برق، مهندسی 124 بازدید

در آموزش‌های پیشین مجله فرادرس با رله آشنا شدیم. همچنین، برخی از انواع رله‌ها مانند رله دیستانس، رله ریکلوزر، رله حالت جامد، رله حرارتی بی‌متال، رله بوخهلتس و رله کنترل فاز را معرفی کردیم. در این آموزش مطالبی را درباره رله کنترل جریان بیان خواهیم کرد.

برای اطمینان از کارکرد طولانی و ایمن و همچنین کمینه کردن اتلاف زمان ناشی از خرابی، هر موتور الکتریکی و وسیله برقی دیگر باید از تمام خطاهای احتمالی محافظت شود. تقریباً تمام صنایع برای کنترل فرایندها به موتور الکتریکی متکی هستند. از این رو لازم است موتور را در برابر خرابی ایمن سازیم. رله کنترل جریان، همان‌گونه از نامش برمی‌آید، نوعی رله است که برای کنترل جریان به کار می‌رود. اما این کنترل جریان به چه معناست؟ در ادامه، ابتدا نحوه عملکرد رله را به اجمالاً بیان می‌کنیم، سپس به این پرسش پاسخ خواهیم داد.

رله چیست؟

رله، در ساده‌ترین حالت، یک کلید الکترومغناطیسی است که برای قطع و وصل مدار توسط یک سیگنال کم‌توان یا جایی که چندین مدار باید توسط یک سیگنال کنترل شوند استفاده می‌شود. می‌دانیم که اغلب وسایل کاربردی صنعتی پیشرفته از رله‌ها برای عملکرد مؤثر خود استفاده می‌کنند. رله‌ها کلیدهای ساده‌ای هستند که هم به صورت الکتریکی و هم مکانیکی کار می‌کنند. در رایج‌ترین انواع، رله‌ها از یک آهنربای الکتریکی و همچنین مجموعه‌ای از کنتاکت‌ها تشکیل شده‌اند. ساز و کار سوئیچینگ با کمک آهنربای الکتریکی انجام می‌شود. همچنین اصول عملیاتی دیگری برای کار آن وجود دارد. اما رله‌ها با توجه به کاربردشان متفاوت هستند.

چرا از رله استفاده می‌شود؟

از یک رله در مواردی استفاده می‌شود که فقط می‌توان از سیگنال کم‌توان برای کنترل مدار استفاده کرد. همچنین در موقعیت‌هایی که فقط از یک سیگنال می‌توان برای کنترل تعداد زیادی مدار استفاده کرد، رله گزینه مناسبی است. استفاده از رله در زمان اختراع تلفن آغاز شد. این قطعات نقش مهمی در تغییر تماس در مبادلات تلفنی داشتند. آن‌ها همچنین در تلگراف از راه دور استفاده می‌شدند. رله‌ها برای تغییر سیگنال از یک منبع به مقصد دیگر به کار می‌رفتند. پس از اختراع رایانه‌ها، همچنین برای انجام عملیات بولی و سایر عملیات منطقی از رله‌ استفاده شد. در کاربردهای صنعتی، رله‌ها برای به حرکت درآوردن موتورهای الکتریکی و سایر دستگاه‌هایی که به توان بالایی نیاز دارند، به کار می‌روند. به این گونه رله‌ها کنتاکتور می‌گویند. برای آشنایی بیشتر با کنتاکتور، به آموزش «کنتاکتور چیست؟ — به زبان ساده» مراجعه کنید.

برای آشنایی بیشتر با رله‌ها، پیشنهاد می‌کنیم به مجموعه آموزش های مهندسی قدرت مراجعه کنید که توسط فرادرس تهیه شده و لینک آن در ادامه آورده شده است.

ساختار عمومی رله

چهار بخش اصلی در یک رله وجود دارد. این بخش‌ها عبارتند:

  • آهنربای الکتریکی
  • آرمیچر متحرک
  • کنتاکت‌های سوئیچ
  • فنر

شکل زیر نمایی از ساختمان یک رله ساده را نشان می‌دهد.

