Rơle điện từ

Giới thiệu

Rơle được tìm thấy trong hầu hết mọi máy móc có hệ thống điện.

Từ các thiết bị gia dụng như máy giặt và tủ lạnh đến các ứng dụng công nghiệp như máy bơm nhiên liệu, điều khiển động cơ và nhiều thứ khác. Rơle được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện áp cao và dòng điện cao.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét sâu hơn về rơ le điện từ, nguyên tắc hoạt động, đặc điểm của chúng và loại rơ le được tìm thấy trong các ứng dụng tự động hóa công nghiệp.

Rơ le điện từ là gì?

Rơ le điện từ là một thiết bị đóng cắt sử dụng nam châm để bật hoặc tắt công tắc. Họ thuộc về loại các thiết bị cơ điện. 

Các thiết bị cơ điện sử dụng các tiếp điểm vật lý để chuyển đổi các đầu ra. Do các chuyển động xảy ra bên trong công tắc, chúng có âm thanh 'tích tắc' đặc trưng trong quá trình hoạt động.

Rơle được sử dụng để điều khiển tải điện lớn hơn bằng cách sử dụng tín hiệu đầu vào nhỏ. Ví dụ, đầu vào từ một nút nhấn nhỏ có thể kích hoạt một rơ le và từ đó điều khiển một động cơ cảm ứng lớn; trong đó chỉ riêng nút bấm là không đủ để bật / tắt động cơ trực tiếp.

Về cơ bản rơ le bao gồm một cuộn dây và một bộ các tiếp điểm chuyển động được gắn bằng lò xo. Có nhiều loại rơ le dựa trên cấu tạo và phương thức hoạt động của chúng. Hãy xem xét chức năng cơ bản của rơ le điện từ.

Rơ le điện từ hoạt động như thế nào?

Có nhiều loại rơ le. Do sự đơn giản của việc xây dựng, chúng ta hãy xem xét rơle kiểu phần ứng thu hút và nó hoạt động như thế nào. Sơ đồ dưới đây cho thấy cấu tạo điển hình của rơ le như vậy, có cấu hình ném kép (SPDT) đơn cực.

Các thành phần chính của rơ le là điện từ / nam châm điện, phần ứng-lò xo lắp ráp và Liên hệ. Hãy thảo luận về các nhiệm vụ riêng lẻ của họ và cách họ làm việc cùng nhau để hoạt động như một công tắc.

Điện từ (còn được gọi là nam châm điện) là một cuộn dây đồng quấn quanh một vật liệu sắt từ. Đây thường là một lõi sắt rắn. Khi đặt một hiệu điện thế vào cuộn dây, xung quanh cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường.

Lõi sắt tập trung từ trường này trở thành nam châm cho đến khi hết điện áp vào cuộn dây.

Solenoid thường được vận hành bằng dòng điện một chiều và không tương thích với nguồn điện xoay chiều. Tuy nhiên, cũng có các rơ le hoạt động AC.

Rơle AC có một thành phần bổ sung trong nam châm điện được đặt tên là 'vòng che nắng'. Điều này ngăn nam châm điện khử từ bất cứ khi nào nguồn AC vượt qua điểm không. Do đó, phần ứng vẫn có thể bị hút vào nam châm điện miễn là cuộn dây được cấp nguồn.

Cụm lò xo phần ứng là thành phần chuyển động được tìm thấy trong rơ le. Phần ứng được đặt ở vị trí sao cho khi nam châm điện được cấp nguồn, nó có thể làm lệch phần ứng về phía nó.

Có lò xo hồi vị để đảm bảo phần ứng trở về vị trí ban đầu khi cuộn dây không được cấp điện. Phần ứng dẫn điện vì nó phải mang dòng điện chuyển mạch từ đầu nối chung đến các đầu nối đầu ra.

Tiếp điểm là bộ phận quan trọng tiếp theo và bị lạm dụng nhiều nhất trong rơ le. Khi chuyển tải, phần ứng sẽ di chuyển các tiếp điểm giữa các tiếp điểm đứng yên. Điều này gây ra tia lửa điện để tạo ra. Nếu tải chuyển mạch là tải cảm ứng cao như động cơ, đôi khi cũng có thể nhìn thấy các vòng cung.

