Rơ le là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơ le

Rơ le (relay) là một thiết bị điện cực kỳ quan trọng trong các hệ thống điều khiển và tự động hóa. Nó hoạt động như một công tắc điện tự động, đóng hoặc ngắt mạch điện dựa trên tín hiệu điều khiển từ dòng điện nhỏ. Nhờ cơ chế hoạt động linh hoạt và đa dạng, rơ le được ứng dụng rộng rãi trong cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng nhằm bảo vệ, điều khiển và nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện. Cùng Cáp điện VN tìm hiểu chi tiết về rơ le là gì và cách thức hoạt động của rơ-le.

Rơ le là gì?

Rơ le ( tiếng anh là Relay) là một thiết bị điện dùng để đóng/ngắt mạch điện bằng cách sử dụng tín hiệu điện nhỏ để điều khiển dòng điện lớn hơn, giúp cách ly mạch điều khiển khỏi mạch tải. Nguyên lý hoạt động của rơ le dựa trên nguyên lý điện từ: khi có dòng điện chạy qua cuộn dây bên trong rơ le, nó tạo ra từ trường hút một thanh kim loại hoặc đòn bẩy, làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và thay đổi trạng thái mạch điện. Rơ le có khả năng chuyển đổi trạng thái giữa hai vị trí ON và OFF tùy thuộc vào dòng điện chạy qua cuộn dây.

Rơ le được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển tự động, giúp điều khiển các thiết bị điện có công suất lớn mà mạch điều khiển nhỏ không thể trực tiếp thao tác. Nó có nhiều loại khác nhau, bao gồm rơ le điện từ, rơ le nhiệt, rơ le điện tử, rơ le bán dẫn, mỗi loại có cấu tạo và ứng dụng cụ thể.

Cấu tạo chung của rơ le

Cấu tạo chung của rơ le thường gồm ba phần chính:

• Nam châm điện (cuộn dây coil): Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra từ trường hút hoặc đẩy một phần cơ khí bên trong rơ le.
• Cần dẫn động (đòn bẩy hoặc thanh kim loại động): Bộ phận này bị tác động bởi từ trường từ cuộn dây và làm chuyển động các tiếp điểm điện.
• Các tiếp điểm điện (ngõ vào, ngõ ra): Có thể là tiếp điểm thường đóng (NC) hoặc thường mở (NO), dùng để đóng hoặc cắt mạch điện khi rơ le hoạt động.

Ngoài ra, rơ le còn có các bộ phận phụ trợ như lò xo giúp trả về vị trí ban đầu, vỏ bảo vệ cách điện, và chân kết nối.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường được sinh ra tạo lực hút lên đòn bẩy, làm thay đổi trạng thái của các tiếp điểm (từ mở sang đóng hoặc ngược lại), từ đó điều khiển mạch điện phía tải. Khi dòng điện ngừng chạy, lực từ mất đi, lò xo sẽ đẩy đòn bẩy trở về vị trí ban đầu, các tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động này giúp rơ le có thể đóng ngắt mạch điện tự động dựa trên tín hiệu điều khiển nhỏ, bảo vệ và giám sát các thiết bị điện hiệu quả trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt dựa trên hiện tượng giãn nở nhiệt khác nhau của hai lớp kim loại ghép lại với nhau, gọi là thanh lưỡng kim. Thanh lưỡng kim này gồm hai kim loại có hệ số giãn nở khác nhau, khi dòng điện chạy qua, đặc biệt là khi dòng điện quá tải, sẽ sinh nhiệt làm cho thanh kim loại bị nung nóng và uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở thấp hơn.

Khi thanh lưỡng kim uốn cong đủ lớn, nó sẽ tác động lên đòn bẩy làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm điện bên trong rơ le, thường là mở mạch điện nhằm ngắt dòng, bảo vệ thiết bị khỏi bị hư hại do quá tải. Sau khi nhiệt độ hạ xuống, thanh kim loại trở về trạng thái ban đầu và các tiếp điểm lại đóng mạch để thiết bị hoạt động bình thường.

Do cơ chế dựa trên sự giãn nở nhiệt, rơ le nhiệt có thời gian trễ nhất định và thường chỉ dùng để bảo vệ quá tải, không dùng để bảo vệ ngắn mạch. Đây là thiết bị bảo vệ động cơ và các thiết bị điện rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng nhờ cấu tạo đơn giản và hiệu quả cao.

