Elektromekanik röleler

Reed röle, Solid State roleler, FET switchler
Röleler çeşitli biçim, stil ve teknolojilere sahiptir. Uygulamaya bağlı olarak belkide sadece tekil röle tipleri ihtiyaçlarınızı karşılayabilirken bazı durumlarda çoklu röleler işinizi görebilir.
Otomatik test aletlerinde en sık kullanılan röle çeşitlerini sıralayacak olursak:
– Elektromekanik röleler
– Reed röleler
– Solid State Röleler
– FET switchler
İzleyen bölümlerde bu rölelerin nasıl çalıştıkları ile zayıf ve kuvvetli yönleri anlatılacaktır.

Elektromekanik Röleler

Elektromekanik röleler uygulamalarda en sık kullanılan röle çeşitleridir. Bobin, armatür mekanizması ve elektrik kontaklarından oluşur. Bobin enerjilendiğinde indüklenen manyetik alan armatürü hareket ettirip duruma göre kontağı açar veya kapatır.

Elektromekanik röleler düşük akım/gerilimden yüksek akım/gerilime kadar geniş bir sinyal karakteristiği alanını desteklerler. Bu nedenden dolayı her zaman için ihtiyaç duyulan uygulamaya ait bir elektromekanik röle bulunabilmektedir. Elektromekanik röledeki sürücü devresi röle kontaklarından galvanik yolla izole edilmiştir, aynı zamanda kontaklarda birbirinden izole edilir. Bu izolasyon elektromekanik röleleri, galvanik izolasyonun gerektiği durumlarda mükkemmel bir çözüm haline dönüştürmektedir.

Elektromekanik rölelerde kontaklar diğer birçok röle tipine göre daha büyük ve güvenilir olmaktadır. Büyük kontaklar devre veya kablolarda meydana gelebilecek kaçak akımlara karşı dayanabilecek yetenek vermektedir. Bunun yanısıra büyük kontaklar doğru orantalı olarak rölelerin büyüklüğünü de arttıracaktır.

Elektromekanik röleler kesin anahtarlama yapabilme yeteneklerine rağmen fiziksel yapılarından ötürü cevap süreleri uzundur. Genellikle 5 – 15 ms arasında cevap sürelerine sahiptirler ve bu hız bazı özel uygulamalar için çok yavaş kalabilmektedir.

Elektromekanik röleler diğer röle çeşitlerine göre daha kısa çalışma ömrüne sahiptirler. Gelişen teknolojiyle beraber çalışma ömürleri arttırılmış olsada yinede reed rölelerle karşılaştırılamayacak düzeydedir. Bunun yanısıra kontrol edilecek güç miktarının artması diğer röle tiplerinin ömürlerini önemli ölçüde etkilerken bu etki elektromekanik rölelerde daha yavaş olmaktadır.

Elektromekanik röleler mandallı ve mandallsız yapıda olabilirler. Mandalsız rölelerde rölenin aktif tutulabilmesi için bobinden sürekli akım geçmesine ihtiyaç duyar. Bu tip röleler genellikle güç kesintilerinin tespit edilmesi gereken yerlerde kullanılır. Mandallı rölelerde ise sabit mıknatıslar kullanılarak sürücü akımı bobini terkettiği zaman bile armatürün o anki konumunda kalması sağlanır. Çok düşük voltajlı uygulamalarda mandallı röle kullanımı tercih edilir çünkü bobini ısıtma eksikliği termal elektromotor kuvvetini azaltarak ölçümleri etkileyebilir.

Elektro mekanik röleler çok çeşitli anahtarlama modüllerinde kullanırlar. Sağlamlıkları ve güvenilirlikleri birçok uygulama için ideal hale getirmektedir. Özellikle de hızın önemli olmadığı uygulamalarda seçilirler.

Röleler kutup ve atma sayılarına göre sınıflandırılırlar. Bir rölenin kutbu her yolun ortak olarak çıktığı terminaldir. Bir kutba bağlı her pozisyona ise atma denir. Röle n kutup ve m atmaya sahip olacak şekilde yapılabilir. Örneğin single-pole single-throw röleler ( SPST ) bir kutup ve bir atmaya sahiptir. Aşağıdaki şekildeki gibi gösterilirler.

Single-pole double-throw ( SPDT ) rölelerde ise tek kutup ve iki adet atma vardır.

double-pole double-throw ( DPDT ) röleler ise iki adet kutba ve herbiri eşzamanlı olarak kontrol edilen atmaya iki adet atmaya sahiptir.

Röleler rölede bulunan kutup ve atmaların sayıları ve default pozisyonlarına göre de sınıflandırılırlar. En sık kullanılanlar A, B ve C olarak isimlendirilir.

Form A
Form A normalde açık durumda olan SPST röleyi gösterir.

Form B
Form B röleler normalde kapalı konumda olan SPST röleleri gösterir.

Form C
Form C röleler diğer atmayla kontak kurmadan önce diğer atmayla temasını keser .

