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

Trong các hệ thống điện hiện đại, việc bảo vệ các thiết bị khỏi hư hỏng do quá tải hoặc nhiệt độ vượt ngưỡng là vô cùng quan trọng. Một trong những thiết bị đóng vai trò then chốt trong công tác bảo vệ này chính là rơ le nhiệt. Rơ le nhiệt không chỉ giúp ngắt mạch kịp thời khi dòng điện vượt quá mức cho phép, mà còn đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện như động cơ, máy bơm, và nhiều hệ thống điện khác. Vậy rơ le nhiệt là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Cùng Cáp điện VN tìm hiểu chi tiết trong bài viết dưới đây.

Rơ le nhiệt là gì?

Rơ le nhiệt hay gọi là relay nhiệt ( tiếng anh là thermal relay) là một thiết bị điện được sử dụng để bảo vệ các thiết bị hoặc hệ thống điện khỏi hiện tượng quá tải nhiệt độ. Nó hoạt động dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt của thanh lưỡng kim gồm hai kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Khi dòng điện chạy qua quá tải, nhiệt độ tăng lên làm thanh lưỡng kim giãn nở và cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, từ đó tác động đóng hoặc mở tiếp điểm điện để ngắt mạch, bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng do quá tải hoặc nhiệt độ vượt mức cho phép.

Rơ le nhiệt thường được dùng kèm với khởi động từ và có tác dụng bảo vệ các thiết bị như động cơ, máy bơm nước, điều hòa, lò nướng,… Thiết bị này không bảo vệ ngắn mạch mà chủ yếu bảo vệ quá tải với thời gian tác động dựa trên sự giãn nở nhiệt. Rơ le nhiệt giúp ngăn ngừa các sự cố như nóng chảy dây dẫn, cháy nổ, và giảm nguy cơ hỏa hoạn trong hệ thống điện.

Lịch sử ra đời của rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt được phát minh lần đầu tiên vào năm 1835 bởi nhà khoa học vật lý điện từ người Mỹ Joseph Henry, người tiên phong trong lĩnh vực điện từ. Ban đầu, Joseph Henry sử dụng một nam châm điện nhỏ để bật hoặc tắt một nam châm điện lớn hơn, từ đó suy đoán rằng rơ le có thể điều khiển máy điện từ ở khoảng cách xa. Ý tưởng này đã được ứng dụng trong phát minh điện báo điện tử – tiền thân của điện thoại.

Sau đó, rơ le tiếp tục được phát triển và sử dụng rộng rãi trong chuyển mạch điện thoại và máy tính điện tử đời đầu. Rơ le nhiệt trở thành thiết bị quan trọng để bảo vệ các hệ thống điện khỏi hiện tượng quá tải nhiệt độ và duy trì an toàn vận hành cho các thiết bị điện. Cho đến tận cuối những năm 1940, rơ le vẫn giữ vị trí quan trọng trước khi bóng bán dẫn và các công nghệ điện tử hiện đại ra đời.

Cấu tạo của rơ le nhiệt

Cấu tạo này giúp rơ le nhiệt hoạt động hiệu quả trong việc bảo vệ động cơ và các thiết bị điện khỏi hư hỏng do quá tải điện và nhiệt. Cấu tạo của rơ le nhiệt gồm các bộ phận chính sau:

• Thanh lưỡng kim (bimetallic strip): Là thành phần quan trọng nhất, gồm hai tấm kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Khi dòng điện chạy qua quá tải, nhiệt độ tăng làm thanh lưỡng kim giãn nở và cong lại, kích hoạt rơ le.
• Dây đốt nóng: Tạo ra nhiệt làm nóng thanh lưỡng kim khi dòng điện vượt quá mức định sẵn.
• Tiếp điểm thường đóng (NC): Thường nối với mạch điều khiển, khi quá tải tiếp điểm này sẽ mở để ngắt mạch.
• Tiếp điểm thường mở (NO): Đóng khi có quá tải, thường dùng để kích hoạt báo động như đèn hoặc còi.
• Đòn bẩy và cần gạt: Hỗ trợ cơ cấu vận hành của rơ le.
• Nút phục hồi (reset): Dùng để đặt lại rơ le sau khi thiết bị ngắt do quá tải.
• Vít chỉnh dòng điện tác động: Cho phép điều chỉnh ngưỡng dòng điện mà rơ le sẽ tác động.
• Nguyên lý hoạt động dựa trên sự khác biệt về hệ số giãn nở giữa hai kim loại thanh lưỡng kim khi bị đốt nóng, làm cho thanh này uốn cong và tác động lên cơ cấu tiếp điểm để ngắt mạch bảo vệ thiết bị khỏi quá tải.

