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

Trong thế giới vận hành máy móc và thiết bị điện, rơ le nhiệt đóng vai trò như một “vệ sĩ thầm lặng”, âm thầm bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi nguy cơ quá tải, một trong những nguyên nhân hàng đầu gây hư hỏng và giảm tuổi thọ thiết bị. Từ những động cơ nhỏ trong gia đình đến các hệ thống máy móc phức tạp trong nhà máy, xí nghiệp, rơ le nhiệt hiện diện ở khắp mọi nơi, đảm bảo sự an toàn và ổn định cho hệ thống điện. Bài viết này sẽ giúp bạn khám phá rơ le nhiệt là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các ứng dụng quan trọng và cách lựa chọn, lắp đặt thiết bị bảo vệ đắc lực này.

Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động của Rơ le nhiệt

Để hiểu rõ về rơ le nhiệt, chúng ta cần tìm hiểu sâu hơn về cấu trúc bên trong và cách thức hoạt động của nó. Rơ le nhiệt không chỉ là một thiết bị đơn giản, mà là một giải pháp bảo vệ thông minh, dựa trên nguyên lý nhiệt để phát hiện và ngăn chặn tình trạng quá tải trong mạch điện.

Việc nắm vững cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt sẽ giúp bạn sử dụng thiết bị này một cách hiệu quả, tối ưu hóa khả năng bảo vệ cho hệ thống điện và động cơ của mình.

Cấu tạo chi tiết của Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt có cấu tạo khá đơn giản nhưng lại hoạt động rất hiệu quả trong việc bảo vệ quá tải. Các thành phần chính của rơ le nhiệt bao gồm:

• Thanh lưỡng kim (Bimetallic strip): Đây là bộ phận cảm biến nhiệt quan trọng nhất của rơ le nhiệt. Thanh lưỡng kim được ghép từ hai kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, thường là thép và đồng hoặc thép và niken. Khi nhiệt độ tăng lên, hai kim loại giãn nở với tốc độ khác nhau, làm cho thanh lưỡng kim bị uốn cong. Độ cong của thanh lưỡng kim tỉ lệ thuận với nhiệt độ. Vật liệu và kích thước của thanh lưỡng kim được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ nhạy và độ chính xác trong việc phát hiện quá tải.
• Dây đốt nóng (Heater): Dây đốt nóng được quấn xung quanh thanh lưỡng kim hoặc đặt gần thanh lưỡng kim. Dòng điện tải chạy qua dây đốt nóng sẽ sinh ra nhiệt, làm nóng thanh lưỡng kim. Công suất và điện trở của dây đốt nóng được tính toán sao cho nhiệt lượng tỏa ra tỉ lệ thuận với dòng điện tải. Dây đốt nóng thường được làm từ hợp kim chịu nhiệt như Niken-Crom để đảm bảo độ bền và tuổi thọ.
• Cơ cấu truyền động và tiếp điểm: Khi thanh lưỡng kim bị uốn cong do nhiệt, nó sẽ tác động lên cơ cấu truyền động. Cơ cấu này có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động uốn cong của thanh lưỡng kim thành chuyển động đóng mở các tiếp điểm điện. Tiếp điểm của rơ le nhiệt thường có hai loại: tiếp điểm thường đóng (NC) và tiếp điểm thường mở (NO). Trong trạng thái bình thường, tiếp điểm thường đóng sẽ đóng mạch, tiếp điểm thường mở sẽ mở mạch. Khi rơ le nhiệt tác động do quá tải, tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra, ngắt mạch điện, và tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, có thể dùng để báo tín hiệu quá tải.
• Vít chỉnh dòng (Current adjustment screw): Rơ le nhiệt thường có vít chỉnh dòng, cho phép người dùng điều chỉnh giá trị dòng điện tác động của rơ le. Vít chỉnh dòng thay đổi khoảng cách hoặc lực tác động giữa thanh lưỡng kim và cơ cấu truyền động, từ đó thay đổi độ nhạy của rơ le với dòng điện quá tải. Việc điều chỉnh dòng điện tác động giúp rơ le nhiệt phù hợp với đặc tính bảo vệ của từng loại động cơ hoặc thiết bị điện.
• Nút Reset: Sau khi rơ le nhiệt tác động và ngắt mạch do quá tải, cần phải reset (khởi động lại) rơ le để khôi phục hoạt động. Rơ le nhiệt có hai loại reset: reset bằng tay (Manual reset) và reset tự động (Automatic reset). Loại reset bằng tay yêu cầu người dùng nhấn nút reset trên rơ le để khôi phục, loại reset tự động sẽ tự động khôi phục sau một khoảng thời gian nhất định khi nhiệt độ thanh lưỡng kim giảm xuống.

