Relay được dùng rộng rãi trong các ngành công nghiệp dân dụng và điện công nghiệp bởi tính năng tự động hóa. Giúp kiểm soát, ngắt điện cho hệ thống an toàn công nghiệp.
Đặc điểm chung của Relay
Relay hay còn gọi là Rơ le, là một công tắc điện từ được hoạt động dựa trên một dòng điện tương đối nhỏ có thể bật/tắt một dòng điện lớn hơn rất nhiều. Relay như một đòn bẩy và thực hiện công việc chuyển mạch. Khi bật relay bằng dòng điện nhỏ nó có thể “đòn bẩy” bật giúp cho thiết bị sử dụng dòng điện lớn hơn nhiều so với dòng điện hiện hành. Bản chất relay là một nam châm điện và hệ thống các tiếp điểm đóng cắt, dễ dàng lắp đặt nhờ vào thiết kế module hóa.
Chức năng của Relay
- Relay thực hiện nhiệm vụ thu hẹp khoảng cách cường độ dòng điện trong mạch điện. Mục đích cho phép dòng điện nhỏ kích hoạt một dòng có cường độ lớn hơn nó rất nhiều. Công tắc relay dùng để cho phép các thiết bị hay bộ máy lớn có thể sử dụng dòng điện lớn hơn với cường độ nhỏ của dòng điện ban đầu. - Relay hoạt động giống như một thiết bị bảo vệ, phát hiện dòng các tình trạng quá tải hay dưới dòng… - Dùng để chia tín hiệu đến các bộ phận khác trong hệ thống sơ đồ mạch điện điều khiển. - Bảo vệ các thiết bị điện tránh bị ảnh hưởng bởi biến động đột ngột của cường độ dòng điện. - Có tác dụng chuyển mạch dòng điện sang các tải khác nhau thông qua tín hiệu điều khiển. - Kiểm soát các hệ thống an toàn công nghiệp, ngắt điện khi gặp sự cố. - Có thể sử dụng một vài relay để thực hiện chức năng đơn giản như AND, NOT, OR cho điều khiển tuần tự hoặc khóa liên động an toàn.
Phân loại các dòng relay
Tùy vào mục đích sử dụng mà relay cũng được chia thành nhiều loại với các đặc trưng khác nhau. - Dựa vào trạng thái phân cực Relay không phân cực: Cuộn dây trong rơ – le không có bất kỳ cực tính nào và relay vẫn sẽ hoạt động bình thường ngay khi thay đổi cực tính đầu vào. Relay phân cực: Cấu tạo từ nam châm điện và nam châm vĩnh cửu, chuyển động phần cứng dựa trên đầu vào. Được ứng dụng chủ yếu ở mục đích điện báo. - Dựa vào nguyên lý hoạt động: + Relay nhiệt điện: Kết hợp giữa 2 kim loại với nhau để tạo thành dải kim loại lưỡng tính. Khi dải này được cấp nhiệt thì mỗi kim loại với nhiệt độ nóng chảy khác nhau dẫn đến bị uốn cong phá vỡ kết nối. + Relay điện cơ: Kết nối các thiết bị cơ khí khác nhau dựa trên cơ sở nam châm điện và từ đó tạo nên kết nối giữa các tiếp điểm. + Relay trạng thái rắn: Chất bán dẫn cấu tạo nên relay này để đảm bảo tính hiệu lực, các chuyển đổi diễn ra nhanh hơn và độ bền cao hơn. + Relay hỗn hợp: Là relay kết hợp của 2 loại relay điện cơ và trạng thái rắn.
Cấu tạo Relay
Cấu tạo của rơle khá đơn giản gồm có: - Một cuộn dây kim loại thường làm bằng đồng hoặc nhôm và quấn quanh một lõi sắt từ. - Phần tĩnh của bộ phận này được gọi là ách từ (Yoke). - Phần động được gọi là phần cứng (Armature) và được kết nối với một tiếp điểm động. - Cuộn dây có tác dụng hút các thanh tiếp điểm để hình thành 2 trạng thái là NO và NC. Mạch tiếp điểm sẽ đóng cắt các thiết bị tải với dòng điện nhỏ và cách ly với nhau bằng cuộn hút.
