ค้นหาบทความที่นี่

บทความทั้งหมด

[Basic Electronics] Relay : รีเลย์ (ตอนที่ 1)

2 ปีที่ผ่านมา

โดย เจ้าของร้าน

Publish : 10 March 2023

หัวข้อในบทความนี้

- รีเลย์คืออะไร

- ส่วนประกอบของรีเลย์

- ขาของรีเลย์

- การทำงานของรีเลย์

- การใช้งานรีเลย์

- Contact Form

- ชนิดของรีเลย์

- การเลือกใช้รีเลย์

- บนตัวรีเลย์บอกอะไรเราบ้าง

รีเลย์คืออะไร

รีเลย์ (Relay) คืออุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ตัด-ต่อวงจร โดยการจ่ายไฟเข้าไปเพื่อให้มันทำงาน พูดง่าย ๆ คือ รีเลย์มันคือสวิตช์นั่นเอง แต่สวิตช์ปกติเราใช้นิ้วมือในการเปิด-ปิดเพื่อตัด-ต่อวงจรไฟฟ้า รีเลย์ก็คือสวิตช์ที่เราใช้สัญญาณไฟฟ้าไปสั่งให้มันตัด-ต่อวงจรแทนนิ้วเรานั่นเอง

ส่วนประกอบของรีเลย์

ภายในรีเลย์จะมีส่วนประกอบอยู่สองส่วน คือส่วนคอยล์ (Coil) และส่วนหน้าสัมผัส (Contact) ส่วนคอยล์มีหน้าที่รับไฟฟ้าที่ใช้ควบคุมและสร้างสนามแม่เหล็กตามสัญญาณที่เข้ามา ส่วนหน้าสัมผัสจะทำหน้าที่เป็นสวิตช์ตัด-ต่อวงจร

ขาของรีเลย์

รีเลย์จะมีขาให้ใช้งานดังนี้

Coil ขาคอยล์ จะมี 2 ขาเสมอ เป็นขาที่ใช้จ่ายไฟฟ้าเพื่อเป็นสัญญาณให้กับคอยล์ของรีเลย์

NC ย่อมาจาก Normal Close หรือ "ปกติปิด" ในสภาวะปกติ ขานี้จะถูกปิดวงจร ทำให้ไฟฟ้าไหลมาที่ขานี้ได้

NO ย่อมาจาก Normal Open หรือ "ปกติเปิด" ในสภาวะปกติ ขานี้จะถูกเปิดวงจร ทำให้ไม่มีไฟฟ้าที่ขานี้

C หรือ Com ย่อมาจาก Common เป็นจุดรวมไฟฟ้าที่มาจากแหล่งจ่ายไฟ

การทำงานของรีเลย์

ในสภาวะปกติ (Non-Energized State) หน้าสัมผัสจะถูกดันให้ไปแตะขา NC ไฟฟ้าจะไหลผ่านจาก COM ไปที่ NC ได้

เมื่อเราจ่ายไฟฟ้าให้กับคอยล์เกิดสภาวะกระตุ้น (Energized State) คอยล์จะสร้างสนามแม่เหล็กขึ้น สนามแม่เหล็กนี้จะมีแรงชนะการงอของโลหะหน้าสัมผัส (หรืออาจเป็นแรงของสปริงที่ดันอยู่) หน้าสัมผัสจึงถูกดูด (หรืออาจใช้การดูดก้านโลหะ เพื่อให้ก้านนี้โยกไปผลักหน้าสัมผัสอีกที) แยกจาก NC มาแตะที่ตำแหน่ง NO แทน ไฟฟ้าที่ขา NC จะถูกตัดแล้วล่ะครับทีนี้ แต่จะไหลจาก COM มาที่ NO แทน

จากภาพบนซ้าย (ชุดหน้าสัมผัสอยู่ทางด้านขวา) จะเห็นว่าแผ่นสัมผัส NO ถูกแยกออกจากแผ่น Com และติดอยู่กับคันโยก เมื่อคอยล์มีไฟฟ้าเกิดสนามแม่เหล็กคันโยกจะถูกดูดและง้างไปผลักแผ่น NO ให้สัมผัสกับ Com ส่วนภาพบนขวา (ชุดหน้าสัมผัสมุมซ้ายล่าง) จะเห็นว่าแผ่นสัมผัส Com ถูกถ่างออกมาให้สัมผัสกับ NC (แผ่นด้านนอก) เมื่อคอยล์สร้างสนามแม่เหล็กจะดูดแผ่น Com ให้เข้าไปสัมผัสแผ่น NO (ด้านใน)

