Röle nedir?

Röle nedir

Röle nedir?

Röle: Elektromanyetik alan ile çalışan, elektrik devrelerinde akım ve voltaj değerleri yardımı ile akım yolunu açıp kapatarak sistemin çalışma prensibini düzenleyen elektromekanik cihazdır.  Küçük değerli bir akımın meydana getirdiği elektromanyetik alan ile yüksek güçte yada akımda çalışan bir alıcıyı (yükü) çalıştırmak (anahtarlamak) için bir veya birkaç anahtar grubunun kontrolünü yapan (anahtarları açan veya kapatan) elemana röle denir. Termik röle bu tanımın dışında tutulmalıdır.

Röleler, küçük akım ve gerilimlerle taşıyıcı kontak üzerinde daha büyük akım ve gerilimlerini kontrol eden elemanlardır. Röleler, aynı zamanda farklı frekans ve dalgalardan etkilenmeden anahtarlama yaparak değişik özellikteki elektrik devresi ve elektronik devre elemanlarının kontrolünü yapabilir.

Röleler elektronik devrelerin giremediği (yüksek ısı, nem yada sıvı ortamları vs.) bazı hava ve sıvı kontrol sistemlerinde mutlaka kullanılmalıdır. Röle uygulama devrelerinde bazı sorunlarla karşılaşılabilir. Mekanik olarak çalıştığından arızası çok olur. Kontaklar devamlı birbirine yapışıp açılmalarından dolayı meydana gelen elektrik atlamaları zamanla kontakların oksitlenmesinin ve iletimini kaybetmesinin sebebidir. Rölelerin iletime geçme süresi daha uzundur. Ayrıca kontakların çekilip bırakılması sırasında hoş bir ses çıkarmaz.

Rölelerin genellikle 5 Volt – 48 Volt gerilim ile beslenen bobinleri, 5 ma -150 ma (Amper) arasında akım çekerler. Röle kontakları ise 0.5 Amper-70 Amper arasındaki akım değerlerine dayanır. Uygulama devrelerinde bobin besleme gerilimi aralığının geniş olması kullanım alanlarında kolaylık sağlar. Bu sayede analog ve lojik devrelerle sürülmesi sağlanır. Yüksek akımlı devrelerin kontrolünü yaparken kontaklardan geçen akımın meydana getirebileceği ısınma bu devrelerde röle yerine kontaktör kullanılmasını gerektirmektir.

DC Gerilimle Çalışan Manyetik Röle İç Yapısı aşağıda görülebilir.

Röle Yapısı ve Röle Nasıl Çalışır?

Röle yapısı ve çalışma prensibi cinsine göre değişiklik gösterir. Röleler, bir etki ile (akım, gerilim, ısı, manyetik alan vb.) kontakların yer değiştiği ve bu değişimden yararlanarak bir devrenin kontrolü yapıldığı söylenebilir. Röleler;

• Kontak
• Demir nüve
• Yay
• Bobin
• Palet

meydana gelir. Bobin kısmı rölenin giriş kısmıdır. Palet ve kontak kısmının bobin ile herhangi bir elektriksel bağlantısı yoktur. Röleler aynı zamanda transistör görevi de görürler. Örnek olarak 3 bacaklı röleye akım verildiğinde şasedeki kol diğer taraftaki akımı açar yani kontrol için kullanılabilir. Sadece rölenin transistörden farkı direnç ile kulanmaya gerek yoktur. Bobin iki kontağı mıknatısladığında rölenin bir kontağı açılır diğer kontağı kapanır.

Elektromanyetik bobine rölenin çeşidine uygun gerilim uygulandığı zaman bobin mıknatıs özelliği kazanır ve karşısında duran metal bir paleti kendine doğru çekerek, bir veya daha fazla kontağı birbirine bağlayarak bir anahtar görevi yapar.

Rölelerin mıknatıs meydana getiren bobin imalatı 5, 9, 12, 24, 36, 48 volt vs gerilimlerde çalışacak şekilde yapılır. DC ile çalışan mini röleler en çok elektronik sistemlerde kullanılmaktadır.

Yarı iletken esasına dayalı çalışan tristör ve triyakların imalatından sonra kullanım alanı dar olan rölelerin, çok yüksek akım ve gerilim kontrolü gereken uygulamalarda kullanılmaktadır. Tiryak ve tristörlere göre üstünlüğü ise tek bir röle, içinde birden fazla anahtar yada kontağa sahip olduğu gibi birden fazla yükü aynı anda açıp kapatma yapabilir hatta aynı anda bazı yükleri açar bazılarını kapatır.

