1. Cấu tạo
Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ nh− trên hình 2.2:
Mạch từ gồm lõi 1, nắp 2, tấm đệm phi từ tính 3 (th−ờng bằng các tấm đồng mỏng 0,1(mm)). Lõi sắt 1 đ−ợc bắt chặt lên bảng điện 4 nhờ đế nhôm 5. Trên đế còn lắp hệ thống tiếp điểm 6. Nam châm điện một chiều có lõi làm bảng thép armkô. Nhánh phải có tiết diện tròn để chế tạo và láp ráp cuộn dây đ−ợc thuận tiện. Nhánh trái có tiết diện chữ nhật, nhờ đó tăng đ−ợc chiều dài chỗ tiếp xúc giữa lõi và nắp từ là phần chuyển động, do đó tăng đ−ợc độ bền cơ chống mài mòn của cạnh quay. Trên nhánh trái có lắp một vòng ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng 8, tiết diện lớn, làm bằng vật liệu dẫn điện tốt nh− đồng hoặc nhôm .
Hình 2.2 Rơle thời gian điện từ
Bộ phận duy trì thời gian của rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, trên cơ sở sử dụng dòng điện cảm ứng xuất hiện trong ống dẫn điện trụ rỗng, khi từ thông chính do cuộn dây sinh ra trong mạch từ biến thiên. Theo định luật Lenxơ, dòng điện cảm ứng này có chiều sao cho từ thông của nó sinh ra chống lại sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thông chính. Do vậy, tốc độ tăng hay giảm của từ thông chính khi cuộn dây đ−ợc đóng hay ngắt điện sẽ chậm đi. Có nghĩa thời gian tác động và thời gian nhả của rơle đ−ợc tăng lên.
Muốn có thời gian nhả chậm hơn, từ dẫn khe hở không khí làm việc và khe hở phụ phải rất lớn, cho nên các bề mặt tiếp xúc giữa lõi và nắp nam châm điện phải đ−ợc mài nhãn.
Đế đúc nhôm của rơle còn đóng thêm vai trò vòng ngắn mạch phụ để tăng thời gian nhả chậm.
Trong vật liệu từ lí t−ởng, sau khi ngắt điện cuộn dây, từ thông trong lõi giảm đến giá trị còn d− Φd. Giá trị Φd do vật liệu và kích th−ớc mạch từ quyết định. Lực khử từ càng nhỏ, mật độ từ thông d− Bd càng nhỏ, từ thông d− Φd càng bé thì thời gian nhả chậm của rơle càng lớn. Thời gian nhả chậm đối với mạch từ bão hòa có thể tính theo công thức:
∫Φ Φ Φ Φ = d 0 LW d R W t 2 Trong đó: W là số vòng ống ngắn mạch, th−ờng chọn W = 1 R là điện trở vòng ngắn mạch: ( ) s l . . 1 . R =ρ +αθ
Điện trở R phụ thhuộc vào điện trở suất ρ của vật liệu, kích th−ớc chiều dài trung bình một vòng l, tiết diện ngang s, hệ số nhiệt điện trở α và nhiệt độ làm việc θ của vòng, do đó ảnh h−ởng đến thời gian nhả chậm của rơle.
Ngoài ra vật liệu có độ t− thẩm cao ở đoạn ch−a bão hòa của đ−ờng cong từ hóa cũng cho thời gian nhả chậm lớn.
Trong những điều kiện giống nhau thời gian nhả chậm do từ thông ban đầu Φ0 quyết định, giá trị này do đ−ờng cong từ hóa ở trạng thái đóng quyết định. Vì dòng điện trong cuộn dây và điện áp tỉ lệ với nhau nên t−ơng quan giữa từ thông và điện áp Φ(U) cùng tỉ lệ nh−ng ở tỉ lệ khác. Khi mạch từ ch−a bảo hòa, ở điện áp định mức, giá trị Φ0 phụ thuộc nhiều vào giá trị điện áp nguồn. Khi đó thời gian chậm sẽ phụ thuộc theo điện áp đặt vào cuộn dây.
Trong các sơ đồ truyền động điện, điện áp đặt lên cuộn dây th−ờng thấp hơn định mức. Do đó thời gian nhả chậm củng nhỏ do Φ0 nhỏ. Để tạo đ−ợc thời gian nhả chậm không phụ thuộc vào điện áp nguồn, mạch từ phải bão hòa cao (hình 2.3). Trong một vài rơle, điện áp sụt đến 50% cũng không ảnh h−ởng đến thời gian chậm.
Muốn thời gian nhả chậm ổn định, thời gian cấp điện cho cuộn dây phải đủ lớn để từ thông đạt đủ đến giá trị xác lập Φ0. Thời gian này gọi là thời gian nạp (hay thời gian chuẩn bị). Nếu thời gian nạp không đủ, thời gian nhả chậm sẽ bị giảm đi. Thời gian nạp vào khoảng 1 giây.
Nhiệt độ môi tr−ờng cũng ảnh h−ởng đến thời gian nhả chậm. Nhiệt độ tăng làm thời gian nhả chậm giảm, đôi khi giảm đến 50%. Chịu ảnh h−ởng của nhiệt độ là nh−ợc điểm của loại rơle này.
2. Điều chỉnh thời gian làm việc của rơle
Có thể điều chỉnh thời gian tác động của rơle bằng cách thay đổi lực căng của lò xo nhả 9 (hình 2.2). Nếu tăng lực lò xo sẽ làm tăng lực hút ban đầu dẫn đến tăng thời gian tác động. Nh−ng vì ở trạng thái mở của nam châm điện hằng số thời gian điện từ của nam châm điện nhỏ nên thời gian nhả chậm khi hút củng nhỏ, khoảng 0,2(s).
Khi cần thời gian nhả chậm lớn hơn 1(s) phải dùng rơle ở chế độ nhả. Lúc này có thể điều chỉnh thời gian nhả chậm bằng các cách sau:
Thay đổi lực lò xo tách nắp 11 (hình 2.2). Đầu trên lò xo này tựa vào miếng lót 14 đã đ−ợc chốt 15 vặn chặt lên nắp. Đầu d−ới lò xo truyền lực lên chốt đồng 12 tự do di chuyển trong lỗ ở nắp. Trục chốt đồng 12 di chuyển t−ơng đối với trục lò xo. ở trạng thái đóng chốt 12 bị đẩy lên và lò xo 11 bị thêm lực ép. Lò xo 11 tạo ra lực chính tách nắp ra khỏi lõi trong giai đoạn đầu quá trình nhả của rơle. Thay đổi lực ép ban đầu của lò xo tức là thay đổi lực tách nắp nhờ ốc điều chỉnh 13.
Nếu tăng lực lò xo 11, làm tăng lực tách nắp, tăng từ thông nhả, dẫn đến giảm thời gian nhả chậm của rơle (hình 2.4a). Ng−ợc lại giảm lực lò xo sẽ tăng thời gian nhả chậm. Khi từ thông nhảΦnh gần bằng từ thông d− Φd
thì thời gian nhả chậm tăng lên rất nhiều và sai lệch tăng nhiều, làm giảm độ chính xác của rơle. Do vậy không nên cho rơle làm việc ở vùng Φnh =
Φd.
Để thay đổi trong phạm vi lớn và nhảy cấp (điều chỉnh thô) thời gian nhả chậm của rơle, có thể chiều dày tấm đệm phi từ tính đặt giữa nắp và lõi thép. ở trạng thái đóng, mạch từ bão hòa, bề dày tấm đệm ít ảnh h−ởng đến giá trị Φ0. Khi giảm chiều dày tấm đệm phi từ tính (th−ờng bằng các lá đồng vàng mỏng 0,1ữ0,3mm), sẽ làm tăng độ từ cảm của cuộn dây có lõi thép, mạch từ ở trạng thái không bão hòa và làm giảm tốc độ suy giảm của từ thông trong lõi, kết quả thời gian nhả chậm tăng lên (hình 2.4b).
Loại rơle này đ−ợc chế tạo có thời gian nhả chậm từ 0,3ữ5(s), sử dụng điện một chiều. Dòng định mức của rơle 10(A) ở điện áp 110(V) và 5(A) ở điện áp 220(V). Rơle làm việc bền, chắc chắn.