Nguyên lý hoạt động của relay
Khi dòng điện công suất nhỏ chạy qua mạch điện thứ nhất sẽ làm nam châm điện hoạt động. Tạo ra từ trường, tín hiệu và sẽ thu hút một tiếp điểm, kích hoạt mạch điện thứ 2. Cho phép thiết bị kết nối sử dụng một dòng điện có đường độ lớn hơn gấp nhiều lần. Khi dòng điện được ngắt, nam châm cũng ngừng hoạt động và từ trường không tạo ra được nữa. Lực kéo của lò xo sẽ kéo tiếp điểm về lại vị trí ban đầu và mạch điện thứ 2 cũng sẽ bị ngắt.
Ứng dụng relay trong thực tế
Relay được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp và sinh hoạt nhờ sở hữu tính năng tự động hóa. - Giám sát hệ thống an toàn công nghiệp, sử dụng để ngắt điện cho các máy móc để đảm bảo an toàn điện. - Dùng relay chuyển tiếp mạch điện để đóng ngắt điện trong ngành điện tử như: Tủ điện, tủ điều khiển, hoặc các loại máy móc công nghiệp. - Ứng dụng tự động hóa, kết hợp với những loại cảm biến như: Cảm biến nhiệt độ, áp suất, độ ẩm, mực nước,… - Relay được tích hợp trong các ngõ ra của nhiều loại màn hình hiển thị, công tắc cảm biến hoặc thiết bị chuyển đổi tín hiệu. - Sử dụng trong các dây chuyền sản xuất, chế biến tự động. Relay nhận biết dựa vào các tín hiệu từ cảm biến để hoạt động và giám sát quy trình vận hành.
Các thông số cơ bản của bộ module relay
- Hiệu điện thế kích tối ưu Thông số này quyết định đến relay có sử dụng được hay không. - Hiệu điện thế và cường độ dòng điện tối đa Các thông số thể hiện mức dòng điện và hiệu điện thế tối đa của những thiết bị muốn đóng/ ngắt có thể đấu dây với relay. Và chúng sẽ được in lên trên thiết bị để dễ quan sát. 10A – 250VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của relay là 10A với hiệu điện thế 250VAC. 10A – 30VDC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của relay là 10A với hiệu điện thế 30VDC. 10A – 125VAC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của relay là 10A với hiệu điện thế 125VAC. 10A – 28VDC: Cường độ dòng điện tối đa qua các tiếp điểm của relay là 10A với hiệu điện thế 28VDC. SRD-05VDC-SL-C: Hiệu điện thế kích tối ưu là 5V
Các loại relay phổ biến
- Relay điện tử Relay điện tử hay còn gọi là relay kiếng, relay trung gian. Cấu tạo cơ bản gồm: Cuộn dây, cây lau tiếp điểm, lõi sắt, phần ứng,… Thiết bị sẽ hoạt động khi sự xuất hiện của dòng điện. Khi đó, dòng điện sẽ xuất hiện hiệu ứng điện tử. Bộ phận ứng khi chịu sự tác động của lực điện từ sẽ giảm lực kéo đối với lò xo hồi vị. Tiếp điểm sẽ chuyển động để tiếp điểm tĩnh đóng lại. Khi điện trong cuộn dây bị khử hết sẽ làm cho lực hút điện tử cũng bị tiêu tán hết. Phần ứng của rơ le sẽ quay về vị trí ban đầu để tiếp điểm tĩnh được đóng lại. Relay điện tử được chia thành nhiều loại khác nhau như: Relay điện áp, relay giữ từ, relay dòng điện,…
- Relay bảo vệ điện áp Relay bảo vệ điện áp hay relay trung gian được dùng phổ biến dụng để bảo vệ điện áp trong cuộc sống hiện đại. Cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự với công tắc xoay chiều. Relay chỉ cho phép dòng điện thấp di chuyển qua nên tải của relay cũng nhỏ hơn. Có 2 loại: Relay AC và DC. Bao gồm đế, tiếp điểm. Ứng dụng trong các dòng điện nhỏ hơn 5A và nhiều mức điện áp khác nhau. Nó có thể dùng trong trường hợp điện áp xuất hiện dấu hiệu bất thường. Thiết bị sẽ ngắt nguồn điện ngay lập tức để bảo vệ an toàn cho những thiết bị điện trong mạch. - Relay bảo vệ dòng Relay bảo vệ dòng có độ bền cao, kết nối nhanh chóng, dễ sử dụng, hoạt động đơn giản và độ tin cậy cao. Thường được dùng cho quá trình bảo vệ tải điện, động cơ, máy biến áp,… khi xảy sự cố quá tải hay ngắn mạch.
