Có thể chúng ta không nhận ra điều đó, nhưng hoạt động của rơ le giống như là mô phỏng lại hành động của chúng ta trong đời sống vậy! Ví dụ, nếu bạn đang sử dụng một cái búa đóng đinh vào khúc gỗ, không may một mẫu gỗ nhỏ xíu bay về phía mắt của bạn, một trong những lông mi của bạn sẽ gửi tín hiệu đến não khiến cho mí mắt của chúng ta bịt chặt trong nháy mắt đủ nhanh để bảo vệ thị lực.
Điều đang xảy ra ở đây là một kích thích nhỏ đang kích thích một phản ứng lớn hơn và hữu ích hơn nhiều.
Chúng ta có thể tìm thấy hành động này trong công việc của các loại máy móc và thiết bị điện, trong đó các cảm biến đã sẵn sàng để bật hoặc tắt mọi thứ trong nháy mắt bằng cách sử dụng các công tắc từ thông minh gọi là rơle. Vậy rơle là gì? Chúng ta cùng tìm hiểu nào!
Role là gì?
Rơle là một công tắc điện từ được vận hành bởi một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật hoặc tắt một dòng điện lớn hơn nhiều. Trái tim của rơle là một nam châm điện (một cuộn dây trở thành một nam châm tạm thời khi dòng điện chạy qua nó).
Bạn có thể nghĩ về rơle như một loại đòn bẩy điện: bật nó bằng một dòng điện nhỏ và nó bật (“đòn bẩy”) một thiết bị khác sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều.
Tại sao rơle hữu ích?
Trong kỹ thuật công nghiệp, nhiều cảm biến là những thiết bị điện tử cực kỳ nhạy cảm và chỉ tạo ra dòng điện nhỏ. Nhưng thường thì chúng ta cần chúng để điều khiển các thiết bị lớn hơn sử dụng dòng điện lớn hơn. Relay thu hẹp khoảng cách, tạo điều kiện cho dòng điện nhỏ kích hoạt dòng điện lớn hơn. Điều đó có nghĩa là rơle có thể hoạt động như công tắc (bật và tắt) hoặc là bộ khuếch đại (chuyển đổi dòng điện nhỏ thành dòng lớn hơn).
Ai đã phát minh ra role?
Rơle được phát minh vào năm 1835 bởi nhà tiên phong điện từ Mỹ Joseph Henry; trong một cuộc biểu tình tại Đại học New Jersey, Henry đã sử dụng một nam châm điện nhỏ để bật và tắt một cái lớn hơn và suy đoán rằng rơle có thể được sử dụng để điều khiển các máy điện trong khoảng cách rất dài.
Henry đã áp dụng ý tưởng này cho một phát minh khác mà ông đang thực hiện vào thời điểm đó, điện báo điện tử (tiền thân của điện thoại), được phát triển thành công bởi William Cooke và Charles Wheatstone ở Anh và (nổi tiếng hơn nhiều) bởi Samuel FB Morse ở Hoa Kỳ.
Relay sau đó được sử dụng trong chuyển mạch điện thoại và máy tính điện tử đời đầu và vẫn cực kỳ phổ biến cho đến khi bóng bán dẫn xuất hiện vào cuối những năm 1940.
Cấu tạo của rơle như thế nào?
Trong một rơle thường có cấu tạo gồm 4 phần chính, đó là:
- Nam châm điện
- Phần ứng
- Tiếp điểm
- Lá nhíp, lò xo
Hình ảnh bên dưới cho thấy thiết kế thực tế của một rơle cơ bản.
Nó là một rơle điện từ với một cuộn dây, được quấn quanh lõi sắt. Phần ứng được kết nối với ách và liên kết cơ học với các tiếp điểm. Những phần này được giữ an toàn bằng một lá nhíp lò xo. Lò xo được sử dụng để tạo ra khe hở không khí trong mạch khi rơle bị mất điện.
Nguyên lý hoạt động của rơle
Hình ảnh bên dưới minh họa cho cách rơle hoạt động
Khi dòng điện chạy qua mạch thứ nhất (1), nó kích hoạt nam châm điện (màu nâu), tạo ra từ trường (màu xanh) thu hút một tiếp điểm (màu đỏ) và kích hoạt mạch thứ hai (2). Khi tắt nguồn, một lò xo kéo tiếp điểm trở lại vị trí ban đầu, tắt mạch thứ hai một lần nữa.