การใช้งานรีเลย์

อย่างที่กล่าวในหลักการทำงานไปว่ารีเลย์จะทำงานเมื่อเราจ่ายไฟฟ้าให้คอยล์เพียงเท่านี้ก็จะทำงานแล้ว ดูรูปด้านล่างนี้ หากเราต่อแบตเตอรี่กับคอยล์โดยมีสวิตช์คั่นกลางอยู่ และด้านหน้าสัมผัสสมมติให้ต่อกับหลอดไฟฟ้า 220V โดยนำสาย L เข้าที่ขา NO ของรีเลย์ ออกทางขา Com (หน้าสัมผัสรีเลย์เหมือนสวิตช์ต่อด้านไหนก็ได้) ไปหาหลอดไฟ และสาย N ออกจากหลอดไฟไปที่ปลั๊กไฟตามปกติ ในสภาวะปกติจะเห็นว่า NO กับ Com นั้นเปิดวงจรอยู่ ทำให้ทางเดินไฟฟ้าในสาย L ไม่เชื่อมต่อกัน หลอดไฟจึงไม่ติด

แต่เมื่อเรากดสวิตช์ทำให้ไฟฟ้าจากแบตเตอรี่ไหลครบวงจรไปสู่คอยล์ เมื่อคอยล์ได้รับไฟฟ้ามากระตุ้นก็จะเกิดสนามแม่เหล็ก หน้าสัมผัสถูกสนามแม่เหล็กนั้นดูดให้มาแตะกับขา NO เมื่อ NO กับ Com ปิดวงจรเชื่อมถึงกันทำให้สาย L มีไฟฟ้าไหลไปสู่หลอดไฟได้ จากหลอดไฟออกเป็น N ไปสู่ปลั๊ก ไฟฟ้าครบวงจรหลอดไฟจึงติดสว่างขึ้นมา

แต่การต่อสวิตช์นั้นเราก็ต้องเดินมากดเพื่อเปิดอยู่ดี แถมต้องกดค้างไว้ด้วย แล้วจะมีประโยชน์อะไร ใช่ครับ เราจึงนิยมใช้ร่วมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ โดยเฉพาะไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อให้มันทำงานแบบอัตโนมัติตามที่เราเขียนโปรแกรมไว้ ซึ่งเราก็ใช้ I/O ที่ออกจาก MCU แทนสวิตช์และแบตเตอรี่ (รูปล่าง-บน) แต่ด้วย I/O ของ MCU นั้นจะจ่ายกระแสไม่พอขับคอยล์ของรีเลย์หรอกครับ เราจึงมักใช้ทรานซิสเตอร์และแหล่งจ่ายไฟภายนอกมาช่วย ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์ โดยใช้สัญญาณจาก I/O ควบคุม (รูปล่าง-ล่าง)

Contact Form

ขาของรีเลย์นั้นจะมี 5 ขา วนไปมาอยู่แค่นั้น แต่รีเลย์บางตัวอาจมีแค่ 4 ขา เนื่องจาก "ฟอร์ม" ของรีเลย์ที่ต่างกัน ฟอร์มที่ว่านี้จะหมายถึงรูปแบบการวางหน้าสัมผัส ซึ่งรีเลย์จะมีฟอร์มต่าง ๆ ดังนี้

Form A จะวางหน้าสัมผัสแบบ NO จะมีขาใช้งาน 4 ขา คือ คอยล์สองขา Com และ NO ในสภาวะปกติแผ่นหน้าสัมผัสจะแยกออกจากขา NO วงจรเปิด เมื่อมีสัญญาณคอยล์ทำงานหน้าสัมผัสจะถูกดูดไปแตะขา NO ทำให้วงจรปิด

Form B จะวางหน้าสัมผัสแบบ NC จะมีขาใช้งาน 4 ขา คือ คอยล์สองขา Com และ NC ในสภาวะปกติแผ่นหน้าสัมผัสจะแยกออกจากขา NC วงจรปิด เมื่อมีสัญญาณคอยล์ทำงานหน้าสัมผัสจะถูกดูดให้แยกออกจากขา NC ทำให้วงจรเปิด

Form C จะวางหน้าสัมผัสให้มีทั้ง NO และ NC รีเลย์แบบนี้จะมี 5 ขาครบทั้งหมด ในสภาวะปกติแผ่นหน้าสัมผัสจะแตะกับ NC วงจรจะปิดที่ NC และเปิดที่ NO เมื่อคอยล์ของรีเลย์ทำงานจะดูดแผ่นหน้าสัมผัสให้แยกออกจาก NC มาสัมผัสกับ NO แทน ทำให้วงจรที่ NC เปิด และปิดวงจรที่ NO แทน

