Khi điều khiển các quá trình hoạt động của thiết bị, máy móc cần có thời gian trễ lớn: từ vài phút đến vài giờ hoặc lâu hơn nữa, hay các quá trình làm việc diễn ra có tính lập lại theo chu kì, ng−ời ta th−ờng sử dụng các rơle thời gian kiểu động cơ. Loại rơle này có cấu trúc chung nh− sơ đồ hình 2.7
Rơle gồm các bộ phận chính sau:
1. Bộ phận động lực
Bộ phận động lực để rơle hoạt động liên tục, lâu dài là các động cơ công nhỏ cỡ 2ữ5(W). Có 2 loại động cơ đ−ợc dùng nh− sau:
a) Động cơ không đồng bộ một pha kiểu vòng ngắn mạch (vòng chập) lõi thép stato có hai cực, làm bằng thép lá kĩ thuật điện ghép. Dây quấn kiểu tập trung một cuộn. Trên cực có đặt một vòng ngắn mạch bằng đồng dẫn điện tốt, tiết diện lớn. Vòng ngắn mạch ôm một phần (cỡ 1/3ữ1/2) diện tích cực từ. Điện áp làm việc của động cơ có 110(V) và 220(V) xoay chiều. Tốc độ quay của rôto là: 2920(vòng/phút) ở tần số điện nguồn 50(Hz). Đầu trục ra của động cơ liền với đầu trục vào của bộ giảm tốc. Động cơ đ−ợc cấp điện, rôto quay liên tục để truyền công suất cơ cho bộ tạo thời gian hoạt động trong suốt quá trình rơle làm việc. Cấu tạo động cơ loại này nh− ở hình 2.8a. Đặc điểm của loại động cơ này là cấu tạo đơn giản, ít h− hỏng.
Tốc độ quay phụ thuộc vào dao động của điện áp nguồn, dẫn đến giảm độ chính xác của rơle. U~ 1 2 3 4
Hình 2.8a Động cơ trong rơle thời gian b) Động cơ không đồng bộ một pha kiểu chạy tụ
Loại này th−ờng đ−ợc chế tạo có bốn cực, hai cuộn dây gồm: một cuộn chạy và một cuộn phụ nối với tụ điện. Mỗi cuộn dây đ−ợc chia làm hai cuộn nhỏ, đặt trên hai cực xen kẽ nhau. Tốc độ động cơ là 1460 vòng/phút ở tần số nguồn 50(Hz). Công suất cơ từ 4ữ8(W). Động cơ này nối với một hộp giảm tốc cơ khí, có mômen ở đầu trục ra lớn, đủ để cuộn chặt dây cót của bộ phận tạo thời gian trễ kiểu đồng hồ. Khi dây cót đã đ−ợc cuộn chặt, động cơ đ−ợc ngắt điện và dừng quay, lò xo dây cót xổ ra, giải phóng năng l−ợng làm cơ cấu đồng hồ làm việc. Trong thời gian động cơ điện cuộn dây cót từ 15ữ20(s), cơ cấu đồng hồ vẫn làm việc bình th−ờng. Khi dây cót xổ ra gần hết, động cơ đ−ợc tự động đóng điện, lại cuộn chặt dây cót cho chu kì làm việc mới. Thời gian quá trình xổ dây cót từ 60ữ120(phút). Nh− vậy cơ cấu đồng hồ tạo thời gian trễ làm việc đ−ợc nhờ động cơ nạp năng l−ợng cho dây cót. Dẫn đến thời gian trễ của rơle đảm bảo chính xác, không bị
ảnh h−ởng của dao động điện áp nguồn và vẫn tạo đ−ợc khoảng thời gian trễ lớn.
c) Động cơ b−ớc
Là một dạng đặc biệt của động cơ đồng hồ một pha. Stato th−ờng có một cuộn dây đặt trong lõi thép có nhiều cực. Rôto là một nam châm vĩnh cửu. Khi có một nửa sóng điện áp nguồn (hình sin) hoặc một xung điều khiển đặt vào động cơ, rôto sẽ quay đ−ợc một góc xác định, gọi là một b−ớc, sau đó đặt tiếp nửa sóng thứ hai hoặc một xung ng−ợc cực tính với xung tr−ớc, rôto lại quay tiếp đ−ợc góc thứ hai. Nh− vận động cơ quay thành từng b−ớc gián đoạn (không trơn liên tục nh− động cơ th−ờng), tốc độ quay tùy thuộc tần số điện áp nguồn hay tần số xung đ−a vào động cơ. Khi tần số nguồn là 50Hz, động cơ quay đ−ợc 2.f =100 buớc/s. Mỗi b−ớc quay ứng với thời gian 0,01(s). Do đó thời gian trễ của rơle chính xác đến 0,01(s) không phụ thuộc sự giao động trị số điện áp, chỉ phụ thuộc vào tần số điện áp nguồn, không phụ thuộc nhiệt độ môi tr−ờng làm việc.
2. Bộ phận tạo thời gian
Là các bộ giảm tốc bánh răng cơ khí, t−ơng tự nh− ở đồng hồ thời gian cơ. Dùng để biến đổi tốc độ quay nhanh của động cơ xuống tốc độ chậm, thích hợp với thời gian trễ cần có của rơle từ vài giờ cho đến hàng tuần hoặc lâu hơn.
3. Bộ phận tiếp điểm
Trong rơle có thể chỉ có cặp tiếp điểm có thời gian (gồm 1 th−ờng đóng và 1 th−ờng mở) hoặc có hai cặp tiếp điểm: một cặp có thời gian và một cặp tác động tức thời (không có thời gian trễ). Các tiếp điểm này đ−ợc đóng mở bằng hệ thống bánh xe cam gắn trên đầu trục ra của hộp giảm tốc. Tùy theo hình dạng và tốc độ quay của bánh xe cam để có thời gian đóng mở tiếp điểm tùy ý. Điều chỉnh thời gian trễ của rơle bằng cách thay đổi vị trí ban đầu của hệ thống tiếp điểm nhờ các nút gặt hay nút ấn.
Rơle có thể gồm nhiều bánh xe cam và cặp tiếp điểm t−ơng ứng để có thể lập và thay đổi ch−ơng trình làm việc của rơle khi cần điều khiển các qui trình công nghệ phức tạp theo thời gian.
Ví dụ cấu tạo một loại rơle thời gian kiểu động cơ nh− trên hình (2.8b,c).
Hình 2.8b Rơle thời gian kiểu động cơ