Đây là một ví dụ về rơle “thường mở” (NO): các tiếp điểm trong mạch thứ hai không được kết nối theo mặc định và chỉ bật khi dòng điện chạy qua nam châm. Có một loại rơle khác là “thường đóng” (NC; các tiếp điểm được kết nối để dòng điện chạy qua chúng theo mặc định) và chỉ tắt khi nam châm được kích hoạt, kéo hoặc đẩy các tiếp điểm ra xa nhau. Thông thường rơle thường mở là phổ biến nhất.
Ví dụ về nguyên lý hoạt động của rơle điện từ
Một cách nhìn khác về hoạt động của rơle như hình trên:
Mạch đầu vào (vòng màu xanh) bị tắt và không có dòng điện chạy qua cho đến khi có tác động (có thể là cảm biến hoặc công tắc) bật nó. Mạch đầu ra (vòng lặp màu đỏ) cũng bị tắt.
Khi một dòng điện nhỏ chạy trong mạch đầu vào, nó sẽ kích hoạt nam châm điện (được hiển thị ở đây dưới dạng một cuộn dây màu xanh đậm), tạo ra một từ trường xung quanh nó.
Năng lượng từ nam châm điện kéo thanh kim loại trong mạch đầu ra về phía nó, đóng công tắc và cho phép dòng điện lớn hơn nhiều chạy qua mạch đầu ra.
Mạch đầu ra vận hành một thiết bị có dòng điện cao như đèn hoặc động cơ điện.
Tại sao role được sử dụng?
Hoạt động chính của rơle là ở những nơi chỉ có thể sử dụng tín hiệu công suất thấp để điều khiển mạch. Nó cũng được sử dụng ở những nơi chỉ có một tín hiệu có thể được sử dụng để điều khiển rất nhiều mạch.
Việc áp dụng rơle bắt đầu trong quá trình phát minh ra điện thoại. Nó đã đóng một vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi các cuộc gọi trong các cuộc trao đổi điện thoại. Chúng cũng được sử dụng trong điện báo đường dài. Chúng được sử dụng để chuyển tín hiệu từ nguồn này sang nguồn khác.
Sau khi phát minh ra máy tính, chúng cũng được sử dụng để thực hiện các Boolean và các hoạt động logic khác.
Để điều khiển được các động cơ điện, … Đòi hỏi rơle phải có công suất cao. Rơle như vậy được gọi là Contactor.
Một vài ví dụ sử dụng Rơle trung gian trong thực tế
Ví dụ bạn muốn xây dựng một hệ thống làm mát hoạt động bằng điện tử để bật hoặc tắt quạt khi nhiệt độ phòng của bạn thay đổi. Bạn có thể sử dụng một số loại cảm biến nhiệt độ để cảm nhận nhiệt độ, nhưng nó sẽ chỉ tạo ra dòng điện nhỏ. Dòng điện này quá nhỏ để cung cấp năng lượng cho động cơ điện trong một chiếc quạt lớn. Thay vào đó, bạn có thể kết nối mạch nhiệt kế với mạch đầu vào của rơle. Khi một dòng điện nhỏ chạy trong mạch này, rơle sẽ kích hoạt mạch đầu ra của nó, cho phép dòng điện lớn hơn nhiều để bật và bật quạt.
Một ví dụ khác sử dụng rơle thường đóng
Trong các thiết bị của nhà máy điện và đường dây truyền tải điện, bạn sẽ tìm thấy các rơle bảo vệ ngắt khi xảy ra sự cố để tránh thiệt hại từ những thứ như quá dòng… Relay điện từ đã từng được sử dụng rộng rãi cho mục đích này. Ngày nay, các rơle điện tử dựa trên các mạch tích hợp thực hiện cùng một công việc thay thế; nó đo điện áp hoặc dòng điện trong mạch và tự động hành động ngắt nếu vượt quá giới hạn định sẵn.
Phân loại rơle điện từ có trên thị trường
Từ khi được phát minh, thì rơle cho thấy tầm quan trọng của chúng và rất nhiều biến thể rơle ra đời. Chẳng hạn như những loại mà chúng ta sắp tìm hiểu dưới đây:
- Rơle điện áp cao: Chúng được thiết kế đặc biệt để chuyển đổi điện áp và dòng điện cao vượt quá khả năng của rơle thông thường (thường lên đến 10.000 volt và 30 ampe).
- Relay điện tử và bán dẫn (còn gọi là rơle trạng thái rắn hoặc SSR): Những dòng chuyển đổi này hoàn toàn bằng điện tử, không có bộ phận chuyển động, vì vậy chúng nhanh hơn, êm hơn, nhỏ hơn, đáng tin cậy hơn và bền bỉ hơn so với relay điện từ. Nhược điểm là chúng thường đắt hơn, kém hiệu quả hơn và không phải lúc nào cũng hoạt động hoàn hảo và có thể dự đoán được (do các vấn đề như dòng điện rò rỉ).
Một số loại rơle khác như rơle thời gian
- Rơle thời gian: Đầu ra có thể kích hoạt trong một khoảng thời gian giới hạn (thường là từ vài giây đến khoảng 100 giờ hoặc bốn ngày).
- Rơle nhiệt: Những công tắc này bật và tắt để ngăn chặn những thứ như động cơ điện quá nóng,…
- Rơle định hướng và quá dòng: Được cấu hình theo nhiều cách khác nhau, những dòng rơle này ngăn dòng điện quá mức chảy sai hướng xung quanh một mạch (thường là trong thiết bị phát điện, phân phối hoặc cung cấp).
- Relay bảo vệ vi sai: Những rơle này dùng khi có sự mất cân bằng dòng điện hoặc điện áp ở hai phần khác nhau của mạch điện.
- Rơle bảo vệ tần số (đôi khi được gọi là rơle tần số thấp và tần số quá mức): Các thiết bị trạng thái rắn này kích hoạt khi tần số của dòng điện xoay chiều quá cao, quá thấp hoặc cả hai.
Ứng dụng của các loại rơle trung gian
Về các hoạt động cũng như chức năng của rơle, chúng ta đã tìm hiểu ở trên. Tương tự như vậy thì rơle cũng được sử dụng trong các ứng dụng phổ biến như sau:
Relay được sử dụng như một mạch chuyển tiếp để thực hiện các chức năng logic. Chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc hoạt động logic.
Rơle được sử dụng để cung cấp các chức năng trì hoãn thời gian. Chúng được sử dụng để tính thời gian trì hoãn mở và trì hoãn đóng tiếp điểm.
Rơle được sử dụng để điều khiển các mạch điện áp cao với sự trợ giúp của tín hiệu điện áp thấp. Tương tự, chúng được sử dụng để điều khiển các mạch dòng cao với sự trợ giúp của các tín hiệu dòng thấp.
Chúng cũng được sử dụng như relay bảo vệ. Với chức năng này, tất cả các lỗi trong quá trình truyền và nhận có thể được phát hiện và cách ly.
Một số lưu ý khi lựa chọn rơle nhiệt
Tuy rơle rất phổ biến và rất dễ mua, giá cả cũng rất phải chăng. Nhưng để chọn đúng loại rơle mà mình cần sử dụng, thì các bạn cần lưu ý giúp mình những vấn đề sau nhé!
- Bảo vệ – Các biện pháp bảo vệ khác nhau như bảo vệ tiếp xúc và bảo vệ cuộn dây phải được lưu ý. Bảo vệ tiếp xúc giúp giảm xung điện trong các mạch sử dụng cuộn cảm. Bảo vệ cuộn dây giúp giảm điện áp tăng được tạo ra trong quá trình chuyển đổi.
- Thời gian đóng ngắt – Yêu cầu chuyển tiếp đóng ngắt tốc độ cao nếu bạn muốn.
- Dòng định mức, áp định mức. Dòng định mức thay đổi từ một vài ampe đến khoảng 3000 ampe. Trong trường hợp điện áp định mức, chúng thay đổi từ 300 VAC đến 600 VAC. Ngoài ra còn có relay điện áp cao khoảng 15.000 V.
- Loại tiếp điểm được sử dụng –Tiếp điểm NC hay NO.
- Chọn chế độ bảo vệ mạch
- Cách ly giữa mạch cuộn và tiếp điểm
Đến đây bài viết cũng đã khá dài, những thông tin cơ bản nhất về rơle mình đã chia sẻ một cách dễ hiểu nhất.
Rất mong nhận được những đóng góp của các bạn giúp cho bài viết ngày càng hoàn chỉnh hơn, hay hơn.
Các bạn thấy hay và hữu ích, vui lòng chia sẻ rộng rãi đến với các bạn của mình để kiến thức về rơle này ngày một phổ rộng hơn nhé!
Đừng quên nhấn like và share nhé các bạn! Cảm ơn bạn đọc.
