِ آزاد است. با تحریک سیم پیچ، هسته حرکت می کند و کنتاکت ها به یکدیگر متصل یا از هم جدا می شوند. یک فنر نیز به هسته متصل است که باقطع جریان تحریک، کنتاک ها را به وضعیت اولیه برمی گرداند. (شمارۀ 1 در تصویر زیر) رله جیوه ای (Mercury Relay): در این نوع رله، جیوه به عنوان کنتاکت عمل می کند. یک جسم در جیوه شناور است و وقتی سیم پیچ تحریک می شود، این جسم  در جیوه فرو می رود. بنابراین سطح جیوه بالا می رود و جریان دو ترمینال رله توسط جیوه برقرار می شود. رلۀ جیوه ای معمولاً باید به صورت عمودی نصب شود. (2) رله Force-guided Contacts: در این نوع رله کنتاکت ها به صورت مکانیکی با هم در ارتباط هستند. طوری که تغییر وضعیت آنها در صورت ثابت ماندن یکی از آنها ممکن نیست. اگر یک کنتاکت متحرک در اثر جریان زیاد به کنتاکت مقابل خودش بچسبد، کنتاکت های دیگر نیز درگیر می شوند. و قطع تحریک سیم پیچ و یا تحریک دوباره، تأثیری در تغییر وضعیت این کنتاکت های قفل شده، ندارد. (3) رله الکترومکانیکی AC با حلقۀ Shading: در رلۀ الکترومکانیکی که سیم پیچ آن با جریان AC قابل تحریک است، از قطعه ای به نام حلقۀ Shading (یا سیم پیچ Shading) استفاده می شود. جنس این حلقه معمولاً از مس یا آلومینیوم است. و طوری در هسته قرار می گیرد که می تواند شار مغناطیسی را مدتی پس از قطع جریان سیم پیچ، درون هسته نگه دارد. وقتی جریان AC به سیم پیچ اعمال می شود، با تغییر جهت جریان، جهت شار مغناطیسی با تأخیر تغییر می کند. بنابراین جهت شار مغناطیسی تا سیکل بعدی جریان تغییر نمی کند. (4)

تصویر 15 – رلۀ پیستونی، جیوه ای، Force-guided Contacts و حلقۀ Shading

رله القایی

در رله های القایی آنچه باعث حرکت می شود، القای الکترومغناطیسی است. دو نوع مهم رلۀ القایی، رلۀ دیسک القایی و رلۀ فنجان القایی است. رله دیسک القایی (Induction Disc Type Relay): در این رله یک سیم پیچ با هستۀ آهنی شیار دار وجود. یک دیسک فلزی از این شیار عبور کرده و حول شفتی که به یک فنر حلزونی متصل است می چرخد. روی این شفت یک کنتاکت وجود دارد. هرگاه سیم پیچ تحریک شود، این دیسک و شفت می چرخد و در نتیجه کنتاکت حرکت می کند و به یک کنتاکت ثابت متصل (یا از آن جدا) می شود. سرعت حرکت دیسک با جریان تحریک رابطۀ مستقیم دارد. دیسک استفاده شده در رلۀ دیسک القایی از جنس آلومینیوم یا مس است. هچنین جریان تحریک باید AC باشد. رله فنجان القایی (Induction Cup Relay): عملکرد آن شبیه موتور القایی است. از یک استاتور با دو، چهار یا چند قطب، یک هستۀ آهنی ثابت و یک روتور تشکیل شده است. روی روتور یک کنتاکت وجود دارد و یک فنر به روتور متصل است. جریان های تحریک می توانند به صورت جداگانه به هر سیم پیچ اعمال شود. بنابراین عامل تحریک این رله می تواند اختلاف جریان های سیم پیچ ها باشد. آنچه روتور را به حرکت در می آورد، نیروی ناشی از القای الکترومغناطیسی توسط استاتور است. جریان تحریک در رلۀ فنجان القایی نیز باید AC باشد.

تصویر 16 – ساختار رلۀ فنجان القایی و دیسک القایی

رله های الکترومکانیکی در مخابرات

در گذشته سیستم های سوییچ تلفن از رله های الکترومکانیکی برای انتقال و سوییچ سیگنال های تلفن استفاده می کردند. رلۀ مورد استفاده در این سیستم ها دارای مشخصاتی هستند که انتقال سیگنال ها با کمترین تضعیف انجام می شود. افت ولتاژ دو کنتاکت به هم متصل شده به خاطر مقاومت بسیار کم آنها، مقداری ناچیز است. جنس مرغوب قطعات آنها نیز طوری است که تعداد سوییچ بالا در گذر زمان، مشخصات آن را تغییر نمی دهد. جنس کنتاکت ها یا روکش آنها در این رله ها طلا است و در برخی از آنها کلیۀ قطعات در پکیج ایزوله قرار دارند. این ویژگی ها در نهایت باعث می شوند که این نوع رله ها برای مدتی طولانی بدون مشکل کار کنند. اندازۀ رله ها در سیستم های سوییچ تلفن در نسل های مختلف، متفاوت است. در سیستم های جدیدتر اندازۀ رله ها کوچکتر و از رله های مینیاتوری استفاده شد. در سیستم های امروزی دیگر رلۀ الکترومکانیکی استفاده نمی شود و آی سی ها عمل سوییچ را انجام می دهند. در سیستم های مخابراتی بی سیم نیز گاهی از رله ها استفاده می شود. مثلاً گاهی برای استفادۀ یک آنتن، هم برای فرستنده و هم گیرنده، از رله کواکسیال (Coaxial Relay) استفاده می شود. در این رله ها، سیگنالی که سوییچ می شود، فرکانس بالا است. بنابراین رلۀ کواکسیال از لحاظ امپدانس و دیگر مشخصات، منطبق بر خطوط انتقال است. همچنین قطعات درون آن به شکلی ساخته شده که از تشعشع جلوگیری شود و تلفات به حداقل برسد. قطعات رلۀ کواکسیال نیز مانند برخی رله های مورد استفاده در سیستم های سوییچ تلفن، از فضای محیط ایزوله است.

تصویر 17 – رلۀ کواکسیال و رله های به کار رفته در یک سیستم قدیمی سوییچ تلفن

رله موج بَری

سیگنال مایکروویو موجود در موج برها توسط رلۀ موج بری (Waveguide Relay)، سوییچ می شود. سوییچ سیگنال در موج برها، چون سیگنال از جنس امواج الکترومغناطیسی است، دیگر با استفاده از کنتاکت صورت نمی گیرد. بلکه توسط صفحات فلزی بازتابندۀ امواج الکترومغناطیسی انجام می شود. معمولاً یک موتور الکتریکی، المان بازتابنده را می چرخاند و چرخش این قطعۀ متحرک پورت ها را به هم مرتبط می کند. در این صورت موج الکترومغناطیسی از یک پورت به پورت دیگر، سوییچ می شود. رلۀ موج بری ممکن است سوییچ موج بر (Waveguide Switch) نیز نامیده شود. انواع تغییرات را می توان با حرکت قطعات در موج بر برای کاربردهای مختلف به وجود آورد. مثلاً می توان پلاریزاسیون یا فاز موج الکترومغناطیسی را تغییر داد. نمی توان گفت وسایل ایجاد کنندۀ تغییرات هم رله هستند. چون تعریف رله سوییچ کردن است و نه تغییرات. بنابراین با وجود این که یک سیستم الکترومکانیکی تغییرات را انجام می دهد، نمی توان گفت که این وسایل، رلۀ موج بری هستند.

تصویر 18 – یک نمونه رلۀ موج بری و شمای داخلی دو نمونه از آنها

سوییچ میکروالکترومکانیکی فرکانس رادیویی

امروزه با مطرح شدن سیستم های میکروالکترومکانیکی (MEMS)، سوییچ هایی نیز با این فناوری ساخته شده اند. نام این قطعات Microelectromechanical Switch یا MEMS Switch است. این سوییچ ها در ابعاد کوچک و اغلب با پکیج هایی مانند پکیج آی سی ها هستند. عملکرد MEMS سوییچ ها شبیه RF سوییچ هاست. ولی در قسمت سوییچ آنها به جای نیمه هادی ها از قطعات متحرک استفاده شده است. این سوییچ ها را چون عملکردی شبیه رلۀ الکترومکانیکی دارند، نوعی رله به حساب می آوریم. در نوعی از MEMS سوییچ ها بین دو الکترود که یکی از آنها متحرک است با اعمال ولتاژ DC، خاصیت خازنی ایجاد می شود. در اثر نیروی الکترواستاتیکی، دو الکترود به هم نزدیک و باعث اتصال دو نقطه به هم می شوند. برای ایجاد نیروی الکترواستاتیکی کافی، باید ولتاژ بالایی به دو الکترود اعمال شود. مثلاً در سوییچ MM5130 باید ولتاژ حدود 90 ولت به پایۀ Gate هر یک از سوییچ ها اعمال شود. در سوییچ ADGM1004 این ولتاژ به صورت داخلی ساخته می شود. سوییچ میکروالکترومکانیکی فرکانس رادیویی (RF Microelectromechanical Switch) علاوه بر فرکانس های رادیویی، می تواند سیگنال های فرکانس پایین و DC را نیز سوییچ کند.

