Elektrik röleleri Elektromekanik Röleler ve Katı Hal Röleleri olmak üzere iki kategoriye ayrılabilir.
Elektromekanik Röleler
Elektromekanik röleler, doğası gereği elektromanyetik olan ve rölelerin etrafındaki düşük giriş güçlü DC veya AC sinyalinin ürettiği manyetik akıyı, rölelerdeki elektrik kontaklarını çalıştırmak için kullanılan mekanik kuvvete dönüştüren cihazlardır. En sık kullanılan elektromekanik rölelerin bir devresi vardır; emici bir demir çekirdeğin etrafına sarılmış; birincil devre olarak bilinir.
Demir çekirdek hem boyunduruk adı verilen sabit bir parçaya, hem de hareketli armatür ile sabit elektrik bobini arasındaki hava boşluğunu kapatan ve böylece manyetik alan devresini tamamlayan hareketli yay yüklü parça olan bir armatüre sahiptir. Armatür, pivot veya menteşeli konumu sayesinde kendisine bağlı olan kontakları kapatır ve oluşturulan manyetik alan arasında serbestçe hareket edebilir. Röle bobininin enerjisi kesildiğinde veya kapalı durumda olduğunda bağlantıları orijinal konumlarına geri döndürmek için geri dönüş stroku oluşturmak üzere armatür ile boyunduruk arasına bir yay veya yaylar bağlanır.
Elektromekanik Röle İnşaatı
Yukarıda verilen şekil, iki takım elektriksel olarak iletken kontağa sahip olan basit röleyi göstermektedir. Röleler “Normalde Açık” veya “Normalde Kapalı” olabilir. Kontak çifti, Normalde Açık veya açık kontaklar olarak tanımlanır ve bir çift, Normalde kapalı veya kesik kontaklar olarak tanımlanır. Normalde Açık kontaklarda giriş gücü olmadığında kontaklar açıktır, yalnızca alan akımı olduğunda kapalıdır, Normalde Kapalı kontaklarda ise giriş gücü olmadığında kontaklar kapalıdır, yalnızca alan akımı olduğunda açıktır alan akımı. Bu terimler varsayılan olarak kapalı durumdaki enerjisi kesilmiş devreler için kullanılır.
Rölelerin kontakları elektriği ileten metal parçalarıdır, birbirlerine temas ettiklerinde devreyi tamamlarlar ve tıpkı anahtarlar gibi devre üzerinden akım akışını iletirler. Açık durumda mega ohm düzeyinde çok yüksek bir dirence sahiptirler ve açık devre görevi görürler, kapalı durumda ise kapalı bir anahtar görevi görürler ve ideal olarak sıfır dirence sahip olmaları gerekir, ancak her zaman belirli bir miktarda kontak direnci vardır buna “ON direnci” denir.
Yeni kontaklar ve röleler, uçları düzgün ve yeni olduğundan çok düşük bir AÇIK direncine sahiptir, ancak zamanla bu direnç artacaktır. Kontakların yüksek kapasitif ve endüktif yüklerden yeterince korunmaması durumunda kontak uçlarında hasar olarak adlandırılan arklanma etkisi görülür. Akım, bağlandıklarında kontaklardan akacağından ve kontrol edilmediği takdirde yaylanma etkisi artmaya devam ederek direncin artmasına neden olur, bu da sonuçta kapalı durumda olsalar bile kontakların yırtılmasına ve iletken olmamasına neden olur.
İletkenlerdeki yaylanma etkilerini ve yüksek 'ON direncini' azaltmak ve ömrünü uzatmak için modern iletken uçları farklı gümüş alaşımlarından yapılır veya bunlarla kaplanır. Bunlardan bazıları Ag (ince gümüş), AgCu (gümüş bakır), AgCdO (gümüş kadmiyum oksit), AgW (gümüş tungsten), AgNi (gümüş nikel), Platin, Altın ve Gümüş Alaşımları ve AgPd (gümüş paladyum) içerir.
