Thermal Overload Relay (TOR) – Relay nhiệt

Để tránh tình trạng quá tải trong các thiết bị điện, người ta thường sử dụng relay nhiệt. Nhưng cách sử dụng, đấu nối, nó hoạt động như thế nào? Chúng ta hãy cùng làm rõ những vấn đề này thông qua bài viết sau đây.

1. Relay nhiệt là gì?

Relay nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với contactor (khởi động từ). Relay nhiệt có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại.

Hình 1. Hình ảnh một số relay nhiệt của một số hãng sản xuất.

Trong công nghiệp, relay nhiệt được lắp kèm với contactor. Do relay nhiệt cần phải có quá trình khoảng vài giây đến vài phút mới tác động. Vì vậy, không thể sử dụng relay nhiệt để bảo vệ ngắn mạch cho động cơ và thiết bị được.

Hình 2. Relay nhiệt được lắp kèm với contactor để bảo vệ quá tải.

2. Cấu tạo

Hình 3. Mô tả cấu tạo relay nhiệt.

Có thể nói relay nhiệt có cấu tạo không quá phức tạp và cách sử dụng cũng rất đơn giản.

Đòn bẩy.
Tiếp điểm thường đóng.
Tiếp điểm thường mở.
Vít chỉnh dòng điện tác động.
Thanh lưỡng kim.
Dây đốt nóng.
Cần gạt.
Nút phục hồi.

Kí hiệu của relay nhiệt:

Hình 4. Kí hiệu của relay nhiệt.

3. Nguyên lí hoạt động

Hình 5. Nguyên lí hoạt động của relay nhiệt.

Relay nhiệt hoạt động dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của dòng điện.
Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crom – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.
Khi đốt nóng do dòng điện, phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

Hình 6. Khi xảy ra hiện tượng quá tải.

4. Phân loại

– Theo kết cấu relay nhiệt chia thành hai loại: Kiểu hở và kiểu kín.

– Theo yêu cầu sử dụng: Loại một cực và hai cực.

– Theo phương thức đốt nóng:

Đốt nóng trực tiếp: Dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép. Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng.
Đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượng toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên. Loại này có ưu điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng. Nhược diểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyển nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác độc mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt.
Đốt nóng hỗn hợp: Loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn.

5. Ý nghĩa của những ký hiệu relay nhiệt

Hình 7. Relay nhiệt hãng Schneider.

Bạn có thể dễ dàng nhìn trên ký hiệu rơ le nhiệt đó là: NO, NC và COM.

COM (common): là chân chung, nó luôn được kết nối với 1 trong 2 chân còn lại. Còn việc nó kết nối chung với chân nào thì phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của Relay.
NC (Normally Closed): Nghĩa là bình thường nó đóng. Nghĩa là khi Relay ở trạng thái OFF, chân COM sẽ nối với chân này.
NO (Normally Open): Khi Relay ở trạng thái ON (có dòng chạy qua cuộn dây) thì chân COM sẽ được nối với chân này.

Kết nối COM và NC khi bạn muốn có dòng điện cần điều khiển khi Relay ở trạng thái OFF. Và khi Relay ON thì dòng này bị ngắt.

Ngược lại thì nối COM và NO.

6. Chọn relay nhiệt cho mạch điều khiển động cơ

Hình 8. Đặc tính Ampe – giây (A-s).

Đặc tính cơ bản của relay nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A – s). Mặt khác, để đảm bảo yêu cầu giữ được tuổi thọ lâu dài của thiết bị theo đíng số liệu kỹ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng bảo vệ cũng cần đặc tính thời gian dòng điện.

Lựa chọn đúng relay là sao cho đường đặc tính A – s của relay gần sát đường đặc tính A – s của đối tượng cần bảo vệ. Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chọn cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ.

Trong thực tế, cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định mức của Rơle nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ, relay sẽ tác động ở giá trị (1,2 ÷ 1,3).Iđm. Bên cạnh, chế độ làm việc của phụ tải và nhiệt độ môi trường xung quanh phải được xem xét.