Trong các hệ thống điều khiển động cơ, bảo vệ quá tải luôn là yêu cầu bắt buộc để tránh các sự cố nghiêm trọng như cháy cuộn dây, giảm tuổi thọ thiết bị hay dừng dây chuyền sản xuất ngoài ý muốn. Trong số những thiết bị bảo vệ phổ biến nhất hiện nay, rơ le nhiệt được xem là lựa chọn tối ưu nhờ cấu tạo đơn giản, độ tin cậy cao và khả năng bảo vệ chính xác theo đặc tính nhiệt của động cơ. Việc hiểu rõ rơ le nhiệt là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách lựa chọn phù hợp sẽ giúp kỹ sư thiết kế hệ thống an toàn hơn, đồng thời hạn chế tối đa các rủi ro trong vận hành. Bài viết dưới đây của H&T Automation sẽ phân tích chi tiết và chuyên sâu về rơ le nhiệt, giúp bạn nắm chắc kiến thức để áp dụng ngay trong thực tế.
Rơ le nhiệt là gì? Đặc điểm của rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt (Thermal Overload Relay) là thiết bị bảo vệ quá tải cho động cơ điện, hoạt động dựa trên sự giãn nở nhiệt của thanh lưỡng kim. Khi dòng điện chạy qua động cơ vượt quá giá trị cho phép trong một khoảng thời gian nhất định, rơ le nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch điều khiển, bảo vệ động cơ khỏi nguy cơ nóng quá mức, cháy cuộn dây hoặc hỏng hóc nghiêm trọng.
Đặc trưng nổi bật của rơ le nhiệt là bảo vệ theo đặc tính thời gian – dòng điện, nghĩa là dòng càng lớn thì thời gian tác động càng nhanh. Đây là phương pháp bảo vệ lý tưởng cho động cơ vì nó mô phỏng rất gần với khả năng chịu tải thực tế của cuộn dây động cơ. Ngoài ra, rơ le nhiệt không bảo vệ được dòng ngắn mạch mà chỉ tập trung vào bảo vệ quá tải và mất pha.
Nhờ hoạt động ổn định, giá thành hợp lý, cấu tạo đơn giản và dễ sử dụng, rơ le nhiệt trở thành một trong những thiết bị bảo vệ không thể thiếu trong hệ thống điều khiển động cơ sử dụng contactor.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt
Cấu tạo của rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt được chế tạo dựa trên nguyên lý giãn nở nhiệt, đi kèm với một số chi tiết cơ khí – điện cơ nhằm tạo ra khả năng đóng – ngắt tiếp điểm khi có quá tải. Một rơ le nhiệt phổ biến thường gồm các bộ phận chính:
Thanh lưỡng kim (Bimetallic Strip)
Thanh lưỡng kim là bộ phận quan trọng nhất, được ghép từ hai kim loại có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau. Khi bị đốt nóng, thanh sẽ cong về phía kim loại có hệ số giãn nở thấp hơn. Sự cong này tạo lực tác động lên cơ cấu nhả, điều khiển tiếp điểm để ngắt mạch.
Dây đốt nóng (Heating Element)
Dây đốt nóng là phần chịu dòng tải chạy qua. Khi động cơ hoạt động, dòng điện đi qua dây đốt nóng sinh nhiệt và truyền nhiệt đến thanh lưỡng kim. Khi động cơ quá tải, dòng điện tăng cao làm dây nóng lên nhanh chóng, khiến thanh lưỡng kim cong mạnh và kích hoạt rơ le.
Tiếp điểm (Contacts)
Rơ le nhiệt thông thường có hai loại tiếp điểm:
- Tiếp điểm thường đóng (NC): dùng để ngắt mạch điều khiển động cơ khi rơ le tác động.
- Tiếp điểm thường mở (NO): dùng để báo trạng thái quá tải hoặc truyền tín hiệu về PLC/HMI.
Đòn bẩy và Cơ cấu nhả (Lever and Trip Mechanism)
Bộ phận này đóng vai trò truyền lực từ thanh lưỡng kim sang tiếp điểm. Khi thanh lưỡng kim cong vượt ngưỡng cho phép, đòn bẩy bật ra và ngắt tiếp điểm NC, đồng thời kích hoạt NO.
Vít chỉnh dòng điện tác động (Adjustment Screw)
Vít chỉnh cho phép điều chỉnh dải dòng bảo vệ của rơ le nhiệt phù hợp với dòng định mức của động cơ. Người vận hành có thể điều chỉnh theo giá trị mà nhà sản xuất quy định.