- Relay chốt từ tính Relay chốt từ tính có tính năng hoạt động giống với relay điện tử, công tắc tự động. Nó có thể bật hoặc tắt mạch tự động. Việc đóng/ mở của relay chốt từ tính phụ thuộc nhiều vào nam châm vĩnh cửu. Khi muốn kích hoạt sẽ cần phải có tín hiệu điện ở độ rộng phù hợp. - Relay trung gian Thiết bị được sử dụng để chuyển mạch tín hiệu điều khiển và khuếch đại, kích thước nhỏ và được lắp đặt ở vị trí nằm giữa thiết bị điều khiển công suất nhỏ và thiết bị công suất lớn hơn. Công dụng chuyển tiếp mạch điện đến thiết bị khác. Từ đó, giúp bảo vệ thiết bị điện & kéo dài tuổi thọ. Ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành, điện – điện tử và tự động hóa, tích hợp trong các tủ điện điều khiển máy móc công nghiệp. - Relay bán dẫn Relay bán dẫn cò gọi là công tắc không tiếp xúc. Một loại relay không tiếp xúc. Nó có thể kết nối hoặc thực hiện việc ngắt kết nối cực kỳ nhanh chóng kể cả khi không tiếp xúc trực tiếp. Chia thành 2 loại: AC và DC dựa theo nguồn cung cấp tải. Nếu dựa theo loại công tắc, chia thành 2 loại: Loại thường mở và loại thường đóng.
- Relay luân phiên Rơ le chốt hay Relay luân phiên là loại relay dùng đổi thay đổi qua lại hai trạng thái NO hoặc NC. Khi chân relay nhận 1 hiệu đầu vào, lúc có tín hiệu đầu vào cho chân relay thì trạng thái 1 ON, trạng thái 2 OFF. Khi tín hiệu đầu vào của relay tắt và bật lại, trạng thái relay sẽ thay đổi. Trạng thái 1 Off, trạng thái 2 ON. Mỗi khi có tín hiệu đầu vào, trạng thái relay sẽ được kích hoạt luân phiên. Có thể có hai tiếp điểm độc lập là nhờ có hai cuộn coil bên trong relay. Cơ chế hoạt động của dạng relay luân phiên giống với mạch Flip-Flop. - Relay an toàn Bao gồm một loạt các relay và mạch bổ sung cho nhau để thực hiện các chức năng bảo đảm an toàn trong sản xuất. Khi xảy ra sự cố, rơ le an toàn sẽ hoạt động để thực hiện chức năng định trước để giảm rủi ro đến mức thấp nhất. Cần thiết kế một loạt các replay bảo vệ để bảo vệ các cấp khác nhau của máy móc, chủ yếu là các nhà khai thác máy mục tiêu trong việc tiếp xúc rủi ro của bảo vệ ở các cấp khác nhau. Relay an toàn có nhiều chức năng như: - Dừng chuyển động một cách có kiểm soát và an toàn. - Giám sát vị trí. - Làm gián đoạn chuyển động. - Tắt / dừng khẩn cấp.
- Relay điều khiển mức Rơ le mực nước là bộ điều khiển dùng để đo lượng chất lỏng chứa trong bồn chứa, bình chứa, hồ chứa… . Tùy loại thường gồm từ 3 đến 6 thanh điện cực. Trong đó loại 3 que được sử dụng nhiều với nguyên lý làm việc như sau: + Gồm bộ giữ điện cực gồm 3 que điện cực được nhúng vào trong bể chứa nước, chất lỏng đo lưu lượng bằng các que điện cực truyền kết quả về bộ báo mức của hệ thống giám sát, kích hoạt hệ thống làm việc điều khiển bơm nước vào hoặc ra. + Khi bể chứa đầy hoặc cạn cảm biến có que cắm điện có độ dài khác nhau, que 3 dài nhất làm chuẩn cho 2 que còn lại giúp so sánh điện trở. Khi điện trở xuống mức que thứ 2 khi đó sẽ dẫn tới sự chênh lệch điện trở giữa các que, ngay lúc đó, cảm biến sẽ điều khiển bơm nước vào. + Khi nước vào bể chứa đầy, dâng cao lên que 1, bộ điều khiển tự động đo điện trở giữa que 1 và que 2. Điện rẻo que 2 lớn hơn điện trở que 1, hệ thống báo tự động đế bộ cảm biến và ngừng cấp nước. Cảm biến hoạt động dựa theo nguyên tắc so sánh điện trở giữa các que.