Bu işlem rölenin kontaklarının dizaynı ile alakalıdır. Röleler AC ve DC’de çalıştırmak üzere imal edilir. Genellikle röleler anahtar (switch) ve ölçen röleler olmak üzere ikiye ayrılırlar. Ayrıca; röleler çalışma, kullanılış amacı ve devreye bağlanış şekline göre de sınıflandırılır.

DC ile AC arasındaki fark nedir?

DC mini röleler en çok elektronik sistemlerde kullanılır.

AC röleler yüksek akım ve gerilim kontrolü gereken uygulamalarda kullanılır.

Röle Nasıl Bağlanır?

Röle, başka bir elektrik devresinin açılıp kapanmasını sağlayan bir elektriksel anahtardır. Bu anahtar bir elektromıknatıs tarafından kontrol edilir. 1835’te Joseph Henry tarafından icat edilmiştir. Röle bağlantı şeması; röle üzerinde bulunan sabit ve yön değiştiren kontak belirlenerek bağlantıları ayarlanır. Elektronik alanında kullanılan mini röle bağlantısı prospektüslerde ayrıca belirtilir. 

Kullanım Alanları

Röleler yüksek akımları anahtarlayabildikleri için yüksek akımlı uygulamalarda yaygın olarak kullanılırlar. Anahtarlama frekansları düşük olduğu için ve hızlı anahtarlama yapamadıklarından daha çok yavaş anahtarlama yapılacak uygulamalarda kullanılırlar.

Röle Çeşitleri

Röleler hem AC hem DC’ de çalıştırmak üzere kullanılabilirler. Genel olarak; röleler anahtar (switch) ve ölçen röleler olmak üzere sınıflandırılır. Ayrıca; röleler çalışma, kullanılış amacı ve devreye bağlanış şekline göre de gruplara ayrılır. Röleler kullanıldığı yerlere, çalışma prensiplerine göre adlandırılır. Akım, güç, ilk hareket, termik, manyetik ters akım, kilitleme gibi daha birçok röle çeşiti vardır.

• Manyetik röle
• Dil kontak röle
• Termik röle
• Aşırı akım rölesi

Röle çeşitleri, kullanıldıkları devreye göre uygun olanı seçilmelidir. Örnek olarak manyetik etkiyle anahtarlama yapılacaksa dil kontak, yüksek akımı sınırlamak için de aşırı akım koruma röleleri seçilebilir.

Endüstride elektrik devrelerinde kullanılan en yaygın röle çeşitleri: Röleler akımın veya voltajın belli değere ulaşmasıyla çalışıyorsa bu röleler ani etkili rölelerdir. Akımın iki değeri arasında çalışan diferansiyel röle; çalışma akımına ulaştıktan ve belli bir müddet bekledikten sonra, çalışan gecikmeli röle; diğer rölelerin çalışmasını sağlayan veya sınırlayan kilitleme rölesi; enerji nakil hatlarındaki kısa devre koşullarına karşı şebekeyi koruyan koruma rölesi; elektrik makinelerini koruyan termik-manyetik röle; kendisini besleyen gerilim ortadan kalktığı zaman çalışan sıfır rölesi; jeneratörlerin motor olarak çalışmasını engelleyen ters akım rölesidir.

Modern otomasyon sistemlerinin en çok yararlandığı aletlerden biri de röledir. Örneğin, telefon sistemleri, demiryolları sinyal sistemleri röle düzenine göre yapılmıştır. Otomatik makinaların çalışması röleler ile sağlanır. Elektromekanik rölelerin yerini yarı iletken röleler almaya başlamıştır.

• Manyetik Röle

Bir demir çubuk çevresine sarılan yalıtkan yüzeyle kaplı bir iletken telden geçen akım bir manyetik alan oluştrarak yakında bulunan metalleri kendisine çeker. Akımın bu özelliğinden yararlanarak manyetik röle imalatı yapılır.

Manyetik röle iç yapısı

Manyetik röleler üç bölümden meydana gelir.

• Röle bobini
• Röle kontakları
• Palet

Bobin dikdörtgen prizma yada silindirik biçiminde üretilen bir demir nüve (4 ile gösterilen) üzerine geçirilmiş bir plastik kılıfa birden çok sayıda sarılmış iletken telden meydana gelir (3 ile gösterilen). Palet (5 ile gösterilen) ise bobinin manyetik alanından etkilenmesi sonucu hareketlenen yumuşak bir demir parçasıdır.

