1. Rơle thời gian đèn điện tử
Rơle thời gian điện tử là các rơle thời gian có cấu tạo và làm việc dựa trên các linh kiện điện tử nh− : đèn điện tử chân không, tranzitor, điod, tiristor, mạch tổ hợp IC…
Hình 2.9 trình bày nguyên lý làm việc của một rơle thời gian dùng đèn điện tử và nguồn điện một chiều kiểu đơn giản nhất.
Khi đóng khóa K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở R. Điện áp U0 lớn hơn điện áp Up của đèn 3 cực, nên lúc này đèn bị khóa. Trong mạch anốt không có dòng điện , rơle ở trạng thái nhả.
Khi mở khóa K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở R. Điện áp U0 từ từ giảm theo hàm mũ tắt dần. Điện thế l−ới của đèn từ từ trở nên d−ơng. Sau một thời gian khi điện thế này đạt đến giá trị điện áp l−ới tác động, thì đèn chuyển sang chế độ mở. Dòng điện trong mạch anốt tăng lên, làm rơle điện từ tác động, tiếp điểm rơle đ−ợc đóng. Ta nói rơle thời gian đã tác động (chế độ đóng chậm).
Thời gian tác động của rơle phụ thuộc vào hằng số thời gian (quán tính điện) của mạch RC: ttd = RCln td 0 U U
trong đó: ttd thời gian tác động của rơle;
U0 : điện áp nguồn diều khiển :
Utd : điện áp l−ới đèn khi rơle tác động.
Nếu R và C có trị số lớn, thời gian nhận sẽ tăng. Loại rơle này có thời gian chậm (trễ) đến vài phút. Khi thời gian chậm càng lớn, độ chính xác của rơle càng giảm. Điều chỉnh thời gian chậm bằng cách thay đổi trị số của điện trở R.
+- - Eđ R U0 + - C R U0 Itđ ttđ Iđ tc U0.e-t/RC a) b)
Hình 2.9 Rơle thời gian điện tử a) Sơ đồ nguyên lí; b) Đặc tính thời gian
2. Rơle thời gian bán dẫn
Thay đèn điện tử bằng tranzitor bán dẫn, ta đ−ợc một rơle thời gian tranzitor (nh− ở hình 2.10). Rơle dùng cho điện một chiều. Thực chất đó là bộ khuếch đại hai tầng làm việc ở trạng thái rơle. Đầu vào của T1 nối với tụ hóa C.
Khi khóa K đóng, tụ C đ−ợc nạp đến điện áp nguồn E. Cực gốc của T2 đ−ợc nối với cực phát của T1 qua điện trở R3. Chế độ làm việc của mạch đ−ợc chọn sao cho khi khóa K đóng thì rơle điện từ R ở trạng thái nhả.
Khi có tín hiệu điều khiển, khóa K mở, tụ C bắt đầu phóng điện qua điện trở R2 và cực phát của T1. Do đó điện thế điểm A tăng dần, làm cho dòng điện đi qua cực phát của T2 tăng. Sau một thời gian xác định, tùy thuộc vào trị số của C và R2, dòng điện này đạt đến trị số tác động, rơle điện từ R đóng, tiếp điểm đầu ra của rơle đóng. Điện trở R4 dùng để thay đổi dòng tác động của rơle điện từ.
Loại rơle này có thời gian chậm đến vài phút. Ưu điểm chính là có tuổi thọ cao, công xuất điện tiêu thụ ít, nh−ng đặc tính thời gian chịu ảnh h−ởng của dao động điện áp nguồn và nhiệt độ môi tr−ờng.
Vì vậy, để nâng cao độ chính xác thời gian rơle, trong các rơle trên phải có thêm các phần mạch phụ trợ khác nh−: mạch điện áp làm việc,
mạch bù nhiệt… Rơle điện từ R đ−ợc dùng với mục đích cách ly về điện giữa mạch của rơle với mạch phía sau và tăng dòng ra của rơle, vì tiếp điểm của rơle điện từ cho phép đóng ngắt dòng đến 5(A) trong khi dòng mạch cực phát T2 rất nhỏ, cỡ vài phần trăm ampe.
Với rơle dùng điện xoay chiều, trong rơle còn có phần mạch chỉnh l−u và mạch lọc điện áp nguồn.
Hai loại rơle thời gian điện tử và bán dẫn đều tạo thời gian trễ trên cơ sở sử dụng quá trình phóng điện của tụ trong mạch điện qua điện trở. Hạn chế của chúng là khoảng thời gian trễ nhỏ, phụ thuộc vào dao động điện áp và nhiệt độ. Độ chính xác cao.
3. Rơle thời gian vi mạch (IC)
Với rơle loại này, ng−ời ta có thể tạo ra các loại rơle thời gian có dải thời gian làm việc rất rộng, từ 0,001(s)ữ9999(h), độ chính xác và độ tin cậy cao nhiều tính năng làm việc. Đáp ứng đ−ợc yêu cầu của các bài toán tự động điều khiển có nội dung phức tạp, khối l−ợng thông tin lớn.
