ตอนที่ 1
เป็นการค้นหา รวบรวม ข้อมูล จากแหล่งข้อมูลต่างๆ นำมา เรียบเรียง เพื่อรองรับการประยุกต์ใช้งาน ที่ถูกต้องเป็นพื้นฐาน นะครับ
การต่อวงจรรีเลย์ใช้งาน กับระบบไมโครคอนโทรลเลอร์
ส่วนแรก เราจะมาศึกษาเกี่ยวกับรีเลย์และการควบคุม Relay กันก่อน สำหรับตัวอย่างการศึกษานี้ รีเลย์ที่ใช้จะเป็น รีเลย์ไฟกระแสตรง โดยยกตัวอย่าง รีเลย์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟกระแสตรง 5 โวลต์
สัญลักษณ์
สัญลักษณ์แบบลวดพัน
สัญลักษณ์แบบตัวเหนี่ยวนำพันแกนเหล็ก
ภาพจริง
ความหมายของรีเลย์
รีเลย์คือสวิตช์แม่เหล็กไฟฟ้าที่ทำงานโดยกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก ซึ่งสามารถเปิดหรือปิดกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดใหญ่กว่าได้มาก หัวใจของรีเลย์คือแม่เหล็กไฟฟ้า (ขดลวดที่จะกลายเป็นแม่เหล็กชั่วคราวเมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน)
รีเลย์เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแม่เหล็ก เพื่อใช้ในการดึงดูดหน้าสัมผัสของคอนแทก ให้เปลี่ยนสภาวะ โดยการป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อทำการปิดหรือเปิดหน้าสัมผัสคล้ายกับสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเราสามารถนำรีเลย์ไปประยุกต์ใช้ ในการควบคุมวงจรต่าง ๆ ในงานด้านอิเล็กทรอนิกส์
รีเลย์ ประกอบด้วยส่วนสำคัญ 2 ส่วนหลักคือ
- ขดลวด (coil) โดยเมื่อป้อนแรงดันไฟฟ้าเข้าไปในขดลวด มันจะกระตุ้นขดลวดให้เกิดสนามแม่เหล็กที่ประกอบด้วยเส้นแรงแม่เหล็กขึ้นมา และมีผลทำให้แกนเหล็กหรือเรียกว่าตัวนำมีสภาพเป็นแม่เหล็ก และมีอำนาจไปบังคับให้ อาเมเจอร์ (แผ่นโลหะที่เคลื่อนที่ได้) เกิดการเคลื่อนที่ มีผลทำให้รีเลย์เกิดการเปลี่ยนสถานะของหน้าคอนแทค
จากภาพอธิบายได้ว่า
ชุดอาร์เมเจอร์จะประกอบด้วยโลหะจำนวน 2 ชิ้นนำมาประกอบกัน
1.1 ชิ้นแรก (สีเขียว) จะสร้างขึ้นมาเป็นฐานรองรับชุดคอล์ยแม่เหล็ก และรองรับแผ่นโลหะชิ้นที่ 2 ที่เคลื่อนที่ได้ของอาร์เมเจอร์ด้วย
1.2 ชิ้นที่ 2 (สีน้ำเงิน) เป็นแผ่นโลหะที่สามารถเคลื่อนที่ได้ เมื่อเกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ผลิตขึ้นมาจากชุดขดลวดแม่เหล็กไฟฟ้า
จากภาพ หมายเลข 1 จะพบว่าชุดหน้าคอนแทค Common จะยึดติดอยู่กับชุดของอาร์เมเจอร์ทั้ง 2 ชิ้น ดังนั้นเมื่ออาร์เมเจอร์ชิ้นที่ 2 เกิดการเคลื่อนที่ ก็จะทำให้หน้าคอนแทค Common ที่ยึดติด จะมีการเคลื่อนที่ไปด้วยดังนั้นจึงทำให้สภาวะการทำงานของหน้าคอนแทคของรีเลย์เปลี่ยนเกิดการเปลี่ยนสถานะ
- หน้าสัมผัส (Contact) ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ ที่กำหนด ทิศทางการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับอุปกรณ์ที่ผู้ใช้ต้องการ
การทำงานของรีเลย์ที่ควบคุมด้วย Push button switch
จากภาพที่ 1 เมื่อกดปุ่มสวิตซ์ลงมา จะทำให้มีกระแสไหลเข้าไปยังชุดคอยล์หรือชุดขดลวด และจะทำให้เกิดสนามแม่เหล็กขึ้นมาและเกิดเส้นแรงแม่เหล็กขึ้น ดังภาพที่ 2 ซึ่งมีผลทำให้แกนเหล็กที่ถูกขดลวดพันอยู่ด้านใน เกิดสภาวะความเป็นแม่เหล็กขึ้นมา โดยจะมีขั้วบวกและขั้วลบดังภาพที่ 2 ซึ่งการเกิดอำนาจแม่เหล็กในลักษณะนี้จะสามารถจะสามารถควบคุมอาร์เมเจอร์ในส่วนที่เคลื่อนที่ ชิ้นที่ 2 เพื่อให้หน้าสัมผัสของ Relay เปลี่ยนสถานะได้
ช่วงขณะที่เราทำการปล่อยสวิตซ์ให้ห่างออกจากกัน เพื่อตัดไฟออกจากวงจร ช่วงนั้นจะเกิดการ Spark (Arc Across Air gap) ระหว่างหน้าคอนแทคของสวิตซ์ สาเหตุเกิดจาก สนามแม่เหล็กเกิดการยุบตัวตัดกับขดลวดแล้วมันก็จะทำให้เกิด Black EMF หรือแรงเคลื่อน หรือ แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำต้านกลับ ทำให้แรงดันไฟฟ้ามีค่าสูงมาก พร้อมกันนั้นจะทำให้ขั้วของแกนเหล็กเปลี่ยนเป็นทิศทางตรงกันข้ามตามภาพ ปรากฏการณ์นี้จะทำให้แรงดันที่ตกคร่อมสวิทช์ มีค่าสูงมาก ดังนั้นจึงเกิดการสปาร์คขึ้น บริเวณหน้าคอนแทคของสวิตซ์ ทำให้ตัวของสวิตช์เองเกิดการเสื่อมสภาพที่เร็วขึ้น ในกรณีที่เราใช้อุปกรณ์อื่นที่ทำหน้าที่แทน Push button Switch เช่น ทรานซิสเตอร์ ก็จะส่งผลให้ ทรานซิสเตอร์ อาจจะได้รับความเสียหายหรือมีอายุการใช้งานที่สั้นลงอย่างมาก
จากเหตุการณ์ดังกล่าว เราสามารถแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นได้ โดยการใช้ไดโอดมาต่อคร่อมชุดของขดลวดหรือคอยล์ของรีเลย์เอาไว้ ดังภาพ
เมื่อกดปุ่มสวิทช์จะทำให้มีแรงดันและกระแสไหลผ่านเข้ามาที่ชุดขดลวดหรือคอยล์และไหลลงกราวด์เป็นลักษณะการทำงานที่ปกติ และกระแสอีกส่วนหนึ่งก็จะไหลเข้ามาทางไดโอดด้วยแต่เนื่องจาก ว่ามีการจัดวงจรเป็นแบบ Reverse bias จึงทำให้กระแสไม่สามารถไหลผ่านไปยังไดโอดได้
ช่วงขณะที่เราทำการปล่อยสวิตซ์ให้ห่างออกจากกัน เพื่อตัดไฟออกจากวงจร ก็จะเกิดเหตุการณ์ที่เป็นสภาวะเดียวกันกับวงจรที่ไม่ได้ใส่ไดโอด แต่หลังจากใส่ไดโอดแล้วแรงดันจะวิ่งวนลูปผ่านชุดขดลวดหรือคอยล์แทน (Forward bias) หลังจากนั้นสนามแม่เหล็กจะค่อยๆลดลงจนหมดไป (รูปที่ 1 2 3 และ 4) และเข้าสู่สภาวะปกติในที่สุด ซึ่งเหตุการณ์นี้จะเกิดขึ้นเร็วมาก