Röle kontaklarının uzun ömrü, Snubber Devresi olarak bilinen Direnç Kondansatör Ağının röle kontak uçlarına paralel olarak eklenmesiyle yapılan filtreleme tekniği kullanılarak sağlanabilir. Bu RC devresi yüksek voltaja kısa devre yapacak ve bu da sonuçta herhangi bir arklanma etkisini bastıracaktır.
Elektromekanik rölelerin kontak tiplerine göre sınıflandırılması
NO ve NC, kontakların nasıl bağlandığını tanımladığından, eylemlerine göre de sınıflandırılabilirler. Kutup olarak da adlandırılan bir veya daha fazla anahtar kontağını birleştirerek yapılabilirler; bunlar, aşağıdaki gibi verilen dört farklı kontak tipine yol açacak şekilde röle bobinlerine enerji verilerek daha da bağlanabilir:
| Tip | Tanım | Başvuru |
| Tek Kutuplu Tek Atışlı (SPST) | Tek kutuplu ve tek çıkışlıdır. Ya kapanacak ya da tamamen kopacak, ortası yok. | Açma ve kapama için mükemmeldirler. |
| Tek Kutuplu Çift Atışlı (SPDT) | Tek bir girişi ve iki farklı çıkışı vardır. Tek bir giriş üzerinden iki farklı devreyi kontrol edebilir. | Kontrol devrelerinde ve PLC sistem çıkış anahtarlarında kullanılırlar. |
| Çift Kutuplu Tek Atışlı (DPST) | İki girişi ve iki çıkışı vardır. Terminallerinin her biri kapalı konumda (açık) veya açık konumda (kapalı) olabilir. | Elektrikli ısıtma yüklerini kontrol etmek için termostat olarak kullanılırlar. |
| Çift Kutuplu Çift Atışlı (DPDT) | İki girişi ve dört çıkışı vardır. Girişlerin her biri iki çıkışa karşılık gelir. Aynı anda iki farklı devreyi kontrol edebilir. | Güç kaynağı seçiminde, aydınlatma kontrolünde vs. kullanılırlar. |
Katı Hal Röleleri
Katı Hal Röleleri herhangi bir hareketli parçaya sahip değildir ancak izolasyon oluşturmak ve anahtarlama işlevlerini gerçekleştirmek için katı hal yarı iletkenlerinin optik ve elektriksel özelliklerini kullanırlar. Elektromekanik rölelerden farklı olarak hareketli parçaları bulunmadığından bileşenlerde aşınma ve yıpranma olmaz. Ayrıca, açık durumda çok yüksek dirence ve iletken durumda çok düşük dirence sahip olduklarından, çıkış ve giriş kontakları arasında tam izolasyon sağlarlar. Anahtarlama işlemlerini de gerçekleştirdikleri için işlevsellik bakımından elektromekanik rölelere benzerler. Düşük giriş kontrol gücü gereksinimleri nedeniyle ek amplifikatörler, sürücüler veya tampon devreleri kullanmadan çoğu IC mantık ailesiyle uyumludurlar. Ancak aşırı ısınmayı önlemek için ısı emicilere uygun şekilde monte edilmeleri gerekir.
Katı Hal Röle
AC sinüzoidal dalga formunun sıfır geçiş noktasında AC tipi Solid State Röle “ON” konumuna gelir ve gelen yüksek akımları engeller. Yüksek kapasitif ve endüktif yüklerin anahtarlanması sırasında gürültüyü ve geçici voltaj yükselmelerini ortadan kaldırmak için RC Snubber devresi kullanılır. Çıkış anahtarlama cihazı katı hal yarı iletken bir röle olduğundan, çıkıştaki voltaj düşüşü çok yüksektir ve bu da devrenin aşırı ısınmasını ve hasarını önlemek için ısı cildinin talebine neden olur.