หลายท่านอาจเคยเห็นรีเลย์ 6 ขา - 8 ขา มันมาจากไหน นั่นคืออีกปัจจัยที่ทำให้รีเลย์มีขามากขนาดนั้น คืออาจเป็น SPST SPDT DPDT เหมือนกับสวิตช์ ทำให้จำนวนหน้าสัมผัสเพิ่มขึ้นจำนวนขาก็เพิ่มขึ้น ซึ่งเรื่องพวกนี้ขอยกไปเขียนในเรื่องสวิตช์ก็แล้วกันครับ และนอกจากทั้งสามฟอร์มนี้ ยังมีรีเลย์ฟอร์ม D, K, X, Y, Z แต่ด้วยไม่ค่อยมีการทำออกมา และมีการทำงานแบบเดียวกับ A, B, C แตกต่างกันเพียงรูปแบบการสัมผัสและจำนวนขา จึงไม่ขอกล่าวถึงในบทความนี้

ชนิดของรีเลย์

การแบ่งชนิดของรีเลย์นั้นผู้เขียนเห็นแต่ละที่ก็แบ่งไม่เหมือนกันเลย งั้นก็เอาเป็นว่าที่นี่ก็แบ่งตามแบบผู้เขียนก็แล้วกันนะครับ มีสองกลุ่มใหญ่ และมีชนิดย่อย ดังนี้

Machanical Relay หรือรีเลย์กลไกแบบดั้งเดิม ก็เป็นรีเลย์ที่เราพูดถึงกันทั้งหมดในบทความนี้ ใช้กลไกของหน้าสัมผัสในการทำงาน จะมีชนิดต่าง ๆ ย่อยไปอีก ทั้งแยกตามการใช้งาน ตามชนิดของหน้าสัมผัส หรือตามชนิดของคอยล์ ในที่นี้จะขอแยกตามการใช้งานนะครับ

- รีเลย์สัญญาณ (Signal Relay) เป็นรีเลย์ขนาดเล็ก หน้าสัมผัสทนกระแสได้ไม่สูง มักใช้ประกอบลงแผ่นวงจร (PCB) เพื่อเปิดปิดสัญญาณไฟฟ้า

- รีเลย์กำลัง (Power Relay) เป็นรีเลย์ที่มีหน้าสัมผัสทนไฟฟ้าได้สูง ในระดับ 3A, 5A, 10A, 30A หรืออาจไปถึง 50A 100A เลยก็ได้ เรานำรีเลย์พวกนี้มาใช้ควบคุมไฟฟ้าต่าง ๆ

- รีเลย์สำหรับยานยนต์ (Automotive Relay) สำหรับใครที่มีรถไม่ว่าจะมอเตอร์ไซค์หรือรถยนต์และพอจะมีความรู้ในการดูแลรักษารถบ้างก็คงจะเจอกับรีเลย์ชนิดนี้ โดยทั่วไปจะมี 5 ขา เป็นขาแบบเสียบลงซอกเก็ต และจะเป็นขา 30 85 86 87 87a ไม่ใช่ Com NC NO แบบทั่วไป

- รีเลย์ในงานอุตสาหกรรม (Industrial Relay) ตัวนี้จริง ๆ แล้วผู้เขียนเองอยากจัดไว้ใน Power Relay คือมันออกแบบมาให้ใช้งานกับกระแสสูง แตกต่างที่ลักษณะของตัวถังที่มักทำเป็น Din Rail เพื่อติดตั้งกับรางปีกนกในตู้คอนโทรล และการต่อสายไฟก็จะต่อโดยใช้หางปลาขันกับสกรูเทอร์มินอลเพื่อความแน่นหนา

Solid State Relay รีเลย์แบบโซลิตสเตจ เป็นรีเลย์ที่ไม่มีส่วนกลไกขยับ เกิดจากการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์ เป็นวงจรกลุ่ม Transistor Switch ที่เราเคยเขียนบทความไปแล้ว แต่จะเปลี่ยนอุปกรณ์ไปเป็น MOSFET หรือ TRIAC หรือ IGBT เพื่อตอบสนองต่อการใช้งาน ซึ่งสปอยล์ไว้เลยว่าตอนหน้าเราจะมาพูดถึง SSR กันเต็ม ๆ ครับ

การเลือกใช้รีเลย์

หลังจากที่เรารู้ทุกอย่างเกี่ยวกับรีเลย์ไปแล้ว ทีนี้เวลาที่เราจะเลือกรีเลย์มาใช้งานจะต้องดูอะไรบ้าง เรามาลองดูกันครับ

