2.1. Khái quát và phân loại:
Rơle là một loại khí cụ điện dùng để tự động đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện.
Các bộ phận chính của Rơle:
- Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): có nhiệm vụ trực tiếp nhận tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. - Cơ cấu trung gian (khối trung gian): làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. - Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho khối điều khiển.
- Các khối trong rơle điện từ:
+ Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây + Cơ cấu trung gian là mạch từ NCĐ + Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm
Phân loại Rơle
- Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle.
- Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm có nhóm:
Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,…)
Rơle nhiệt
Rơle từ
Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch
SVTH: Lý Ngọc Hà - 69 - Khí Cụ Điện
- Phân theo nguyên lý tác động của cơ cấu khối chấp hành:
Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.
Rơle không tiếp điểm(Rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,…
- Phân loại theo đặc tính tham số vào:
Rơle dòng điện.
Rơle điện áp.
Rơle công suất.
Rơle tổng trở.
- Phân loại theo cách mắc cơ cấu:
Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.
Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.
- Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle:
Rơle cực đại.
Rơle cực tiểu.
Rơle cực đại – cực tiểu.
Rơle so lệch.
Rơle định hướng.
2.2 Đặc tính và tham số Rơle.
2.2.1 Đặc tính:
- Đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng vào x và đầu ra y của rơle được gọi là đặc tính “vào – ra” và còn được gọi là đặc tính cơ bản của rơle.
- Nên đặc tính này được gọi là đặc tính của rơle. - Dạng của đặc tính rơle được trình bày như sau:
SVTH: Lý Ngọc Hà - 70 - Khí Cụ Điện
- Khi đại lượng đầu vào x thay đổi từ 0 xtđ, thì đại lượng đầu ra y luôn bằng ymin. - Khi đạt tới giá trị tác động x = xtđ đại lượng đầu ra tăng đột ngột đến giá trị ymax. Sau đó dù x tiếp tục tăng đến x1v thì y vẫn giữ nguyên giá trị ymax, tương ứng với quá trình này ta nói rơle đã tác động hay rơle đóng.
- Ngược lại, khi đại lượng đầu vào giảm từ giá trị x1v đến trị số nhả xnh đại lượng y = ymax vẫn không đổi.
- Khi x = xnh thì y đột ngột giảm từ ymax về ymin dù x tiếp tục không đổi và giảm về 0. Quá trình này ta nói rơle nhả.
2.2.2 Tham số của Rơle
- Tỷ số Knh =xnh /xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn được gọi là hệ số trở về). Hệ số Knh luôn nhỏ hơn 1.
- Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle nhỏ, đặc tính rơle dạng này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ.
- Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính lớn, đặc tính này thích hợp với rơle điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hoá.
- Tỷ số gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt >1 khi Kdt lớn càng đảm bảo
rơle làm việc tin cậy.
- Hệ số điều khiển:Tỷ số gọi là hệ số điều khiển của rơle.Với:
Pđk: là công suất cực đại trên mạch tải của mạch làm việc, gọi là công suất điều khiển.
Ptđ: là công suất đầu vào cần thiết của Rơle tác động, gọi là công suất tác động.
nh tđ x x x nh tđ x x x tđ x dt x K lv tđ đk đk P P K /
SVTH: Lý Ngọc Hà - 71 - Khí Cụ Điện 2.3. Một số loại rơle thông dụng:
2.3.1. Rơle điện từ.
- Rơle điện từ làm việc trên nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh ra.
- Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động.
2.3.1.1. Cấu tạo của rơle điện từ
2.3.1.2. Nguyên lý làm việc của rơle điện từ.
-
Hình 5.6 : Cấu tạo chung của rơle điện từ
Hình 5.7: Nguyên lý cấu tạo rơle điện từ a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston
SVTH: Lý Ngọc Hà - 72 - Khí Cụ Điện
Khi cung cấp điện cho cuộn dây, sẽ tạo từ trường chạy trong mạch từ chính. Lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút lò xo phản lực nắp mạch từ được hút về phía lõi. Ứng với mạch từ 1 chiều – xoay chiều có các rơle 1 chiều – xoay chiều.