ساختار عمومی رله کنترل جریان

رله شکل بالا یک رله الکترومغناطیسی با یک هسته سیم‌پیچی‌شده است که دور هسته آهنی پیچیده شده است. به این ترتیب، یک مسیر با رلوکتانس (مقاومت مغناطیسی) بسیار کم برای شار مغناطیسی به وجود می‌آید تا آرمیچر را به حرکت در آورد. آرمیچر متحرک به یوغ متصل است که به صورت مکانیکی به کنتاکت‌ها وصل می‌شود. این قطعات با کمک فنر ایمن نگه داشته می‌شوند. فنر برای ایجاد فاصله هوایی در مدار هنگام قطع برق رله استفاده می‌شود.

رله چگونه کار می‌کند؟

با بررسی شکل زیر می‌توانیم عملکرد رله را به خوبی درک کنیم.

عملکرد رله کنترل جریان

شکل بالا بخش داخلی یک رله را نشان می‌دهد. یک هسته آهنی توسط سیم‌پیچ کنترل احاطه شده است. همان‌طور که در شکل نشان داده شده است، منبع تغذیه از طریق یک کلید کنترل به آهنربای الکتریکی و از طریق کنتاکت‌ها به بار مرتبط می‌شود. هنگامی که جریان از سیم‌پیچ کنترل شروع به عبور می‌کند، آهنربای الکتریکی انرژی‌دار می‌شود و در نتیجه میدان مغناطیسی را تقویت می‌کند. بنابراین، بازوی کنتاکت بالایی شروع به جذب به بازوی ثابت پایینی می‌کند و کنتاکت‌ها را می‌بندد و یک مسیر برای انتقال انرژی منبع به بار به وجود می‌آورد. از طرف دیگر، اگر رله، از قبل، در هنگام بسته شدن کنتاکت‌ها خاموش شده باشد، کنتاکت برعکس حرکت کرده و مدار باز خواهد شد.

به محض قطع جریان سیم‌پیچ، آرمیچر متحرک با یک نیرو به موقعیت اولیه خود باز می‌گردد. این نیرو تقریباً برابر با نصف نیروی مغناطیسی خواهد بود و عمدتاً توسط دو عامل (فنر و جاذبه) تأمین می‌شود.

رله‌ها عمدتاً برای دو عملیات اساسی ساخته می‌شوند. یکی کاربرد فشار ضعیف و دیگری فشار قوی. برای کاربردهای فشار ضعیف، اولویت بیشتری برای کاهش نویز کل مدار داده خواهد شد. برای کاربردهای فشار قوی، آن‌ها عمدتاً برای کاهش پدیده‌ای به نام قوس الکتریکی طراحی شده‌اند.

اصول اولیه برای همه رله‌ها، از قبیل رله کنترل جریان یکسان است. رله‌ شکل زیر با چهار سر را در نظر بگیرید که با دو رنگ نشان داده شده است. رنگ سبز نشان‌دهنده مدار کنترل و رنگ قرمز نشان دهنده مدار بار است. یک سیم پیچ کنترل کوچک به مدار کنترل متصل می‌شود. یک سوئیچ به بار متصل است. این کلید توسط سیم پیچ در مدار کنترل کنترل می شود. حال اجازه دهید مراحل مختلفی را که در یک رله اتفاق می‌افتد، برداریم.

عملکرد رله کنترل جریان

رله برق‌دار (ON): همان‌طور که در شکل زیر نشان داده شده است، جریان گذرنده از سیم‌پیچ‌ها با سرهای ۱ و ۳ نمایش داده شده است که یک میدان مغناطیسی را ایجاد می‌کند. این میدان مغناطیسی باعث بسته شدن پایه‌های 2 و 4 می‌شود. بنابراین کلید نقش مهمی در کار رله ایفا می‌کند. از آنجا که بخشی از مدار بار است، برای کنترل یک مدار الکتریکی که به آن متصل است استفاده می‌شود. بنابراین، هنگامی که رله روشن می‌شود، جریان از طریق پایه‌های 2 و 4 خواهد گذشت.

عملکرد رله

رله بی‌برق (OFF): به محض اینکه جریان گذرنده از پایه‌های 1 و 3 متوقف شود، سوئیچ رله باز می‌شود و در نتیجه مدار باز از عبور جریان از پایه‌های 2 و 4 جلوگیری می‌کند. بنابراین رله بدون برق و در نتیجه در موقعیت خاموش قرار می‌گیرد.

رله برق‌دار

به طور ساده، هنگامی که یک ولتاژ به پایه 1 اعمال می‌شود، آهنربای الکتریکی فعال و باعث ایجاد میدان مغناطیسی می‌شود که به بسته شدن پایه‌های 2 و 4 می‌انجامد و باعث ایجاد مدار بسته می شود. هنگامی که در پایه 1 ولتاژ وجود ندارد، نیروی الکترومغناطیسی و در نتیجه میدان مغناطیسی وجود نخواهد داشت. بنابراین سوئیچ‌ها باز می‌مانند.

کنتاکت NO و NC

دو اصطلاح بسیار رایج که در ارتباط با رله‌ها خواهید شنید، کنتاکت‌های NC و NO هستند:

  • کنتاکت در حالت عادی باز (Normally Open Contact) یا NO: با فعال شدن رله مدار را می‌بندد و در صورت غیرفعال بودن رله مدار را باز می‌کند.
  • کنتاکت در حالت عادی بسته (Normally Closed Contact) یا NC، برخلاف کنتاکت NO است. هنگامی که رله فعال می‌شود، مدار را قطع می‌کند. هنگامی که رله غیرفعال می شود، مدار وصل می شود.

از رله‌ها می‌توان برای کنترل چندین مدار تنها با یک سیگنال استفاده کرد. یک رله یک یا چند قطب را سوئیچ می‌کند که هر یک از کنتاکت‌ها را می‌توان با انرژی دادن به سیم‌پیچ راه انداخت.

تعداد قطب و مسیر در رله کنترل جریان

رله‌ها دقیقاً عملکرد سوئیچ را دارند. بنابراین، همان مفهوم برای آن‌ها نیز بیان می‌شود. یک رله می‌تواند یک یا چند قطب و مسیر را تغییر دهد.

  • تک مسیره تک قطب (SPST): رله SPST در مجموع دارای چهار پایانه است. از این دو ترمینال می‌توان مدار را وصل یا قطع کرد. دو ترمینال دیگر برای اتصال سیم‌پیچ مورد نیاز است.
  • دو مسیره تک قطب (SPDT): رله SPDT در مجموع دارای پنج پایانه است. از این‌ها دو تا پایانه‌های سیم‌پیچ هستند. یک ترمینال مشترک نیز گنجانده شده است که به یکی از دو ترمینال دیگر متصل می‌شود.
  • تک مسیره دو قطب (DPST): رله DPST در مجموع دارای شش پایانه است. این پایانه‌ها بیشتر به دو جفت تقسیم می‌شوند. بنابراین می‌توانند به عنوان دو SPST عمل کنند که توسط یک سیم‌پیچ فعال می‌شوند. از شش ترمینال، دو تای آن‌ها پایانه‌های سیم‌پیچی هستند.
  • دو مسیره دو قطب (DPDT): رله DPDT از انواع قبلی بزرگ‌تر است و عمدتاً دارای هشت پایانه است. دو ردیف پایه‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که روی ترمینال‌ها تغییر کنند. آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که به عنوان دو رله SPDT عمل می‌کنند که توسط یک سیم‌پیچ فعال می‌شوند.

رله کنترل جریان چیست؟

اکنون که با ساختار عمومی و عملکرد کلی رله آشنا شدیم. به پاسخ پرسش ابتدای آموزش می‌پردازیم. رله کنترل جریان رله‌ای است که وظیفه آن پایش دائمی جریان و نگه داشتن آن در محدوده تعریف‌شده توسط کاربر است. در واقع، رله کنترل جریان علاوه بر محافظت در برابر اضافه‌جریان، اگر جریان از حدی کمتر باشد نیز عمل خواهد کرد و مدار را قطع می‌کند. زمان قطع به تنظیماتی بستگی دارد که توسط کاربر تعریف می‌شود. رله کنترل جریان یک رله نظارت بر جریان اغلب الکترونیکی است که شبکه‌های تک‌فاز (DC یا AC) یا سه‌فاز را برای اضافه‌جریان و کمبود جریان، در محدوده خاص نگه می‌دارد و به نوعی کنترل می‌کند. رله کنترل جریان را در رله مانیتورنگ جریان نیز می‌گویند.