Do đó, vật liệu tiếp xúc được chọn để chịu được ăn mòn điện. Thông thường, chúng được làm bằng bạc niken, bạc cadmium oxit và bạc oxit thiếc.

Khi cuộn dây được cung cấp năng lượng, nam châm điện sẽ kích hoạt. Điều này làm cho phần ứng bị hút về phía nam châm điện, từ đó làm cho mối liên hệ giữa tiếp điểm chung và tiếp điểm thường mở.

Đồng thời, kết nối giữa tiếp điểm thường đóng và tiếp điểm thông thường bị cắt đứt.

Có một số loại rơ le điện từ có sẵn. Một số trong số chúng được sử dụng để điều khiển tải trọng nặng trong khi một số khác được sử dụng chủ yếu như thiết bị bảo vệ.

Các loại rơ le điện từ

• Rơ le kiểu phần ứng thu hút
  • Rơle kiểu phần ứng hút là loại rơle điện từ đơn giản nhất. Có hai loại rơle phần ứng hút: phần ứng có bản lề và kiểu pít tông. Bản lề loại phần ứng là một trong những phổ biến nhất.

• Khi cuộn dây được cấp điện, các tiếp điểm được đóng / ngắt phụ thuộc vào chế độ thường mở / đóng của đầu ra. 
• Rơle loại phần ứng hấp dẫn thường hoạt động một chiều và sau khi được kích hoạt, các tiếp điểm sẽ không trở lại vị trí ban đầu của chúng. Chúng cần được đặt lại theo cách thủ công.
• Rơle điện từ kiểu phần ứng hấp dẫn được tìm thấy trong các thiết bị an toàn như rơle bảo vệ quá dòng, quá áp và quá áp, và đôi khi cũng được sử dụng làm rơle phụ.

• Rơ le loại đĩa cảm ứng
  • Tuân theo nguyên lý cảm ứng điện từ và Nguyên tắc của Ferrari, rơ le kiểu đĩa cảm ứng chủ yếu được sử dụng làm rơ le bảo vệ trong hệ thống điện xoay chiều.
  • Khi được cung cấp năng lượng, đĩa bên trong rơ le bắt đầu quay. Tiếp điểm chuyển động cũng quay theo đĩa và có thể tiếp xúc với tiếp điểm trường, hoàn thành mạch điện. Khử năng lượng cho rơ le làm cho lò xo quay đĩa theo chiều ngược lại và trở lại điểm ban đầu.

• Rơ le kiểu đĩa cảm ứng được thiết kế đặc biệt để làm việc với hệ thống AC và không hoạt động với nguồn DC liên tục.

• Rơ le loại cốc cảm ứng
  • Rơle kiểu cốc cảm ứng tương tự như rơle kiểu đĩa cảm ứng. Điểm khác biệt chính là ở loại cốc cảm ứng, đĩa quay trong rơle loại đĩa được thay bằng cốc nhôm hình chữ C. Điều này làm giảm quán tính của đĩa và cho phép hoạt động nhanh hơn.

• Rơle kiểu cốc cảm ứng được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao như ứng dụng so sánh hướng hoặc pha. Điều này có thể thực hiện được do chúng có độ nhạy cao, độ ổn định rung và quán tính thấp hơn.
• Có hai loại rơle loại cốc cảm ứng chính: điện trở hoặc rơle loại Mho (để đo điện kháng trong mạch), rơle định hướng hoặc công suất (cung cấp mômen xoắn cực đại để kích hoạt các tiếp điểm ở điều kiện sự cố).

• Rơ le loại tia cân bằng
  • Rơle điện từ kiểu chùm tia cân bằng cũng là một loại rơle phần ứng hút. Chúng có một bản lề được đặt ở giữa phần ứng chứ không phải ở cuối. Hai đầu có nam châm điện độc lập, một đầu cung cấp mô-men xoắn giữ / giữ (trái) và đầu kia cung cấp mô-men xoắn vận hành (phải).

• Trong quá trình hoạt động bình thường, lực hút do nam châm điện giữ lại tạo ra là đủ để phần ứng vẫn bị hút vào nó. Tại thời điểm của anh ta, trường của cuộn dây hoạt động bị hủy bỏ bởi nó. Ở điều kiện sự cố mà dòng điện hoạt động cao, lực hút từ nam châm điện hoạt động trở nên lớn hơn nam châm điện giữ lại. Điều này buộc chùm tia bị lệch và tiếp xúc với các điểm tiếp xúc của mạch chuyến đi.
• Các rơ le này thường nhanh hơn, tuy nhiên bất kỳ quá độ DC nào (gai) cũng có thể kích hoạt chúng. Do đó các rơ le này không được sử dụng phổ biến.

• Rơle loại cuộn dây di chuyển
  • Trong số họ rơ le điện từ, rơ le kiểu cuộn dây chuyển động là nhạy nhất. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng bảo vệ khoảng cách và chênh lệch vì độ nhạy cao và chỉ hoạt động với các hệ thống DC. Đối với hệ thống AC, chúng có thể được trang bị thêm bằng cách sử dụng các mạch chỉnh lưu bổ sung.

• Trong loại rơ le này, cuộn dây chuyển động có thể thuộc loại trục hoặc quay. Loại hướng trục có độ nhạy gấp đôi so với loại quay. Cuộn dây được quấn quanh bộ phận chuyển động (trục chính) như hình trên. Dòng điện chạy qua cuộn dây làm cho nó quay do lực đẩy gây ra bởi các cực trong nam châm vĩnh cửu. Sự quay làm cho tiếp điểm chuyển động đóng tiếp điểm mạch chuyến đi.

• Rơ le loại sắt di chuyển phân cực
  • Rơ le loại phân cực, như tên cho thấy, có một cuộn dây phân cực. Điều này ngụ ý rằng rơ le sẽ chỉ hoạt động với một cực nhất định của điện áp đặt vào cuộn dây. Loại rơ le này đặc biệt được tìm thấy trong các ứng dụng có độ nhạy cao, nơi hệ thống hoạt động trên nguồn điện một chiều. 
  • Cấu tạo của các rơ le này tương tự như rơ le loại cuộn dây chuyển động, nhưng rơ le phân cực cũng chứa nam châm vĩnh cửu trong chúng để đưa cực tính vào cuộn dây.

Biểu tượng Rơ le điện từ

Rơle điện từ được biểu diễn theo nhiều cách trong sơ đồ điện. Một số chứa các ký hiệu chung và một số sơ đồ có thể có các ký hiệu phức tạp, cho biết kiểu kích hoạt và số cực / đầu ra của rơ le. Chúng ta hãy xem xét một số ký hiệu rơ le phổ biến nhất được tìm thấy trong các bản vẽ điện.

• Rơ le - Vận hành Solenoid - SPST
  • Rơ le này chỉ có một tiếp điểm làm hoặc ngắt. Phần bên trái đại diện cho cuộn dây trong khi phần bên phải đại diện cho hai tiếp điểm của công tắc. Đôi khi cuộn dây được biểu diễn như trong hình bên phải. Rơle SPST có 4 chân.

• Tiếp sức - SPDT - Ném đôi một cực
  • Rơ le này tương tự như mô hình SPST, nhưng có hai đầu ra. Trong khi không hoạt động, đầu vào COM được kết nối với đầu ra NC. Khi được cấp điện, rơle ngắt tiếp điểm với NC và đóng tiếp điểm với đầu ra NO. Nó có tổng cộng 5 chân.

• Tiếp sức - DPST - Ném đơn hai cực
  • Rơ le này có hai công tắc cách ly có thể được sử dụng cho hai nhiệm vụ khác nhau. Nó có 6 chân bao gồm cả 2 chân cho cuộn dây.

Tùy thuộc vào số lượng chân cắm, số lượng cực / cọc và công nghệ, có rất nhiều ký hiệu tiêu chuẩn khác được sử dụng trong các bản vẽ điện. Ký hiệu điện có một hướng dẫn toàn diện về các ký hiệu này trên trang mạng.

Ứng dụng rơ le điện từ

Rơ le điện từ được sử dụng ở những nơi cần chuyển tải điện lớn bằng tín hiệu nhỏ. Rơ le cũng được sử dụng để cách ly điện giữa hệ thống điện áp cao và điện áp thấp nhằm bảo vệ hệ thống điện áp thấp và người sử dụng.

Rơle tìm thấy các ứng dụng của chúng trong,

• Ô tô
  • Bơm nhiên liệu, còi, động cơ khởi động, kính chắn gió 
• Tự động hóa tòa nhà
  • Hệ thống kiểm soát ra vào, thang máy, bảng điều khiển
• Tự động trong công nghiệp
  • Bộ điều khiển động cơ, bộ điều khiển ánh sáng, phân phối và chuyển đổi nguồn điện
• Đồ điện gia dụng
  • Lò nướng, máy giặt, dàn lạnh / dàn nóng AC

Và nhiều hơn nữa.

Rơ le điện từ kéo dài bao lâu?

Vì rơle có chứa các bộ phận chuyển động và chịu sự kết nối / ngắt kết nối liên tục nên chúng có tuổi thọ tương đối thấp hơn so với các rơle ở trạng thái rắn.

Thông thường, phần đầu tiên của rơ le bị lỗi là các tiếp điểm. Dựa theo FDA, rơ le có tuổi thọ 100,000 lần hoạt động cho các tiếp điểm của chúng và 10 triệu lần hoạt động tổng thể. 

Tuy nhiên, nếu rơ le thường xuyên chịu tải nặng, tuổi thọ của chúng có thể thấp hơn nhiều. Ví dụ, nếu một rơ le được sử dụng để chuyển tải cao hơn nhiều so với giá trị định mức của nó, các tiếp điểm có thể xuống cấp nhanh hơn và cuối cùng có thể kết hợp với nhau, tạo ra một tình huống nguy hiểm.

Cách kiểm tra rơ le điện từ

Rơle điện từ có thể được kiểm tra bằng cách sử dụng tải trọng hoặc đồng hồ vạn năng. Quy trình kiểm tra rơ le bằng đồng hồ vạn năng như sau:

1. Đặt chế độ vạn năng thành liên tục / buzzer chế độ. Kết nối các đầu dò với các cực cuộn dây của rơ le. Nếu còi kêu, cuộn dây vẫn ổn và hoạt động tốt.

Kiểm tra cuộn dây cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng chế độ đo điện trở. Một cuộn dây chức năng sẽ có điện trở khoảng 10-500 Ohms.

1. Kết nối các đầu dò với các thiết bị đầu cuối NO và COM. Tại thời điểm này, còi không nên đổ chuông. Nếu còi kêu, rơ le bị lỗi. 
2. Tương tự, kết nối các đầu dò với các đầu cuối NC và COM. Bộ rung bây giờ sẽ đổ chuông (nếu đồng hồ ở chế độ điện trở, nó sẽ chỉ ra 0 Ohms.). Nếu không, nó có nghĩa là rơ le bị lỗi.

Rơ le điện từ có bao nhiêu chân?

Rơ le điện từ có sẵn ở tất cả các hình dạng và kích thước khác nhau. Tùy thuộc vào cấu hình của chúng, rơ le có thể có số chân từ 4, 5, 8 và đôi khi thậm chí nhiều hơn. Có một số cấu hình của rơ le được phổ biến rộng rãi:

• SPST - Ném đơn Cực đơn
• SPDT - Ném đôi một cực
• DPST - Ném đơn hai cực
• DPDT - Ném đôi hai cực

Ngoài các đầu cuối tiếp xúc, có hai đầu cuối bổ sung được kết nối với cuộn dây.

Kết luận

Rơle điện từ là một trong những loại phần tử chuyển mạch phổ biến nhất được tìm thấy trong các hệ thống tự động hóa. Chúng được sử dụng để điều khiển tải điện áp cao và dòng điện cao bằng cách sử dụng tín hiệu điện áp thấp hơn.

Rơle được sử dụng như cả công tắc và thiết bị an toàn. Để thay thế, có những rơle trạng thái rắn có thể thay thế rơle cơ điện, hoạt động mạnh mẽ và bền bỉ hơn.