สาระสำคัญ
:::  รีเลย์ (Relay) เป็นอุปกรณ์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าให้เป็นพลังงานแม่เหล็ก เพื่อใช้ในการดึงดูดหน้าสัมผัสของคอนแทคให้เปลี่ยนสภาวะ โดยการป้อนกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวด เพื่อทำการปิดหรือเปิดหน้าสัมผัสคล้ายกับสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเราสามารถนำรีเลย์ไปประยุกต์ใช้ ในการควบคุมวงจรต่าง ๆ ในงานช่างอิเล็กทรอนิกส์มากมาย
จุดประสงค์เชิงพฤติกรรม
  1. อธิบายหลักการเบื้องต้นของรีเลย์ได้
  2. เขียนรูปและสัญลักษณ์ของหน้าสัมผัสแบบต่าง ๆได้
  3. แยกประเภทของรีเลย์ชนิดต่าง ๆ ได้
  4. ต่อรีเลย์ใช้ในงานต่าง ๆ ได้
  5. ประยุกต์ใช้ในชีวิตประจำวันได้

หลักการเบื้องต้น

รีเลย์เป็นอุปกรณ์ที่นิยมนำมาทำเป็นสวิตช์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ โดยจะต้องป้อนกระแสไฟฟ้าให้ไหลผ่านขดลวดจำนวนหนึ่ง เพื่อนำไปควบคุมวงจรกำลังงานสูง ๆ ที่ต่ออยู่กับหน้าสัมผัสหรือคอนแทกต์ของรีเลย์ รูปที่ 9.1 แสดงรูปร่างและสัญลักษณ์ของรีเลย์

หลักการทำงานเบื้องต้นของรีเลย์แสดงดังรูปที่ 9.2 การทำงานเริ่มจากปิดสวิตช์ เพื่อป้อนกระแสให้กับขดลวด (Coil) โดยทั่วไปจะเป็นขดลวดพันรอบแกนเหล็ก ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไปดูดเหล็กอ่อนที่เรียกว่าอาร์เมเจอร์ (Armature) ให้ต่ำลงมา ที่ปลายของอาร์เมเจอร์ด้านหนึ่งมักยึดติดกับสปริง (Spring) และปลายอีกด้านหนึ่งยึดติดกับหน้าสัมผัส (Contacts) การเคลื่อนที่อาร์เมเจอร์ จึงเป็นการควบคุมการเคลื่อนที่ของหน้าสัมผัส ให้แยกจากหรือแตะกับหน้าสัมผัสอีกอันหนึ่งซึ่งยึดติดอยู่กับที่  เมื่อเปิดสวิตช์อาร์เมเจอร์ ก็จะกลับสู่ตำแหน่งเดิม เราสามารถนำหลักการนี้ไปควบคุมโหลด (Load) หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ ได้ตามต้องการ


หน้าสัมผัสของรีเลย์

รูปที่ 9.2 แสดงรีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสเพียงชุดเดียว ปัจจุบันรีเลย์ที่มีขดลวดชุดเดียวสามารถควบคุมหน้าสัมผัสได้หลายชุดดังรูปที่ 9.3 อาร์เมเจอร์อันเดียวถูกยึดอยู่กับหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้ 4 ชุด ดังนั้นรีเลย์ตัวนี้จึงสามารถควบคุมการแตะหรือจากกันของหน้าสัมผัสได้ถึง 4 ชุด

แต่ละหน้าสัมผัสที่เคลื่อนที่ได้มีชื่อเรียกว่าขั้ว (Pole) รีเลย์ในรูปที่ 9.3 มี 4 ขั้ว จึงเรียกหน้าสัมผัสแบบนี้ว่าเป็นแบบ 4PST (Four Pole Single Throw) ถ้าแต่ละขั้วที่เคลื่อนที่แล้วแยกจากหน้าสัมผัสอันหนึ่งไปแตะกับหน้าสัมผัสอีกอันหนึ่งเหมือนกับสวิตช์โยก โดยเป็นการเลือกหน้าสัมผัส ที่ขนาบอยู่ทั้งสองด้านดังรูปที่ 9.4 หน้าสัมผัสแบบนี้มีชื่อว่า SPDT  (Single Pole Double Throw)