ساختار یک رله کنترل جریان

به غیر از نوار دو فلزی و کنتاکت‌هایی که در بخش اصول عملکرد بحث شده است، قطعات بیشتری در رله کنترل جریان وجود دارد که با آن‌ها آشنا می‌شویم.

بخش‌های رله

ترمینال یا پایانه 

پایانه‌های L2 ،L1 و L3 پایانه‌های ورودی هستند که می‌توان آن‌ها را مستقیماً به کنتاکتور نصب کرد. منبع تغذیه موتور به پایانه‌های T2 ،T1 و T3 متصل شود.

دکمه تنظیم دامنه آمپر

یک دکمه چرخشی روی رله کنترل جریان وجود دارد که با استفاده از این دکمه می‌توان جریان نامی موتور را تنظیم کرد. جریان بین حد بالا و پایین موجود قابل تنظیم است. در رله کنترل جریان الکترونیکی، یک دکمه اضافی برای انتخاب کلاس تریپ یا قطع فراهم شده است.

دکمه ریست

یک دکمه ریست یا بازنشانی روی رله کنترل جریان وجود دارد تا پس از تریپ و رفع خطا، مجدداً تنظیم شود.

انتخاب ریست دستی/خودکار

با استفاده از دکمه انتخاب بازنشانی دستی/خودکار، می‌توانیم از بین ریست دستی و خودکار رله پس از تریپ یکی را انتخاب کنیم. اگر دستگاه روی خودکار تنظیم شده باشد، ریست از راه دور امکان‌پذیر است.

کنتاکت کمکی

کنتاکت‌های کمکی، یکی NO (کنتاکت‌های ۹۷-۹۸) و دیگری NC (کنتاکت‌های ۹۵-۹۶)، هستند. کنتاکت NO برای سیگنال‌دهی تریپ و کنتاکت NC برای قطع کنتاکتور است. کنتاکت‌های NC باید قابلیت سوئیچ مستقیم سیم‌پیچ کنتاکتور را داشته باشند.

دکمه تست

با استفاده از دکمه تست می‌توان سیم‌کشی کنترل را آزمایش کرد.

نماد رله کنترل جریان

شکل زیر نماد رله کنترل جریان را نشان می‌دهد. در اینجا 1، 2، 3، 4، 5 و 6 ترمینال برق، 95 و 96 کنتاکت تریپ و 97 و 98 کنتاکت سیگنال هستند.

نماد رله

کلاس تریپ رله

مدت زمانی که طول می‌کشد رله‌ کنتاکتور را در هنگام اضافه بار باز کند، در کلاس تریپ مشخص شده است. کلاس تریپ معمولاً در دسته‌های کلاس 10، کلاس 20، کلاس 30 و کلاس 5 طبقه‌بندی می‌شود. رله در این کلاس تریپ‌ها به ترتیب در 10 ثانیه، 20 ثانیه، 30 ثانیه و 5 ثانیه در 600٪ جریان بار کامل موتور تریپ می‌کند.

جدول کلاس رله

کلاس‌ 10 و کلاس 20 نسبت به بقیه رایج‌تر هستند. رله‌های اضافه بار کلاس 30 برای حفاظت از موتورهایی که بارهای اینرسی بالایی دارند و رله‌های کلاس 5 برای موتورهایی که نیاز به سرعت زیاد دارند استفاده می‌شوند.

چگونه باید از رله کنترل جریان استفاده کرد؟

رله‌ها همیشه در ترکیب با کنتاکتورهای موجود در مدار استفاده می‌شوند. رله در یک خط در موتور به گونه‌ای متصل است که جریان به موتور به طور کامل از آن عبور می‌کند. در شکل زیر، انواع اتصالات رله برای موتورهای تک فاز و سه فاز آورده شده است.

رله کنترل جریان

در شکل بالا، K1 و K1M رله‌های کنترل جریان هستند. شکل‌های اول و دوم از چپ، موتور تکفاز هستند و شکل سوم موتور سه‌فاز است.

چه عواملی موجب تریپ رله می‌شود؟

سه عامل اصلی برای تریپ رله وجود دارد:

  • اضافه بار موتور
  • افت فاز ورودی
  • عدم تعادل فاز

البته، به غیر از این موارد، ممکن است ویژگی محافظتی اضافه دیگری نیز در نظر گرفته شود.