Giriş/Çıkış Arayüzü Modülleri
Giriş/Çıkış arayüz modülleri, mikro denetleyicileri, bilgisayarları ve PIC'leri gerçek dünyadaki anahtarlara ve yüklere bağlamak için katı hal yarı iletken rölelerin özel bir tasarımıdır. Dört temel G/Ç modülü türü vardır: CMOS mantık seviyesi çıkışı veya TTL'ye AC/DC Giriş voltajı, AC veya DC Çıkış voltajına CMOS mantık girişi ve TTL. Bu modüller, küçük bir cihazda izolasyon ve eksiksiz bir arayüz sağlamak için gerekli tüm devreleri içerir. Bunlara ayrı katı hal modülleri olarak erişilebilir veya 4, 8 veya 16 kanallı cihazlara entegre edilebilirler.
Elektromekanik ve Katı Hal Yarı İletken Röleler arasındaki karşılaştırma tablosu
Elektromekanik Röleler anahtarlama için mekanik kontaklar kullanır ve hareketli parçalara sahiptir; Katı Hal Yarı İletken Röleler ise anahtarlama için yarı iletken cihazlar kullanır ve herhangi bir hareketli parçaya sahip değildir.
| Elektromekanik Röleler | Katı Hal Yarı İletken Röleler |
| Anahtarlamayı gerçekleştirmek için manyetik alanlar, bobinler, yaylar ve mekanik kontaklar kullanırlar. | Hareketli parça kullanmazlar, bunun yerine katı hal yarı iletkenlerinin optik ve elektriksel özelliklerini kullanırlar. |
| Hareketli parçalar nedeniyle bileşenlere zarar verirler. | Bileşenlerde aşınma ve yıpranmaya maruz kalmazlar. |
| Sınırlı bir temas yaşam döngüsüne sahipler ve büyük bir oda kaplıyorlar. Ayrıca yavaş anahtarlama hızlarına sahiptirler. | Daha fazla alan ve yavaş hız gibi sınırlamalar yoktur. |
| Büyük bir çıkış voltajını kontrol etmek için küçük girişli bir voltaj kullanılabilir. | Büyük bir çıkış voltajını kontrol etmek için küçük girişli bir voltaj kullanılabilir. |
| Uygun maliyetlidirler. | Onlar pahalı. |
| Küçük voltaj yüklerini ve ses ve video sinyalleri gibi yüksek frekanslı sinyalleri değiştirebilirler. | Video ve ses sinyalleri gibi yüksek frekanslı ve küçük voltajlı yük sinyallerini değiştiremezler. |
| Otomobillerde ve ev tipi elektronik cihazlarda vb. en yaygın uygulamalara sahiptirler. | Işık kısma, motor hız kontrolü vb. gibi AC yüklerin anahtarlanmasında en yaygın uygulamalara sahiptirler. |
Çözüm
Elektrik rölesi, harici bir elektrik sinyali yoluyla elektrik devresini açıp kapatan bir anahtardır. Bir fiziksel miktarı diğerine değiştirme yetenekleri nedeniyle aynı zamanda dönüştürücü olarak da sınıflandırılan düşük güçlü bir sinyal aracılığıyla yüksek bir elektrik akımını kontrol edebilirler. Elektromekanik Röleler, anahtarlamayı gerçekleştirmek için manyetik alanlar, bobinler, yaylar ve mekanik kontaklar kullanır. Hareketli parçalar nedeniyle bileşenlere zarar verirler.
Sınırlı bir temas ömrüne sahiptirler ve çok yer kaplarlar, ayrıca yavaş anahtarlama hızlarına sahiptirler; Katı Hal Yarı İletken Röleler ise katı hal yarı iletkenlerinin elektriksel ve optik özelliklerini kullanmak yerine hareketli parça kullanmaz. Bileşenlerde aşınma ve yıpranmaya maruz kalmazlar ancak pahalıdırlar.