Các loại rơ le hiện nay

Các loại rơ le phổ biến hiện nay bao gồm:

Rơ le điện từ (Electromagnetic relay):

Là loại rơ le truyền thống hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ, dùng cuộn dây để tạo lực hút và điều khiển tiếp điểm đóng ngắt mạch.

Rơ le nhiệt (Thermal relay):

Dùng thanh lưỡng kim giãn nở nhiệt để ngắt mạch khi dòng điện quá lớn gây nóng, thường dùng bảo vệ động cơ khỏi quá tải.

Rơ le bán dẫn (Solid State Relay – SSR):

Sử dụng linh kiện bán dẫn để đóng ngắt mạch điện mà không có bộ phận cơ khí, có ưu điểm là độ bền cao, không gây tiếng ồn, đáp ứng nhanh.

Rơ le trung gian (Intermediate relay):

Dùng để truyền tín hiệu điều khiển từ mạch điện này sang mạch khác, thường dùng trong hệ thống điều khiển tự động.

Rơ le bảo vệ (Protection relay):

Giám sát các sự cố trong hệ thống điện như quá dòng, ngắn mạch, quá áp, mất pha và ngắt mạch để bảo vệ thiết bị.

Rơ le thời gian (Timer relay):

Đóng/ngắt mạch sau một khoảng thời gian định trước, được dùng trong các ứng dụng tự động hóa và chiếu sáng.

Rơ le điện áp (Voltage relay):

Bảo vệ hệ thống khi điện áp vượt quá hoặc giảm xuống dưới mức cho phép.

Rơ le dòng điện (Current relay):

Giám sát dòng điện để phát hiện quá tải hoặc sự bất thường.

Các rơ le này có sự khác biệt về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng cụ thể nhằm đáp ứng đa dạng nhu cầu của các hệ thống điện dân dụng, công nghiệp và tự động hóa.

Ứng dụng của rơ le trong đời sống

Rơ le có nhiều ứng dụng đa dạng trong đời sống và công nghiệp, đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và bảo vệ hệ thống điện, thiết bị máy móc. Một số ứng dụng phổ biến của rơ le gồm:

• Bảo vệ mạch điện khỏi các sự cố quá tải, ngắn mạch, quá áp, giúp tự động ngắt nguồn khi phát hiện lỗi để bảo vệ thiết bị và hệ thống.
• Trong các hệ thống tự động hóa, rơ le được dùng làm công tắc điều khiển để bật/tắt các thiết bị như máy bơm, quạt, đèn chiếu sáng dựa trên tín hiệu điều khiển.
• Điều khiển động cơ điện trong các dây chuyền sản xuất, máy lạnh, quạt công nghiệp, băng tải, giúp vận hành tự động và hiệu quả.
• Ứng dụng trong hệ thống tín hiệu giao thông để điều khiển đèn tín hiệu và đảm bảo an toàn giao thông.
• Trong hệ thống chiếu sáng tự động bật/tắt theo thời gian hoặc theo điều kiện môi trường như ánh sáng.
• Được sử dụng trong các thiết bị gia dụng như máy giặt, tủ lạnh, điều hòa để bảo vệ và điều khiển.
• Rơ le thời gian sử dụng trong tự động hóa công nghiệp giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu sai sót do con người.
• Các loại rơ le bảo vệ giúp bảo vệ các trạm biến áp, nhà máy điện khỏi các sự cố điện nguy hiểm.
• Ứng dụng điều khiển trong hệ thống ô tô như bật/tắt đèn pha, còi, hệ thống chống trộm, gạt nước tự động.

Nhờ tính năng cách ly mạch điều khiển và mạch tải, cũng như khả năng điều khiển dòng điện lớn bằng tín hiệu nhỏ, rơ le là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống điện hiện đại, góp phần nâng cao độ an toàn, hiệu quả và bền bỉ trong vận hành.

Trên đây, Cáp điện VN đã trình bày các thông tin về Rơ le là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Relay. Rơ le là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống điện hiện đại, giúp chuyển đổi và kiểm soát dòng điện một cách chính xác và an toàn. Nhờ khả năng hoạt động tự động, rơ le góp phần bảo vệ thiết bị khỏi các sự cố điện, đồng thời hỗ trợ việc điều khiển các thiết bị công suất lớn một cách hiệu quả, nâng cao độ tin cậy và an toàn cho toàn bộ hệ thống.