Nút phục hồi (Reset Button)
Nút Reset giúp đưa rơ le về trạng thái ban đầu sau khi tác động. Rơ le có hai chế độ:
- Reset bằng tay (Manual)
- Reset tự động (Auto)
Người dùng có thể chọn chế độ tùy theo yêu cầu an toàn của hệ thống.
Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt hoạt động dựa trên hiện tượng giãn nở của thanh lưỡng kim khi bị đốt nóng. Khi dòng điện vượt quá giá trị cài đặt, dây đốt nóng sinh nhiệt lớn, khiến thanh lưỡng kim cong và tác động lên bộ truyền cơ khí. Khi độ cong vượt ngưỡng, tiếp điểm phụ NC mở ra và ngắt mạch điều khiển động cơ. Các tiếp điểm phụ trên Rơ le nhiệt thương có ký hiệu NC (Tiếp điểm thường đóng) và NO (Tiếp điểm thường hở). Các tiếp điểm này thường được đánh số là 95-96 (cho cặp NC) và 97-98 (cho cặp NO).
Nhiều bạn nhầm lẫn khi Rơ le nhiệt tác động sẽ ngắt mạch động lực, việc này là sai, Rơ le nhiệt chỉ có nhiệm vụ đổi trạng thái tiếp điểm NC thành NO để ngắt mạch điều khiển cấp nguồn cho động cơ, các tiếp điểm động lực của Rơ le nhiệt nhiệt sẽ thông mạch hoàn toàn từ đầu trên tới đầu dưới, nếu các bạn đo không thông mạch bất kỳ pha nào trong 3 pha, thì Rơ le nhiệt đó đã bị mất pha. Các bạn cần thay thế Rơ le nhiệt mới.
Cơ chế bảo vệ này đảm bảo rằng động cơ chỉ bị ngắt khi quá tải kéo dài, tránh hiện tượng ngắt nhầm khi động cơ khởi động có dòng cao trong thời gian ngắn.
Các phương thức đốt nóng trong rơ le nhiệt
Trong thiết kế rơ le nhiệt, có hai phương pháp truyền nhiệt chính:
Đốt nóng trực tiếp (Direct Heating):
Dòng điện chạy trực tiếp qua thanh lưỡng kim. Đây là phương pháp chính xác và tác động nhanh, phù hợp bảo vệ động cơ vừa và nhỏ.
Đốt nóng gián tiếp (Indirect Heating):
Dòng điện chạy qua dây đốt nóng, dây này truyền nhiệt sang thanh lưỡng kim. Phương pháp này ổn định, ít bị ảnh hưởng bởi dao động dòng điện tức thời.
Ứng dụng của rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt được sử dụng trong đa dạng ứng dụng công nghiệp, đặc biệt trong các hệ thống điều khiển động cơ:
- Bảo vệ quá tải cho động cơ điện xoay chiều.
- Sử dụng trong mạch khởi động từ kết hợp contactor.
- Bảo vệ mất pha cho động cơ 3 pha.
- Dùng trong hệ thống bơm, quạt, máy nén, băng tải.
- Gửi tín hiệu cảnh báo về PLC trong các hệ thống tự động hóa.
Nhờ tính đơn giản và khả năng chịu môi trường công nghiệp tốt, rơ le nhiệt là lựa chọn phổ biến từ các nhà máy sản xuất, trạm bơm, nhà xưởng chế biến đến các ứng dụng dân dụng.
Các loại rơ le nhiệt phổ biến trên thị trường
Phân loại theo kết cấu
- Rơ le nhiệt dạng cơ truyền thống – gắn trực tiếp sau contactor.
- Rơ le nhiệt dạng điện tử (Electronic overload relay) – không gắn trực tiếp sau contactor.
Phân loại theo số cực
- Rơ le nhiệt 1 cực.
- Rơ le nhiệt 3 cực (phổ biến nhất trong công nghiệp).
Phân loại theo phương pháp đốt nóng
- Đốt nóng trực tiếp.
- Đốt nóng gián tiếp.
Phân loại theo nguyên lý tác động
- Tác động chậm (Time-delay type).
- Tác động nhanh (Quick-trip).
Hệ số bảo vệ và tiêu chuẩn kỹ thuật của rơ le nhiệt
Các rơ le nhiệt chất lượng cao thường tuân theo các tiêu chuẩn:
- IEC 60947-4-1
- IEC 60034
- UL508
- GB/T 14048
Các thông số kỹ thuật quan trọng khi lựa chọn gồm:
- Dải dòng bảo vệ (A)
- Loại đường cong bảo vệ
- Class tác động (Class 10, Class 20, Class 30)
- Khả năng chịu dòng khởi động
- Nhiệt độ môi trường làm việc
- Cấp bảo vệ IP
Việc nắm rõ các tiêu chuẩn này giúp kỹ sư lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp với yêu cầu của từng loại động cơ và môi trường làm việc.