Nüve olarak yumuşak demir seçilmesinin sebebi kolay manyetik alan kazanırken aynı zamanda bu özelliğini kolayca kaybetmesidir. Paletin kontaklara dokunduğu noktada fiber (7 ile gösterilen) denilen bir yalıtkan madde mevcuttur. Manyetik alan olmadığı zaman bir yay ile gergide tutulur. Kontaklar (1 ve 2 ile gösterilen) ise birbirlerine dokunduğunda akım akmasına izin veren iyi iletken malzemelerdir. Bir rölede bunlardan başka kontakların istek dışı dokunmasını engelleyen yalıtkan bir zemin maddesi (6 ile gösterilen) bulunur.

Nüve ve bobin elektromıknatıs gibi çalışır. Bobin uçlarına gerilim uygulandığında bir manyetik alan meydana getirerek paleti kendisine doğru çeker ( sarı halka içerisinde palet serbest ve yeşil halka içerisinde palet nüveye doğru çekilmiş). Bu da paletin kontaklarının yerinin değişmesine sebep olur. Paletin bu hareketi sonucu normalde kapalı olan kontaklar (şeklin sol bölümünde kırmızı halkalarla gösterilen) açılır.

Eğer bu kontakların uçlarına bir yük bağlanmışsa çalışması duracaktır. Yine normalde açık olan kontaklar ( şeklin sağ bölümünde kırmızı halkalarla gösterilmiş) kapanacaktır ve bu kontak uçlarına bağlı olan yük çalışacaktır. Şekilde G (akım girişi) ve Ç (akım çıkışı) ile gösterilmiş akım yolunun değişimine de dikkat edilmelidir.

Manyetik röleler üstündeki kontak sayısına ve çeşidine göre gruplandırılabilir. Tek kontaklı ve tek konumlu röle üstünde bir tane anahtar bulunur ve bu anahtara ters çalışan başka bir anahtar da yoktur. Sadece bir yükün açılıp kapanmasına faydası olur. Tek kontak çift konumlu rölelerse üstünde bulundurduğu anahtarın yer değiştirmesi sonucu bir yükü çalıştırırken, öbürünü durdurur. Benzer şekilde röledeki paralel çalışan kontak sayısı artırılıp çok kontaklı röleler oluşturulabilir. Yukarıdaki şeklimizde iç yapısı resimlenen röle iki kontaklı ve çift konumlu bir röledir.

• Dil Kontak Röleler

Havası alınan cam tüp içerisine manyetik alandan kolayca etkilenen metal kontakların yerleştirilmesiyle yapılan röleye dil kontak , kontak sayısı fazlaysa dil kontak rölesi adı verilir. Dil kontak rölelerin kullanım alanları otomobillerin uyarı ışıkları, su altında çalışan cihazlarda, sıvı seviye kontrollerinde, uzaktan kontrol anahtarı vb gibi yerlerde kullanılmaktadır.

Dil kontak rölelerde kontağı kapatmak için bir mıknatıs parçasını yaklaştırarak yada cam kılıf üstüne sarılan bobin üzerinden akım geçirmek yeterli olmaktadır. Dil kontaklar manyetik alan kontrollü anahtardır. Anahtarın açılıp kapanması ise manyetik alan değişimine bağlıdır.

Dil kontak

• Termik Röle

Ortamdaki ısı değişikliğine bağlı olarak kontaklarını açan veya kapayan röle türüdür. Termik röleler, çalışma esnasında aşırı ısınan motorları durdurulmasında yada saç kurutma makineleri, ütü gibi ısı üreten cihazlarda uygun ısı seviyesinde daha fazla ısınmayı engellemek için sıklıkla kullanılmaktadır.

Termik röleler içindeki bi-metal denilen özel bir metal bileşimiyle ortamın ısısı, belirlenmiş ısı değerinin üzerine çıktığı zaman yüke giden akımı keser. Bi-metal ısı altında değişik genleşme gösteren iki metalden meydana gelir. Metallerin biri hızlı ve fazla genleşir. Diğeri çok az genleşerek bi-metal bileşimin bir yönde eğilmesini sağlayarak ısı enerjisini hareket enerjisine çevirir. Bu hareket enerjisi kontakları kapatmak için kullanılır. Termik röleler birçok değişik yapıdadırlar. Motor kontrol devrelerinde kullanılan termik rölelerin içerisinde ısınmayı gerçekleştiren krom-nikel ısıtıcı varken, ütü vb gibi aletlerde kullanılan termik röleler alet içerisindeki  ısıyı kullanır ve içerisinde sadece bi-metal ve kontaklar mevcuttur.