Cấu tạo chung của rơle thời gian vi mạch gồm các bộ phận chức năng chủ yếu nh− ở hình 2.11
a) Bộ phận tạo thời gian
ở đây là các phần mạch dao động, tạo ra các xung có tần số ổn định không đổi. Thông th−ờng, tần số dao động này rất lớn, từ vài trăm kHz trở lên. Nếu tần số đ−ợc giảm phù hợp với đặc tính thời gian làm việc của rơle qua các phần mạch chia tần số. Trong một số loại rơle thời gian dùng nguồn xoay chiều l−ới điện quốc gia, ng−ời ta dùng tần số nguồn làm xung thời gian chuẩn, mỗi xung ứng với 0,01(s) ở tần số 50(Hz).
b) Bộ phận đếm xung
Bộ phận này đếm các xung xuất hiện từ thời điểm rơle làm việc (có tín hiệu điều khiển ở đầu vào) đến thời điểm rơle tác động. Số xung đếm đ−ợc sẽ cho thời gian trễ cần thiết. Kết quả đếm có thể đ−a ra ở dạng t−ơng tự hoặc số.
c) Bộ phận so sánh
So sánh kết quả đếm xung với mức chuẩn thời gian đạt (chỉnh định) tr−ớc. Thời gian chỉnh định ban đầu cũng có thể ở dạng t−ơng tự hoặc dạng số.
Nếu các đại l−ợng làm việc của rơle đ−ợc xử lí ở dạng t−ơng tự, ta có rơle kỹ thuật t−ơng tự. Khi đ−ợc xử lí ở dạng số, ta có rơle kĩ thuật số. Khi đ−ợc xử lí ở dạng số, ta có các rơle kĩ thuật số. Khi kết quả đếm bằng hoặc giống số liệu chỉnh định thì bộ so sánh cho tín hiệu ra, dẫn đến rơle tác động.
d) Bộ phận nguồn cung cấp
Bộ phận này có chức năng biến đổi điện áp nguồn cung cấp cho rơle, điện một chiều hoặc xoay chiều , th−ờng là 24V, 110V, 220V… thành các mức điện áp thấp một chiều , có cực tính, phù hộp với điện áp làm việc của các linh kiện vi mạch trong rơle: 12V, 5V…
e) Bộ phận đầu ra
Bộ phận đầu ra có nhiệm vụ ghép nối và chuyển tín hiệu tác động của rơle đến các thiết bị phía sau rơle, bộ phận ra th−ờng là các rơle điện từ công suất nhỏ (hoặc tranzistor công suất). Khi có tín hiệu tác động từ bộ phận so sánh truyền đến, rơle điện từ tác động, các tiếp điểm của chúng chuyển trạng thái từ mở sang đóng hoặc ng−ợc lại. Các tiếp điểm này có dòng làm việc định mức đến 5A và điện áp làm việc định mức 220V. Mặt khác rơle điện từ còn cho phép cách li về điện giữa hai phần mạch điện tr−ớc và sau rơle.
Thông th−ờng mỗi rơle thời gian đ−ợc lắp hai cặp tiếp điểm, trong đó một cặp (gồm một tiếp điểm th−ờng đóng và một tiếp điểm th−ờng mở) tác động tức thời và một cặp tác động có thời gian trễ tạo điều kiện thuận lợi trong sử dụng.
f) Bộ phận chỉnh định
Bộ phận chỉnh định là các núm xoay trơn liên tục (nh− ở rơle kĩ thuật t−ơng tự) hoặc các nút ấn, phím gạt nhỏ, núm xoay từng b−ớc (nh− ở các rơle kĩ thuật số) dùng để chỉnh định (đặt tr−ớc) các thông số thời gian trễ làm việc của rơle hoặc phức tạp hơn, nh− trong các rơle lập trình đ−ợc, các nút này dùng để chọn (đặt) chức năng làm việc, thay đổi dài thời gian, đơn vị thời gian, hẹn giờ, đặt ch−ơng trình làm việc cho rơle và chỉnh về 0.
g) Bộ phận chỉ thị (hiển thị)
Bộ phận này chỉ thị cho ng−ời sử dụng biết rõ các thông số chỉnh định, các thông số làm việc hiện thời (hiện tại) chức năng làm việc… của rơle.
Tín hiệu hiển thị th−ờng đ−ợc hiển thị ở dạng chữ số và chữ cái, hình mã hóa trên bàn in, bảng đèn LED hoặc trên màn hình tinh thể lỏng LCD
cùng với các đèn tín hiệu LED hoặc nhấp nháy theo một quy luật (mã hóa) nào đó.
Trong các bộ phận trên, bộ phận chỉnh định và bộ phận chỉ thị là hai bộ phận chính thực hiện việc “giao tiếp” trực tiếp giữa ng−ời sử dụng và rơle.
Hình 2.12 Rơle thời gian vi mạch