Cấu tạo chi tiết này giúp rơ le nhiệt có khả năng phát hiện và phản ứng với tình trạng quá tải một cách tự động và hiệu quả, bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi hư hỏng do nhiệt.

Nguyên lý hoạt động cơ bản

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt dựa trên hiệu ứng nhiệt của dòng điện và đặc tính uốn cong của thanh lưỡng kim khi nhiệt độ thay đổi. Khi dòng điện tải chạy qua rơ le nhiệt, nó sẽ đồng thời chạy qua dây đốt nóng. Dây đốt nóng sinh ra nhiệt lượng, nhiệt lượng này truyền đến thanh lưỡng kim, làm nóng thanh lưỡng kim.

Trong điều kiện hoạt động bình thường, dòng điện tải nằm trong giới hạn cho phép, nhiệt lượng tỏa ra không đủ lớn để làm thanh lưỡng kim uốn cong đến mức tác động cơ cấu truyền động. Do đó, các tiếp điểm của rơ le nhiệt vẫn giữ nguyên trạng thái ban đầu, mạch điện vẫn kín mạch và thiết bị hoạt động bình thường.

Khi xảy ra quá tải, dòng điện tải tăng cao hơn giá trị định mức. Dòng điện lớn hơn chạy qua dây đốt nóng sẽ sinh ra nhiệt lượng lớn hơn. Nhiệt lượng tăng lên làm thanh lưỡng kim nóng lên nhanh chóng và uốn cong nhiều hơn. Khi độ cong của thanh lưỡng kim đạt đến một ngưỡng nhất định, nó sẽ tác động lên cơ cấu truyền động. Cơ cấu truyền động sẽ tác động lên các tiếp điểm, làm tiếp điểm thường đóng mở ra, ngắt mạch điện cung cấp cho động cơ hoặc thiết bị được bảo vệ. Đồng thời, tiếp điểm thường mở có thể đóng lại, phát tín hiệu báo quá tải hoặc kích hoạt các hệ thống cảnh báo khác.

Để dễ hình dung, bạn có thể tưởng tượng rơ le nhiệt như một “cầu dao nhiệt tự động”. Thanh lưỡng kim đóng vai trò như “cảm biến nhiệt”, dây đốt nóng như “nguồn nhiệt”, và cơ cấu tiếp điểm như “công tắc điện”. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép (do quá tải), “cầu dao nhiệt” sẽ tự động ngắt mạch, bảo vệ thiết bị khỏi bị hư hỏng. Sau khi sự cố quá tải được khắc phục và nhiệt độ giảm xuống, rơ le nhiệt có thể được reset để khôi phục hoạt động.

Giữa cấu tạo và nguyên lý hoạt động, sự kết hợp giữa hiệu ứng nhiệt điện và đặc tính vật liệu của thanh lưỡng kim tạo nên khả năng bảo vệ quá tải tự động, tin cậy và hiệu quả của rơ le nhiệt. Hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý này giúp chúng ta lựa chọn, lắp đặt và sử dụng rơ le nhiệt một cách chính xác và tối ưu.

Ứng dụng và Cách lựa chọn, lắp đặt Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt là một thiết bị bảo vệ không thể thiếu trong nhiều hệ thống điện, đặc biệt là trong các ứng dụng liên quan đến động cơ điện. Việc lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp và lắp đặt đúng cách là yếu tố then chốt để đảm bảo khả năng bảo vệ quá tải hiệu quả và an toàn cho hệ thống điện.

Việc nắm vững các ứng dụng, tiêu chí lựa chọn và hướng dẫn lắp đặt rơ le nhiệt là rất quan trọng để bạn có thể sử dụng thiết bị này một cách tối ưu và đảm bảo an toàn cho hệ thống điện của mình.

Ứng dụng phổ biến của Rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, chủ yếu để bảo vệ quá tải cho động cơ điện và các thiết bị điện khác. Một số ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Bảo vệ quá tải cho động cơ điện: Đây là ứng dụng quan trọng nhất và phổ biến nhất của rơ le nhiệt. Động cơ điện khi hoạt động quá tải (ví dụ do kẹt tải, non tải, hoặc điện áp thấp) sẽ sinh ra dòng điện lớn hơn định mức, dẫn đến quá nhiệt và có thể gây cháy động cơ. Rơ le nhiệt được mắc nối tiếp với động cơ, khi dòng điện động cơ vượt quá giá trị cài đặt, rơ le nhiệt sẽ tác động, ngắt mạch điện cung cấp cho động cơ, bảo vệ động cơ khỏi bị quá nhiệt và hư hỏng. Rơ le nhiệt thường được kết hợp với khởi động từ (contactor) để tạo thành bộ khởi động và bảo vệ động cơ hoàn chỉnh. Ví dụ, trong các máy bơm nước, quạt công nghiệp, máy nén khí, rơ le nhiệt luôn được sử dụng để bảo vệ động cơ khỏi quá tải.
• Bảo vệ quá tải cho máy biến áp: Máy biến áp khi hoạt động quá tải cũng có thể bị quá nhiệt và hư hỏng. Rơ le nhiệt có thể được sử dụng để bảo vệ máy biến áp khỏi quá tải bằng cách đo nhiệt độ của cuộn dây hoặc dầu biến áp. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, rơ le nhiệt sẽ tác động, ngắt mạch điện máy biến áp, ngăn chặn tình trạng quá nhiệt và cháy nổ. Tuy nhiên, bảo vệ quá tải cho máy biến áp thường sử dụng các loại rơ le nhiệt chuyên dụng hoặc các phương pháp bảo vệ khác như rơ le dòng điện thứ cấp.
• Bảo vệ quá tải cho mạch điện: Ngoài bảo vệ động cơ và máy biến áp, rơ le nhiệt cũng có thể được sử dụng để bảo vệ quá tải cho các mạch điện khác, ví dụ như mạch chiếu sáng, mạch điều khiển, hoặc mạch cấp nguồn cho các thiết bị điện. Trong trường hợp này, rơ le nhiệt sẽ được lựa chọn với dòng điện tác động phù hợp với khả năng chịu tải của mạch điện cần bảo vệ. Ví dụ, trong một mạch điện chiếu sáng có nhiều đèn mắc song song, rơ le nhiệt có thể bảo vệ mạch điện khỏi quá tải do số lượng đèn vượt quá công suất cho phép.
• Bảo vệ quá nhiệt cho thiết bị: Trong một số ứng dụng đặc biệt, rơ le nhiệt còn được sử dụng để bảo vệ quá nhiệt cho các thiết bị không phải là động cơ điện, ví dụ như lò nung, máy sấy, hoặc các thiết bị điện tử công suất lớn. Trong trường hợp này, rơ le nhiệt có thể được gắn trực tiếp lên thiết bị cần bảo vệ để đo nhiệt độ và ngắt mạch khi nhiệt độ vượt quá giới hạn an toàn. Ví dụ, trong các lò nướng bánh công nghiệp, rơ le nhiệt có thể bảo vệ lò khỏi bị quá nhiệt do sự cố hệ thống điều khiển nhiệt độ.
• Ứng dụng trong hệ thống báo động và cảnh báo: Ngoài chức năng bảo vệ, rơ le nhiệt còn có thể được sử dụng để tạo tín hiệu báo động hoặc cảnh báo khi có sự cố quá tải xảy ra. Tiếp điểm thường mở của rơ le nhiệt có thể được kết nối với đèn báo, còi báo động, hoặc hệ thống điều khiển trung tâm để thông báo cho người vận hành biết về tình trạng quá tải và có biện pháp xử lý kịp thời. Ví dụ, trong tủ điện điều khiển động cơ, đèn báo quá tải thường được kết nối với tiếp điểm thường mở của rơ le nhiệt.

Ví dụ thực tế, trong một xưởng sản xuất gỗ, hệ thống máy cưa bào sử dụng nhiều động cơ điện công suất lớn. Để bảo vệ động cơ khỏi quá tải do gỗ kẹt hoặc lưỡi cưa bị cùn, mỗi động cơ đều được trang bị một rơ le nhiệt. Một lần, do lưỡi cưa bị mòn, động cơ máy cưa bào bị quá tải, rơ le nhiệt đã tác động, ngắt mạch điện, cứu động cơ khỏi nguy cơ cháy hỏng. Nhờ có rơ le nhiệt, xưởng sản xuất đã tránh được thiệt hại lớn do ngừng hoạt động và sửa chữa động cơ.