Termik röle

Bu iki farklı termik rölenin iç yapısı yukarıdaki şekildeki gibidir. Birinci rölede bi- metal ısının etkisi ile palet üstüne eğilerek kontakları hareket ettirir. İkinci rölede ise ısı etkisi ile gevşeyen bi-metal ağırlığında etkisi ile kontak üzerine düşerek kontağın açılmasına sebep olur.

• Aşırı Akım Koruma Röleleri

Bir yük devresinde hattın başına konulan sigortalar çalışma nitelikleri sebebiyle yükü değil hattı korurlar. Yükleri arızalardan önce korumak amacı ile farklı röleler kullanılmaktadır. İşte aşırı akım rölesi, aşırı akımların motor sargılarına verebileceği zararları önlemek için kullanılır. Aşırı akım koruma rölesi motorları, sistemleri aşırı akımdan korumak için yapılmıştır.

Bir fazlı alternatif akım devrelerinde sadece bir iletkene, 3 fazlı devrelerdeyse her 3 faz iletkenine bağlanan aşırı akım röleleri kumanda devresindeki devreye seri bağlı, normalde kapalı kontağı kumanda eder. Aşırı akım rölelerinde akım ayarı, röle üzerindeki ayar vidasıyla yapılır. Motorların anma akımlarına göre belli sınırlarda akım ayarı yapılır.

Aşırı akım röleleri yük devresine seri bağlanarak üzerinden yük akımı geçer. Yük geçici bir arıza sebebiyle yada yol alma anında çektiği kısa süreli aşırı akımlarda sargılar zarar görmez. Bu halde rölenin devreyi açmaması istenir. Bunun içinde rölenin devreyi açması, geciktirici bir sistemle önlenir.

Akım değeri normal sınırlarda ise çıkış rölesi çekili konumundadır. Akım ayarlanan değerin üzerine çıkarsa çıkış rölesi gecikme süresi bitiminde kontağı bırakarak bağlı olduğu motor yada sistemi devreden çıkarır.

Aşırı akım rölesi

Aşırı akım röleleri iki gruba ayrılır

1. Termik aşırı akım rölesi
2. Manyetik aşırı akım rölesi

LED Yakıp Söndürme Devresi

Aşağıdaki şekilde verilen devre ile Led1, röle ve buton kontrolüyle yakılıp söndürülür. Normalde kapalı olan kontak boş olduğundan röle bobin uçlarında gerilim olmadığı zaman led sönük durumdadır. Mavi ile gösterilen akım yolu kullanılamaz. Butona basılı tutulduğu zaman pembe ile gösterilen akım yolundan akan akım bobin üzerinden geçerek kontak uçlarının yer değişmesini sağlar ve mavi akım yolunun kullanılması mümkündür. Bu durumda LED yanar. Elimizi butondan çektiğimizde yanan LED söner.

Filip – Filop 

Hafıza ve sayıcı devrelerinde kullanılan dijital veri saklama hücresi flip – flop’dur. 1 (bir) yada 0(sıfır) verisini güç kesilinceye kadar korur. Girişlerine uygulanan gerilimlerin değiştirilmesiyle çıkış uçlarında sakladığı değerler değiştirilir. En basit filip-flop olan SR flip-flop (Set-Reset Flip-Flop) Set ucuna gerilim uygulandığında lojik 1 bilgisini Reset ucuna gerilim verildiğinde lojik 0(sıfır) bilgisini saklar. SR flip-flop devresinin girişlerine göre çıkış tablosu ve röle ile yapılmış devresi aşağıdaki şekilde gösterilimiştir. Devrede Set=1 ve Reset=0 olduğunda Q=1 çıkışı gösterilmektedir.

SR Flip-Flop

Mühürleme

Bir yükün çalışmaya başlamasını ve durdurulmasını iki butonla kontrollünü yapan devreye mühürleme devresi adı verilir. Mühürleme devrelerinin çalışma prensibi rölenin bobin besleme geriliminin yine röle kontakları üzerinden verilmesine dayanmaktadır.

mühürleme devresinde start (başlama) butonuna bir anlık basılsa bile A ve B ile gösterilen paletler röle bobinine enerji geldiği zaman konum değiştirir. Start butonu devre dışı kalır bobin enerjisi A paleti üstünden karşılanır ve mühürleme (sabitleme) gerçekleşmiş olur. B paleti üzerinden de yük çalışmaya başlar. Stop (durdurma) butonuna bir anlık basılması mühürü açar. Böylece paletler yer değiştirir, yük ve bobin enerjileri kesilir.