ในกรณีที่ไม่มีการป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าขดลวดของรีเลย์ สภาวะ NO (Normally Open) คือสภาวะปกติหน้าสัมผัสกับขั้วแยกจากกัน ถ้าต้องการให้สัมผัสกันจะต้องป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าขดลวด ส่วนสภาวะ NC (Normally Closed) คือสภาวะปกติหน้าสัมผัสกับขั้วสัมผัสกัน ถ้าต้องการให้แยกกันจะต้องป้อนกระแสไฟฟ้าเข้าขดลวด นอกจากนี้ยังมีแบบแยกก่อนแล้วสัมผัส (Break-Make) หมายถึงหน้าสัมผัสระหว่าง 1 และ 2 จะแยกจากกันก่อนที่หน้าสัมผัส 1 และ 3 จะสัมผัสกัน แต่ถ้าหากตรงข้ามกันคือ หน้าสัมผัส 1 และ 2 จะสัมผัสกัน และจะไม่แยกจากกัน จนกว่าหน้าสัมผัส 1 และ 3 จะสัมผัสกัน (Make-Break)

ชนิดของรีเลย์

รีเลย์ที่ผลิตในปัจจุบันมีอยู่มากมายหลายชนิด ผู้เรียบเรียงจะขอแนะนำรีเลย์ที่นิยมใช้งานและรู้จักกันแพร่หลาย 4 ชนิดเพื่อเป็นแนวทางในการศึกษา ในระดับสูงต่อไป

  1. อาร์เมเจอร์รีเลย์ (Armature Relay)
  2. รีดรีเลย์ (Reed Relay)
  3. รีดสวิตช์ (Reed Switch)
  4. โซลิดสเตตรีเลย์ (Solid-State Relay)

1. อาร์เมเจอร์ (Armature Relay) คือรีเลย์ที่ได้อธิบายหลักการทำงานดังในรูปที่ 9.6  ซึ่งเป็นรีเลย์ที่นิยมใช้กันมากที่สุด  บางครั้งเรียกรีเลย์แบบนี้ว่า รีเลย์ชนิดแคลปเปอร์ (Clapper Relay)

2. รีดรีเลย์ (Reed Relay) เป็นรีเลย์ไฟฟ้าที่มีลักษณะเป็นแคปซูลขนาดเล็ก ในรูปที่ 9.7 แสดงภาพตัดขวางของรีเลย์ ที่ประกอบด้วยส่วนที่เรียกว่ารีดแคปซูล ซึ่งมีคอยล์พันบนแกนบ๊อบบิ้น รีดแคปซูลจะเป็นหลอดแก้ว ภายในบรรจุก๊าชเฉื่อย หน้าสัมผัสเป็นโลหะผสมแผ่นบาง ๆ ปลายตัด 2 แผ่น วางซ้อนแต่ไม่สัมผัสกัน เป็นสวิตช์ชุดเดียวทางเดียวหน้าสัมผัสปกติเปิดวงจร (SPST-NO)

3. รีดสวิตช์ (Reed Switch) เป็นรีเลย์อีกชนิดหนึ่งแต่ไม่มีชุดขดลวดสำหรับสร้างสนามแม่เหล็ก การควบคุมการปิดเปิดหน้าสัมผัส ของสวิตช์จะใช้สนามแม่เหล็กจากภายนอกมาควบคุม หน้าสัมผัส โครงสร้างภายในของรีดสวิตช์แสดงดังรูปที่ 9.8

4. โซลิดสเตตรีเลย์ (Solid-State Relay) เป็นรีเลย์ที่ไม่มีโครงสร้างทางกลอยู่ภายใน มีขั้วต่ออย่างละ 2 ขั้ว ขั้วอินพุต เป็นขั้วสำหรับป้อนสัญญาณควบคุม เพื่อบังคับให้ขั้วเอาต์พุตปิดหรือเปิดวงจร โดยจะมีการแยกกันทางไฟฟ้าระหว่างขั้วอินพุตและเอาต์พุต

การเลือกซื้อรีเลย์

การเลือกซื้อรีเลย์มีหลักที่ควรพิจารณาในการเลือกซื้อ โดยให้ระบุความต้องการเป็นข้อ ๆ ว่ารีเลย์ที่กำลังจะซื้อสามารถที่จะสนองความต้องการทั้ง 9 ข้อดังนี้