- Nhận xét về một số rơle điện từ
Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk .
Một số rơle điện từ thông dụng: rơle trung gian, rơle dòng điện và điện áp, rơle thời gian và điện từ.
2.3.2. Rơle trung gian
- Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng.
- Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều.
2.3.2.1. Cấu tạo của rơle trung gian
1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã
5. Hệ thống tiếp điểm
2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian
- Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào 2 đầu sợi dây của rơle trung gian, lực điện từ hút mạch từ kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này (tiếp điểm này thường đóng hở ra, tiếp điểm thường hở đóng lại). Khi ngưng cấp nguồn, mạch từ hở. Hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu.
5 3 2 4 1
SVTH: Lý Ngọc Hà - 73 - Khí Cụ Điện
2.3.3. Rơle tín hiệu
- Rơle tín hiệu được sử dụng trong mạch điện một chiều của các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện để chỉ rõ rơle và các thiết bị bảo vệ khác đã tác động.
2.3.3.1. Cấu tạo rơle tín hiệu
1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Khớp giữ 4. Nắp hút 5. Cờ 6. Lỗ quan sát 7. Tiếp điểm động 8. Tiếp điểm tĩnh 9. Lò xo 2.3.3.2. Nguyên lý làm việc
- Ở trạng thái bình thường (không có sự cố), cuộn dây 2 của rơle không có dòng điện. Khi có sự cố, các thiết bị bảo vệ tác động, đồng thời tín hiệu truyền đến sợi dây 2, lực điện từ hút nắp 4 làm nhả khớp 3, cờ 5 rơi xuống vị trí thẳng đứng, đồng thời đuôi cờ gạt tiếp điểm động 7 làm tiếp điểm 7 đóng vào tiếp điểm tĩnh 8. Lúc này người vận hành nhìn qua lỗ quan sát 6 trên nắp rơle, thấy màu của cờ, biết rơle đã tác động. Sau khi khắc phục sự cố, cuộn dây 2 mất điện. Muốn đưa cờ về vị trí ban đầu thì phải quay núm phục hồi trên nắp rơle, và tiếp điểm 7-8 lại trở về trạng thái mở.
2.3.4. Rơle dòng điện cực đại.
2.3.4.1. Khái niệm chung về rơle dòng điện cực đại.
- Rơle dòng điện cực đại điện từ dùng trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện và thiết bị riêng lẻ như : động cơ điện, máy biến áp công suất lớn.
2.3.4.2. Nguyên lý làm việc của rơle dòng điện cực đại
SVTH: Lý Ngọc Hà - 74 - Khí Cụ Điện
- Khi dòng điện động cơ tăng lớn đến trị số tác động của rơle, lực hút nam châm thắng lực cản lò xo làm mở tiếp điểm của nó, ngắt mạch điện điều khiển qua công tắc tơ K, mở các tiếp điểm của nó tách động cơ ra khỏi lưới.
2.3.5. Rơle nhiệt.
2.3.5.1. Khái niệm chung về rơle nhiệt.
- Rơle nhiệt là một thiết bị dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ,…
- Rơle nhiệt không tác động nhất thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng.
- Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy.
Hình 5.10: a) Cấu tạo của rơle dòng điện;
SVTH: Lý Ngọc Hà - 75 - Khí Cụ Điện
2.3.5.2. Cấu tạo của rơle nhiệt
Trong đó:
1: Phần tử đốt nóng 2: Tiếp điểm thường đóng 3: Băng kép kim loại 4: Đòn xoay
5: Lò xo đòn xoay 6: Nút ấn phục hồi
2.3.5.3. Nguyên lý làm việc
- Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt làm giãn nở phiến kim loại kép. Phiến kim loại kép gồm 2 lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi có dòng điện quá tải đi qua phiến kim loại được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé. Đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ. Để rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơle nhiệt.
