2.1.1 .Cơng dụng
4.4. Rơle cảm ứng
4.4.1. Khái niệm
Rơle cảm ứng làm việc dựa trên nguyên lý tác dụng tương hỗ giữa từ trường xoay chiều với dịng điện cảm ứng trong phần động của rơle. Do đĩ rơle cảm ứng chỉ dùng trong mạch xoay chiều.
a) b)
Hình 4 – 3 : Sơ đồ kết cấu rơle từ điện
a) Phần động chuyển động quay b) Phần động chuyển động tịnh tiến
1. Nam châm vĩnh cửu; 2. mạch từ; 3. Khung dây; 4. tiếp điểm động; 5. Tiếp điểm tĩnh; 6. Lị xo nhả
Phần động của rơle cĩ các dạng: hình đĩa, hình trụ rỗng mỏng và được làm bằng nhơm vì nhơm vừa dẫn điện tốt cho phép tạo ra dịng cảm ứng lớn, vừa nhẹ cho phép giảm quán tính cơ làm cho rơle tác động nhanh, nhạy.
Theo kết cấu của phần động, rơle cảm ứng được phân làm hai loại chính: loại đĩa và loại cốc.
Loại đĩa quay cĩ mạch từ hình [ trên đĩ cĩ cuộn dây nhận tín hiệu vào. Phần động là một đĩa nhơm đặt trong khe hở khơng khí của mạch từ và quay quanh một trục. Kết cấu loại này đơn giản, dễ chế tạo, mơ men quay lớn, nhưng thời gian tác động chậm nên được dùng để tạo ra rơle tác động cĩ thời gian trễ.
Loạicốc quay cĩ mạch từ hình khung vuơng và 4 cực, trên đĩ cĩ các cuộn dây đưa tín hiệu vào. Phần động là một roto rỗng bằng nhơm mỏng, đặt trong khe hở khơng khí giữa 4 cực từ. Rơ to này rất nhẹ nên thời gian tác động của rơle rất nhanh ( đến 0,02 giây), mơ men quay nhỏ. Kết cấu loại rơle này phức tạp, chế tạo yêu cầu chính xác cao hơn loại đĩa quay.
Để mở rộng tính năng làm việc và phạm vi ứng dụng của rơle cảm ứng người ta tạo ra các loại rơle làm việc theo hai nguyên lý khác nhau như: cảm ứng và điện từ hoặc cảm ứng và điện động. Do vậy cĩ các loại rơle cảm ứng điện từ và rơle cảm ứng điện động. Trên cơ sở của hai loại rơle này, cĩ thể tạo ra các loại rơle cĩ các chức năng khác nhau trong điều khiển, bảo vệ hệ thống lưới điện như rơle dịng điện, điện áp, cơng suất, tần số, tổng trở,….
4.4.2. Rơ le cảm ứng dịng cực đại
Nguyên lý cấu tạo và hoạt động của rơle cảm ứng được trình bày trên hình 4 – 4.
Rơ le gồm hai hệ thống: Cảm ứng và điện từ
- Hệ thống cảm ứng: Gồm mạch từ 1 hình [, trên đĩ đặt cuộn dây dịng điện 2 cĩ nhiều đầu dây ra ứng với số vịng khác nhau. Trên mỏm cực từ cĩ đặt vịng ngắn
Hình 4 – 4 : Nguyên lý cấu tạo rơ le cảm ứng dịng cực đại
1. Mach từ; 2. Cuộn dây dịng; 3. Vịng ngắn mạch; 4. Đĩa nhơm; 5. Trục quay; 6. Vít vơ tận; 7. Khung nhơm; 8. Lị xo nhả; 9. Chốt định vị; 10. Bánh răng rẻ quạt; 11. Tay địn ngang; 12. Nắp từ; 13. Tiếp điểm tác động chậm; 14. nam châm vĩnh cửu; 15. Vít điều chỉnh thời gian; 16. Shun từ; 17. Vít điều chỉnh 2; 18. Tiếp điểm tác động tức thời; 19. Thanh truyền.
mạch 3 để tạo mơ men quay đĩa. Đĩa nhơm 4 đặt trong khe hở khơng khí δ giữa hai cực từ và cố định trên trục quay 5. Trên trục được cố định vít vơ tận 6 và trục quay trên ổ đỡ O1O1đặt trên khung 7, khung này cĩ thể quay quanh trục O2O2.
Khi dịng điện trong cuộn 2 cịn nhỏ hơn dịng điện chỉnh định, rơ le chưa tác động. Lúc này, dưới tác dụng của lị xo nhả số 8, khung 7 bị kéo quay về tỳ vào chốt 9, làm cho vít vơ tận khơng ăn khớp với bánh răng hình quạt 10. Bánh răng hình quạt 10 ở vị trí thấp nhất và đĩa nhơm 4 quay tự do. Nắp từ 12 quay được quanh O4và cĩ phần trái nặng hơn phần bên phải, do đĩ hệ thống tiếp điểm 13 của rơle ở trạng thái mở.
Khi dịng trong cuộn 2 đạt tới trị số dịng điện tác động, mơ men quay đủ lớ, làm đĩa quay nhanh hơn. Đồng thời mơ men quay cũng thắng được mo men cản do lị xo nhả 8 gây ra, làm khung 7 quay quanh trục O2O2, dẫn đến vít vơ tận 6 ăn khớp với bánh răng 10. Bánh răng được nâng dần lên khi đĩa quay. Trên bánh răng 10 cĩ gắn tay địn ngang 11. Tay địn này nâng dần phần trái của nắp từ 12 lên, làm giảm dần khe hở khơng khí δ2 ở đầu bên phải nắp từ 12, như vậy lực hút điện từ tác dụng lên đầu nắp từ ở khe hở δ2 tăng dần. Sau một thời gian nào đĩ, tuỳ thuộc vào trị số dịng tác động, lực điện từ đủ lớn, hút đầu nắp từ 12 rất nhanh về phía gơng từ 1, làm đĩng hệ thống tiếp điểm thường mở 13 của rơ le, rơ le đã tác động.
Nếu dịng quá tải trong cuộn dây tăng cao, mơ men quay đĩa sẽ lớn, đĩa quay với tốc độlớn hơn, bánh răng rẻ quạt chuyển động nhanh hơn, rơ le tác đọng sớm hơn hay thời gian tác động của rơ le giảm xuống . Nam châm vĩnh cửu 14 dùng đẻ tạo mơ men hãm đĩa làm cho đĩa quay được ổn định.
Khi dịng điện trong cuộn dây rơ le giảm xuống đến dịng điện nhả hoặc ngắt hẳn, lị xo 8 sẽ kéo khung 7 làm vít vơ tận 6 tách khỏi bánh răng hình rẻ quạt 10. Bánh răng tự rơi xuống, tồn bộ hệ thống trở về vị trí ban đầu.
Vít điều chỉnh 15 dùng để thay đổi gĩc tiếp xúc ban đầu của bánh răng 10 và vít vơ tận 6, làm thay đổi quãng đường dịch chuyển của bánh răng, nên thay đổi được thời gian tác động của rơ le khi cĩ dịng quá tải.
Trên khung 7 cịn gắn một shun từ 16 để tập trung từ thơng tản của hệ thống mạch từ, tạo ra lực hút bổ xung giúp cho bánh răng ăn khớp với vít vơ tận được chắc chắn hơn.
Giá trị dịng điện nhỏ nhất làm bánh răng ăn khớp với vít vơ tận gọi là dịng tác động.
Ngồi tiếp điểm tác động cĩ thời gian đã nêu trên , rơ le cịn được nắp một bộ tác động tức thời (khơng cĩ thời gian trễ) để tạo thuận tiện trong việc sử dụng rơ le.
- Hệ thống điện từ: Gồm mạch từ hình [ đặt vuơng gĩc với mặt phẳng của mạch từ hình [ của hệ thống cảm ứng. Một đầu gắn tiếp xúc với mạch từ 1, đầu kia gắn với nắp từ 12. Nắp 12 cĩ tâm quay là O4. Do nắp cĩ phần trái nặng hơn phần phải nên dùng vít 17 để điều chỉnh độ lớn khe hở khơng khí δ2của mạch từ. Khi cĩ dịng quá tải chạy trong cuộn dây, vì từ trở của hệ thống điện tương đối lớn so với từ trở của hệ thống cảm ứng, nên từ thơng đi qua hệ thống điện từ nhỏ, lực hút ở khe hở δ2 nhỏ khơng đủ lớn để hút ngay nắp 12. Nắp 12 chỉ được hút ở giai đoạn cuối, khi hệ thống cảm ứng làm việc như đã nĩi ở trên.
Khi cĩ dịng quá tải lớn hoặc dịng ngắn mạch, từ thơng do cuộn dây rơ le sinh ra rất lớn. lực hút điện từ ở khe hở δ2đủ lớn để hút ngay nắp 12 về thân mạch từ 1, tiếp điểm được đĩng ngay. Như vậy thừi gian tác động của rơ le rất nhỏ, khơng phụ thuộc vào tốc độ quay của đĩa để thay đổi dịng điện chỉnh định.