Các thông số chính của rơ le nhiệt

Các thông số chính của rơ le nhiệt và ý nghĩa của chúng như sau:

• Dòng định mức (Iđm): Đây là dòng điện định mức mà rơ le nhiệt được thiết kế để bảo vệ. Thông số này thường được chọn tương đồng hoặc lớn hơn một chút so với dòng định mức của động cơ hoặc thiết bị cần bảo vệ, thường rơi vào khoảng 1.2 đến 1.5 lần dòng làm việc thực tế của thiết bị.
• Dải chỉnh dòng (Adjustable Current Range): Là phạm vi dòng điện mà người dùng có thể điều chỉnh cho rơ le. Ví dụ: 16-22A, nghĩa là rơ le có thể được điều chỉnh hoạt động khi dòng điện vượt qua ngưỡng trong khoảng này.
• Tiếp điểm NC (Normally Closed): Khi rơ le chưa kích hoạt (chưa quá tải), tiếp điểm NC đóng, cho phép dòng điện đi qua. Khi quá tải, tiếp điểm này mở để ngắt mạch bảo vệ.
• Tiếp điểm NO (Normally Open): Khi rơ le kích hoạt do quá tải, tiếp điểm NO đóng lại và thường được dùng để kích hoạt tín hiệu cảnh báo như đèn hoặc còi.
• Chế độ phục hồi (Reset): Có thể là tự động hoặc bằng tay, cho phép rơ le trở về trạng thái ban đầu sau khi ngắt mạch.
• Điện áp và dòng cuộn coil (Coil Voltage/Current): Thông số điện áp và dòng điện cần thiết để kích hoạt cuộn coil của rơ le.
• Công suất và dòng tiếp điểm (Contact Rating): Giới hạn dòng và điện áp mà các tiếp điểm của rơ le có thể chịu đựng khi đóng cắt.

Các thông số này rất quan trọng khi lựa chọn và vận hành rơ le nhiệt để đảm bảo thiết bị được bảo vệ đúng mức, tránh hiện tượng quá tải hoặc ngắt mạch sai khi không cần thiết.

Ký hiệu của rơ le nhiệt

Ký hiệu rơ le nhiệt trong các sơ đồ mạch điện và bản vẽ kỹ thuật thường bao gồm:

• NC (Normally Closed): Tiếp điểm thường đóng, nghĩa là khi rơ le chưa tác động (điều kiện bình thường), mạch điện này được nối thông. Khi có nhiệt hoặc dòng điện vượt ngưỡng, tiếp điểm này sẽ mở ra để ngắt mạch bảo vệ.
• NO (Normally Open): Tiếp điểm thường mở, khi rơ le bị kích hoạt do quá tải thì tiếp điểm này đóng lại. Tiếp điểm NO thường được dùng để kích hoạt đèn báo hoặc còi cảnh báo.
• COM (Common): Chân chung dùng để kết nối với NC hoặc NO trong trạng thái rơ le hoạt động khác nhau.

Ngoài ra, trên sơ đồ có thể thấy biểu tượng mô phỏng thanh lưỡng kim hoặc các thành phần bên trong rơ le nhiệt để thể hiện chức năng chính.

Ký hiệu này giúp dễ dàng nhận biết và thao tác trong quá trình thiết kế, đấu nối và bảo trì hệ thống điện

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt dựa trên hiện tượng giãn nở nhiệt của thanh lưỡng kim, gồm hai tấm kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau ghép lại với nhau. Khi dòng điện chạy qua dây đốt nóng trong rơ le, nếu dòng điện vượt quá mức định sẵn (quá tải), dây đốt sẽ sinh nhiệt làm thanh lưỡng kim nóng lên.

Do sự khác biệt về hệ số giãn nở, thanh lưỡng kim sẽ cong lại về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn. Sự cong này sẽ tác động lên cơ cấu đòn bẩy để mở tiếp điểm thường đóng (NC) và đóng tiếp điểm thường mở (NO), từ đó ngắt mạch điện hoặc kích hoạt tín hiệu cảnh báo, bảo vệ thiết bị khỏi quá tải và hư hỏng.

Khi dòng điện trở về mức bình thường và nhiệt độ thanh lưỡng kim giảm xuống, thanh sẽ trở lại hình dạng ban đầu, tiếp điểm được phục hồi để mạch điện hoạt động trở lại. Cơ chế này giúp rơ le nhiệt tự động bảo vệ mạch điện khỏi sự cố quá tải một cách nhanh chóng và hiệu quả

Các loại rơ le nhiệt hiện nay

Các loại rơ le nhiệt phổ biến hiện nay bao gồm:

Về tính năng

• Rơ le nhiệt 1 pha: Dùng bảo vệ các thiết bị điện dùng điện 1 pha, thường là các động cơ nhỏ, máy bơm dân dụng, thiết bị gia đình điện áp 220V.
• Rơ le nhiệt 3 pha: Thường dùng cho các động cơ công suất lớn trong công nghiệp, từ vài kW trở lên, bảo vệ hệ thống điện 3 pha với khả năng chịu dòng lớn.
• Rơ le nhiệt bimetal: Là loại phổ biến nhất, sử dụng thanh lưỡng kim làm cơ cấu cảm biến nhiệt để ngắt mạch khi quá tải.
• Rơ le nhiệt chất lỏng: Dùng chất lỏng làm môi trường truyền nhiệt đến cảm biến, thường dùng trong các ứng dụng yêu cầu tính ổn định nhiệt cao.

Về thương hiệu

Về thương hiệu, các loại rơ le nhiệt được ưa chuộng và phổ biến trên thị trường hiện nay bao gồm:

• Rơ le nhiệt Schneider: Thương hiệu Pháp nổi tiếng toàn cầu, sản phẩm chất lượng cao, đạt các tiêu chuẩn quốc tế như IEC, EN, UL.
• Rơ le nhiệt LS: Thương hiệu Hàn Quốc với nhiều mức dòng và điện áp khác nhau, có tính năng hiện đại.
• Rơ le nhiệt Mitsubishi: Độ bền cao, sử dụng linh hoạt trong cả dân dụng và công nghiệp.
• Rơ le nhiệt Chint: Giá thành hợp lý, tuân thủ các tiêu chuẩn chất lượng, ít hỏng hóc.
• Rơ le nhiệt Fuji: Thương hiệu Nhật Bản uy tín, độ tin cậy cao, linh hoạt trong vận hành.

Các loại rơ le nhiệt này được lựa chọn dựa trên đặc điểm kỹ thuật, ứng dụng và yêu cầu riêng biệt của từng hệ thống điện

Ứng dụng rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt có nhiều ứng dụng quan trọng trong công nghiệp và đời sống như sau:

• Trong công nghiệp điện, rơ le nhiệt thường được kết hợp với khởi động từ để bảo vệ các động cơ điện lớn, ngăn ngừa quá tải dòng điện làm hư hỏng động cơ. Nó giúp đảm bảo hoạt động ổn định và tăng tuổi thọ cho máy móc.
• Trong các thiết bị điện dân dụng như lò vi sóng, máy bơm nước, điều hòa, tủ lạnh, rơ le nhiệt giúp bảo vệ khỏi hiện tượng quá tải và quá nhiệt, ngắt nguồn điện khi phát hiện sự cố, từ đó tránh hư hại và nguy cơ cháy nổ.
• Rơ le nhiệt còn được dùng để kiểm soát nhiệt độ trong máy hàn, nồi cơm điện, bàn là, giúp duy trì nhiệt độ ổn định và bảo vệ thiết bị.
• Ngoài ra, nó có vai trò quan trọng trong các hệ thống tự động, hệ thống điều khiển thang máy, hệ thống báo cháy, hệ thống tưới tiêu, giúp ngắt nguồn kịp thời khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn và ổn định cho toàn bộ hệ thống.
• Ứng dụng trong hệ thống HVAC (sưởi – thông gió – điều hòa không khí) để bảo vệ động cơ quạt, máy nén và các bộ phận điện khác khỏi hỏng do quá nhiệt.
• Nhờ những chức năng thiết thực này, rơ le nhiệt trở thành một thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống điện hiện đại, từ dân dụng đến công nghiệp.