تصویر 19 – یک نمونه سوییچ میکروالکترومکانیکی فرکانس رادیویی و عملکرد آن

رله های الکترومکانیکی دیگر

در این بخش به چند نوع دیگر رلۀ الکترومکانیکی می پردازیم. ابتدا رلۀ قطبی، رلۀ خلأ و رلۀ فنر سیمی را توضیح می دهیم. سپس دو نوع دیگر را  که عملکردی شبیه رله های لچ دارند، بررسی می کنیم. رله قطبی (Polarized Relay): در ساختار آن از یک آهنربای دائم استفاده شده است. این آهنربای دائم بخشی از شار مغناطیسی درون هسته را ایجاد می کند. بنابراین تحریک رله نیازمند جریان کمتری است. با توجه به این موضوع، رلۀ قطبی دارای حساسیت بیشتری در تحریک، نسبت به رلۀ الکترومکانیکی عادی است. رلۀ لچ مغناطیسی نیز نوعی رلۀ قطبی است. بقیۀ رله های دیگر غیر قطبی (Non-polarized) هستند. رله خلأ (Vacuum Relay): در این نوع رله های الکترومکانیکی، کنتاکت ها درون یک لولۀ خلأ قرار دارند. رلۀ خلأ قابلیت سوییچ ولتاژهایی تا 20 کیلو ولت را دارد. با این که کنتاکت های باز در رلۀ خلاً فاصله ای در حد چند صدم اینچ دارند، جریانی از آنها عبور نمی کند. نزدیک بودن کنتاکت ها به یکدیگر باعث سرعت سوییچ بالاتر رلۀ خلأ نسبت به رلۀ الکترومکانیکی معمولی می شود. از آنجا که در رلۀ خلأ هیچ اکسیژن یا مواد گازی دیگری وجود ندارد، کنتاکت ها عاری از اکسیداسیون هستند. لولۀ خلأ استفاده شده در آنها نیز از جنس شیشه یا سرامیک ساخته می شود. رله فنر سیمی (Wire Spring Relay): نوعی رلۀ الکترومکانیکی است که به جای استفاده از فنر در آن، تیغه ها خاصیت فنری دارند. این تیغه ها به صورت سیم های کشیده و دارای خاصیت فنری هستند. رله های Wire Spring در گذشته در کامپیوترهای الکترومکانیکی برای پیاده سازی عملکردهای منطقی و محاسباتی استفاده می شدند. رلۀ Wire Spring که معمولاً دارای تعداد کنتاکت های زیاد است، امروزه بسیار کم استفاده است.

تصویر 20 – دو رلۀ خلأ (سمت راست) و یک رلۀ فنر سیمی (سمت چپ)

رله الکترومکانیکی با عملکرد لچ

رلۀ استپ و رلۀ خودنگهدار را رلۀ لچ به حساب نمی آورند. عملکرد رلۀ استپ شبیه رلۀ ایمپالس است. تفاوت آن با رلۀ ایمپالس، نداشتنِ مدار فرمان است. رلۀ خودنگهدار نیز ساخته شده توسط رلۀ الکترومکانیکی معمولی است. رله استپ (Step) یا قفل شونده: طرز کار آن مکانیکی است. با هر بار تحریکِ سیم پیچ، کنتاکت ها تغییر وضعیت می دهند. در هر بار تحریک، یک قطعۀ پلاستیکی دایره ای شکل، می چرخد. روی این قطعۀ پلاستیکی، فرورفتگی ها و برآمدگی هایی وجود دارد. این قطعۀ پلاستیکی با یکی از تیغه ها که خاصیت فنری دارد، در تماس است. در صورتی که قسمت برآمدۀ قطعۀ پلاستیکی با تیغۀ مذکور در تماس باشد، این تیغه از تیغۀ دیگر دور و در نتیجه کنتاکت ها از هم جدا هستند. در صورتی که سیم پیچ تحریک شود، این وضعیت تغییر می کند و قطعۀ پلاستیکی می چرخد. در این هنگام قسمت فرو رفتۀ آن با تیغۀ مذکور در تماس است. در نتیجه تیغه ها به یکدیگر نزدیک و کنتاکت ها به هم متصل هستند. این عملکرد همانند مکانیزم خودکارهای فشاری است.

تصویر 21 – مراحل تغییر وضعیت رلۀ استپ

رله خودنگهدار (Self-holding Relay): به رله هایی که جریان تحریک از یکی از کنتاکت های خودش عبور می کند، می گویند. به این صورت که ابتدا جریانی سیم پیچ را تحریک می کند. سپس یک کنتاکت متصل می شود و از این پس جریان تحریک از این کنتاکتِ متصل شده، عبور می کند. تا زمانی که جریان کنتاکت و در نتیجه سیم پیچ برقرار است، کنتاکت ها به یکدیگر متصل هستند. بنابراین برای تغییر وضعیت رلۀ خود نگهدار دو فرمان Set و Reset توسط دو کلید یا ترانزیستور لازم است. نمونۀ بهتر رلۀ خودنگهدار با استفاده از انواع غیر تک پل قابل ساخت است.این گونه که یک پل به سیم پیچ اختصاص یابد و دیگر پل ها برای اهداف سوییچ استفاده شود.

تصویر 22 – یک مدار برای ساخت رلۀ خود نگه دار با استفاده از رلۀ معمولی

رله حالت جامد یا رله الکترونیکی

رلۀ حالت جامد (Solid-state Relay یا SSR) ساخته شده از عناصر حالت جامد است که عملکردی را شبیه یک رلۀ الکترومکانیکی پیاده می کند. در رلۀ حالت جامد هیچ قطعۀ متحرکی وجود ندارد. عملیات سوییچ توسط تریستور (SCR)، ترایاک (Triac) یا المان های سوییچ دیگر انجام می شود. بنابراین می توان جریان های AC را نیز به وسیلۀ آنها سوییچ کرد. در رلۀ حالت جامد برای سوییچ، از خواص الکتریکی یا نوری قطعات نیمه هادی استفاده می شود. در این رله ها مانند رلۀ الکترومکانیکی، بخش سوییچ و و بخش تحریک از یکدیگر ایزوله هستند. آنها اندازۀ کمتری نسبت به رلۀ الکترومکانیکی هم ردۀ خودشان دارند. همچنین عمر و سرعت سوییچ آن از رلۀ الکترومکانیکی بیشتر است. این رله ها ولتاژها و جریان های حدود ولت و آمپر تا صدها ولت و آمپر را سوییچ می کنند. بخش تحریک رلۀ حالت جامد شامل یک اپتوایزولاتور (یا اپتوکوپلر، حاوی یک یا چند دیود مادون قرمز یا LED) و یک قطعۀ حساس به نور است. این دو بخش از یکدیگر ایزوله هستند. منبع نور به دو پایۀ ورودی تحریک متصل است. برای تحریک رله کافی است دو پایۀ تحریک را به منبع ولتاژ (معمولاً ولتاژ کم) متصل کنیم. در نتیجه نور ساطع شده از منبع نور، به یک Photo-transistor یا Photo-triac یا … تابیده می شود. در این حالت، رلۀ حالت جامد سوییچ می شود. ولتاژ تحریک بسته به نوع رله، می تواند AC یا DC باشد. همچنین جریان سوییچ در ترمینال های خروجی می تواند AC یا DC باشد. رلۀ حالت جامد در انواع مختلف SPST و SPDT و … با فرم های اتصال مختلف ساخته می شوند. نوع لچ رلۀ حالت جامد نیز وجود دارد.معمولاً این رله ها را می توان مستقیماً به میکروکنترلر یا آردوینو متصل کرد. (فیلم آموزش آردوینو مقدماتی)

تصویر 23 – چند رلۀ حالت جامد و شمای سادۀ داخلی آن

انواع دیگر رله حالت جامد

در این بخش به رلۀ استاتیک و کنتاکتور حالت جامد می پردازیم. رلۀ استاتیک از آنجایی در گروه رلۀ حالت جامد قرار می گیرد که در ساخت آن از قطعات حالت جامد استفاده می شود. این موضوع از تعریف آن بر می آید. کنتاکتور حالت جامد نیز ساختار و  عملکردی مشابه رلۀ حالت جامد دارد. بنابراین می توان کنتاکتور حالت جامد را نیز نوعی رلۀ حالت جامد دانست. رله استاتیک (Static Relay): این نوع رله یک مدار الکترونیکی است که تمامی عملیات انجام شده توسط رله های الکترومکانیکی را انجام می دهد. رله های استاتیک ممکن است بر اساس مدارهای حالت جامد آنالوگ، مدارهای دیجیتال یا طرح های مبتنی بر ریزپردازنده باشند. برخی، اصطلاح رله استاتیک را برای اشاره به رله های حالت جامد به کار می برند. کنتاکتور حالت جامد (Solid-state Contactor): این نوع کنتاکتور را می توان شبیه رله SSR فرض کرد. تفاوت آن با SSR در این است که کنتاکتور حالت جامد برای سوییچ جریان های بالاتر استفاده می شود. همچنین برای مواقعی است که دفعات سوییچ، بالا باشد. مانند روشن و خاموش کردن هیترهای برقی، موتورهای برقی کوچک و بارهای مربوط به روشنایی. اغلب کنتاکتورهای حالت جامد دارای هیت سینک هستند.

تصویر 24 – دو نمونه کنتاکتور حالت جامد

رله هیبریدی

رلۀ هیبریدی (Hybrid Relay) از ترکیب رله های حالت جامد و الکترومکانیکی ساخته شده است. دو رلۀ مذکور در بخش سوییچ با یکدیگر موازی شده اند. ابتدا سوییچ توسط رلۀ حالت جامد انجام می شود. بنابراین در هنگام سوییچ جرقه وجود نخواهد داشت. سپس رلۀ الکترومکانیکی سوییچ می شود و بعد از آن، رلۀ حالت جامد غیر فعال می شود. در این حالت تمامی جریان سوییچ از رلۀ الکترومکانیکی عبور می کند. از آنجایی که اتلاف توان در رلۀ الکترومکانیکی وجود ندارد (یا خیلی کم است)، نیازی به خنک کردن رله نیست. راه اندازی این رله ها توسط یک مدار فرمان انجام می شود. با توجه به این که رلۀ هیبرید ترکیبی از رلۀ الکترومکانیکی و رلۀ حالت جامد است، این رله ها ممکن است در انواع SPST و SPDT و DPST و … با فرم های اتصال مختلف یافت شوند. در تصویر زیر یک نمونه رلۀ هیبرید و مراحل کار و راه اندازی آن را مشاهده می کنید.

