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

Rơ le nhiệt là một thiết bị điện quan trọng được sử dụng rộng rãi trong đời sống và công nghiệp. Nó có chức năng tự động đóng ngắt mạch điện khi có nhiệt độ tác động lên các thành phần kim loại bên trong, giúp bảo vệ thiết bị và hệ thống điện khỏi các tình trạng quá tải và quá nhiệt. Nhờ cơ chế hoạt động đơn giản nhưng rất hiệu quả, rơ le nhiệt được ứng dụng phổ biến trong các hệ thống động cơ điện, máy móc và thiết bị điện gia dụng. Cùng Digitech JSC tìm hiểu về Rơ le nhiệt là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Reley nhiệt.

Rơ le nhiệt là gì?

Rơ le nhiệt hay Relay nhiệt là một thiết bị bảo vệ điện được sử dụng để ngăn chặn tình trạng quá tải trong các mạch điện và động cơ điện. Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt dựa trên sự giãn nở của một thanh kim loại kép khi nhiệt độ do dòng điện quá tải sinh ra tăng lên. Khi nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép, thanh kim loại sẽ uốn cong, làm đóng hoặc mở các tiếp điểm để ngắt mạch điện, từ đó bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng do quá tải.

Thiết bị này thường được kết hợp với khởi động từ (contactor) và sử dụng nhiều trong bảo vệ động cơ, máy bơm, điều hòa và các thiết bị điện khác. Rơ le nhiệt có khả năng làm việc ở các mức dòng khác nhau và điện áp xoay chiều lên đến 500V, giúp duy trì an toàn và hiệu quả vận hành của hệ thống điện.

Ngoài ra, rơ le nhiệt có cấu tạo gồm các thành phần chính như thanh kim loại kép, nút phục hồi, tiếp điểm đóng/cắt, bộ chỉnh dòng điện tác động và cơ cấu cơ khí giúp thực hiện việc đóng ngắt theo tín hiệu nhiệt độ. Đây là thiết bị thiết yếu để bảo vệ máy móc khỏi những tổn thương lâu dài do quá tải điện hoặc nhiệt độ tăng cao.

Cấu tạo của rơ le nhiệt

Cấu tạo của rơ le nhiệt bao gồm một số bộ phận chính như sau:

• Đòn bẩy: Bộ phận cơ khí giúp truyền động cơ học khi có sự thay đổi nhiệt độ.
• Tiếp điểm thường đóng (NC): Ban đầu ở trạng thái đóng, khi quá tải làm rơ le hoạt động sẽ mở ra để ngắt mạch.
• Tiếp điểm thường mở (NO): Ban đầu ở trạng thái mở, khi rơ le hoạt động sẽ đóng lại để cấp tín hiệu cảnh báo hoặc kích hoạt thiết bị khác.
• Thanh lưỡng kim (bimetal): Là thành phần quan trọng nhất, gồm hai thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau ghép lại với nhau. Khi nhiệt độ tăng, thanh này sẽ uốn cong tạo lực kích hoạt đòn bẩy.
• Dây đốt nóng: Tạo ra nhiệt khi có dòng điện chạy qua, làm nóng thanh lưỡng kim.
• Cần gạt: Dùng để điều khiển hoặc thay đổi trạng thái của rơ le.
• Nút phục hồi (reset): Cho phép người dùng đặt lại rơ le về trạng thái ban đầu sau khi nó đã nhả (ngắt) mạch.
• Vít chỉnh dòng điện tác động: Dùng để điều chỉnh ngưỡng dòng điện mà rơ le bắt đầu hoạt động.

Thanh lưỡng kim được làm từ hai kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau, phổ biến như Invar (có hệ số giãn nở thấp) kết hợp với đồng thau hoặc thép crom-niken (có hệ số giãn nở cao). Khi dòng điện qua dây đốt tăng, nhiệt sinh ra làm cho thanh lưỡng kim uốn cong và tác động đến các tiếp điểm để ngắt mạch hoặc gửi tín hiệu cảnh báo, bảo vệ quá tải cho hệ thống điện.

Cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả giúp rơ le nhiệt trở thành thiết bị bảo vệ phổ biến trong các hệ thống điện và động cơ điện công nghiệp cũng như dân dụng.

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt

Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt dựa trên hiện tượng giãn nở nhiệt khác nhau của hai lớp kim loại ghép lại với nhau, gọi là thanh lưỡng kim. Thanh lưỡng kim này bao gồm một lớp kim loại có hệ số giãn nở thấp và một lớp kim loại có hệ số giãn nở cao hơn. Khi có dòng điện chạy qua, đặc biệt là khi dòng điện tăng vượt quá mức cho phép (quá tải), dòng điện sẽ sinh ra nhiệt làm cho thanh kim loại này bị nung nóng.

Do sự khác biệt về hệ số giãn nở, thanh lưỡng kim sẽ uốn cong về phía lớp kim loại có hệ số giãn nở thấp hơn. Độ uốn cong của thanh kim loại này sẽ tác động lên đòn bẩy cơ khí làm thay đổi trạng thái của các tiếp điểm điện bên trong rơ le, từ đó ngắt hoặc đóng tín hiệu điện. Cụ thể, trong trường hợp quá tải, rơ le nhiệt sẽ gián tiếp ngắt mạch hoặc kích hoạt hệ thống cảnh báo để bảo vệ thiết bị khỏi hư hại do dòng quá tải.

Sau khi dòng điện trở về mức bình thường và nhiệt độ giảm xuống, thanh lưỡng kim sẽ trở lại trạng thái ban đầu, các tiếp điểm đóng lại và mạch điện được nối lại. Rơ le nhiệt theo đó hoạt động như một thiết bị bảo vệ chậm, cho phép dòng điện vượt ngưỡng trong khoảng thời gian ngắn nhưng sẽ ngắt khi quá tải kéo dài.

Nguyên lý này giúp rơ le nhiệt bảo vệ hiệu quả các thiết bị điện, động cơ khỏi những tổn thương do quá tải và đảm bảo an toàn vận hành cho toàn hệ thống.

Phương thức đốt nóng relay nhiệt

Các phương thức đốt nóng trong rơ le nhiệt bao gồm 3 loại chính:

Đốt nóng trực tiếp:

Dòng điện chạy trực tiếp qua tấm kim loại kép, làm cho tấm kim loại nóng lên và giãn nở. Đây là phương thức đơn giản, chi phí thấp nhưng nhiệt độ không ổn định, dễ gây sai số do ảnh hưởng trực tiếp của dòng điện tải.

Đốt nóng gián tiếp:

Dòng điện không chạy trực tiếp qua tấm kim loại kép mà chạy qua một phần tử đốt nóng riêng biệt (dây đốt). Nhiệt độ sinh ra từ dây đốt sẽ truyền đến tấm kim loại kép để làm nó uốn cong. Phương pháp này giúp nhiệt độ ổn định hơn và giảm ảnh hưởng của dòng điện tải lên thiết bị.

Đốt nóng hỗn hợp:

Kết hợp cả hai phương thức trên, vừa dùng dòng điện chạy trực tiếp qua tấm kim loại kép, vừa dùng thêm dây đốt bên ngoài để tạo nhiệt bổ sung. Phương pháp này cho độ ổn định nhiệt cao, chính xác và được sử dụng phổ biến nhất trong bảo vệ quá tải để đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng.

Việc lựa chọn phương thức đốt nóng phù hợp tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng, môi trường vận hành và độ chính xác cần thiết của hệ thống điện.

Các loại rơ le nhiệt

Các loại rơ le nhiệt hiện nay được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như kết cấu, số cực, phương thức đốt nóng và số pha. Cụ thể:

Theo kết cấu:

• Rơ le nhiệt kín: có vỏ bọc kín, chống bụi và ẩm, phù hợp với môi trường công nghiệp.
• Rơ le nhiệt hở: không có vỏ bảo vệ kín, thường dùng trong môi trường sạch, ít bụi.

