Rơ le là gì? Công dụng của rơ le trong hệ thống điện

Rơ le là một trong những thiết bị được sử dụng phổ biến trong cả đời sống sinh hoạt lẫn hệ thống công nghiệp – từ tủ điện dân dụng, tủ điện âm tường, đến các thiết bị điện lạnh và hệ thống điều khiển tự động. Nhờ khả năng giám sát và đóng/ngắt dòng điện hiệu quả, rơ le đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho máy móc, đặc biệt trong trường hợp xảy ra quá tải.

Trong bài viết này, H&T Automation sẽ cùng bạn tìm hiểu chi tiết về rơ le: từ định nghĩa, nguyên lý hoạt động, đến phân loại và ứng dụng thực tiễn.

Các trạng thái làm việc của rơ le

Rơ le có hai trạng thái hoạt động: ON (đóng) và OFF (ngắt) – phụ thuộc vào việc có dòng điện đi qua cuộn dây hay không.

Trên mỗi rơ le thường có 3 ký hiệu cơ bản:

• NO (Normally Open) – Thường hở: Khi rơ le chưa kích hoạt, tiếp điểm ở trạng thái mở.
• NC (Normally Closed) – Thường đóng: Khi chưa có dòng điện, tiếp điểm ở trạng thái đóng.
• COM (Common) – Chân chung: Là điểm nối tín hiệu điều khiển, được chuyển giữa NO và NC tùy theo trạng thái hoạt động của rơ le.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le

3.1. Cấu tạo cơ bản của rơ le

Một rơ le tiêu chuẩn thường bao gồm:

• Cuộn dây nam châm điện
• Lõi sắt từ
• Hệ thống tiếp điểm (NO, NC)
• Lò xo hồi vị
• Cần dẫn động cơ khí

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường tạo ra sẽ kéo tiếp điểm chuyển sang trạng thái khác, giúp đóng hoặc ngắt mạch điện. Lò xo hồi sẽ đưa tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu khi dòng điện bị cắt.

3.2. Nguyên lý hoạt động

• Ở trạng thái không có điện, tiếp điểm ở vị trí thường (NO hoặc NC).
• Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường hút cần gạt, chuyển đổi tiếp điểm từ NC sang NO hoặc ngược lại.
• Khi dòng điện ngừng, lò xo sẽ đưa tiếp điểm về trạng thái ban đầu.

Điều này giúp rơ le hoạt động như một công tắc điều khiển tự động – đặc biệt hiệu quả trong việc tách biệt mạch điều khiển và mạch công suất.

Chức năng và ứng dụng của rơ le

Rơ le đảm nhiệm nhiều chức năng quan trọng trong hệ thống điện:

• Chuyển mạch điện áp/dòng điện: Cho phép điều khiển tải lớn thông qua tín hiệu điều khiển nhỏ.
• Cách ly mạch điều khiển và mạch công suất: Đảm bảo an toàn khi vận hành hệ thống điện phức tạp.
• Giám sát hệ thống an toàn: Tự động ngắt điện khi phát hiện sự cố, bảo vệ thiết bị và người dùng.
• Thực hiện các logic đơn giản: Nhiều loại rơ le có thể đảm nhận các chức năng logic như AND, OR, NOT – hữu ích trong lập trình điều khiển công nghiệp.

Các loại rơ le thông dụng hiện nay

Phân Loại Rơ Le Theo Nguyên Lý Làm Việc

Rơ Le Trung Gian (Intermediate Relay)

Rơ le trung gian là một trong những loại rơ le phổ biến nhất trong lĩnh vực điều khiển tự động. Thiết bị này thường được sử dụng như một bộ chuyển tiếp tín hiệu giữa mạch điều khiển logic (như PLC, vi điều khiển) và mạch công suất lớn (động cơ, contactor, van điện…).

Đặc điểm kỹ thuật nổi bật:

• Cấu tạo bao gồm cuộn dây điện từ và hệ thống tiếp điểm (thường là dạng chuyển đổi NO/NC).
• Thiết kế module hóa, nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp trong tủ điện và hệ thống điều khiển hiện đại.
• Được trang bị đế cắm (socket base) giúp thay thế nhanh chóng khi bảo trì.
• Điện áp điều khiển đa dạng: 12VDC, 24VDC, 110VAC, 220VAC…

Ứng dụng thực tiễn:

Rơ le trung gian được sử dụng rộng rãi trong các tủ điều khiển, trạm phân phối điện, dây chuyền tự động hóa trong công nghiệp sản xuất như dệt may, chế biến thực phẩm, lắp ráp linh kiện điện tử… Với khả năng trung chuyển tín hiệu an toàn và hiệu quả, rơ le trung gian giúp mở rộng khả năng điều khiển của hệ thống mà vẫn đảm bảo cách ly điện áp giữa các cấp tín hiệu.

Rơ Le Điện Từ (Electromagnetic Relay)

Rơ le điện từ hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ – khi có dòng điện chạy qua cuộn dây, từ trường sinh ra sẽ kéo cần gạt, thay đổi trạng thái các tiếp điểm trong rơ le. Không giống như công tắc cơ học, rơ le điện từ hoàn toàn không cần thao tác thủ công, mà hoạt động hoàn toàn tự động theo tín hiệu điều khiển.

Tính năng kỹ thuật:

• Khả năng đóng/ngắt dòng điện lớn với dòng điều khiển nhỏ.
• Có thể cấu hình nhiều tiếp điểm: SPST, SPDT, DPDT…
• Loại chân: 5 chân, 8 chân, 14 chân tùy theo yêu cầu tín hiệu đầu ra.
• Tốc độ phản hồi nhanh, phù hợp với hệ thống yêu cầu điều khiển tức thời.

Ưu điểm vượt trội:

• Bảo vệ phần tử điều khiển bằng cách cách ly tín hiệu logic khỏi tải công suất lớn.
• Hoạt động bền bỉ, ổn định trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt.
• Tùy chọn đa dạng về điện áp cuộn dây: phù hợp với các chuẩn điện áp công nghiệp phổ biến.

Ứng dụng:

Rơ le điện từ được tích hợp phổ biến trong các bo mạch điều khiển tự động, hệ thống PLC, hệ thống cảnh báo, điều khiển tải điện nặng, hoặc các thiết bị đóng cắt động cơ, chiếu sáng công nghiệp, hệ thống đóng gói, băng chuyền…

Rơ Le Nhiệt (Thermal Overload Relay)

Rơ le nhiệt là thiết bị bảo vệ quan trọng được dùng để ngắt mạch khi phát hiện nhiệt độ bất thường do dòng điện quá tải gây ra. Đây là lớp bảo vệ thứ cấp cho động cơ điện trong trường hợp dòng điện vượt quá giới hạn trong thời gian dài.

Nguyên lý hoạt động:

Rơ le nhiệt sử dụng hai hoặc ba thanh kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau được hàn lại với nhau (thanh lưỡng kim). Khi có dòng điện chạy qua và sinh nhiệt, thanh kim loại sẽ uốn cong, làm thay đổi vị trí tiếp điểm và ngắt mạch tải.

Thông số thường gặp:

• Dải điều chỉnh dòng: từ vài ampere đến hàng trăm ampere.
• Có thể tích hợp trực tiếp với contactor hoặc tủ điều khiển động cơ (MCC).
• Trang bị cơ chế test/reset giúp vận hành và bảo trì thuận tiện.

Ứng dụng:

• Bảo vệ động cơ điện khỏi hiện tượng quá tải kéo dài.
• Được lắp đặt phổ biến trong các tủ điều khiển động cơ (Motor Control Center).
• Thường kết hợp cùng contactor tạo thành bộ khởi động trực tiếp hoặc sao-tam giác.

Phân Loại Theo Cơ Cấu Tác Động

Rơ le không chỉ khác nhau về nguyên lý hoạt động mà còn được phân chia theo cách thức tác động và đặc điểm mạch điện nơi nó được lắp đặt. Dưới đây là hai cách phân loại phổ biến theo cơ cấu chấp hành:

Phân Theo Tham Số Tác Động (Input Characteristics)

Phân loại này dựa trên đại lượng vật lý đầu vào mà rơ le phản ứng:

• Rơ le dòng điện (Current Relay): Kích hoạt khi dòng điện vượt quá hoặc thấp hơn ngưỡng đã định. Được sử dụng để bảo vệ hệ thống khỏi dòng rò, ngắn mạch…
• Rơ le điện áp (Voltage Relay): Phát hiện sự thay đổi điện áp – tăng áp, tụt áp – và ngắt hệ thống kịp thời.
• Rơ le công suất (Power Relay): Bảo vệ mạch khi công suất tiêu thụ bất thường.
• Rơ le tổng trở (Impedance Relay): Ứng dụng chủ yếu trong lưới điện cao thế, phát hiện sự cố qua thay đổi tổng trở.

Phân Theo Phương Pháp Mắc (Wiring Configuration)

• Rơ le sơ cấp: Được mắc trực tiếp vào mạch chính cần bảo vệ. Loại này thường yêu cầu thiết bị có khả năng chịu tải lớn.
• Rơ le thứ cấp: Mắc thông qua các biến dòng (CT) hoặc biến áp đo lường (PT), giúp giảm tải và tăng độ an toàn cho hệ thống điều khiển. Đây là phương án phổ biến trong hệ thống điện trung, cao thế hoặc nơi có dòng điện lớn.

6. Kết luận

Thông qua bài viết trên, H&T Automation hy vọng đã giúp bạn hiểu rõ hơn về rơ le – một thiết bị không thể thiếu trong hệ thống điện hiện đại. Dù là trong ứng dụng dân dụng hay công nghiệp, việc lựa chọn đúng loại rơ le và lắp đặt đúng cách sẽ góp phần đảm bảo sự an toàn, hiệu quả cho toàn bộ hệ thống.