6 4 5 3 2 1
SVTH: Lý Ngọc Hà - 76 - Khí Cụ Điện 2.3.6 Rơle thời gian.
2.3.6.1. Khái niệm chung và phân loại rơle thời gian.
Khái niệm: Rơle thời gian là một khí cụ điện dung trong lĩnh vực điều khiển tự
động, với vai trò điểu khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước.
Rơle thời gian bao gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (<= 5A), vỏ bảo vệ các chân tiếp điểm.
Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta có 2 loại Rơle thời gian: Rơle thời gian ON DELAY, Rơle thời gian OFF DELAY.
2.3.6.2 Rơle thời gian ON DELAY
Ký hiệu:
- Cuộn dây Rơ le thời gian:
Điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây Rơ le thời gian được ghi trên nhãn thông thường 110V, 220V….
Hình 5.12 Hình dáng bên ngoài của Rơle thời gian
7 2
SVTH: Lý Ngọc Hà - 77 - Khí Cụ Điện
Hệ thống tiếp điểm:
- Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của Rơ le trung gian
+ Thường đóng:
+ Thường mở:
- Tiếp điểm tác động có tính thời gian:
+ Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh:
+ Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơ le thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không theo tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời ( thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi. Sau khoảng thời gian đã điịnh trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng thái này.
Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu.
2.3.6.3 Rơle thời gian OFF DELAY
Ký hiệu:
- Cuộn dây Rơle thời gian:
7 2 T1 1 3 T14 5 8 T11 8 6 T12 1 4 T13
SVTH: Lý Ngọc Hà - 78 - Khí Cụ Điện
Điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây Rơ le thời gian được ghi trên nhãn thong thường 110V, 220V….
Hệ thống tiếp điểm:
- Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của Rơ le trung gian
+ Thường đóng:
+ Thường mở:
- Tiếp điểm tác động có tính thời gian:
+ Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh:
+ Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh:
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguồn vào cuộn dây của Rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này.
Khi ngưng cung cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu. Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu. 1 4 T13 1 3 T14 5 8 T11 8 6 T12
SVTH: Lý Ngọc Hà - 79 - Khí Cụ Điện 3. KHỞIĐỘNG TỪ:
3.1. Khái quát và công dụng:
Khởi động từ là khí cụ điện điều khiển gián tiếp từ xa, được ứng dụng trong những mạch điện: khởi động động cơ; đảo chiều quay động cơ... có sự bảo vệ quá tải cho động cơ bằng nguyên lý của rơle nhiệt.
Khởi động từ có một contactor gọi là khởi động từ đơn thường để đóng ngắt động cơ điện.
Khởi động từ có hai contactor gọi là khởi động từ kép thường để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.
3.2. Các yêu cầu kỹ thuật:
Động cơ điện không đồng bộ ba pha có thể làm việc liên tục được hay không tùy thuộc vào mức độ tin cậy của khởi động từ. Do đó phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao. - Khả năng đóng – cắt cao.
Nguồn
SVTH: Lý Ngọc Hà - 80 - Khí Cụ Điện
- Thao tác đóng – cắt dứt khoát. - Tiêu thụ công suất ít nhất.
- Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài. - Thỏa mãn điều khởi động.
3.3. Kết cấu và nguyên lý làm việc: 3.3.1. Kết cấu: 3.3.1. Kết cấu:
Khởi động từ thường được phân chia theo:
- Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V.
- Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước nổ.
- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay.
- Số lượng chiều quay: thường hở, thường đóng.
3.3.2. Nguyên lý làm việc của khởi động từ:
3.3.2.1. Khởi động từ và hai nút nhấn:
Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nút nhấn khởi động M, cuộn dây contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại: làm đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút khởi động. Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lò xo nén làm phần lõi di động trở về vị trí ban đầu; Các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở. Động cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, rơle nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện.