0 0
0
No products in the cart.

Rơ le (Relay)

1 Giới thiệu về rơ le

1.1 Rơ le là gì và tại sao chúng ta sử dụng chúng?

Rơ le là một công tắc hoạt động bằng điện. Rơle truyền thống sử dụng một nam châm điện để thực hiện tác động cơ cho công tắc. Tuy nhiên, các phiên bản mới hơn sẽ sử dụng thiết bị điện tử như rơ le bán dẫn.

Rơle được sử dụng khi cần điều khiển một mạch điện sử dụng tín hiệu công suất thấp hoặc một số mạch phải được điều khiển bằng một tín hiệu. Rơle đảm bảo cách ly hoàn toàn về điện giữa việc điều khiển và mạch điều khiển.

Rơle thường được sử dụng trong các mạch điện để giảm dòng điện chạy qua công tắc điều khiển sơ cấp. Có thể sử dụng như công tắc, bộ hẹn giờ hoặc cảm biến có cường độ dòng điện tương đối thấp để bật và tắt tải công suất cao hơn nhiều. Chúng ta sẽ xem các ví dụ về điều này ở phần sau của bài viết.

1.2 Các bộ phận chính của rơ le

Có hai mạch chính trong rơle. Mạch sơ cấp và mạch thứ cấp.

Mạch sơ cấp cung cấp tín hiệu điều khiển để vận hành rơ le. Điều này có thể được điều khiển bằng công tắc thủ công, bộ điều nhiệt hoặc một số loại cảm biến. Mạch sơ cấp thường được kết nối với nguồn điện một chiều điện áp thấp.

Mạch thứ cấp là mạch chứa tải cần đóng, cắt và điều khiển. Khi nói về tải, chúng ta sẽ nói đến bất kỳ thiết bị nào tiêu thụ điện như quạt, máy bơm, máy nén hoặc thậm chí là bóng đèn.

Ở phía sơ cấp, chúng ta tìm thấy một cuộn dây điện từ. Đây là một cuộn dây tạo ra từ trường khi dòng điện chạy qua nó.

Khi dòng điện đi qua dây dẫn, nó tạo ra một trường điện từ, chúng ta có thể thấy rằng bằng cách đặt một số la bàn xung quanh dây dẫn, khi chúng ta cho dòng điện chạy qua dây dẫn, la bàn đổi hướng để theo hướng với trường điện từ. Khi ta quấn dây thành cuộn dây, từ trường của mỗi dây kết hợp với nhau tạo thành từ trường lớn hơn, mạnh hơn. Chúng ta có thể điều khiển từ trường này bằng cách điều khiển dòng điện một cách đơn giản.
Ở cuối nam châm điện ta tìm thấy phần tiếp ứng. Đây là một thành phần nhỏ được lắp vào trục. Khi nam châm điện có lực từ thì nó hút phần tiếp ứng. Khi nam châm điện bị ngắt, phần tiếp ứng trở lại vị trí ban đầu nhờ vào một lò xo nhỏ.

Nối với phần tiếp ứng là một công tắc có thể dịch chuyển được. Khi phần tiếp ứng bị hút vào nam châm điện thì đóng lại và trở thành mạch kín ở phía thứ cấp.

1.3 Cách hoạt động của một rơ le điện cơ

Có hai loại rơ le cơ bản là loại thường mở và loại thường đóng. Có nhiều loại rơ le khác và chúng ta sẽ xem xét chúng ở phần sau của bài viết.

Với loại thường mở, ban đầu không có dòng điện chạy trong mạch thứ cấp, do đó phụ tải sẽ tắt. Tuy nhiên, khi có dòng điện chạy qua mạch sơ cấp, nam châm điện sẽ xuất hiện một từ trường. Từ trường này hút phần tiếp ứng và kéo công tắc tơ chuyển động cho đến khi nó chạm vào chốt của mạch thứ cấp. Điều này làm mạch kín và cung cấp điện cho tải.