Theo số cực:

• Rơ le nhiệt 1 cực: chỉ bảo vệ cho một pha hoặc một mạch đơn.
• Rơ le nhiệt 2 cực: bảo vệ hai pha hoặc hai mạch.

Theo phương thức đốt nóng:

• Rơ le nhiệt đốt nóng trực tiếp: dây đốt nóng dẫn trực tiếp dòng điện tải.
• Rơ le nhiệt đốt nóng gián tiếp: dây đốt nóng tách biệt với dòng điện tải, giảm ảnh hưởng của dòng sự cố.
• Rơ le nhiệt đốt nóng hỗn hợp: kết hợp giữa đốt nóng trực tiếp và gián tiếp để tăng độ chính xác và độ bền.

Theo số pha:

• Rơ le nhiệt 1 pha: dùng trong các hệ thống điện dân dụng hoặc công suất nhỏ.
• Rơ le nhiệt 3 pha: dùng phổ biến trong công nghiệp, bảo vệ các động cơ và thiết bị ba pha có công suất lớn.

Ngoài phân loại kỹ thuật, trên thị trường còn có các thương hiệu rơ le nhiệt nổi tiếng như Schneider, LS, Mitsubishi, Chint… với những đặc điểm và ưu điểm riêng biệt phù hợp với từng ứng dụng khác nhau.

Việc lựa chọn loại rơ le nhiệt phù hợp rất quan trọng để bảo vệ hiệu quả hệ thống điện và thiết bị, đảm bảo an toàn và độ bền trong quá trình vận hành.

CADISUN | CADIVI | GOLDCUP | TRẦN PHÚ| LS VINA | CÁP NHÔM | CÁP ĐIỆN VN

Ứng dụng của rơ le trong đời sống

Rơ le nhiệt có nhiều ứng dụng quan trọng trong cả lĩnh vực công nghiệp và dân dụng, với vai trò chính là bảo vệ các thiết bị điện khỏi tình trạng quá tải, quá nhiệt gây hư hỏng.

• Trong công nghiệp, rơ le nhiệt thường được lắp cùng với khởi động từ (contactor) để tạo thành hệ thống bảo vệ và điều khiển mạch điện cho các động cơ công suất lớn như máy nén khí, máy bơm nước, dây chuyền sản xuất, hệ thống truyền tải điện và tự động hóa. Khi dòng điện vượt quá mức cho phép, rơ le nhiệt sẽ phát hiện và ngắt mạch, giúp bảo vệ động cơ khỏi bị cháy hoặc hư hỏng do quá tải nhiệt.
• Trong điện dân dụng, rơ le nhiệt được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các thiết bị như máy bơm nước, bình nóng lạnh, tủ lạnh, máy giặt, điều hòa, nồi cơm điện… giúp ngăn ngừa hư hỏng và nâng cao tuổi thọ thiết bị. Rơ le nhiệt cũng góp phần giảm nguy cơ cháy nổ và tai nạn điện do quá nhiệt.
• Ngoài ra, một số rơ le nhiệt hiện đại còn tích hợp chức năng bảo vệ mất pha hoặc các tính năng bảo vệ nâng cao khác, làm tăng hiệu quả và độ tin cậy trong vận hành.
• Rơ le nhiệt là thiết bị bảo vệ thiết yếu trong hệ thống điện, giúp vận hành an toàn, ổn định và kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị điện và động cơ trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Rơ le nhiệt là thiết bị bảo vệ không thể thiếu nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và hệ thống trong quá trình vận hành. Với khả năng phát hiện nhanh các hiện tượng quá tải nhiệt và tự động ngắt mạch, rơ le nhiệt góp phần tăng tuổi thọ thiết bị, hạn chế rủi ro hư hỏng và tai nạn cháy nổ, đồng thời giúp hệ thống hoạt động ổn định và bền bỉ hơn trong thời gian dài.