1. กระแสไฟฟ้าที่ใช้ป้อนให้กับขดลวดเป็นไฟตรงหรือไฟสลับ
2. แรงเคลื่อนและความถี่ของไฟฟ้าที่จะใช้กับขดลวดของรีเลย์
3. ความต้านทานของขดลวดมีค่าเท่าใด
4. อุณหภูมิสูงสุดเท่าใด
5. หน้าสัมผัสต้องใช้กับแรงเคลื่อนและกระแสเท่าใด
6. หน้าสัมผัสเป็นแบบใด
7. แหล่งจ่ายไฟฟ้าที่ใช้มีช่วงแรงดันเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใด
8. ต้องการเวลาสัมผัสและจากของหน้าสัมผัสเร็วหรือช้าเพียงใด
9. ลักษณะรูปร่างภายนอกเป็นอย่างไร และจะติดตั้งเข้ากับวงจรอย่างไร

การตรวจสอบรีเลย์

การตรวจสอบรีเลย์ว่าอยู่ในสภาพดีหรือชำรุดนั้น สามารถกระทำได้โดยใช้มัลติมิเตอร์ตั้งย่านวัดโอห์มแล้วใช้สายวัดทั้งสองสัมผัสที่ขั้วขดลวด (Coil) ของรีเลย์ทั้งสองขั้ว ถ้าเข็มมิเตอร์เบี่ยงเบนแสดงค่าความต้านทานแสดงว่ารีเลย์อยู่ในสภาพที่ใช้งานได้ แต่ถ้าหากเข็มไม่ขึ้น แสดงว่าไม่สามารถใช้งานได้

การประยุกต์ใช้งานรีเลย์

ปัจจุบันได้มีการนำรีเลย์ไปใช้ในการทำเป็นสวิตช์ทางด้านอิเล็กทรอนิกส์ในวงจรต่าง ๆ มากมาย ผู้เรียบเรียงจะขอยกตัวอย่าง รายละเอียดและรูปวงจรที่พอเป็นแนวทางในการศึกษาค้นคว้าต่อไปดังนี้

     รูปที่ 9.12 เป็นการนำรีเลย์ที่มีหน้าสัมผัส 2 ชุดมาต่อเป็นวงจรกันขโมย โดยที่หน้าสัมผัสของสวิตช์ใช้แบบปกติเปิดวงจร (NO) เมื่อมีการกดสวิตช์ S1 , S2  และ S3 ตัวใดตัวหนึ่งจะทำให้ออดส่งเสียงเตือนค้าง โดยมีสวิตช์ S4 ทำหน้าที่รีเซตวงจร
     รูปที่ 9.13 แสดงการนำรีเลย์มาต่อเป็นวงจรออสซิลเลเตอร์เพื่อทำเป็นไฟกระพริบ ภายในวงจรใช้รีเลย์ขนาด 12 โวลท์ โดยที่หน้าสัมผัสจะจากกันเมื่อแรงดันต่ำกว่า 5โวลท์ การทำงานของ วงจรเริ่มจากการกดสวิตช์ S1 จะทำให้มีกระแสไหลครบวงจรผ่านขดลวดของรีเลย์ พร้อมทั้งชาร์จไฟเข้าที่ตัวเก็บประจุ C1 ซึ่งจะทำการประจุกระแส จนกระทั่งแรงดันตกคร่อมขดลวดของรีเลย์ RY1 ทำงาน ทำให้หน้าสัมผัสแบบ NC เปิดวงจรออก ตัวเก็บประจุ C1 หยุดการชาร์จ ในขณะเดียวกันก็จะทำให้หน้าสัมผัสซึ่งเป็นแบบ NO ปิดวงจรส่งผลให้หลอดไฟ L1 สว่าง ขณะนี้ตัวเก็บประจุ C1 เริ่มคายประจุให้กับขดลวดแทน มีผลทำให้รีเลย์คงสภาวะการทำงานค้างไว้  จนกระทั่งแรงดันที่คายออกจาก C1 ค่อย ๆ ลดลงจนถึงค่าที่ทำให้ขดลวดไม่สามารถดูดหน้าสัมผัสให้อยู่ได้ จึงทำให้รีเลย์กลับสู่สภาวะเริ่มต้นหรือสภาวะปกติอีกครั้ง ทำให้หน้าสัมผัสของรีเลย์เปิดปิดสลับกันไปตลอดทำให้ไฟติดและดับสลับกัน
     รูปที่ 9.14 แสดงการนำรีดสวิตช์ไปใช้ในวงจรกันขโมย โดยฝังสวิตช์ไว้ในกรอบประตูและฝังแม่เหล็กในบานประตู ขณะที่มีการเปิดประตูจะทำให้หน้าสัมผัสของรีดสวิตช์เปิดออกตามลักษณะการเปิดปิดประตู ถ้ามีขโมยเข้ามาก็จะทราบได้ทันที