تصویر 25 – یک نمونه رلۀ هیبریدی و مراحل راه اندازی یک رلۀ هیبریدی

رله حرارتی و انواع تحریک شونده با عوامل غیر الکتریکی

همان طور که گفتیم، عامل تحریک حتماً سیگنال الکتریکی نیست. مثلاً سوییچ جیوه ای که در آن دو هادی و مقداری جیوه وجود دارد هم می تواند رله باشد. در سوییچ جیوه ای، وضعیت قرارگیری (شیب) سوییچ و یا شتاب وارده به آن می تواند عامل تحریک باشد. هر کدام از این عوامل می توانند جیوه را حرکت دهد و دو هادی را به هم متصل کند. در رلۀ حرارتی (Thermal Relay یا Bi-metal Relay)، تحریک با دما است. دو قطعه فلز با جنس مختلف به یکدیگر متصل هستند (بی متال – Bi-metal). با توجه به جنس متفاوت فلزها و در نتیجه ضریب انبساط متفاوت، با بالا رفتن دمای آنها، یکی از آنها بیشتر منبسط می شود. این عملکرد باعث خم شدن سر متحرک دو قطعه فلز به یک سمت می شود. در نتیجه کنتاکت ها به یکدیگر می چسبند یا از هم جدا می شوند. نمونه ای از رلۀ حرارتی ترموستات الکتریکی است. در ترموستات های الکتریکی عامل حرکت بی متال، دمای محیط است. همچنین ممکن است خود بی متال هادی جریان باشد و کنتاکت روی آن قرار گرفته باشد. در برخی رله های حرارتی جریانی که از خود بی متال عبور می کند عامل گرم شدن آن است. در نوعی دیگر، گرمای ناشی از یک سیم حامل جریان که نزدیک بی متال قرار گرفته، عامل تحریک است. عبور جریان از این سیم پس از مدتی، دما را بالا می برد و در نتیجه بی متال خم می شود. این حرکت به به کنتاکت ها منتقل و باعث تغییر وضعیت آنها می شود. ممکن است این دو کنتاکت حامل جریان مصرف کننده باشند، ممکن است تغییر وضعیت آنها توسط مدار فرمان خوانده شود. و مدار فرمان باعث تحریک یک رله شود. در این صورت مجموعۀ بی متال، کنتاکت ها، مدار فرمان و مکانیزم سوییچ، رله هستند.

تصویر 26 – رلۀ حرارتی با هیتر (راست) و عملکرد ترموستات (چپ)

رله ذوب آلیاژ

در رلۀ ذوب آلیاژ (Melting Alloy Relay) معمولاً یک گیرۀ شبیه چرخ دنده وجود دارد. این گیره به وسیلۀ یک آلیاژ ثابت شده است. هنگامی که دما بالا رود، این آلیاژ ذوب می شود و گیرۀ مذکور قابلیت چرخش پیدا می کند. کنتاکت ها به صورت فیریکی با این گیره در ارتباط هستند. هنگام ذوب آلیاژ در دمای بالا، یک فنر کنتاکت ها را که اکنون قابلیت حرکت دارند، جابه جا می کند. در نتیجه  کنتاکت ها تغییر وضعیت می دهند. در واقع آن آلیاژ، گیره و در نتیجه کنتاکت ها را ثابت کرده است. پس از ذوب آلیاژ، گیره و کنتاکت ها قابلیت حرکت پیدا می کنند. در نتیجه نیروی وارد شده از سمت فنر، وضعیت کنتاکت ها را تغییر می دهد. عامل ذوب آلیاژ جریانی است که از یک المنت در نزدیکی آن عبور می کند. بنابراین معمولاً این رله ها را به عنوان رلۀ حفاظت از اضافه بار به کار می برند. گیره نیز برای این به کار برده شده که رله قابلیت ریست شدن داشته باشد. پس از ریست، که به صورت دستی انجام می شود، کنتاکت ها به وضعیت قبلی بازمی گردند.

تصویر 27 – ساختار داخلی یک نمونه رلۀ ذوب آلیاژ

رله فشاری

عامل تحریک در رلۀ فشاری (Pressure Relay)، فشار ناشی از مایعات یا گازها است. این نوع رله که سوییچ فشار (Pressure Switch) نیز نامیده می شود، اغلب برای فشار نسبی ساخته می شود. با گذر فشار از یک حد معین، حرکتی حاصل می شود که باعث تغییر وضعیت کنتاکت ها می شود. این حرکت اغلب حاصل تغییر شکل یک المان مکانیکیِ حساس به فشار نظیر لولۀ بوردون (Bourdon Tube) یا دیافراگم است. یک مثال ساده از رلۀ فشاری آنهایی است که در پمپ آب ساختمان استفاده می شود. پمپ تا زمانی که فشار آب لوله ها به حد معینی برسد، روشن می ماند. با افزایش فشار، دیافراگم موجود در آن منبسط می شود. این انبساط به کنتاکت ها منتقل و باعث جدا شدن آنها از هم می شود. بنابراین پمپ خاموش می شود. نمونه هایی از سوییچ فشاری برای قطع جریان برق کمپرسور پمپ های باد استفاده می شود. نوع لوله بوردونی سوییچ فشار نیز وجود دارد که آن را در سمت چپ تصویر زیر مشاهده می کنید.

تصویر 28 – رلۀ فشاری، عملکرد آن و یک نمونه از نوع لولۀ بوردون

رله های متفاوت در مشخصات تحریک و سوییچ

پیش تر رله های تحریک شونده با عوامل غیر الکتریکی را بررسی کردیم. آنها نمونه هایی از رله های متفاوت در مشخصات تحریک هستند. رلۀ قطبی نیز در مشخصات تحریک، متفاوت از دیگر رله هاست. در این بخش به بررسی نمونه هایی دیگر متفاوت در مشخصات تحریک و همچنین مشخصات سوییچ می پردازیم. رلۀ چند ولتاژی، هم در مشخصات سوییچ و هم در مشخصات تحریک، متفاوت با سایر رله هاست. رله چند ولتاژی (Multi-voltage Relay): برای کار در محدودۀ ولتاژ گسترده مانند 24 تا 240 ولت AC و DC و فرکانس های وسیع مانند 0 تا 300 هرتز طراحی شده اند. آنها در مواقعی که ولتاژ تحریک و یا سوییچ مقادیر ثابتی ندارند، استفاده می شوند. (شمارۀ 1 در تصویر زیر) برخی رله های متفاوت در سوییچ عبارتند از: رله سیگنال (Signal Relay): به نوعی رلۀ الکترومکانیکی می گویند که برای سوییچ جریان های زیر 2 آمپر کاربرد دارد. رلۀ سیگنال می تواند در وسایل ارتباطی و شبکه، تجهیزات آزمایش و اندازه گیری و امنیتی و دستگاه های صوتی و تصویری استفاده شود. رلۀ سیگنال معمولاً قابل مونتاژ روی PCB است. (شمارۀ 2) رله تأخیر زمانی (Time Delay Relay): پس از تحریک، با مدت زمانی تأخیر سوییچ می کنند. این تأخیر ممکن است با دیسک القایی (شبیه عملکرد رلۀ دیسک القایی) به وجود بیاید. برای تأخیرهای بیشتر، از Dashpot استفاده می شود. برای تأخیرهای بیشتر از آن، از ساعت های مکانیکی نیز استفاده می شود. رله های تأخیر زمانی امروزی، مبتنی بر المان های دیجیتال نظیر میکروپروسسورها هستند. (شمارۀ 3) نکته: دشپات یک ضربه گیر است که شامل یک سیلندر، مقداری مایع و یک پیستون متحرک در سیلندر می شود. به خاطر وجود مایع در سیلندر، پیستون حتی با اعمال نیروی بیشتر، به کندی حرکت می کند.

تصویر 29 – نمونه هایی از رلۀ مولتی ولتاژ، سیگنال و تأخیر زمانی

رله های متفاوت در مشخصات تحریک

رله ولتاژی (Voltage Relay): عمل کردن آن به ولتاژ تحریک بستگی دارد. در نوع اضافه ولتاژ (Over-voltage) وقتی ولتاژ از حد معینی بیشتر و در نوع افت ولتاژ (Under-voltage) وقتی ولتاژ از حد معینی کمتر شود، کنتاکت ها تغییر وضعیت می دهند. یک نوع رلۀ ولتاژی در موتورهای الکتریکی برای قطع خازن و سیم پیچ استارت از مدار استفاده می شود. این رلۀ ولتاژی که رله پتانسیل (Potential Relay) نیز نام گرفته، دارای کنتاکت های به طور معمول بسته است. در لحظۀ استارت، خازن و سیم پیچ استارت توسط این کنتاکت ها در مدار قرار می گیرد. مدتی بعد، با بالا رفتن ولتاژِ سیم پیچ رلۀ پتانسیل، در اثر EMF برگشتیِ موتور، تحریک و کنتاکت های آن از هم جدا می شوند. بنابراین خازن و سیم پیچ استارت از مدار قطع می شوند.

تصویر 30 – شبیه سازی مدار رلۀ پتانسیل موتور الکتریکی در نرم افزار پروتئوس

رله تفاضلی (Differential Relay): رلۀ تفاضلی رله ای است که عامل تحریک آن، تفاضل دو کمیت باشد. برای مثال می توان یک رلۀ فشاری تفاضلی داشت. به طوری که برای تحریک کنتاکت ها در آن از حرکت ناشی از اختلاف فشار دو سیال استفاده کرد. یا می توان از دو رلۀ ولتاژی یک رلۀ ولتاژی تفاضلی ساخت که عامل تحریک آن تفاضل ولتاژها باشد. با این تعریف، کلید محافظ جان (RCD) را هم می توان یک رلۀ دیفرانسل دانست. چرا که عامل تحریک آن، اختلاف جریان فاز(ها) و نول است. رلۀ تفاضلی می تواند به صورت یک پکیج آماده باشد یا این که توسط دو رلۀ جداگانه ساخته شود. برای مثال رلۀ فنجان القایی در یک پکیچ دارای چند سیم پیچ است و می تواند به عنوان یک رلۀ تواضلی استفاده شود. کلید محافظ جان نیز یک رلۀ تفاضلی است که همۀ اجزای آن درون یک پکیج قرار دارند.