Hướng dẫn lựa chọn và lắp đặt Rơ le nhiệt

Việc lựa chọn và lắp đặt rơ le nhiệt đúng cách là rất quan trọng để đảm bảo khả năng bảo vệ quá tải hiệu quả và an toàn cho hệ thống điện. Dưới đây là một số hướng dẫn cơ bản:

Lựa chọn Rơ le nhiệt:

• Dòng điện định mức của động cơ: Đây là yếu tố quan trọng nhất khi lựa chọn rơ le nhiệt. Chọn rơ le nhiệt có dải dòng điện điều chỉnh phù hợp với dòng điện định mức của động cơ cần bảo vệ. Thông thường, dòng điện tác động của rơ le nhiệt nên được cài đặt ở mức 1.1 đến 1.2 lần dòng điện định mức của động cơ. Tham khảo thông số kỹ thuật của động cơ để biết dòng điện định mức.
• Loại khởi động động cơ: Chọn rơ le nhiệt phù hợp với loại khởi động động cơ (khởi động trực tiếp, khởi động sao – tam giác, khởi động mềm, biến tần). Một số loại rơ le nhiệt được thiết kế đặc biệt cho từng loại khởi động.
• Số cực và phương pháp lắp đặt: Chọn rơ le nhiệt có số cực phù hợp với số pha của mạch điện (1 pha hoặc 3 pha). Chọn phương pháp lắp đặt phù hợp với tủ điện và vị trí lắp đặt (ví dụ: lắp trực tiếp vào khởi động từ, lắp trên DIN rail).
• Chức năng bổ sung: Một số rơ le nhiệt có thêm các chức năng bổ sung như bảo vệ mất pha, bảo vệ lệch pha, hoặc chức năng báo tín hiệu từ xa. Lựa chọn rơ le có các chức năng bổ sung nếu cần thiết cho ứng dụng cụ thể.
• Thương hiệu và chất lượng: Ưu tiên lựa chọn rơ le nhiệt từ các thương hiệu uy tín, có chất lượng đã được kiểm chứng và chế độ bảo hành tốt. Các thương hiệu nổi tiếng thường đảm bảo độ chính xác, độ bền và độ tin cậy của sản phẩm.

Lắp đặt Rơ le nhiệt:

1. Ngắt nguồn điện: Luôn ngắt nguồn điện trước khi tiến hành lắp đặt hoặc đấu nối bất kỳ thiết bị điện nào. Đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình làm việc.
2. Chọn vị trí lắp đặt phù hợp: Lắp rơ le nhiệt ở vị trí khô ráo, thoáng mát, dễ thao tác và bảo trì. Thường lắp rơ le nhiệt trực tiếp vào khởi động từ hoặc trên DIN rail trong tủ điện.
3. Đấu nối dây điện đúng sơ đồ: Đấu nối dây điện vào các đầu nối của rơ le nhiệt theo đúng sơ đồ mạch điện và sơ đồ đấu dây của rơ le. Mắc rơ le nhiệt nối tiếp với động cơ và khởi động từ. Đảm bảo các mối nối chắc chắn, tiếp xúc tốt và cách điện an toàn. Sử dụng dây dẫn có tiết diện phù hợp với dòng điện tải.
4. Cài đặt dòng điện tác động: Cài đặt dòng điện tác động của rơ le nhiệt phù hợp với dòng điện định mức của động cơ cần bảo vệ. Sử dụng vít chỉnh dòng để điều chỉnh. Tham khảo hướng dẫn cài đặt của nhà sản xuất rơ le nhiệt và thông số kỹ thuật của động cơ.
5. Kiểm tra và nghiệm thu: Sau khi lắp đặt xong, kiểm tra lại toàn bộ các mối nối dây, đảm bảo không có dây nào bị hở hoặc chạm chập. Cấp nguồn điện và kiểm tra xem rơ le nhiệt hoạt động bình thường hay không bằng cách mô phỏng tình trạng quá tải (ví dụ: tăng tải động cơ hoặc sử dụng thiết bị đo dòng điện). Đảm bảo rơ le nhiệt tác động và ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giá trị cài đặt.

Giữa lựa chọn và lắp đặt, việc lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp với động cơ và cài đặt dòng điện tác động chính xác là hai yếu tố quan trọng nhất. Hãy luôn tuân thủ các quy tắc an toàn điện và tham khảo ý kiến của chuyên gia điện nếu bạn không có kinh nghiệm.

Kết luận

Rơ le nhiệt là một thiết bị bảo vệ quá tải quan trọng và hiệu quả, đóng vai trò không thể thiếu trong việc bảo vệ động cơ điện và các thiết bị điện khác khỏi hư hỏng do quá nhiệt. Bài viết này đã cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản và toàn diện về rơ le nhiệt, từ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, ứng dụng đến cách lựa chọn và lắp đặt. Hy vọng rằng, với những thông tin này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về vai trò và tầm quan trọng của rơ le nhiệt, và có thể tự tin lựa chọn và sử dụng thiết bị này một cách hiệu quả, đảm bảo an toàn và kéo dài tuổi thọ cho hệ thống điện của mình. Hãy nhớ rằng, việc bảo vệ quá tải là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống điện, và rơ le nhiệt là một công cụ đắc lực để thực hiện điều đó.