Cách đấu rơ le nhiệt

Cách đấu rơ le nhiệt thường được thực hiện theo các bước cơ bản như sau:

Đấu rơ le nhiệt 1 pha:

• Rơ le nhiệt 1 pha thường có 2 hoặc 3 chân kết nối.
• Dây nguồn điện (220V) được đấu vào dây đốt nóng của rơ le.
• Tiếp điểm thường đóng (NC) của rơ le được nối vào mạch điều khiển (thường là cuộn hút của khởi động từ).
• Khi dòng điện vượt quá mức định trước, rơ le sẽ tự động mở mạch NC, ngắt điện để bảo vệ động cơ.
• Sau khi dòng điện về bình thường, cần dùng nút reset trên rơ le để kích hoạt lại.

Đấu rơ le nhiệt 3 pha:

• Rơ le nhiệt 3 pha thường có 3 chân được đấu vào 3 pha (R, S, T) của nguồn điện.
• Phần điều khiển có tiếp điểm NC được nối với cuộn hút khởi động từ (contactor).
• Khi xảy ra quá tải hoặc mất pha, rơ le sẽ mở tiếp điểm NC, ngắt cuộn hút khởi động từ, từ đó ngắt nguồn tải.
• Rơ le nhiệt 3 pha có hai loại bảo vệ chính: bảo vệ theo nguyên lý dòng và bảo vệ theo nguyên lý điện áp, nhưng cách đấu tương tự nhau.
• Sau khi sự cố được xử lý, nút reset được bấm để phục hồi hoạt động.

Lưu ý chung:

• Trước khi đấu, cần xác định đúng kiểu rơ le, dải dòng định mức để phù hợp với thiết bị bảo vệ.
• Kiểm tra kỹ sơ đồ đấu dây, tránh đấu sai dây làm hỏng rơ le hoặc thiết bị.
• Lắp đặt rơ le nhiệt gần động cơ hoặc thiết bị cần bảo vệ để cảm biến nhiệt hiệu quả.
• Cách đấu cụ thể sẽ tùy thuộc theo loại rơ le và thiết bị sử dụng, thường có sơ đồ bên dưới rơ le hoặc trong tài liệu kèm theo hướng dẫn chi tiết

Hướng dẫn cách chọn rơ le nhiệt phù hợp

Để chọn rơ le nhiệt phù hợp, cần lưu ý các bước và tiêu chí quan trọng sau:

• Xác định dòng điện định mức của động cơ hoặc thiết bị cần bảo vệ: Đây là chỉ số dòng điện danh định khi thiết bị hoạt động bình thường.
• Chọn rơ le nhiệt có dải điều chỉnh dòng phù hợp: Ngưỡng điều chỉnh của rơ le nên nằm trong khoảng từ 1.2 đến 1.5 lần dòng điện định mức của thiết bị. Ví dụ, nếu dòng điện định mức là 10A thì nên chọn rơ le nhiệt có dải điều chỉnh từ khoảng 12A đến 15A.
• Đảm bảo tương thích với contactor: Mỗi loại rơ le thường có chân cắm hoặc chuẩn kết nối tương thích với các loại contactor cụ thể. Để hệ thống vận hành ổn định, nên chọn rơ le nhiệt và contactor cùng hãng hoặc theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
• Chọn rơ le nhiệt theo loại và công suất: Ví dụ, rơ le nhiệt cho động cơ 3 pha công suất lớn sẽ khác với rơ le nhiệt 1 pha dùng cho thiết bị nhỏ hơn.
• Xem xét môi trường làm việc: Nhiệt độ môi trường, điều kiện vận hành cũng ảnh hưởng đến hiệu quả bảo vệ nên chọn loại rơ le phù hợp với điều kiện thực tế.
• Lựa chọn thương hiệu và chất lượng: Các thương hiệu uy tín như Schneider, Mitsubishi, LS, Chint, Fuji thường có sản phẩm chất lượng, độ bền cao và hỗ trợ kỹ thuật tốt.

Như vậy, việc chọn rơ le nhiệt phù hợp không chỉ dựa trên dòng định mức mà còn cần cân nhắc các yếu tố về điều chỉnh dòng, tương thích thiết bị, môi trường, và thương hiệu để đảm bảo an toàn và hiệu quả bảo vệ cho thiết bị

Cách chỉnh rơ le nhiệt đúng cách

Việc chỉnh rơ le nhiệt đúng cách giúp bảo vệ thiết bị hiệu quả, tăng tuổi thọ và đảm bảo an toàn hệ thống.

Đối với rơ le nhiệt cơ bản

Cách chỉnh rơ le nhiệt đúng cách gồm các bước cơ bản sau:

• Xác định thông số thiết bị cần bảo vệ: Biết rõ dòng điện định mức hoặc dòng điện làm việc lớn nhất của động cơ hoặc thiết bị.
• Tắt nguồn điện: Đảm bảo an toàn bằng cách ngắt nguồn điện trước khi thao tác điều chỉnh rơ le nhiệt.
• Mở nắp rơ le: Thường rơ le có ốc vít cố định, dùng tua vít để mở nắp trước khi điều chỉnh.
• Tìm vít chỉnh dòng điện (thường ký hiệu T hoặc H): Vị trí này cho phép bạn chỉnh dòng điện ngưỡng bảo vệ cho rơ le nhiệt.
• Điều chỉnh dòng điện: Xoay vít sao cho dòng điện tác động trên rơ le bằng khoảng 1.1 đến 1.2 lần dòng điện hoạt động lớn nhất của thiết bị, nhưng không vượt quá dòng định mức trên nhãn của thiết bị.
• Đóng nắp rơ le và khởi động lại thiết bị: Thực hiện kiểm tra lại hoạt động của rơ le sau khi đã chỉnh để đảm bảo bảo vệ chính xác.
• Kiểm tra thêm bằng thiết bị đo: Nếu có thể, sử dụng đồng hồ vạn năng hoặc ampe kế để xác nhận dòng điện chỉnh đúng mức.

Lưu ý: Không chỉnh dòng điện ngưỡng bảo vệ quá cao, vì như vậy rơ le sẽ không ngắt khi có sự cố quá tải, dễ làm hỏng thiết bị. Ngược lại, chỉnh quá thấp sẽ khiến rơ le nhảy liên tục khi tải bình thường.

Đối với Rơ le nhiệt điện tử

Đối với rơ le nhiệt điện tử, một số model có thể chỉnh thêm các thông số như thời gian trễ, dòng khởi động giúp tinh chỉnh bảo vệ tốt hơn.Cách chỉnh rơ le nhiệt đúng cách gồm các bước chính sau:

• Xác định dòng điện định mức của động cơ hoặc thiết bị cần bảo vệ để làm cơ sở chỉnh rơ le.
• Tắt nguồn điện đảm bảo an toàn trước khi bắt đầu điều chỉnh.
• Mở nắp rơ le nhiệt để lộ vị trí vít chỉnh dòng điện (thường ký hiệu T hoặc H).
• Xoay vít điều chỉnh sao cho dòng điện tác động của rơ le bằng khoảng 1.1 đến 1.2 lần dòng điện làm việc lớn nhất của thiết bị nhưng không vượt quá dòng điện định mức ghi trên nhãn.
• Đóng nắp rơ le và cấp điện trở lại, sau đó kiểm tra rơ le hoạt động có đúng ý đồ hay không.
• Nếu có thể, sử dụng thiết bị đo dòng điện để kiểm tra và đảm bảo chỉnh chính xác.

Lưu ý: Không chỉnh dòng quá cao để tránh rơ le không ngắt khi quá tải, cũng không chỉnh quá thấp gây nhảy rơ le không cần thiết. Với rơ le nhiệt điện tử, bạn có thể chỉnh thêm các thông số như thời gian trễ và dòng khởi động để điều chỉnh bảo vệ chi tiết hơn.

Vậy rơ le nhiệt là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động ra sao? Rơ le nhiệt là một thiết bị bảo vệ điện tử dễ dàng sử dụng, hiệu quả trong việc ngắt mạch khi xảy ra hiện tượng quá tải nhiệt độ hoặc dòng điện. Nhờ cấu tạo đơn giản nhưng ứng dụng rộng rãi, rơ le nhiệt giúp bảo vệ các thiết bị điện khỏi những hư hỏng nghiêm trọng, nâng cao an toàn và độ bền cho hệ thống. Việc hiểu rõ về rơ le nhiệt và cách sử dụng đúng cách sẽ góp phần nâng cao hiệu quả trong vận hành và bảo trì các thiết bị điện trong cả công nghiệp và sinh hoạt hàng ngày.