تصویر 31 – اجزای یک کلید محافظ جان تک فاز و عملکرد آن

رله هایی با ویژگی های خاص برای کاربردهای خاص

منظور از “رله با ویژگی های خاص”، نوع جدیدی از رله نیست. بلکه همان رله هاست با تغییراتی در شکل، ظاهر، ساختار و  … . این تغییرات برطرف کنندۀ نیازهای خاصی هستند. رله ماشین ابزار (Machine Tool Relay): انواعی هستند که برای ماشین های صنعتی کوچک استفاده می شوند. در رلۀ ماشین ابزار قابلیت تعویض کنتاکت ها و سیم پیچ وجود دارد. برخی از آنها دارای چندین کنتاکت هستند و برخی نیز قابلیت گسترش تعداد کنتاکت ها را دارند. رله خودرویی (Automotive Relay): رله های موجود در خودروها از نوع الکترومکانیکی و حالت جامد هستند. آنهایی که برای سوییچ جریان های بالا استفاده می شوند، معمولاً از نوع فیش خور هستند. رله دوبل و رله فن در خودروها نوعی رلۀ فیش خور است. اغلب آنهایی هم که برای سوییچ جریان های ضعیف تر هستند، روی بردهای الکترونیکی آنها مونتاژ می شوند. رله های خودرویی اغلب از نوع SPST و SPDT هستند. از ویژگی های آنها می توان به محدودۀ وسیع دمای کارکرد، جریان کم برای تحریک و اندازۀ کوچک اشاره کرد. برخی رله هایی با ویژگی خاص از میان رله هایی که تاکنون بررسی کردیم، عبارتند از:

• رلۀ کواکسیال با ساختار ویژه برای کار در فرکانس رادیویی؛
• رلۀ خلأ با ویژگی کنتاکت ها در محیط خلأ برای سوییچ ولتاژهای بالا؛
• رلۀ ولتاژی با ساختار ویژه برای تحریک با مقدار مشخص ولتاژ؛
• رلۀ سیگنال با ساختار ویژه برای سوییچ جریان های زیر 2 آمپر؛
• رلۀ تأخیر زمانی با ساختار ویژه برای ایجاد تأخیر در سوییچ؛

رله های اضافه جریان و کنتاکتور نیز که در ادامه بررسی خواهند شد، ویژگی خاص دارند.

تصویر 32 – دو نمونه رلۀ ماشین ابزار (سمت راست) و دو نمونه رلۀ خودرویی (سمت چپ)

رله های صنعت برق

برای حفاظت از سیستم های تولید، انتقال و توزیع برق رله هایی وجود دارد. رله های مورد استفاده در صنعت برق، سیستم ها را در برابر اتصال کوتاه، اتصال به بدنه، اتصال به زمین، نشتی جریان و … حفاظت می کنند. در این بخش چند رلۀ مورد استفاده در شبکۀ تولید، انتقال و توزیع برق را بررسی می کنیم. رله هایی که در این بخش بررسی می کنیم در برق صنعتی نیز کاربرد دارند. رله های دیگر مورد استفاده برق صنعتی را در ادامه بررسی خواهیم کرد. رله مانیتورینگ فرکانس (Frequency Monitoring Relay): منبع تحریک رلۀ فرکانسی، گذر فرکانس سیگنال از حد تنظیم شده است. رلۀ فرکانسی به طور خاص برای حفاظت در شبکۀ توزیع برق استفاده می شود. رلۀ فرکانسی دو نوع Under Frequency Relay و Over Frequency Relay را شامل می شود. رلۀ فرکانسی می تواند همراه با رلۀ مانیتورینگ ولتاژ و همچنین با مکانیزم های تأخیر باشد. (شمارۀ 1 در تصویر زیر) رلۀمانیتورینگ ولتاژ (Voltage Monitoring Relay): رلۀ مانیتورینگ ولتاژ بر اساس عملکرد رلۀ ولتاژی ساخته شده است. (2) در ساختار آنها ممکن است از مکانیزم های تأخیر نیز استفاده شده باشد. رلۀ مانیتورینگ ولتاژ دیجیتال نیز وجود دارد. همچنین برخی از انواع آن برای ولتاژهای DC است. (3) رله جهتی یا جهت یاب (Directional Relay): رلۀ جهتی، اغلب در سیستم های قدرت استفاده می شود. در صورتی که جهت انتقال توان تغییر کند، رلۀ جهتی جریان را قطع می کند. برای مثال وقتی برق یک موتور الکتریکی قطع می شود، چرخش آرمیچر آن در اثر لختی، باعث تولید توان می شود. بنابراین توان از موتور خارج می شود. در چنین مواقعی رلۀ جهتی، جریان را قطع می کند. (4)

تصویر 33 – رلۀ مانیتورینگ فرکانس، رلۀ مانیتورینگ ولتاژ و رلۀ جهتی

رله های حفاظت در برابر نشتی جریان

نشتی جریان می تواند به خاطر اتصال به بدنه، قطع شدن کابل ها و اتصال آن به زمین یا موارد دیگری باشد. نشتی جریان علاوه بر اتلاف انرژی می تواند خسارت های مالی و جانی داشته باشد. رله هایی برای نظارت و کنترل نشتی جریان وجود دارد که نمونه هایی از آن ها عبارتند از: رله مانیتورینگ عایقی (Insulation Monitoring Relay): سیستم های توزیع برق هیچ ارتباطی با زمین ندارند یا اتصال امپدانس بالایی دارند. رلۀ مانیتورینگ عایقی، امپدانس بین یک هادی فاز فعال و زمین را در سیستم های زمین نشده، کنترل می کند. در صورت کمتر شدن امپدانس از یک مقدار تعیین شده، هشدارهای لازم و یا قطع برق را انجام می دهند. کاربرد رلۀ مانیتورینگ عایقی تنها در صنعت برق نیست. آنها در  سیستم برق اضطراری، سیستم برق در کشتی، قطارهای ریلی و سیستم تولید برق در هواپیما نیز کاربرد دارند. همچنین در سیستم های انرژی تجدید پذیر مانند توربین های بادی و سیستم های خورشیدی استفاده می شوند. رلۀ مانیتورنیگ عایقی ممکن است دارای مکانیزم های تأخیر زمانی باشد.

تصویر 34 – چند نمونه رلۀ مانیتورینگ عایقی

رله دیفرانسیل (Differential Relay): در واقع یک رلۀ تفاضلی است. اما به طور خاص به نوعی رله می گویند که برای حفاظت از یک سیستم، استفاده می شود. عامل تحریک رلۀدیفرانسیل معمولاً اختلاف جریان در ورودی و خروجی سیستم است. از عمده کاربردهای رلۀ دیفرانسیل، حفاظت ترانسفورماتورهای توزیع برق است. بر این اساس که اختلاف جریان ورودی ترانسفورماتور و ضریبی از جریان خروجی آن، عامل تحریک است. این اختلاف جریان به هر دلیلی، باعث عمل کردن رلۀ دیفرانسیل و قطع جریان ترانسفورماتور می شود. از دلایل اختلاف جریان، اتصال به زمین و نشتی جریان است. رلۀ دیفرانسیل برای حفاظت ژنراتورها و موتورها نیز به کار می رود. آنها با استفاده از ترانسفورماتور جریان (Current Transformer) از جریان کابل ها نمونه برداری می کنند.

تصویر 35 – ترانسفورماتور جریان، رلۀ دیفرانسیل و مدار حفاظت در برابر نشتی جریان با استفاده از رلۀ دیفرانسیل

رله های حفاظت در برابر اتصال کوتاه

حفاظت در برابر اتصال کوتاه از مواردی است که در همۀ سیستم های الکتریکی و الکترونیکی استاندارد، مورد توجه است. اتصال کوتاه می تواند باعث صدمه به عناصر یک مدار الکتریکی یا الکترونیکی شود. همچنین می تواند یکی از عوامل ایجاد آتش سوزی و انفجار باشد. در مدارات الکتریکی و الکترونیکی کوچک، فیوزها المانی برای حفاظت در برابر اتصال کوتاه هستند. در صنعت برق، رلۀ دیستانس برای حفاظت در برابر اضافه بار و اغلب اتصال کوتاه استفاده می شود. رله فاصله (Distance Relay): یا رلۀ حفاظت فاصله (Distance Protection Relay) یا رله دیستانس بر اساس امپدانس طول خط تحریک می شود. به طوری که برای امپدانس خاصی تنظیم می شود. اگر امپدانس خط از مقدار تنظیم شده، کمتر شود، رلۀ دیستانس، جریان را قطع می کند. این کم شدن امپدانس نشانۀ اضافه جریان یا اتصال کوتاه است. اگر اتصال کوتاهی اتفاق بیفتد و امپدانس خط از امپدانس تعیین شده، کمتر شود، جریان قطع خواهد شد. ممکن است اتصال کوتاه در فاصلۀ دور از رلۀ دیستانس اتفاق بیفتد. طوری که امپدانس خط از امپدانس تنظیم شده بیشتر باشد. در این حالت رلۀ دیستانس جریان را قطع نمی کند. از آنجا که طول سیم در تحریک این رله مؤثر است، آن را رلۀ دیستانس یا رلۀ فاصله می نامند.

تصویر 36 – دو نمونه رلۀ دیستانس

رله گازی

رلۀ گازی (Gas Relay)، رلۀ آشکارساز گاز (Gas Detector Relay یا GDR) یا رلۀ فعال شونده با گاز (Gas Actuated Relay) نیز نام دارد. رلۀ گازی به طور خاص به رلۀ فعال شونده با فشار گاز درون ترانسفورماتورهای روغنی شبکۀ توزیع برق می گویند. یک نوع نام آشنا از رلۀ گازی، رله بوخهلتز (Buchholz Relay) است. در ترانسفورماتورهای روغنی هنگامی که خطایی به علل مختلف رخ دهد، گاز تولید می شود. این گاز وارد محفظۀ رلۀ بوخهلتز می شود و در قسمت بالای روغن قرار می گیرد. هنگامی که مقدار این گاز زیاد شود، فشار ناشی از آن، سطح روغن موجود در محفظه را پایین می برد. در این محفظه شناوری وجود دارد که پایین رفتن سطح روغن باعث حرکت آن می شود. این حرکت به یک سوییچ جیوه ای منتقل و جیوه جابه جا می شود. در نتیجه، جیوه جریان الکتریکی را بین دو هادی برقرار می کند. این تحریک در اثر خطاهایی است که در نهایت باعث فعال شدن هشدار می شود. در رلۀ بوخهلتز مکانیزم دیگری نیز وجود دارد. این مکانیزم که ممکن است دارای شناور باشد، در اثر ورود ناگهانی مقدار زیادی گاز به محفظه حرکت می کند. این ورود ناگهانی گاز به محفظه که نشان دهندۀ خطای جدی در ترانسفورماتور است، با حرکت دادن سوییچ جیوه ای دیگری، در نهایت باعث قطع شدن ترانسفورماتور از شبکه می شود.

تصویر 37 – ساختار داخلی رلۀ بوخهلتز و یک نمونه از آن

رله های برق صنعتی

در کاربرد برق صنعتی انواع و اقسام رله وجود دارد. برخی از آنها مثل رلۀشنت و رلۀ اضافه جریان، رله حفاظتی هستند. برخی مانند رلۀ کنترل سطح مایعات، نقش کنترلی دارند. رلۀ ایمنی نیز در تأمین ایمنی جانی و مالی کاربرد دارد. همچنین کنتاکتورها به عنوان رله هایی با قابلیت سوییچ جریان بالا شناخته می شوند. رله کنترل سطح مایعات (Liquid Level Control Relay): این رله ها سطح مایعات را نظارت و کنترل می کنند. رلۀ مانیتورینگ سطح مایعات در محافظت از خشک شدن پمپ ها، پر و خالی کردن مخازن و … کاربرد دارد. نوعی از آن که با استفاده از الکترودهایی، سطح مایعات را می سنجد، Floatless Relay نام دارند. رله ایمنی (Safety Relay): عملکردهای ایمنی را به صورت منظم پیاده می کند. رلۀ ایمنی برای سطوح مختلف ایمنی وجود دارد و در صورت بروز خطر، برای رفع آن عمل می کند. رله های ایمنی معمولاً زرد رنگ هستند و در ساختار آنها ممکن است از رله Force-guided Contacts استفاده شود. این موضوع عملکردهای ایمنی را بهبود می بخشد.

تصویر 38 – دو رلۀ ایمنی و یک رلۀ کنترل سطح مایعات

کنتاکتور(Contactor): از لحاظ عملکرد مانند رلۀ الکترومکانیکی است. یک سیم پیچ، تحریک و باعث وصل شدن کنتاکت های آن به هم می شود. ویژگی هایی از قبیل سوییچ جریان و ولتاژهای بالا، اندازه های متفاوت، هستۀ (معمولاً) E شکل،  فرم اتصال (اغلب) A، شکل ظاهری متفاوت، قابلیت حذف قوس الکتریکی و … تفاوت کنتاکتور و رله معمولی هستند. کنتاکتورها در انواع تک پل، دو پل، سه پل و چهار پل موجودند. آنها برای راه اندازی موتورهای الکتریکی، تجهیزات روشنایی، هیترها و … استفاده می شوند. در کنتاکتورها معمولاً آنچه حرکت می کند، بخشی از هسته است. روی این بخش از هسته، کنتاکت های متحرک قرار دارند و تحریک سیم پیچ باعث حرکت آنها می شود. نوع حالت جامد کنتاکتور را در بخش های قبلی بررسی کردیم.

تصویر 39 – کنتاکتورها در اندازه های متفاوت، نمونه ای باز شده ای از آن و ساختار داخلی آن

رله شنت

رلۀ شنت (Shunt Relay) یا رلۀ شانت ممکن است به انواع رلۀ مختلف گفته شود. این عبارت بیان کنندۀ نوع بسته شدن سیم پیچ رله است. سیم پیچ این رله ها به صورت موازی با برق شهر بسته می شود. وجود یا عدم وجود ولتاژ برق شهر باعث باز یا بسته شدن کنتاکت ها می شود. آنها کاربردهای متنوعی می توانند داشته باشند. مثلاً نوعی رلۀ شنت، با تغییر وضعیت در اثر قطع برق شهر، سیستم برق اضطراری را جایگزین می کند. این نوع رلۀ معمولاً الکترومکانیکی، رلۀ شنت اضطراری (Emergency Shunt Relay) نام دارد. نوع دیگر رلۀ شنت، یک آهنربای مغناطیسی است که در کلید های اتوماتیک استفاده می شود. این رلۀ شنت پس از تحریک، باعث می شود که کلید اتوماتیک جریان برق را قطع کند. از این رلۀ شنت که خودش کنتاکت ندارد، برای کاربردهای حفاظتی استفاده می شود. این رلۀ شنت با توجه به این که خودش کنتاکت ندارد، ممکن است جزء رله ها نباشد. با این وجود، چون باعث سوییچ یک جریان می شود، آن را در دستۀ رله ها قرار می دهند. نام این قطعه در اصل Shunt Trip Coil است.

تصویر 40 – Shunt Trip Coil (سمت راست) و یک نمونه رلۀ شنت اضطراری (سمت چپ)

رله زمانی یا تایمر

رلۀ زمانی که تایمر نیز نامیده می شود، وظیفۀ زمان بندی عملکردهای دستگاه های صنعتی را به عهده دارد. این عملکردها ممکن است تنها روشن یا خاموش شدن دستگاه ها و یا تغییری در رفتار آنها باشد. برای مثال موتورهای الکتریکی سه فاز در لحظات راه اندازی با مدار ستاره کار می کنند و پس از زمانی، مدار آنها به مثلث تغییر می کند. بازۀ زمانی این تغییر می تواند توسط رلۀ زمانی ایجاد شود. رلۀ زمانی، می تواند کاربردهای گوناگونی داشته باشد. زمان بندی برای روشن و خاموش کردن وسایل سرمایشی و گرمایشی، تهویه و تصفیۀ هوا در گلخانه ها، محیط های صنعتی، فروشگاه ها و تنظیم زمان های آبیاری در زمین های کشاورزی و  … از کاربردهای رلۀ زمانی است. رلۀ زمانی از لحاظ مختلفی دسته بندی می شود. آنها به دو دستۀ کلی آنالوگ و دیجیتال تقسیم می شوند. همچنین انواع الکترونیکی، مکانیکی، الکترومکانیکی، پنوماتیکی، هیدرولیکی و حرارتی آن وجود دارد. هر یک از موارد نام برده، به روش های متفاوت، عملکرد تایمر را پیاده می کنند.

تصویر 41 – چند رلۀ زمانی

رله اضافه جریان حرارتی و مغناطیسی

رلۀ اضافه جریان (Overcurrent Relay) یا رلۀ اضافه بار (Overload Relay) برای قطع جریان در هنگام اضافه جریان به کار می رود. این نوع رله ها به دو صورت حرارتی و مغناطیسی وجود دارند. رلۀ اضافه جریان حرارتی (Thermal Overload Relay): این نوع رلۀ حرارتی یک اتصال NC دارد و جریان مصرف کننده از کنتاکت های آن عبور می کند. این جریان همچنین از بی متال یا یک سیم پیچ که به دور بی متال پیچیده شده، می گذرد. اضافه جریان باعث بالا رفتن دمای بی متال می شود. بالا رفتن بیشتر دما باعث تحریک و در نهایت باز شدن کنتاکت ها و قطع جریان مصرف کننده می شود. از این ساختار در فیوزهای مینیاتوری نیز استفاده شده است. در نوع الکترونیکی آن، به جای بی متال از المان های الکترونیکی برای اندازه گیری دما استفاده می شود.

تصویر 42 – دو رلۀ اضافه جریان حرارتی و عملکرد بی متال درون آن

رلۀ اضافه جریان مغناطیسی سه نوع است: رلۀ اضافه جریان آنی (Instantaneous Overcurrent Relay): در این نوع رله، جریان از سیم پیچ تحریک و همچنین کنتاکت ها عبور می کند. جریان بیش از حد، باعث تحریک سیم پیچ و باز شدن کنتاکت ها و قطع جریان می شود. در فیوزهای مینیاتوری از این عملکرد برای قطع سریع جریان اتصال کوتاه استفاده می شود. (شمارۀ 1 در تصویر زیر) رلۀ اضافه جریان زمان مشخص (Definite Time Overcurrent Relay): در این نوع رله، مدت زمانی مشخص پس از تحریک، جریان قطع می شود. (2) رلۀ اضافه جریان زمان معکوس (Inverse Time Overcurrent Relays): در این رله ها یک دیسک وجود دارد که با افزایش جریان تحریک، حرکت می کند. در واقع از ساختار رلۀ دیسک القایی در آن استفاده شده است. هر چه جریان تحریک بیشتر باشد، سرعت چرخش این دیسک بیشتر است. بنابراین هرچه جریان بیشتری از این رله عبور کند، زمان قطع کوتاه تر خواهد بود. (3)

تصویر 43 – رلۀ اضافه جریان مغناطیسی زمان معکوس، زمان مشخص و آنی

رله کنترل فاز

در شبکه های برق سه فاز همواره خطاهایی وجود دارد. برخی خطاها عبارتند از: عدم تقارن ولتاژ فازها، قطع یکی از فازها، جابه جایی فاز و دو فاز شدن. به وجود آمدن این خطاها دلایل مختلفی می تواند داشته باشد. مثلاً عدم تقارن ولتاژ فازها می تواند به دلیل جریان کشی از یک فاز بیش از دو فاز دیگر باشد. یا برخی دلایل قطع فاز عبارتند از: اضافه بار و سوختن فیوز، قطعی سیم یا خرابی کنتاکتورها. هر یک از خطاهای به وجود آمده می تواند به دستگاه های سه فاز خسارت وارد کند. برای مثال قطعی فاز در موتورهای سه فاز باعث می شود جریانی بیش از حد از دو فاز دیگر کشیده شود. همچنین این حالت باعث به وجود آمدن شرایط روتور قفل شده می شود. در نتیجه باعث گرم شدن بیش از حد موتور می شود و توان خروجی به طرز چشمگیری کاهش می یابد. این شرایط در نهایت باعث آسیب رسیدن به موتور و ایجاد خسارت می شود. برای حفاظت دستگاه ها از چنین خطاهایی، رلۀ کنترل فاز (Phase Control Relay) کاربرد فراوان دارد. رلۀ کنترل فاز می تواند جابه جایی فاز، قطع فاز، عدم تقارن ولتاژ فاز و … را تشخیص دهد و فرمان قطع مدار را صادر کند. رلۀ کنترل فاز معمولاً با یک مکانیزم تأخیر عمل می کند. این تأخیر می تواند هم در قطع و هم در وصل مدار باشد. رلۀ کنترل فاز معمولاً نمایشگرهایی برای تشخیص خطای به وجود آمده، دارند. همچنین تنظیماتی برای شرایط عدم تقارن ولتاژ فازها روی آن وجود دارد که آن هم معمولاً بر حسب درصد است.

تصویر 44 – دو نمونه رلۀ کنترل فاز

رله دیجیتال، انواع قابل برنامه ریزی

میکروکنترلرها و میکروپروسسورها المان های دیجیتال برنامه پذیر با قابلیت های فراوان هستند. این المان ها می توانند کنترل کنندۀ سیستم های نهفته باشند. ورودی/خروجی ها در این سیستم های نهفته قابلیت برنامه ریزی برای عملکردهای گوناگون دارند. اندازه گیری مشخصات سیگنال های الکتریکی از جمله فرکانس، دامنۀ ولتاژ و جریان، اختلاف فاز، اختلاف جریان و … ، راه اندازی سیستم های الکتریکی و الکترونیکی توان پایین و قدرت و مانیتورینگ پارامترهای موجود در آنها، مانیتورینگ شرایط محیطی و …، با برنامه نویسی این سیستم های نهفته و به کارگیری المان های جانبی دیگر به راحتی انجام می شود. همچنین به وسیلۀ این سیستم های نهفته امکان متصل کردن دستگاه ها به بستر اینترنت وجود دارد. بنابراین شرایط کنترل از راه دور سیستم ها و ماشین ها با به کارگیری سیستم های نهفته مهیا می شود. با توجه به امکاناتی که میکروکنترلرها و میکروپروسسورها دارند، رله های مبتنی بر آنها ساخته شده اند. به این رله ها، رلۀ دیجیتال، رلۀ عددی، رلۀ مبتنی بر کامپیوتر، رله مبتنی بر میکروپروسسور (Microprocessor based Relay) یا رلۀ مبتنی بر میکروکنترلر (Microcontroller based Relay) نیز می گویند. این رله ها می توانند با کامپیوتر برنامه ریزی شوند. در انواع پیچیده تر، آنها می توانند دارای پروتکل های ارتباطی برای ارتباط با سیستم های دیگر باشند. امروزه انواع مختلفی از رلۀ دیجیتال در صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. بسیاری از عملکردهایی که توسطه سیستم های مرسوم انجام می شود، با رلۀ دیجیتال قابل پیاده سازی است. در تصویر زیر چند رلۀ شرکت Littelfuse مبتنی بر میکروکنترلر و میکروپروسسور را می بینید. شمارۀ 1، یک رلۀ مانیتورینگ ولتاژ و شمارۀ 2، دو رلۀ تأخیر زمانی مبتنی بر میکروکنترلر هستند. شمارۀ 3 نیز، یک رلۀ DC Ground-fault مبتنی بر میکروپروسسور است.

تصویر 45 – چند رلۀ مبتنی بر میکروپروسسور و میکروکنترلر شرکت Littelfuse

رله های آینده

با پیشرفت روزافزون علم و تکنولوژی و حضور حوزه های مختلف علم در صنعت الکترونیک، شاهد به وجود آمدن ایده هایی جدید در حوزۀ سوییچ و رله هستیم. از این موارد می توان به رلۀ پیزوالکتریک و رلۀ نانوالکترومکانیکی اشاره کرد. اثر پیزوالکتریک توانسته در ساخت فن پیزوالکتریک به کار گرفته شود. بنابراین می تواند در ساخت قطعه ای برای حرکت دادن کنتاکت ها در یک رله به کار گرفته شود. ایدۀ ساخت رله های بسیار کوچک از MEMS Switchها فراتر رفته و در آینده شاهد گسترش رله هایی الکترومکانیکی در ابعاد نانو خواهیم بود. همچنین رلۀ نانوالکترومکانیکی پیزوالکتریک در آینده ممکن است در ابعاد گستره کاربرد داشته باشد. از مزیت های آنها ابعاد کوچک آنهاست. به طوری که می توانند جای بسیاری از آی سی هایی که کار سوییچ را انجام می دهند بگیرند. رلۀ نانوالکترومکانیکی پیزوالکتریک، رلۀ پیزوالکتریک و رلۀ نانوالکترومکانیکی امروزه اغلب مورد بحث و بررسی و ساخت نمونه های اولیه هستند. آنچه در آینده اتفاق خواهد افتاد، ممکن است بسیار فراتر از پیشبینی امروز باشد. به هر حال انتظار می رود در آینده رله هایی در ابعاد کوچکتر، جریان و سرعت سوییچ بیشتر، ولتاژ تحریک کمتر و ویژگی هایی بهبود یافته شاخته شوند.

تصویر 46 – بزرگنمایی دو رلۀ نانوالکترومکانیکی

انواع رله از دیدگاه های متفاوت

در بخش های قبلی رله ها را از دیدگاه عملکرد، ساختار، مشخصات و کاربرد دسته بندی کردیم. دیدیم که برخی از آنها در چند دسته بندی قرار گرفتند. دیدگاه های دیگری وجود دارد که می توانند انواع رله ها را از یکدیگر متفاوت کنند. برخی از این دیدگاه ها عبارتند از:

• سنجشی: رله های سنجشی گروهی هستند که با یک مقدار معین از عامل تحریک، سوییچ می کنند. برخی از آنها عبارتند از: رلۀ ولتاژی، رلۀ اضافه جریان حرارتی و مغناطیسی، رلۀ فشاری، رلۀ تفاضلی، رلۀمانیتورینگ ولتاژ و فرکانس و عایقی، رلۀدیفرانسیل، رلۀ دیستانس و رلۀ کنترل سطح مایعات.
• بی استابل، مونو استابل: در رلۀ مونواستابل، قطع عامل تحریک، باعث بازگشت کنتاکت ها به حالت نرمال خود می شود. در رلۀ بی استابل، با قطع عامل تحریک، کنتاکت ها آخرین وضعیت خود را حفظ می کنند. رلۀ لچ و انواع آن و رلۀ استپ و خودنگهدار از نوع بی استابل هستند.
• تعداد سیم پیچ القایی: اغلب رله ها دارای یک سیم پیچ هستند. برخی از انواع لچ دارای دو سیم پیچ هستند. رلۀ فنجان القایی ممکن است بیش از دو سیم پیچ داشته باشد. در رلۀ موج بری نیز معمولاً از موتور الکتریکی استفاده می شود. انواع تحریک شونده با عوامل غیر الکتریکی و انواع حالت جامد نیز بدون سیم پیچ هستند.
• تحریک با AC یا DC: برخی با ولتاژ DC تحریک می شوند و برخی با ولتاژ AC. برخی، هم با ولتاژ DC تحریک می شوند و هم ولتاژ AC. رلۀ القایی با ولتاژ AC تحریک می شود.
• اولیه و ثانویه: این دیدگاه معمولاً برای رله های حفاظتی است. در رلۀ اولیه سیم پیچ تحریک، خود در مسیر جریان مصرف کننده قرار دارد. مثل رلۀ اضافه جریان مغناطیسی. در رلۀ ثانویه، نمونه برداری به صورت ایزوله است. مثل رلۀ دیفرانسیل یا کلید محافظ جان.

تصویر 47 – کلید محافظ جان، فیوز مینیاتوری و المان تحریک پذیر آنها

چند دسته بندی دیگر

می توان دسته بندی های دیگری برای انواع رله در نظر گرفت. برخی از آنها عبارتند از:

• نوع کنتاکت: در رلۀ Reed، معمولاً خود تیغه ها کنتاکت هستند. در رلۀ حالت جامد و رلۀ موج بری، کنتاکت وجود ندارد. در رلۀ جیوه ای و رلۀ بوخهلتزی که بررسی کردیم، جیوه در نقش کنتاکت عمل می کند.
• قطعۀ حرکت دهندۀ تیغه ها یا کنتاکت ها: در رلۀ الکترومکانیکی معمولی، آرمیچر و در رلۀ Reed خود تیغه ها است. در رلۀ پیستونی: پیستون، رلۀ جیوه ای: یک پیستون شناور، در رلۀ دیسک القایی و فنجان القایی: به ترتیب دیسک و روتور، در کنتاکتور: بخشی از هسته، در رلۀ حرارتی و اضافه جریان حرارتی: بی متال، در رلۀ ذوب آلیاژ: فنر، در رلۀ فشاری: دیافراگم یا پیستون یا لولۀ بوردون، در رله های تأخیر زمانی: دیسک القایی یا پیستون یا سیستم های مکانیکی دیگر.
• پردازشی: آنهایی را که بین تحریک و سوییچ، بخشی برای کنترل یا تعیین مشخصات سوییچ دارند، پردازشی به حساب می آوریم. این بخش می تواند مکانیکی، مثل رلۀ القایی و تأخیر زمانی با دشپات باشد. همچنین می تواند الکترونیکی آنالوگ، مثل رلۀ تأخیر زمانی با مدارات آنالوگ و نیز الکترونیکی دیجیتال، مثل انواع رلۀ دیجیتال باشد.

تصویر 48 – دو رلۀ پردازشی، رلۀ تأخیر زمانی دیجیتال و رلۀ تأخیر زمانی مکانیکی با دشپات

دستگاه ها و قطعاتی با عملکرد رله

با تعریفی که برای رله ارائه کردیم، قطعاتی دیگر نیز نوعی رله محسوب می شوند. این قطعات که برخی از آنها عبارتند از فیوز، ترموستات الکتریکی و سوییچ جیوه ای، هرگز به نام رله خوانده نشده اند. اگر ساختار رلۀ حرارتی را در نظر بگیریم، می بینیم که در واقع همان ترموستات است که رلۀ حرارتی نام گرفته. اگر به عملکرد فیوز نگاه کنیم، می بینیم که یک رلۀ جریان است. به طوری که اگر جریان از حدی بیشتر شود، فیوز مدار را قطع می کند. این عملکرد کاملاً شبیه عملکرد رله است. سوییچ جیوه ای نیز در صورتی که به عنوان سنسور استفاده نشود می تواند رله باشد. مثلاً اگر تغییر وضعیت آن باعث شود که جریانی که سوییچ می کند، راه انداز یک مدار باشد، یک رله است. رله ای که نوع تحریک آن، نیرویی است که جیوه را به هادی ها متصل می کند. رلۀ ذوب آلیاژ و فشاری نیز به همین شکل انواعی از رلۀ تحریک شونده با عامل غیر الکتریکی هستند.

تصویر 49 – سوییچ جیوه ای، فیوز و ترموستات الکتریکی

انواع به کار رفته در صنعت برق و برق صنعتی

اگر به ساختار رله های صنعت برق و برق صنعتی نگاه کنیم، می بینیم که آنها نیز دستگاه هایی دیگر هستند. دستگاه هایی که رله تنها بخشی از آنها است. برای مثال کلید محافظ جان شامل یک رلۀ الکترومکانیکی و یک ترانسفورماتور جریان است. یا اگر به نوعی پیچیده تر مثل رلۀ مانیتورینگ فرکانس توجه کنیم، در آن نیز، رله بخشی از دستگاه است. اما دلیل این که به آنها رله می گویند چیست؟ نمی توان به این سؤال پاسخ قطعی داد. اما شاید یک دلیل بتواند راه گشای یافتن پاسخ باشد. اگر این دستگاه ها را بدون آن که به اجزای درون آن توجه کنیم، در نظر بگیریم، می بینیم که یک عامل در نهایت باعث سوییچ می شود. که این همان عملکردِ رله است. برای مثال اختلاف جریان، باعث سوییچ شدن کلید محافظ جان می شود. در اینجا اختلاف جریان، عامل تحریک است. در رلۀ مانیتورینگ فرکانس، بالا یا پایین رفتن فرکانس از محدودۀ تعیین شده، عامل تحریک است. این دلیل در انواع دیگر به کار رفته در صنعت برق و برق صنعتی نیز صدق می کند. بنابراین این پکیج ها بدون در نظر گرفتن اجزای درونی شان، نوعی رله هستند. در تصویر زیر یک رلۀ دیفرانسیل را مشاهده می کنید. تفاضل دو جریان IW1 و IW2 عامل تحریک آن است.

تصویر 50 – اختلاف جریان و تحریک رلۀ دیفرانسیل

لزوم استفاده از رله

همۀ سیستم های کنترلی و حفاظتی برای راه اندازی یا غیر فعال کردن سیستم های دیگر نیازمند رله هستند. سوییچ کردن جریان ها و ولتاژهای بزرگ برای روشن یا خاموش کردن یک دستگاه مثل موتورهای الکتریکی سه فاز توسط میکروکنترلرها و سیستم های دیجیتال دیگر، بدون رله امکان پذیر نیست. که اغلب برای راه اندازی از کنتاکتور یا رله سه فاز استفاده می شود. سیستم های الکترونیکی دیجیتال و آنالوگ توانایی راه اندازی مستقیم وسایل جریان بالا را ندارند. آنها با رله یا قطعات الکترونیک صنعتی، با جریان کمتر، یک وسیلۀ جریان بالا را راه اندازی می کنند. قطعات الکترونیک صنعتی مثل IGBT، SCR و ترایاک نیز بیشتر برای کنترل توان آن سیستم ها به کار می رود. در حالی که کار اصلی رله روشن و خاموش کردن این سیستم هاست. اختلاف سطح ولتاژ نیز یکی دیگر از دلایل استفاده از رله است. رله، با ولتاژی در حد سیستم کنترلی، ولتاژی در حد برق شهر را برای مصرف کننده سوییچ می کند. البته رله هایی هم هستند که با برق شهر تحریک می شوند. آنها نیز اغلب برای حفاظت و کنترل در صنعت برق و برق صنعتی به کار می روند. و با جریانی اندک، جریان هایی بزرگ را برای خاموش و روشن کردن مصرف کننده ها سوییچ می کنند.

تصویر 51 – سیستم روشنایی هوشمند با سنسور PIR، آردوینو و ماژول رله

راه اندازی رله

راه اندازی رله با المان های دیجیتال مثل میکروکنترلرها، نیازمند مدارات واسطی است. راه اندازی رلۀ الکترومکانیکی باید از چند جهت مورد توجه باشد. یکی مداری برای تحریک سیم پیچ است که می تواند با ترانزیستور و یا آی سی های بافر باشد. برای تحریک سیم پیچ در رلۀ الکترومکانیکی نمی توان آن را مستقیماً به میکروکنترلر متصل کرد. زیرا جریان پایۀ میکروکنترلر برای تحریک سیم پیچ کافی نیست. برای مثال، حدکثر جریانی که پایۀ یک میکروکنترلر AVR می تواند تأمین کند، 40 میلی آمپر است. بنابراین باید یک ترانزیستور یا آی سی درایور بین میکروکنترلر و سیم پیچ قرار گیرد. نکتۀ دیگر، جریان برگشتی سیم پیچ هنگام قطع جریان آن است. این جریان برگشتی که به ترانزیستور یا آی سی درایور رله آسیب می رساند، با دیود هرزگرد رله کاهش می یابد. بنابراین باید یک دیود هرزگرد (Free-wheeling Diode) با سیم پیچ به صورت مواز بسته شود. البته برای کاهش و یا حذف این جریان برگشتی، آرایش های دیگری نیز وجود دارد. نکتۀ دیگر کاهش جرقۀ کنتاکت هاست. برای کاهش این جرقه که می تواند یک منبع نویز باشد، مداراتی تحت عنوان اسنابر وجود دارد. از ساده ترین مدارات اسنابر، یک خازن و یک مقاومت است که به صورت سری بسته شده اند. یکی دیگر از مواردی که باید به آن دقت کرد، ایزوله کردن سیم پیچ رله با المان دیجیتال است. این موضوع نیز می تواند با استفاده از اپتوکوپلر و همچنین منبع تغذیۀ جداگانه انجام شود. در تصویر زیر نمونه ای از اتصال رله به میکروکنترلر مشاهده می شود.

تصویر 52 – نمونه ای از یک مدار راه انداز رلۀ الکترومکانیکی با میکروکنترلر

مشخصات الکتریکی و زمانی

برخی مشخصات الکتریکی رله الکترومکانیکی به شرح زیر هستند:

• Maximum Switch Voltage: بیانگر حداکثر ولتاژی است که رله می تواند سوییچ کند.
• Switching Current: حداکثر جریانی که رله می تواند آن را بدون آسیب دیدن کنتاکت ها سوییچ کند.
• Carry Current: حداکثر جریانی که رله در حالتی که کنتاکت ها بسته است می تواند عبور دهد. کنتاکت ها می توانند در هنگام متصل بودن، جریانی بیشتر از جریان سوییچ از خود عبور دهند. هنگام عبور جریانی بیش از جریان سوییچ، نباید کنتاکت ها از هم جدا شوند.
• Power Rating: بیان کنندۀ حداکثر جریان در سوییچ یک ولتاژ مشخص یا حداکثر ولتاژ در سوییچ یک جریان مشخص است.
• Insulation Resistance: مقدار مقاومتی است که بین هادی های مختلف در یک رله وجود دارد. برای مثال مقدار مقاومت بین پایه های سیم پیچ و کنتاکت ها، بین پایه های کنتاکت ها با هم یا در رلۀ لچ بین پایه های سیم پیچ Set و سیم پیچ Reset.
• Impulse Withstand Voltage: حداکثر ولتاژ گذرای غیر معمولی که رله می تواند تحمل کند. این ولتاژ در اثر صاعقه، بارهای سلفی و … به وجود می آید. نمودار Surge breakdown voltage در تصویر زیر بیانگر همین مشخصه است.

تصویر 53 – نمودار حداکثر ولتاژ گذرا و مشخصات سوییچ در یک رلۀ الکترومکانیکی برخی مشخصات سیم پیچ نیز به صورت زیر است:

• Rated Voltage: مقدار نامی ولتاژ سیم پیچ.
• Rated Current: مقدار نامی جریان سیم پیچ.
• Coil Resistance: مقاومت اهمی سیم پیچ.
• Must Operate Voltage: حداقل ولتاژی که باید برای تحریک به سیم پیچ داده شود.
• Must Release Voltage: حداکثر ولتاژ سیم پیچ که کنتاکت ها در آن آزاد هستند.
• Maximum Voltage: حداکثر ولتاژی که می توان به سیم پیچ داد.
• Power Consumption: توان مصرفی سیم پیچ.

مشخصات زمانی

برخی مشخصات زمانی یک رلۀ الکترومکانیکی عبارتند از:

• Operate Time: مدت زمان بین لحظۀ شروع اعمال ولتاژ و لحظۀ به هم متصل شدن کنتاکت ها است. در رله های دارای چند کنتاکت، لحظۀ متصل شدن کندترین کنتاکت مورد نظر است. Operate Time در شرایط دمای 23 درجۀ سانتیگراد برای سیم پیچ در نظر گرفته می شود.
• Set Time (فقط برای رلۀ لچ): به مقدار زمان بین لحظۀ شروع فرمان Set تا لحظۀ به هم متصل شدن کنتاکت ها می گویند. (دمای سیم پیچ 23 درجۀ سانتیگراد)
• Release Time: به زمان بین لحظۀ قطع ولتاژ تحریک تا لحظۀ آزاد شدن کنتاکت ها گفته می شود. برای رلۀ دارای چند کنتاکت، لحظۀ آزاد شدن کند ترین کنتاکت در نظر گرفته می شود. لحظۀ آزاد شدن کنتاکت ها به معنی لحظۀ از هم جدا شدن آنها از هم است.(دمای سیم پیچ 23 درجۀ سانتیگراد)
• Reset Time (فقط برای رلۀ لچ): زمان بین لحظۀ شروع فرمان Reset تا لحظۀ آزاد شدن کنتاکت ها را می گویند. (دمای سیم پیچ 23 درجۀ سانتیگراد)
• Switching Frequency: به تعداد دفعات عمل کردن رله در ثانیه گفته می شود.

تصویر 54 – مفاهیم Operate Time و Release Time

نتایج رله، سوییچ تحریک پذیر

1. رله کلیدی است که تحریک آن می تواند توسط هر عامل فیزیکی یا شیمیایی بدون دخالت انسان باشد. ممکن است آنها را به دو گروه رله الکتریکی و غیر الکتریکی تقسیم کنند. رلۀ الکتریکی، رلۀ تحریک شونده با عوامل الکتریکی مثل ولتاژ، جریان و فرکانس و … است. رلۀ غیر الکتریکی نیز عوامل فیزیکی و شیمیایی دیگر هستند.
2. در رله، سوییچ باید با هدف قطع، وصل یا تغییر مسیر جریان راه انداز مصرف کننده یا یک سیگنال حاوی پیام باشد. نه صفر و یک کردن پایه ای از یک المان دیجیتال مثل میکروکنترلر. در غیر این صورت، المان سوییچ، رله نیست.
3. رله ها در طیف گسترده ای ساخته می شوند. ممکن است در آینده انواعی ساخته شوند که در دسته بندی هایی که امروزه برای آنها وجود دارد، قرار نگیرند.
4. نام رله از کلمۀ فرانسوی Relais به معنای جایگزینی گرفته شده است.
5. می توان گفت اولین کسی که یک رله ساخت، جوزف هانری بود.
6. از اختراعاتی که در تکامل رله ها نقش داشتند، می توان به تلگراف و تلفن اشاره کرد.
7. رله های امروزی می توانند هرگونه نیاز صنایع را برطرف کنند. می توان گفت تقریباً هیچ کاربردی یافت نمی شود که نیاز به وسیله ای مانند رله داشته باشد و برای آن کاربرد رله ای ساخته نشده باشد.
8. رلۀ الکترومکانیکی را رلۀ الکترومغناطیسی نیز می گویند.
9. عملکرد رلۀ الکترومکانیکی این گونه است که سیم پیچ تحریک می شود و هستۀ درون آن خاصیت آهنربایی پیدا می کند. سپس یک قطعه فلز به اسم آرمیچر توسط هسته جذب می شود و حرکتی به وجود می آید که در نهایت باعث تغییر وضعیت کنتاکت ها می شود.
10. عبارات و اصطلاحاتی برای نام گذاری انواع رله وجود دارد که این نام ها از ساختار، کاربرد، برخی مشخصات و شکل و ظاهر آنها گرفته شده است.
11. عباراتی که برای نشان دادن انواع پل و حالت در سوییچ ها و کلیدها وجود دارد، در رله ها هم به کار برده می شوند.
12. فرم های اتصال نشان دهندۀ وضعیت کنتاکت ها از لحاظ باز یا بسته بودن قبل، بعد و هنگام سوییچ است.
13. رلۀ الکترومکانیکی با انواع ولتاژ تحریک DC و AC، انواع فرم های اتصال، ساختارها و کاربردهای متفاوت وجود دارد.
14. رلۀ لچ با هر بار تحریک، یک تغییر وضعیت می دهد. با قطع عامل تحریک، وضعیت حاضر خود را حفظ می کند. رلۀ لچ نوعی رلۀ بی استابل است.
15. رلۀ Reed نوعی رلۀ الکترومکانیکی است که شار مغناطیسی به وجود آمده در درون تیغه ها باعث اتصال آنها به یکدیگر می شود. در برخی از آنها جیوه وجود دارد.
16. رلۀ پیستونی، جیوه ای، Force-guided Contacts، القایی، کواکسیال، خلأ، موج بری و MEMS سوییچ ها نیز رلۀ الکترومکانیکی هستند.
17. در رلۀ القایی، میدان مغناطیسی القا شده باعث به حرکت درآمدن قطعۀ متحرک و در نتیجه تغییر وضعیت کنتاکت ها می شود.
18. رلۀ استپ با یک مکانیزم قفل شونده شبیه خودکار فشاری، عملکردی شبیه رلۀ ایمپالس دارد.
19. رلۀ خودنگهدار یک رلۀ لچ ساخته شده از یک رلۀ معمولی است.
20. در رلۀ حالت جامد همۀ قطعات در بخش سوییچ و تحریک، نیمه هادی هستند. بخش سوییچ و تحریک در رلۀ حالت جامد نیز مانند انواع دیگر، از هم ایزوله هستند.
21. رلۀ استاتیک مداری الکترونیکی با قطعات حالت جامد است که، عملکرد رلۀ الکترومکانیکی را پیاده می کند. گاهی به رلۀ حالت جامد رلۀ استاتیک می گویند.
22. کنتاکتور حالت جامد، یک رله جریان بالای حالت جامد است.
23. رلۀ هیبریدی، ساخته شده از یک رلۀ حالت جامد برای لحظات سوییچ، و یک رلۀ الکترومکانیکی برای تداوم جریان سوییچ است.
24. ترموستات، سوییچ جیوه ای، فیوز و سوییچ فشار نیز عملکردی شبیه رله دارند.
25. رلۀ ذوب آلیاژ، نوعی رلۀ حرارتی است.
26. در رلۀ تأخیر زمانی، مدتی پس از تحریک، سوییچ انجام می شود.
27. در رلۀ تفاضلی، عامل تحریک، اختلاف بین دو کمیت است.
28. رلۀ خودرویی جریان بالا معمولاً از نوع فیش خور است.
29. رله های استفاده شده در صنعت برق اغلب برای حفاظت هستند.
30. رلۀ دیفرانسیل معمولاً برای حفاظت سیستم ها در برابر نشتی جریان استفاده می شود. آنها رلۀ ثانویه هستند و با ترانسفورماتور جریان از کابل ها نمونه برداری می کنند.
31. عامل تحریک در رلۀ دیستانس در اصل مقدار امپدانس خط است. چون طول خط در مقدار امپدانس و در نتیجه تحریک این رلۀ حفاظتی مؤثر است، به آن رلۀ دیستانس می گویند.
32. رلۀ گازی به طور خاص به رله ای برای حفاظت ترانسفورماتورهای روغنی می گویند. هنگامی که خطایی رخ می دهد، گاز تولید می شود. با افزایش فشار این گاز، سطح روغن در محفظۀ رلۀ گازی پایین می رود و باعث تحریک آن می شود. این عملکرد در نهایت یک هشدار به همراه دارد. مکانیزم دیگری نیز وجود دارد که در صورت افزایش ناگهانی حجم گاز، باعث قطع ترانسفورماتور از مدار می شود. رلۀ بوخهلتز یک رلۀ گازی است.
33. رلۀ ایمنی در کاربرد برق صنعتی، عملکردهای ایمنی را پیاده می کنند. آنها معمولاً زرد رنگ هستند.
34. کنتاکتور با عملکردی شبیه رلۀ الکترومکانیکی، جریان های بالا را سوییچ می کند. کنتاکتورها با اندازه ها و ویژگی های متفاوت وجود دارند.
35. رلۀ شنت معمولاً به Shunt Trip Coil گفته می شود. این قطعه در کلیدهای اتوماتیک قرار می گیرد و با تحریک شدن، باعث قطع مدار توسط کلید اتوماتیک می شود.
36. رلۀ زمانی یا تایمر در زمان بندی عملکردهای دستگاه های صنعتی به کار می رود.
37. رلۀ اضافه جریان حرارتی با عملکرد رلۀ حرارتی، باعث قطع جریان در هنگام اضافه بار می شود.
38. سه نوع رلۀ اضافه جریان مغناطیسی وجود دارد: رلۀ اضافه جریان آنی، رلۀ اضافه جریان زمان مشخص و رلۀ اضافه جریان زمان معکوس.
39. رلۀ کنترل فاز برای حفاظت سیستم ها از خطاهایی مانند عدم تقارن ولتاژ فازها، قطع فاز و جابه جایی فاز به کار می رود. آنها معمولاً دارای مکانیزم های تأخیر هستند.
40. در رلۀ دیجیتال از میکروکنترلرها و میکروپروسسورها استفاده شده و به آنها Microcontroller based Relay و Microprocessor based Relay می گویند. تمامی عملکردها که رله های مختلف دارند، با انواع رلۀ دیجیتال قابل پیاده سازی است.
41. در آینده انواع رله های پیزوالکتریک و الکترومکانیکی در ابعاد نانو فراگیر خواهند شد.
42. علاوه بر دسته بندی بر اساس عملکرد، ساختار، مشخصات و کاربرد، می توان رله ها را از دیدگاه هایی دیگر دسته بندی کرد. برخی از این دیدگاه ها عبارتند از: سنجشی و غیر سنجشی، بی استابل و مونو استابل، تعداد سیم پیچ، اولیه و ثانویه و … .
43. رله های موجود در صنعت برق و برق صنعتی اغلب خود شامل رله هستند. اما با توجه به این که با مجموعۀ مدارات داخلی، تحریک و سوییچ، عملکرد رله را پیاده می کنند، می توان آنها را رله نامید.
44. با توجه به اختلاف سطح جریان و ولتاژ بین مصرف کننده ها و سیستم های کنترلی و حفاظت در اغلب کاربردها، برای راه اندازی یا خاموش کردن مصرف کننده ها، لازم است از رله استفاده شود.
45. در راه اندازی رلۀ الکترومکانیکی با میکروکنترلر باید چند نکته مورد توجه قرار گیرد. این نکات عبارتند از: ایزوله کردن مدار راه اندازی سیم پیچ از میکروکنترلر، حذف جریان برگشتی سیم پیچ، مداری برای تأمین جریان سیم پیچ و کاهش آرک رله (جرقه رله) با انواع مدارات اسنابر رله.
46. برای انواع رله، مشخصات الکتریکی، زمانی و … وجود دارد. مشخصات الکتریکی رلۀ الکترومکانیکی شامل مشخصات بخش سوییچ و مشخصات بخش سیم پیچ است. مشخصات زمانی آنها نیز اغلب بیانگر زمان بین لحظۀ تحریک و لحظۀ عملکرد و همچنین زمان بین لحظۀ قطع ولتاژ تحریک و لحظۀ آزاد شدن کنتاکت هاست.