Reed Röleler

Reed rölelerde elektromekanik röleler gibi mekanik olarak açılıp kapanan yollara sahip fiziksel kontaklara sahiptirler. Ancak reed rölelerde kontaklar daha ufak ve düşük kütlelilerdir. Kuru reed röleler reed anahtarlarına sarılmış bobinden yapılır. Reed anahtarlar üst üste binmiş iki ferromanyetik bıçaktan oluşur. Bu bıçaklar içi asal gaz dolu hava geçirmez bir kapsüle konulup mühürlenmiştir. Üst üste gelen bıçakların ucunda kontak vardır. Bobin enerjilendiği zaman iki bıçak birbirine çekilir ve böylece devre tamamlanmış olur. Enerji kesildiğinde bıçaklar eski haline dönecektir.

Küçük yapıları ve daha hafif kütledeki kontakları ve farklı çalışma mekanizmasıyla reed röleler, elektromekanik rölelerden 10 kat daha hızlı çalışmaktadırlar. Ancak küçük kontaklar nedeniyle devre kapatıldığında kıvılcımlanmaya daha müsaittir. Kıvılcım kontaktan atladığında temas yüzeyinde küçük bir erimeye sebep olabilir. Eğer kontaklar erimiş olan bu yüzey üzerinde birbirlerine temasa devam ederlerse aralarında kaynama meydana gelebilmektedir. Böylece geri çekme kuvveti kontakların birbirinden ayrılmasına yetersiz kalabilmektedir. Elektromekanik rölelerde de ark nedeniyle oluşan bu sorun ancak daha yüksek elektrik güçlerinde meydana gelmektedir.

Reed rölelerin yapıldığı ferromanyetik materyal eşdeğer elektromekanik röleye göre çok yüksek termal EMF’ ye sahiptir. Bu nedenle reed röleler çok düşük voltajlı uygulamalar için uygun değildir. Yüksek termal EMF’ leri nedeniyle ölçümlerdeki gürültü oranı artacaktır.

Reed rölelerin küçük boyutları ve yüksek hızları bu röleleri birçok uygulama için uygun hale getirmektedir. Reed röleler genellikle matrix, multiplexer modüllerinde kullanılmaktadırlar.

Solid State Röleler ( SSR )

SSR’ ler foto duyarlı MOSFET cihaz üzerine bir LED aktive edici cihaz konularak aşağıdaki gibi yapılandırılır.

SSR’ ler elektromekanik rölelere daha hızlı bir alternatif sunmaktadırlar. Çünkü anahtarlama zamanı bir ledin açılıp kapanma süresine bağlıdır ve bu süre yaklaşık olarak 1 ms ile 0.5 ms arasındadır. Mekanik bir parça olmadığı için kullanım ömürleri elektromekanik ve reed rölelere göre daha uzun olmaktadır.

SSR’ ler yüksek voltajlı uygulamalarda faydalı olmaktadırlar. Çünkü LED’ li aktivasyon kontrol devresiyle MOSFET arasında galvanik bir izolasyon bariyeri oluşturur. MOSFET üzerinde gate akımı olmadığı zaman MOSFET’ in drain source kanalı kontaklar arasında çok yüksek bir direnç oluşturacak ve bağlantıyı kesecektir.

Elektromekanik ve reed rölelerin aksine bağlantı transistörler ile yapıldığı için SSR’ lerin kontak dirençleri çok daha yüksektir. Ayrıca gelişen teknoloji ile beraber kontak dirençleri sürekli olarak artmaktadır.

SSR’ ler elektromekanik röleler kaar dayanıklı değildirler. Reed röleler gibi kaçak akımlara karşı dayanıksızdırlar. Bu yüzden etiket değerlerinin üzerlerine çıkmamak gerekir. Kaçak akım reed rölelerde kontakların birbirine kaynamasına yol açarken MOSFET’ lerin kullanılamaz hale gelmesine neden olur.

SSR’ ler genellikle matrix ve multiplexerlerde kullanılır.

FET Anahtarlar

SSR’ ler gibi FET anahtarlarda mekanik cihazlar değildirler. FET anahtarlar anahtarlama yapmak için bir dizi CMOS transistör kullanır. SSR’ lerde farklı olarak kontrol devresi LED’ i sürmek yerine doğrudan transistörün gate ucunu sürer. Doğrudan yapılan bu sürme işlemi sayesinde aradan led çıkarıldığı için daha yüksek anahtarlama hızlarına ulaşılır. Ayrıca mekanik bir parça veya led olmadığı için ayrıca kutulamaya da gerek yoktur. Böylece FET anahtarlar daha küçük boyutlarda olabilmektedir. FET anahtarların en önemli zayıflığı, fiziksel izolasyon bariyeri olmadığı için sadece düşük voltaj uygulamalarında kullanılabilir.

Özet

Elektromekanik röleler çalışma ömürleri, boyutları, anahtarlama hızları gibi sınırlamalara sahip olmalarına rağmen birçok uygulamada iyi bir seçim olmaktadırlar. Reed röleler ile boyutlarda ufalma ve daha yüksek hız sağlanmıştır. Ancak kaçak akım olduğunda problemler meydana gelebilmektedir. SSR’ ler mekanik rölelere iyi bir alternatif oluşturmaktadır ancak kontakla arasında tam olarak izolasyon sağlayamaz ve yol üzerindeki direnci daha fazladır. FET anahtarlar hızlı, düşük maliyetli çözümler sunarlar ancak sadece düşük voltajlı uygulamalarda kullanılabilmektedirler.

Bir uygulama için röle seçimi yapılırken yukarıdaki tüm faktörlerin gözden geçirilmesi elde edilen çözümün kalitesini arttıracaktır.