คอยล์ ด้านคอยล์นี้ก็ต้องดูทุกอย่างเลยครับ ตั้งแต่ใช้ไฟกี่โวลต์ กี่มิลลิแอมป์ มี Dropout เท่าไร ตรงนี้ถ้าเราต่อแบบอนาล็อกก็อาจไม่มีปัญหาเท่าไร ถ้าใช้ไฟ 12V ก็เลือกรีเลย์ที่คอยล์ 12V ต่อผ่านแบตเตอรี่กับสวิตช์ก็อาจจบตรงนั้น แต่ถ้าเราใช้ MCU ควบคุม อย่าง Arduino มี I/O จ่ายไฟออกที่ 5V จะเอาไปขับคอยล์ 12V ก็คงไม่พอ และถึงแม้ว่าเราจะใช้รีเลย์ 5V แล้วก็ใช่ว่าจะขับได้ครับ เพราะ 1 I/O ของ Arduino จะขับกระแสได้ประมาณ 50mA ถ้าคอยล์ของรีเลย์ที่เราเลือกมาใช้ดันกินกระแส 80mA มันก็ย่อมไม่พอแน่นอน แต่ครับ มีแต่ หาก Arduino เรามีกระแสที่ไม่พอขับรีเลย์ (ซึ่งรีเลย์ 5V ส่วนมากจะใช้ 70-100mA ไม่พออยู่แล้ว) เราสามารถใช้ทรานซิสเตอร์และไฟฟ้าจากภายนอกมาช่วยได้ตามตัวอย่างวิธีใช้ด้านบนแหละครับ ตัวอย่างก็โมดูลรีเลย์ทั่วไปที่เราใช้ ๆ กันนี่แหละ

หน้าสัมผัส ด้านหน้าสัมผัสนี่ผู้เขียนว่าเป็นสิ่งที่ควรให้ความสำคัญกว่าด้านคอยล์อีกครับ ด้านคอยล์เลือกผิดมันก็แค่ไม่ทำงาน หรืออย่างเต็มที่ก็แค่คอยล์รีเลย์ไหม้พังไป แต่ด้านหน้าสัมผัสเนี่ยอันตรายกว่าเยอะ สมมติเราจะเอาไปเปิดปิดไฟ 220V แล้วเราใช้รีเลย์ที่หน้าสัมผัส 110V ย่อมไม่ได้แน่ ดีไม่ดีอาจบึ้มได้เลย อันตรายครับ และแม้ว่าเราจะเลือก 250V แล้ว แต่ 250V ที่เลือกมามันทนแค่ 3A แต่เอาไปขับมอเตอร์ที่ใช้กระแส 10A อันนี้ก็อันตรายอีกแหละ กระแสที่มากเกินอาจทำให้เกิดความร้อนจนแผ่นสัมผัสทนไม่ไหว ละลายติดกัน ทำให้ลัดวงจรเกิดอันตรายได้เช่นกันครับ

อายุการใช้งาน แน่นอนว่ารีเลย์นั้นเป็นอุปกรณ์ทางกล มีชิ้นส่วนที่ขยับไปมาคือแผ่นหน้าสัมผัส ลองคิดดูว่าเวลาเรางอแผ่นเหล็กกลับไปกลับมาเรื่อย ๆ ก็จะขาดจากกันในที่สุด ไอ้เจ้าแผ่นหน้าสัมผัสของรีเลย์ก็เช่นกัน มันก็เป็นแผ่นโลหะ โยกไปโยกมาวัสดุก็เกิดการล้าและขาดไปในที่สุด ก็ลองหา Datasheet มาเปิดดูอายุการใช้งานแล้วพิจารณากันเองครับ แต่โดยปกติแล้วอายุการใช้งานจะเป็นหลักหมื่นครั้ง ซึ่งผู้เขียนก็ว่าคุ้มแล้วหล่ะนะครับสำหรับรีเลย์ทั่วไปราคาสิบยี่สิบ ไม่เกินร้อยบาท

บนตัวรีเลย์บอกอะไรเราบ้าง

หลังจากเราไปซื้อรีเลย์มาแล้ว หรือมีรีเลย์อยู่ในกล่องเครื่องมือ เราลองมาดูกันว่าบนรีเลย์มันมีอะไรบอกกับเราบ้าง ยกตัวอย่างจากตัวที่เราคุ้นเคยกันดีครับ