Kinh nghiệm chọn mua rơ le nhiệt
Khi chọn rơ le nhiệt, cần lưu ý một số nguyên tắc sau:
Chọn rơ le nhiệt có dải dòng phù hợp với dòng định mức của động cơ.
Công thức tính dòng định mức động cơ 3 pha:
I = P / (√3 × U × cosφ × η)
- Đảm bảo rơ le tương thích với contactor đang sử dụng.
- Ưu tiên rơ le có chế độ bảo vệ mất pha nếu động cơ làm việc liên tục.
- Lựa chọn thương hiệu uy tín như Schneider, Siemens, LS, Mitsubishi.
- Kiểm tra nhiệt độ môi trường lắp đặt, tránh nơi quá nóng gây tác động sai.
- Chọn rơ le nhiệt phù hợp với đặc tính tải: tải nhẹ, tải quán tính, tải nặng.
Hướng dẫn cách đấu dây rơ le nhiệt đúng kỹ thuật
Để đấu dây rơ le nhiệt an toàn và đúng chuẩn, cần thực hiện theo các bước cơ bản:
- Đấu ba dây từ tải (L1 – L2 – L3) đi qua rơ le nhiệt trước khi vào contactor.
- Tiếp điểm NC của rơ le nhiệt nối vào mạch điều khiển cuộn hút contactor (thường mắc nối tiếp với Stop).
- Tiếp điểm NO kết nối về hệ thống báo quá tải hoặc PLC để giám sát.
- Cài đặt dòng tác động theo dòng định mức động cơ, thông thường chọn từ 1,05 – 1,2 lần dòng định mức.
Lưu ý quan trọng:
Rơ le nhiệt không được dùng để cắt tải trực tiếp, mà chỉ được dùng để ngắt mạch điều khiển.
Những lỗi thường gặp khi sử dụng rơ le nhiệt và cách khắc phục
- Rơ le tác động sai dù động cơ không quá tải → do chỉnh dòng quá thấp hoặc môi trường quá nóng.
- Động cơ cháy nhưng rơ le không tác động → do chọn sai dải dòng hoặc sai Class bảo vệ.
- Không reset được → kiểm tra chế độ Manual/Auto hoặc lỗi cơ cấu nhả.
- Rơ le bị nóng bất thường → hệ thống đấu dây chưa chuẩn hoặc tiếp xúc kém.
- Rơ le nhiệt bị mất pha → đo kiểm bằng đồng hồ VOM và tiến hành thay Rơ le nhiệt mới.
Việc kiểm tra định kỳ và hiệu chuẩn là cần thiết để đảm bảo rơ le hoạt động đúng đặc tính.
Một số câu hỏi thường gặp (FAQ)
Rơ le nhiệt có bảo vệ ngắn mạch không?
Không. Ngắn mạch phải dùng MCB hoặc cầu chì.
Nên đặt dòng rơ le nhiệt bao nhiêu?
Thường từ 105% đến 120% dòng định mức động cơ, tùy ứng dụng.
Tại sao động cơ vẫn chạy bình thường nhưng rơ le nhiệt tác động?
Do nhiệt độ môi trường cao, tải dao động hoặc chỉnh sai giá trị.
Rơ le nhiệt có dùng được cho động cơ 1 pha không?
Có, nhưng cần chọn loại chuyên dùng 1 pha.
Kết luận
Rơ le nhiệt là thiết bị bảo vệ quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, giúp bảo vệ quá tải và mất pha hiệu quả. Với cấu tạo đơn giản, nguyên lý hoạt động rõ ràng và giá thành thấp, rơ le nhiệt được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. Việc hiểu rõ rơ le nhiệt là gì, cách chọn đúng thông số và cách đấu dây chuẩn kỹ thuật giúp hệ thống vận hành an toàn, bền bỉ và giảm thiểu rủi ro cho thiết bị.
H&T Automation là đơn vị chuyên cung cấp các khóa học, giải pháp và thiết bị về mảng tự động hóa, từ thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình PLC – HMI, đến tư vấn lựa chọn thiết bị công nghiệp. Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm và định hướng chia sẻ kiến thức chuẩn kỹ thuật – thực tế, H&T Automation luôn đồng hành cùng khách hàng và học viên trên con đường phát triển tự động hóa thông minh, an toàn và hiệu quả.