در هنگام کار عادی، جریان عبوری از هر پل رله اضافه بار به موتور در یک زمان مشخص ثابت می‌ماند. اگر هر کدام از فازها قطع شود، جریان دو فاز دیگر به 1٫73 برابر مقدار طبیعی می‌رسد. از این رو رله کنترل جریان گرم می‌شود و فرمان تریپ می‌دهد. خرابی فاز به عنوان افت فاز نیز شناخته می‌شود.

رله‌های اضافه جریان نمی‌توانند از اتصال کوتاه محافظت کنند و همیشه باید در کنار دستگاه‌های محافظ اتصال کوتاه استفاده شوند. در غیر این صورت، هرگونه اتصال کوتاه در موتور می‌تواند به این رله‌ها آسیب برساند.

کاربردهای رله کنترل جریان

از کاربردهای رله کنترل جریان و در کل رله اضافه بار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • از رله کنترل جریان برای محافظت از موتور استفاده می‌شود.
  • می‌توان از یک رله کنترل جریان برای تشخیص شرایط اضافه بار و همچنین شرایط خطا استفاده کرد و سپس دستور تریپ را اعلام کرد.
  • رله کنترل جریان مانند الکترونیک حالت جامد به سیستم‌های ریزپردازنده وارد شده است.
  • رله‌های کنترل جریان در هنگام عبور جریان شدید دستگاه را غیرفعال می‌کنند.

معرفی فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ فرادرس

آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱

اگر به یادگیری روش‌های مختلف کنترل موتورهای صنعتی هستید علاقه‌مند هستید، پیشنهاد می‌کنیم به فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱ مراجعه کنید. در این فیلم آموزشی که مدت زمان آن ۱۳ ساعت و ۴۰ دقیقه است و در ۱۷ درس تدوین شده، ابتدا در درس اول مفاهیم عمومی کنترل موتورهای الکتریکی بیان شده است. همچنین، نمادها و دیاگرام‌های شماتیک رله و سایر تجهیزات مربوط به نقشه مدارهای قدرت و فرمان مدارهای کنترل و راه‌اندازی موتور در درس‌های دوم و سوم ارائه شده است. در بخشی از آموزش مذکور، در دروس چهارم تا هفتم، انواع رله‌های اضافه بار، زمان‌دار و کنتاکتورها برای راه‌اندازی و نیز محافظت از موتورها به طور کامل و مفصل معرفی شده است. علاوه بر این، انواع سنسورها، سوئیچ‌ها، ترنسمیترها، دیتکتورها و مثال‌هایی از نحوه سیم‌کشی و نقشه‌خوانی مدار کنترل موتورها در درس‌های هشتم تا هفدهم به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است.

معرفی فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲ فرادرس

شماتیک رله

مباحث تکمیلی آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۱، در فیلم آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲ ارائه شده است. این آموزش در ۱۵ درس تدوین شده که مجموع زمان آن‌ها ۱۷ ساعت و ۳۶ دقیقه است.

در آموزش کنترل موتورهای الکتریکی صنعتی ۲، ابتدا روش‌های سیم‌کشی و نصب مدارهای کنترل موتور در درس‌های اول و دوم ارائه شده است. در ادامه، در درس‌های سوم تا نهم درباره انواع موتورها و روش‌های کنترل آن‌ها بحث شده است. همچنین، در این درس‌ها کاربرد قطعات الکترونیک قدرت، آی‌سی‌ها، PLCها و گیت‌های منطقی در مدارهای کنترل موتور بیان شده است و موتورهای DC، موتورهای AC و موتورهای پله‌ای معرفی شده و روش‌های کنترل و حفاظت آن‌ها به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است. در درس‌های دهم و یازدهم، به ترتیب، پلاک موتور و عیب‌یابی موتور مورد بحث قرار گرفته‌اند. در نهایت، کاربرد ادوات نیمه‌هادی، پی‌ال‌سی‌ها و آی‌سی‌ها در درس‌های دوازدهم تا پانزدهم ارائه شده است.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای 12 نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
شما قبلا رای داده‌اید!
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

سید سراج حمیدی دانش‌آموخته مهندسی برق است و به ریاضیات و زبان و ادبیات فارسی علاقه دارد. او آموزش‌های مهندسی برق، ریاضیات و ادبیات مجله فرادرس را می‌نویسد.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *