Rơ le nhiệt được biết đến là một thiết bị điện quan trọng trong việc bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải dòng điện. Qua đó đảm bảo an toàn cho hệ thống, nâng cao tuổi thọ cho các thiết bị điện khác.
Trong bài viết này, hãy cùng Nam Phương Việt tìm hiểu chi tiết về loại thiết bị này nhé.
Rơ le nhiệt là gì? Đặc điểm của rơ le nhiệt
Trong lĩnh vực kỹ thuật điện, thuật ngữ “Rơ le nhiệt” hay còn có các tên gọi khác là relay nhiệt, rơle nhiệt, role nhiệt, là một loại thiết bị điện được sử dụng để bảo vệ các mạch điện và thiết bị điện khỏi tình trạng quá tải dòng điện. Hoạt động dựa trên cơ chế giãn nở nhiệt của các tấm kim loại.
Điểm đáng chú ý của rơ le nhiệt:
- Rơ le nhiệt không thể tự ngắt được nguồn điện, mà chỉ có thể thay đổi trạng thái các tiếp điểm của chính nó. Vì vậy khi lắp đặt, người dùng cần lắp chung với Contactor (khởi động từ) hoặc cầu chì để vừa có thể bảo vệ quá dòng, vừa có thể bảo vệ quá tải.
- Rơle nhiệt hoạt động dựa trên cơ chế giãn nở nhiệt nên sẽ có quán tính nhiệt từ vài giây đến vài phút mới tác động. Vì vậy chỉ có thể sử dụng để bảo vệ quá tải. Để có chức năng bảo vệ ngắn mạch, người dùng cần lắp kèm Aptomat hoặc Cầu chì.
- Rơle nhiệt có khả năng tự phục hồi khi nhiệt độ giảm xuống mức an toàn.
- Role nhiệt có thể hoạt động được trong dải điện áp xoay chiều lên đến 500V/50Hz, dòng định mức từ vài trăm mA ~ vài trăm A. Các hãng sản xuất rơ le nhiệt lớn như Mitsubishi, LS, Schneider, Eaton thường cung cấp các loại rơ le với khoảng tác động từ 0,1A ~ 800A.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt
Cấu tạo của role nhiệt
Như bạn đã thấy, rơ le nhiệt được cấu thành từ các bộ phận chính sau đây:
1. Phần vỏ relay:
- Làm bằng nhựa cách điện, có chức năng bảo vệ các bộ phận bên trong khỏi các tác động của môi trường bên ngoài như bụi bẩn, nước, va đập, v.v.
- Trên vỏ có thể có các ký hiệu và thông số kỹ thuật của rơle nhiệt.
2. Cơ cấu bẻ cong (Bao gồm các thanh lưỡng kim và lò xo):
Thanh lưỡng kim (Lá bimetal):
Được ghép lại từ hai lớp kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi dòng điện chạy qua rơ le quá lớn, nhiệt lượng sinh ra làm lá bimetal cong lại, tác động lên lò xo và kích hoạt cơ chế ngắt mạch.
Vật liệu chế tạo thanh lưỡng kim thường là:
- Invar (36% Ni, 64% Fe): độ giãn nở dài 1,2 x 10-6 K-1 và độ giãn nở thể tích 3,6 x 10-6 K-1.
- Hợp kim Fe – Cr – Ni hoặc đồng thau có độ giãn nở nhiệt lớn hơn. Cụ thể ở vật liệu đồng, độ giãn nở dài 17 x 10-6 K-1 và độ giãn nở thể tích 51 x 10-6 K-1.
Lò xo: Có vai trò giữ thanh lưỡng kim ở vị trí ban đầu khi nhiệt độ thấp.
3. Các tiếp điểm của rơ le nhiệt:
Có hai loại tiếp điểm chính:
- Tiếp điểm thường đóng (NC): Khi rơ le hoạt động bình thường, tiếp điểm này đóng lại, cho phép dòng điện chạy qua. Khi có quá tải, lá bimetal cong và làm cho tiếp điểm này mở ra, ngắt mạch điện.
- Tiếp điểm thường mở (NO): Khi hệ thống bị quá tải, các tiếp điểm NO sẽ đóng, kết nối mạch điện phụ (thường dùng cho chuông báo động hoặc đèn báo). Khi hệ thống về lại bình thường sẽ mở ra.
4. Nút điều chỉnh: Được thiết kế dạng núm vặn hoặc nút bấm, dùng để thiết lập dòng định mức của động cơ.
5. Các cực: Gồm 3 thanh đồng để kết nối với Contactor, ký hiệu là L1, L2, L3.
Một số rơle nhiệt có thể có thêm các bộ phận khác như:
- Cầu chì: Bảo vệ rơle nhiệt khỏi bị hư hỏng do đoản mạch.
- Nút reset: Dùng để cài đặt rơle nhiệt về trạng thái ban đầu sau khi hoạt động.
- Đèn báo: Chỉ báo trạng thái hoạt động của rơle nhiệt.
Nguyên lý hoạt động của relay nhiệt
“Rơ le nhiệt hoạt động dựa trên cơ chế giãn nở vì nhiệt của kim loại.”
Khi dòng điện chạy qua rơ le nhiệt vượt quá mức cho phép, nhiệt lượng sinh ra sẽ làm nóng thanh lưỡng kim bên trong rơ le. Đến một mức nhất định, thanh lưỡng kim bị cong lại do sự chênh lệch về độ giãn nở của hai loại kim loại. Và tác động lên cơ cấu tiếp điểm, làm cho các tiếp điểm này tách ra, kích hoạt cơ chế ngắt mạch, ngắt nguồn điện và bảo vệ các thiết bị khỏi bị hư hỏng.
Tác dụng của rơ le nhiệt trong công nghiệp và dân dụng
Rơ le nhiệt đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sử dụng động cơ điện. Dưới đây là một số tác dụng tiêu biểu:
- Ngăn ngừa quá tải do dòng điện quá lớn ở các thiết bị và hệ thống điện
- Ngăn ngừa và giảm thiểu các nguy cơ cháy nổ do quá nhiệt
- Đảm bảo an toàn cho hệ thống điện, nhà máy và công nhân
- Tích hợp vào các hệ thống điều khiển tự động để bảo vệ các thiết bị điện và quá trình sản xuất, đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị.
- Tăng tuổi thọ cho thiết bị điện, giảm thiểu chi phí sửa chữa và thay thế.
Ứng dụng thực tế của rơ le nhiệt
Với những lợi ích thiết thực và vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị và an toàn của hệ thống, người lao động. Mà rơ le nhiệt đã và đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống công nghiệp và dân dụng. Cụ thể:
- Được sử dụng để bảo vệ máy biến áp, máy bơm, máy nén khí, lò nung và nhiều thiết bị điện công nghiệp khác.
- Rơ le nhiệt cũng được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa như hệ thống băng tải, hệ thống HVAC, các máy móc tự động,… để bảo vệ các thiết bị và quá trình sản xuất. Đặc biệt là bảo vệ cho động cơ điện khỏi bị quá tải, ngắn mạch hoặc kẹt roto.
- Bảo vệ các thiết bị điện trong các hệ thống tủ điện điều khiển công nghiệp khỏi quá nhiệt, đảm bảo an toàn cho hệ thống điều khiển tự động.
- Bảo vệ hệ thống điện trong nhà và các thiết bị gia dụng như máy bơm nước, bình nóng lạnh, máy điều hòa, lò vi sóng…
Các loại role nhiệt phổ biến trên thị trường
Trên thị trường hiện đang có rất nhiều loại rơle nhiệt, tùy vào từng tiêu chí mà người ta chia thiết bị này thành những nhóm khác nhau. Cụ thể có 3 nhóm thông dụng sau đây:
Rơ le nhiệt 1 pha
Trên thực tế không có rơ le nhiệt 1 pha, để sử dụng được cho điện 1 pha, khi đấu nối người ta nối dây pha của điện 1 pha vào 1 chân của rơle và dây nguội được nối với 2 chân còn lại của rơ le nhiệt 3 pha để có thể khởi động được chức năng bảo vệ.
Lưu ý, rơ le chỉ có tác động khi cả 3 chân của nó được đấu nối.
Rơle nhiệt 1 pha được dùng để bảo vệ cho động cơ điện 1-pha 220V và các thiết bị điện gia dụng như máy bơm nước, máy điều hòa, tủ lạnh…
Rơ le nhiệt 3 pha
Rơ le nhiệt 3 pha chủ yếu được sử dụng ở các nhà máy sản xuất, trung tâm thương mại, tòa nhà cao tầng,… Nơi có sự hiện hữu của nguồn điện 3 pha.
- Trong các máy móc, thiết bị công nghiệp: máy bơm nước, máy nén khí, quạt hút bụi, băng tải, máy tiện, máy phay, máy dệt, v.v.
- Trong các hệ thống máy biến áp, máy phát điện, v.v.
- Bảo vệ động cơ của hệ thống điều hòa không khí trung tâm, thang máy… trong các tòa nhà.
Dưới đây là một số mẫu rơ le nhiệt 3 pha tốt nhất hiện nay:
Rơ le nhiệt điện tử
Rơ le nhiệt điện tử sử dụng các cảm biến nhiệt độ điện trở (thermistor) hoặc cặp nhiệt điện để đo nhiệt độ chính xác của thiết bị được bảo vệ. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, các cảm biến này sẽ gửi tín hiệu đến mạch điện tử bên trong rơ le. Mạch điện tử này sẽ xử lý tín hiệu và ra lệnh cho tiếp điểm của rơ le mở, ngắt mạch điện.
Ưu điểm nổi bật của rơ le nhiệt điện tử:
- Độ chính xác cao nhờ vào các cảm biến nhiệt độ điện tử
- Thời gian phản ứng nhanh
- Nhiều chức năng: bảo vệ quá tải nhiệt, bảo vệ quá dòng, mất pha, ngắn mạch…
- Điều chỉnh nhiệt độ cài đặt và các thông số khác một cách dễ dàng thông qua các nút bấm hoặc màn hình hiển thị.
- Rơ le nhiệt điện tử có thể được kết nối với các hệ thống điều khiển tự động để tạo thành các hệ thống bảo vệ phức tạp hơn.
Ứng dụng:
- Trong các máy móc, thiết bị công nghiệp: máy bơm nước, máy nén khí, quạt hút bụi, băng tải, máy tiện, máy phay, máy dệt, v.v.
- Trong các hệ thống ngành điện lực: máy biến áp, máy phát điện, v.v.
- Trong các thiết bị gia dụng: máy giặt, máy lạnh, quạt gió, máy bơm nước, v.v.
- Hệ thống điện năng lượng: Bảo vệ các thiết bị điện trong hệ thống năng lượng mặt trời, gió…
Ngoài 3 loại rơ le nhiệt ở trên, còn có một số loại khác bao gồm: rơ le nhiệt bình nóng lạnh, rơ le nhiệt nồi cơm điện, rơ le nhiệt tủ lạnh, rơ le nhiệt ấm siêu tốc, rơ le nhiệt bàn là,…
Cách lựa chọn rơ le nhiệt
Để bảo vệ động cơ hiệu quả, việc lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp là rất quan trọng. Việc chọn nên dựa trên dải dòng điện hoạt động của động cơ. Một số người dùng lựa chọn rơ le nhiệt dựa trên dòng điện của contactor hoặc aptomat là không chính xác, nên trong một số trường hợp mặc dù có lắp đặt rơ le nhiệt nhưng động cơ vẫn bị cháy khi có quá tải.
Dưới đây là một số bước hướng dẫn chọn rơle nhiệt phù hợp:
Bước 1: Xác định công suất động cơ
- Công suất động cơ thường được ghi trên bảng tên (name plate) của động cơ. Tính bằng đơn vị W (Watt) với ĐC 1 pha và kVA (Kilo Volt Ampere) với ĐC 3 pha.
Bước 2: Chọn dòng điện định mức rơ le nhiệt
- Dòng điện rơle nhiệt cần lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của động cơ.
- Nên chọn Inrơle cao hơn 10% ~ 20% so với Iđm của động cơ để đảm bảo an toàn.
Bước 3: Xác định điện áp định mức
- Điện áp định mức của rơ le phải tương thích với điện áp nguồn của hệ thống.
Bước 4: Xác định thời gian tác động của rơ le
- Tùy thuộc vào loại tải: Đối với các tải có quán tính nhiệt lớn (như động cơ), thời gian phản ứng có thể chọn lâu hơn. Ngược lại, đối với các tải có quán tính nhiệt nhỏ, thời gian phản ứng nên ngắn hơn.
Bước 5: Xác định nhiệt độ và độ ẩm của môi trường làm việc
Bước 6: Lựa chọn loại rơle nhiệt, kích thước, kiểu dáng và thương hiệu
Một số lưu ý khi chọn rơ le nhiệt:
- Chọn rơ le nhiệt có ngưỡng điều chỉnh tương ứng với dải hoạt động của động cơ hoặc cao hơn một chút. Ngưỡng điều chỉnh thấp nhất của rơle nhiệt nên thấp hơn khoảng giữa trong dòng làm việc của động cơ. Ngưỡng điều chỉnh cao nhất của rơle nhiệt phải cao hơn ngưỡng trên của dòng làm việc của động cơ.
- Một số loại rơ le nhiệt có sẵn chân cắm vào khởi động từ (thường là các rơle nhiệt loại nhỏ). Do đó nó chỉ lắp được đúng loại khởi động từ tương thích với nó. Ví dụ dòng rơle nhiệt ZB của Eaton chỉ lắp được cho contactor D-Line của Eaton.
- Một số dòng rơ le nhiệt cao cấp có tích hợp chức năng bảo vệ mất pha. Tuy nhiên loại này không thông dụng phải đặt hàng khá lâu. Do đó nên sử dụng rơle bảo vệ mất pha riêng.
Để tính toán dòng điện định mức của rơ le, bạn có thể sử dụng công thức:
I = P / (√3 x U x cosφ)
Trong đó:
- I: Dòng điện (A)
- P: Công suất (W)
- U: Điện áp pha (V)
- cosφ: Hệ số công suất
Hệ số điều chỉnh của rơ le nhiệt thông thường nằm trong khoảng 1.1 – 1.3 lần dòng định mức của động cơ.
Hướng dẫn cách đấu rơ le nhiệt 3 pha
Có 2 phương pháp để đấu nối rơle nhiệt: theo nguyên lý điện áp và nguyên lý dòng điện. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà bạn có thể lựa chọn 1 trong 2 cách này.
Chuẩn bị dụng cụ và vật liệu:
- Rơle nhiệt
- Kìm điện
- Tua vít
- Băng keo điện
- Dây điện (nếu cần)
Các bước lắp đặt rơ le nhiệt:
Bước 1: Ngắt nguồn điện để đảm bảo an toàn trong quá trình đấu nối
Bước 2: Xác định vị trí lắp đặt phù hợp, nên lắp đặt rơle nhiệt gần động cơ cần bảo vệ. Sử dụng kẹp hoặc giá đỡ để cố định rơle nhiệt chắc chắn vào vị trí đã chọn.
Bước 3: Đấu rơ le nhiệt 3 pha vào hệ thống
- Nối dây nguồn R, S, T vào cọc đấu nối có ký hiệu tương ứng R, S, T trên rơ le nhiệt.
- Nối dây tải R, S, T vào cọc đấu nối có ký hiệu tương ứng R, S, T trên contactor.
Bước 4: Bật nguồn và kiểm tra hoạt động của rơ le nhiệt.
Bước 5: Điều chỉnh cài đặt
a, Đối với rơ le nhiệt cơ:
- Sử dụng vít điều chỉnh để cài đặt dòng điện rơle phù hợp với động cơ.
- Vặn vít theo chiều kim đồng hồ để tăng dòng cho rơle, ngược chiều kim đồng hồ để giảm.
b, Đối với rơ le nhiệt điện tử:
- Sử dụng nút bấm hoặc màn hình hiển thị để cài đặt dòng điện relay, thời gian tác động và các thông số bảo vệ khác.
Bước 6: Khởi động động cơ và theo dõi hoạt động của rơle nhiệt, nếu rơ le tác động khi có sự cố thì hoàn tất quá trình lắp đặt.
Nếu có bất kì thắc mắc nào về bài viết cũng như nếu có nhu cầu tìm mua sản phẩm Rơ le nhiệt (Relay nhiệt), hãy liên hệ với Nam Phương Việt để được giải đáp nhanh nhất nhé.