Kapı Devreleri

Röleler ile akım akışının kontrolü sağlanır ve çeşitli kapı devreleri yapılır.

AND ve NAND devreleri

Yukarıdaki şekilde And devresinde verilen üç röleninde bobinlerine enerji gelidiğinde paletlerini kendilerine çekerler ve çıkışta bulunan lambaya akım ulaşır. Eğer bobinlerden birine enerji gelmezse (A,B,C girişlerinden herhangi biri sıfırlanırsa) akım boş bırakılmış kontak uçlarının birinde kalır. Yukarıdaki şekil de Nand devresindeyse herhangi bir rölenin bobin gerilimi kesilirse kapalı kontak üzerinden çıkışa akım ulaşır.

Aşağıdaki şekilde verilen Or devresinde A,B,C girişlerinin bağlı olduğu rölelerden birinin bobin enerjisinin olması çıkıştaki lambanın yanmasını yani çıkışın lojik 1 olmasını sağlar. Nor ise Or devresinin tam tersi olarak çalışır.

İki LED İçin Biri Sönmeden Diğeri Yanmayan Devre

Yukarıda şekilde  verilen devrede rölenin normalde kapalı kontağı üzerinden yeşil renkte gösterilen yol üzerinden akım akar ve Led lamba 2 ışıma yapar. Bu sırada butona basılı değildir. Bundan dolayı pembe renkte gösterilen akım yolundan akım akmıyor, röle bobininden de akım geçmiyordur. Butona basıldığında pembe gösterilen akım yolundan geçen akım ile rölenin paleti harekete geçer ve çift konumlu anahtar yer (konum) değiştirir. Bu durumda mavi akım yolundan akım akar ve Led lamba 1 ışıma yapar.

Dil Kontak İle Araç Far Kontrolü

Yukarıda şekilde verilen uygulama devresinde RL1 ve RL2 ile gösterilmiş dil kontakların üzerine sarılmış iletken tellerden geçen akım sağ ve sol farların ışıma yapmasını sağlar. Aynı zamanda bu akım dil kontak üstünde manyetik alan meydana getirir ve dil kontakları kontaklarının kapanmasını sağlar ve LD1 ve LD2 ile gösterilmiş LED’ lerin ışıma yapmasını sağlar. Bu LED’ ler araçlarda gösterge paneline takılarak şoföre farların ışıma yaptığını gösterir. Eğer farlarda bir problem olursa (hattın kopması yada lambaların patlaması gibi) akım akışı kesilir ve dil kontağın, kontakları birbirinden ayrılır ve LED’ ler söner. Böyle bir durumda şoför farlarının yanmadığını anlar.

Solid State Röle

Solid state röle nedir? SSR röle elektronik parçalardan meydana gelmiş bir anahtarlama sistemidir. Klasik röle ve kontaktörlerle aynı işi yaparlar. Kontaktör ve röle gibi kumanda ve güç devreleri vardır. Güç devresinin anahtarlanmasında kullanılır. Piyasada röle üreticileri tarafından imalatı yapılan 1-2 amper gibi küçük akımlardan 1000-2000 amper gibi büyük akımlara kadar anahtarlama yapan monofaze yada trifaze solid state röleler vardır. Röle fiyatları akımına göre değişir.

Solid State Rölenin Çalışma Prensibi

Rölede kumanda devresi transistör benzeri elemanı açık konumdan kapalı konuma gelerek sisteme enerji verir.  Bu bir elektirk rölesi yada kontaktörün bobinine enerji verilerek kontaklarının açık konumdan kapalı konuma gelmesi gibi bir uygulamadır. Röle ve kontaktörden farkı bobin yerine elektronik bir devre elemanı, güç kontakları yerine ise elektronik devre elemanları vardır.

Kontaktör

Kontaktör Nedir? 

Elektrik devresini açıp- kapamaya yarayan ve kumanda sistemiyle uzaktan kumanda edilen büyük güçlü elektromanyetik anahtarlara kontaktör denir. Kontaktörler alternatif gerilimde çalışması ve yüksek akım ve gerilim değerlerini kontrol etmesi ile rölelerden ayrılır.

Kontaktör seçiminin en önemli noktalarından birisi, yükü iyi anlayabilmek ve ani yük karakteristik büyüklüklerini iyi belirlemektir. Bu konuda dikkat edilmesi gerekenler.

• İşletme gerilimi (Ue)
• İşletme akımı (Ie)
• Bobin gerilimi
• Kesilebilecek akım (Ic)
• Kullanma sınıfı
• Çalışma türü ve kontak ömrüdür.