Với loại thường đóng. Mạch thứ cấp ban đầu có dòng điện và do đó tải được bật. Khi có dòng điện chạy qua mạch sơ cấp, điện từ trường làm phần ứng đẩy đi làm ngắt công tắc tơ và làm đứt mạch, điều này cắt nguồn điện cung cấp cho tải.

1.4 Cách hoạt động của rơle bán dẫn(SSR)

Hoạt động của Rơle bán dẫn hoặc SSR về cơ bản tương tự, nhưng không giống như rơle cơ điện, nó không có bộ phận kích cơ học. Rơ le bán dẫn  sử dụng các đặc tính điện và quang học của chất bán dẫn bán dẫn  để thực hiện cách ly đầu vào và đầu ra cũng như các chức năng chuyển mạch.

Với loại thiết bị này, chúng ta tìm thấy một đèn LED ở phía sơ cấp, thay vì một nam châm điện. Đèn LED cung cấp khả năng liên kết bằng quang học bằng cách chiếu chùm ánh sáng qua một khe hở và vào bộ thu của bóng bán dẫn, bộ thu này có sự nhạy cảm với quang ảnh. Vì vậy việc đóng mở được kiểm soát bằng việc bật tắt bóng đèn LED.

Điện trở quang hoạt động giống như một chất cách điện và không cho phép dòng điện chạy qua, trừ khi nó được tiếp xúc với ánh sáng. Bên trong phototransistor, chúng ta có các lớp vật liệu bán dẫn khác nhau. Có loại N và loại P, chúng được kẹp vào nhau. Loại N và loại P đều được làm từ silicon nhưng chúng đã được trộn với các vật liệu khác để thay đổi tính chất điện của chúng. Loại N đã được trộn với một vật liệu cung cấp cho nó nhiều electron thừa và không cần thiết, chúng có thể tự do di chuyển xung quanh các nguyên tử khác. Loại P đã được trộn với một vật liệu có ít điện tử hơn, vì vậy mặt này có nhiều không gian trống mà các điện tử có thể di chuyển tới.

Khi các vật liệu liên kết với nhau, một vùng nghèo (vùng liên kết giưa hai loại chất bán dẫn) sẽ phát triển và ngăn các điện tử di chuyển qua .
 

 Tuy nhiên, khi đèn LED được bật, nó sẽ phát ra một hạt gọi là photon. Photon đi vào vật liệu loại P và đánh bật các electron, đẩy chúng qua vùng nghèo và vào vật liệu loại N. Các điện tử ở vùng nghèo đầu tiên bây giờ cũng có thể thực hiện bước nhảy và do đó một dòng điện được phát triển. Khi đèn LED tắt, các photon ngừng đánh bật các electron qua vùng nghèo và do đó dòng điện ở phía thứ cấp dừng lại.
Vì vậy, chúng ta có thể điều khiển mạch thứ cấp chỉ bằng cách sử dụng một chùm ánh sáng.

1.5 Các loại rơ le

Có nhiều loại rơ le, chúng ta sẽ xem xét một vài loại chính cũng như một số ví dụ đơn giản về cách chúng được sử dụng.

1.5.1 Rơle thường mở

Như chúng ta đã thấy trước đó trong bài viết này, chúng ta có rơ le thường mở đơn giản. Điều này có nghĩa là tải của phía thứ cấp sẽ tắt cho đến khi mạch kín trên sơ cấp. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng điều này để điều khiển quạt bằng cách sử dụng “thanh lưỡng kim” làm công tắc ở phía chính. Thanh lưỡng kim sẽ uốn cong khi nhiệt độ tăng lên, ở một nhiệt độ nhất định nó sẽ hoàn thiện mạch điện và bật quạt để làm mát.
 

1.5.2 Rơle thường đóng

Chúng ta cũng có một rơ le thường đóng. Điều này có nghĩa là tải ở phía thứ cấp vẫn bình thường. Ví dụ, để điều khiển một hệ thống máy bơm đơn giản nhằm duy trì một mực nước nhất định trong bể chứa, khi mực nước thấp, máy bơm bật, tuy nhiên khi nó đạt đến giới hạn theo yêu cầu mạch sơ cấp sẽ kích hoạt và công tắc tơ bị kéo lại, điều này sẽ cắt nguồn điện cho máy bơm.

1.5.3 Rơ le chốt 

Trong một rơ le tiêu chuẩn thường mở, khi mạch sơ cấp được ngắt điện, trường điện từ biến mất và lò xo kéo công tắc tơ trở lại vị trí ban đầu. Đôi khi, chúng ta muốn mạch thứ cấp vẫn hoạt động sau khi mạch sơ cấp được mở. Để làm được điều đó, chúng ta có thể sử dụng một rơ le chốt.

Ví dụ: khi chúng ta nhấn nút chờ thang máy, chúng ta muốn đèn trên nút này vẫn sáng để người dùng biết thang máy đang đến. Vì vậy, chúng ta có thể sử dụng Rơ le chốt để thực hiện việc này. Có nhiều thiết kế khác nhau cho loại rơ le này, nhưng trong ví dụ đơn giản này, chúng ta có 3 mạch riêng biệt và một pít-tông nằm giữa chúng. Mạch đầu tiên là nút bấm. Thứ hai là đèn và thứ ba là mạch reset.
 


 Khi nhấn nút, mạch kín và cấp nguồn cho nam châm điện, thao tác này kéo pít-tông và mạch đóng kín để bật đèn. Một tín hiệu được gửi đến bộ điều khiển thang máy để đưa thang máy đi xuống. Nút được nhả ra, điều này sẽ cắt điện cho mạch điện ban đầu, nhưng vì piston không được nạp vào lò xo nên nó vẫn ở vị trí và đèn vẫn sáng.

Khi thang máy xuống tầng dưới, nó sẽ tiếp xúc với công tắc đóng. Điều này cung cấp năng lượng cho nam châm điện thứ hai và kéo pít-tông đi, cắt nguồn điện cho đèn.

Do đó, các rơ le chốt mang lại lợi ích của việc ' nhớ' vị trí. Sau khi được kích hoạt, chúng sẽ vẫn ở vị trí cuối mà không cần thêm bất kỳ dòng điện nào khác.

1.5.4 Rơle một tiếp điểm và hai tiếp điểm 

Rơle có thể có một hoặc hai tiếp điểm. Thuật ngữ tiếp điểm cập đến số lượng tiếp điểm được đóng lại khi rơle được cấp điện. Điều này có nghĩa có nhiều hơn một mạch thứ cấp được cung cấp năng lượng từ một mạch sơ cấp duy nhất.

Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một rơ le hai tiếp điểm để điều khiển quạt làm mát và cũng là đèn cảnh báo. Cả quạt và đèn đều tắt bình thường, nhưng khi thanh lưỡng kim trên mạch sơ cấp quá nóng, nó sẽ uốn cong để tạo thành mạch kín. Điều này tạo ra trường điện từ và đóng cả hai công tắc tơ ở phía thứ cấp, điều này cung cấp điện cho quạt làm mát cũng như đèn cảnh báo.
 

1.5.5 Rơle tác động đơn hoặc tác động kép 

Khi nói về rơ le, bạn sẽ thường nghe thấy thuật ngữ "tác động". Điều này đề cập đến số lượng điểm kết nối. Rơle tác động kép kết hợp mạch điện thường mở và thường đóng. Rơle tác động kép còn được gọi là rơle chuyển đổi, vì nó luân phiên, hoặc thay đổi, giữa hai mạch thứ cấp.

Trong ví dụ này, khi mạch sơ cấp hở, lò xo ở phía thứ cấp kéo công tắc tơ đến cực B, cấp nguồn cho đèn. Quạt vẫn tắt vì mạch chưa kín.

1.5.5 Rơ le hai tiếp điểm hai tác động 

Hai tiếp điểm, hai tác động hoặc DPDT được sử dụng để điều khiển 2 trạng thái trên 2 mạch riêng biệt. Ở đây chúng ta có thể thấy một rơ le DPDT. Khi mạch sơ cấp hở ra, các cực T1 và T2 được nối với các cực B và D tương ứng. Đèn LED màu đỏ và đèn báo đã được cung cấp năng lượng.


 Khi mạch sơ cấp đóng lại thì T1 và T2 nối vào các cực A và C, quạt bật và đèn LED xanh được cấp điện.

1.6 Diode dập xung (Diode flyback)

Một thứ chúng ta cần quan tâm khi làm việc với nam châm điện là EMF ngược, hay còn gọi là suất điện động ngược. Khi chúng ta cấp nguồn cho cuộn dây, trường điện từ tích lũy đến một điểm cực đại, từ trường đang tích trữ năng lượng. Khi chúng ta cắt điện, trường điện từ biến đổi và giải phóng năng lượng tích trữ này rất nhanh, trường suy giảm này tiếp tục đẩy các electron, đó là lý do tại sao chúng ta nhận được EMF ngược. Đây không phải là điều tốt vì nó có thể tạo ra các xung điện áp rất lớn làm hỏng mạch của chúng ta.

Để khắc phục điều này, chúng ta có thể sử dụng một linh kiện gì đó giống như một diode để khắc phục điều này. Diode chỉ cho phép dòng điện chạy theo một chiều, vì vậy trong hoạt động bình thường, dòng điện chạy đến cuộn dây. Nhưng, khi chúng ta cắt điện, EMF phía sau sẽ đẩy các electron và do đó, diode bây giờ sẽ cung cấp một con đường để cuộn dây tiêu thụ năng lượng của nó một cách an toàn, để nó không làm hỏng mạch của chúng ta.

2 Phân loại và các ứng dụng

2.1 Các loại rơ le điện khác nhau

Như bạn có thể biết, rơ le trong công nghiệp được chia thành hai loại chính:

  • Rơle bán dẫn(Solid-State Relays) viết tắt là SSR
  • Rơle điện cơ (Electromechanical relays) viết tắt là EMR.
     

                Hình 1. Các loại rơ le

Tất nhiên, nếu bạn là một thợ điện, bạn có thể phải gặp một số loại rơ le khác như rơ le an toàn (safety relays) , rơ le bảo vệ nguồn(Power protection relays) , v.v.
 

                Hình 2.Các loại rơ le khác 

Có thể thường bạn sẽ thấy Rơ le điện được lắp đặt trên bảng điện trung thế, vì rơ le là một loại thiết bị bảo vệ cho hệ thống điện.

Chúng giống một bộ điều khiển hơn là một rơ le! Vì vậy, chúng ta có thể tìm hiểu chi tiết về chúng trong một bài viết tới.
 

Trong thời điểm trước kia người ta làm bảng điều khiển chỉ từ những rơ le và công tắc tơ nhưng bất kể thời điểm hiện tại công nghệ đã phát triển thì việc sử dụng vẫn diễn ra bình thường.
 


                                                     Hình 4. Rơ le được sử dụng trong bảng điều khiển


Bạn có thắc mắc tại sao rơ le vẫn được sử dụng trong khi một số PLC đã có thể chuyển mạch cho cả tải DC và AC với những công suất khác nhau?

Đầu tiên hãy nhanh chóng xem cách thức hoạt động của rơ le điện cơ và hiểu được một số mô tả cần thiết, thì sau đó sẽ trả lời được câu hỏi hóc búa này.

2.2 Rơ le điện cơ

Bạn có thể nghe nói về rơ le điện cơ như:

  • Một Rơle thông thường
  • Tiếp điểm rơ le
  • Rơle cơ học
  • và nhiều nữa……
     


                                                           Hình 5.Rơ le điện cơ 


2.3 Các thành phần rơ le điện cơ

Nếu nhìn vào khối hộp của một rơ le cơ, chúng ta thấy điều này:
 


                                                          Hình 6. Khối hộp trên rơ le
 

Rơ le điện cơ sử dụng một cơ chế cơ học để di chuyển cần tiếp ứng và thay đổi vị trí của một số tiếp điểm.
Chuyển động này được thực hiện nhờ một nam châm điện.
 


                                                         Hình 6. Các thành phần bên trong khối kích tiếp điểm 
 

2.4 Cách rơ le điện cơ hoạt động 

Khi kết nối nguồn điện với nam châm, nó hút phần tiếp ứng và do đó các tiếp điểm NO và NC thay đổi vị trí tạo thành tiếp điểm đóng hoặc mở .
 


                                                         Hình 7. Rơ le điện cơ hoạt động 
 

Khi ngắt nguồn điện khỏi cuộn dây, phần tiếp ứng và các điểm tiếp xúc sẽ trở lại vị trí ban đầu.
 

Ngoài ra, trên rơ le còn có một nút ấn để chúng ta có thể ấn và kiểm tra rơ le bằng tay mà không cần kết nối và ngắt nguồn điện.
 


                                                         Hình 9. Cơ chế kiểm tra bằng tay của rơ le 
Cho đến nay, việc thỏa thuận về đầu vào hoặc phía chính của rơ le mà chúng ta kết nối điện áp điều khiển với đó được biết như sau: Điện áp điều khiển từ 12 đến 110 V DC, hoặc có thể từ 12 đến 240 V AC.

2.5 Sơ đồ đấu dây rơ le điện cơ

Phía nguồn hoặc phía thứ cấp của rơ le sẽ được kết nối với một thiết bị tiêu thụ hoặc giả sử là "tải".
 


                                                           Hình 10. Sơ đồ đấu dây Rơ le 

Rơ le điện cơ nói riêng thường được sử dụng trong các ứng dụng một pha. Trong bảng điều khiển điện, chúng tôi sử dụng chúng để kết nối các kênh đầu ra kỹ thuật số (Digital output) của PLC với thiết bị truyền động và thiết bị công suất thấp (AC một pha) như van điện từ, đèn, còi báo động, v.v.

Chúng ta nên chọn rơ le sao cho phù hợp với thông số kỹ thuật và định mức công suất của tải cũng như điện áp điều khiển mà chúng ta sẽ áp dụng cho cuộn dây của nó.
 


                                                  Hình 11. Kết nối PLC-rơ le và thiết bị được dùng
 

Ví dụ: nếu chúng ta muốn PLC bật một đèn cảnh báo Siren dựa trên mức logic của nó, trước tiên chúng ta nên kiểm tra tín hiệu điện áp điều khiển nào mà PLC gửi ra.
Như bạn thấy đó là tín hiệu DC 24 Volt(Hình 11)
 


                                                   Hình 11.Thông số kỹ thuật của PLC
 

Sau đó, chúng ta sẽ kiểm tra công suất định mức của đèn Siren; ví dụ, nó là 110 vôn AC với khoảng 1 amp dòng điện định mức.
 


                                                  Hình 12 . Thông số kỹ thuật của đèn Siren
 

Vì vậy, chúng ta nên đảm bảo điện áp cuộn dây của rơ le và dòng điện mà các tiếp điểm của nó có thể tải được.
 


                                                  Hình 12.Thông số cần thiết của Rơ le

Sau đó kết nối điện áp 110 AC từ nguồn điện với điểm "chung" của rơle. Và từ đó ta kết nối tiếp điểm thường mở của rơ le với đèn Siren.


                                                  Hình 13. Cách kế nối Rơ le với đèn báo hiệu 
 

Do đó, khi PLC gửi tín hiệu 24 VDC đến rơ le, tiếp điểm NO sẽ được đóng lại và điện áp AC sẽ được truyền đến đèn Siren.
 


                                                 Hình 14. Kết nối đầu ra PLC vào Rơ le 
Đến đây của hỏi ở đầu bài đã được giải đáp. Tại sao chúng ta sử dụng rơ le thay vì chỉ sử dụng đầu ra của PLC?

2.6 Tại sao sử dụng Relay trong các ứng dụng PLC

Trong ví dụ này, chúng ta sử dụng nguồn điều khiển 24 VDC đến từ đầu ra PLC để ta tín hiệu cho thiết bị có mức và loại điện áp khác được kết nối với rơ le.
Bạn cho rằng có thể chọn một loại PLC cho ra nguồn điều khiển với mức dòng lớn ở 110V AC. Thế thì sẽ như thế nào?


                                                Hình 15. PLC kết nối trực tiếp từ đầu ra đến đèn báo hiệu 

Như hình 16 chúng ta thấy rằng phần nguồn điện cấp cho đèn và nguồn điều khiển được tách rời khỏi nhau để ngăn chặn việc hỏng PLC trong trường hợp ngắn mạch không đáng có.

Chi phí là một yếu tố quan trọng hơn ở đây. Cả chi phí của một PLC với các tiếp điểm định mức công suất cao và chi phí bảo trì nó trong trường hợp có sự cố ngắn mạch là rất cao.

Đổi cái rơ le 20 đô bị hỏng thì hợp lý hơn là đổi cái PLC 1000 đô phải không?


                                             Hình 16. Hai nguồn điều khiển và nguồn cấp được tách biệt nhau 

Bây giờ bạn đã có câu trả lời cho mình, hãy cùng xem các loại rơ le điện cơ có những loại nào.

2.7 Các loại rơ le  điện cơ khác nhau

7.1. Các loại rơ le cơ học khác nhau (phân theo tiếp điểm)

Chúng ta có thể phân loại rơ le điện cơ theo số lượng các tiếp điểm NO và NC của chúng. Các loại tiêu chuẩn là:

  • SPST hoặc Rơ le một tiếp điểm một tác động.
  • SPDT hoặc Rơ le một tiếp điểm hai tác động  
  • DPST hoặc Rơ le hai tiếp điểm một tác động.
  • DPDT hoặc Rơ le hai tiếp điểm hai tác động.


                                                    Hình 17. Các loại rơ le phân theo tiếp điểm
Ví dụ: đây là rơ le một tiệp điểm hai tác động.

7.2. Các loại rơ le cơ học khác nhau (theo hình dạng của chúng)

Rơ le điện cơ có các loại khác nhau:

  • Các loại hình khối thông thường để gắn trên thanh DIN trong bảng điều khiển.
  • Loại mỏng để gắn trên thanh DIN trong bảng điều khiển điện.
  • Các loại thu nhỏ để hàn trên PCB.


                                                     Hình 18. Các loại Rơ le phân theo hình dạng
 Những Rơ le lắp đặt trên thanh ray DIN có hai phần riêng biệt;
Một là dựa trên là việc kết nối dây với cuộn dây và các tiếp điểm.
 

Thứ hai là phần head, chứa cuộn dây và các tiếp điểm.
                                                   Hình 20. Phân loại rơ le theo phần head 

Chúng ta có thể tháo dỡ và lắp ráp rơ le một cách dễ dàng bằng cách đẩy các đầu ghim vào đế.
Bạn luôn có thể tìm thấy sơ đồ kết nối rơ le đơn giản, điện áp cuộn dây và các thông số kỹ thuật khác trên phần đầu hoặc ngay bên hông của rơ le và hướng dẫn kết nối khi đấu dây rơ le.
 
                                                Hình 21. Bảng hướng dẫn trên rơ le  


Chat hỗ trợ
Chat ngay