เริ่มจากด้านบนของตัวถัง ซีกบนเราจะไม่สนใจครับ เป็นสกรีนยี่ห้อและมาตรฐานต่าง ๆ ทุกคนคงรู้ดีอยู่แล้ว เราจะสนใจดูที่ 3 บรรทัดล่าง อันนี้แหละสำคัญกับการใช้งานของเรา

สองบรรทัดแรก เขาจะบอกไว้ทั้งหมดว่าหน้าสัมผัสจะสามารถทนไฟฟ้าได้เท่าไร เริ่มจาก 10A 250VAC ก็บอกว่าหากเรานำไปใช้กับไฟบ้านเรา คือ AC 220V นั้นก็จะทนกระแสได้ 10A เช่นเดียวกับหากเราไปใช้ที่ญี่ปุ่น 110V ก็สามารถทนได้ 10A เช่นกันเพราะเขาเขียนมาว่า 10A 125VAC บรรทัดที่สองก็ยังเป็นการบอกถึงเรื่องการทนไฟของหน้าสัมผัสอยู่ แต่จะเป็นส่วนของกระแสตรง คือทนได้ 10A สำหรับไฟ 30VDC และ 10A สำหรับ 28VDC หรือสรุปง่าย ๆ คือหน้าสัมผัสของรีเลย์ตัวนี้ ใช้กับไฟฟ้าได้สูงสุด 250V กระแส 10A สำหรับกระแสสลับ และ 30V กระแส 10A สำหรับกระแสตรง เลขตรงนี้บางคนชะล่าใจนะครับ อยากบอกว่าเราควรเช็คก่อนใช้งาน บังเอิญตัวนี้มันเท่ากันแค่นั้นเอง แต่ก็มีตัวอื่น ๆ ที่ต่างกัน เช่น 10A 125VAC - 7A 250VAC จะเห็นว่าแรงดันต่างกันก็จะทนกระแสได้ต่างกันนั่นเอง (ที่จริงขึ้นอยู่กับมาตรฐานทดสอบอะไร และผู้ผลิตจะเลือกมาโฆษณา ซึ่งตัวอย่างที่ยกมา 10A นี้ หากดูใน Datasheet บางมาตรฐานก็จะได้แค่ 7A เท่านั้น)

ทีนี้เรามาบรรทัดล่างสุด ตรงนี้ยากหน่อยเพราะจะเป็นรหัสของรีเลย์ เราต้องเปิด Datasheet ที่ได้จากผู้ผลิตมาดูประกอบ

SRD-03VDC-SL-C

SRD บอกถึงชื่อรุ่น

03 บอกถึงแรงดันไฟฟ้าที่คอยล์ใช้ ซึ่งรุ่นนี้จะมี 03, 05, 06, 09, 12, 18, 24, 36 และ 48 (เป็น VDC ทั้งหมด)

S บอกถึงรูปแบบตัวถัง S = ตัวถังปิดผนึก และ F = ตัวถังป้องกันฝุ่น

L บอกถึงกำลังไฟฟ้าที่คอยล์ใช้ L = 0.36W และ D = 0.45W

C บอกถึงฟอร์มของรีเลย์ A B และ C

ส่วนด้านล่างก็จะมีปั๊มบอกตำแหน่งของขาต่าง ๆ ไว้ ว่าในสภาวะปกติมันอยู่ในลักษณะแบบไหน คอยล์เป็นขาไหน หน้าสัมผัสขาไหน

สำหรับวันนี้ก็ยาวมากเลยนะครับ ประมาณสองเท่าของบทความปกติเลย เขียนไปเรื่อยก็มีเรื่องให้โม้เพิ่มขึ้น สุดท้ายต้องกลับไปแก้หัวข้อให้มีตอนที่ 1 แสดงว่าเรามีเรื่องรีเลย์มาฝากกันต่อแน่นอน ยังไงก็ติดตามกันนะครับ วันนี้ยาวมากแล้วเดี๋ยวจะเบื่อกันไปก่อน ต้องลาสวัสดีกันแล้วครับ

* สภาวะปกติของรีเลย์คือสภาวะที่ไม่มีการจ่ายไฟเข้าคอยล์ ทำให้คอยล์ไม่มีการสร้างสนามแม่เหล็ก

หากเห็นว่าบทความมีประโยชน์ต้องการสนับสนุนเป็นกำลังใจ เพียงแค่สนับสนุนค่ากาแฟให้ทีมงานเรานั่งเขียนบทความตามลิงค์ด้านล่าง

https://ko-fi.com/pbangtawee

p.bangtawee (buymeacoffee.com)

พื้นฐาน, Basic, electronics, basic electronics, Relay, รีเลย์