Ứng dụng và Bảo trì Cầu Dao AC | Phân tích Chi tiết Xử lý Các Lỗi Thường Gặp Thành Thạo trong Một Bài Viết

1 Phân tích các thành phần chính của rơ-le tiếp xúc AC

Rơ-le tiếp xúc AC là một công tắc điện từ tự động được sử dụng để chuyển mạch dài hạn và tần suất cao cho các mạch chính và mạch điều khiển AC. Nó có các ưu điểm như hoạt động tự động, bảo vệ mất điện và không có điện, khả năng vận hành lớn, ổn định cao và yêu cầu bảo dưỡng thấp. Trong các mạch điều khiển điện của máy công cụ, rơ-le tiếp xúc AC chủ yếu được sử dụng để điều khiển động cơ điện và các tải khác.

Các thành phần chính của rơ-le tiếp xúc AC bao gồm hệ thống điện từ, hệ thống tiếp xúc và thiết bị dập hồ quang, v.v. Nó chủ yếu được tạo thành từ các bộ phận cấu trúc như tiếp xúc chính, lõi sắt di động, cuộn dây, lõi sắt tĩnh và tiếp xúc phụ trợ.

1.1 Hệ thống điện từ

Hệ thống điện từ của rơ-le tiếp xúc AC chủ yếu bao gồm cuộn dây, lõi sắt di động, lõi sắt tĩnh và vòng ngắn mạch. Khi cuộn dây điều khiển được cấp điện hoặc ngắt điện, nó sẽ thực hiện tương ứng các hành động kéo vào hoặc thả ra, giúp giữ cho tiếp xúc di động và tiếp xúc tĩnh ở trạng thái mở hoặc đóng, nhằm mục đích chuyển mạch mạch điện.

Để giảm tổn thất do dòng xoáy và hysteresis, lõi sắt và armature của rơ-le tiếp xúc AC chủ yếu được làm bằng cách ghép các tấm thép silic hình chữ E trong quá trình sản xuất. Để tăng diện tích tản nhiệt và tránh cháy, cuộn dây được làm thành hình trụ dày và nhỏ, cuộn trên khung cách điện, với khoảng cách nhất định giữa nó và lõi sắt để tránh chồng chéo. Lõi sắt hình chữ E dự trữ khe hở khí 0,1 - 0,2 mm trên mặt cuối của trụ giữa để giảm tác động của từ trường dư và ngăn chặn armature bị kẹt.

Khi rơ-le tiếp xúc AC đang hoạt động, dòng điện xoay chiều trong cuộn dây tạo ra từ trường xoay chiều trong lõi sắt, khiến armature dao động và tạo ra tiếng ồn. Một rãnh được cung cấp ở mỗi đầu của lõi sắt và armature, và một vòng ngắn mạch làm bằng đồng hoặc hợp kim niken-chromium được nhúng vào rãnh để giải quyết vấn đề trên. Sau khi lắp vòng ngắn mạch, khi dòng điện xoay chiều chảy qua cuộn dây, các thông lượng từ Φ₁ và Φ₂ với pha khác nhau sẽ được tạo ra, nhờ đó đảm bảo luôn có lực hút giữa lõi sắt và armature, giảm đáng kể rung động và tiếng ồn.

1.2 Hệ thống tiếp xúc

Có ba loại tiếp xúc của rơ-le tiếp xúc AC, bao gồm tiếp xúc điểm, tiếp xúc đường và tiếp xúc bề mặt, như được thể hiện trong hình dưới đây. Theo hình thức cấu trúc, chúng có thể được chia thành tiếp xúc cầu và tiếp xúc ngón tay. Tiếp xúc cầu bao gồm loại tiếp xúc điểm cầu và loại tiếp xúc bề mặt cầu, phù hợp cho các dịp dòng điện khác nhau. Tiếp xúc ngón tay chủ yếu ở chế độ tiếp xúc đường, và diện tiếp xúc của chúng là một đường thẳng, phù hợp cho các dịp thường xuyên và dòng điện lớn. Theo khả năng đóng cắt, chúng có thể được chia thành tiếp xúc chính và tiếp xúc phụ. Tiếp xúc chính phù hợp cho mạch chính dòng điện lớn, và thường có 3 cặp tiếp xúc thường mở. Tiếp xúc phụ phù hợp cho mạch điều khiển dòng điện nhỏ, và thường có 2 cặp tiếp xúc thường mở và 2 cặp tiếp xúc thường đóng.

1.3 Thiết bị dập hồ quang

Đối với các mạch dòng điện lớn hoặc điện áp cao, hồ quang chắc chắn sẽ xảy ra khi rơ-le tiếp xúc AC mở, gây cháy tiếp xúc, hỏng thiết bị, ảnh hưởng đến tuổi thọ, thậm chí can thiệp vào thời gian cắt mạch; trong trường hợp nghiêm trọng, có thể dẫn đến hỏa hoạn. Vì lý do an toàn, tất cả các rơ-le có dung lượng vượt quá 10 A phải được trang bị thiết bị dập hồ quang. Các phương pháp dập hồ quang thường được sử dụng trong rơ-le tiếp xúc AC bao gồm dập hồ quang điện lực kép, dập hồ quang khe dọc và dập hồ quang lưới.

Thiết bị dập hồ quang điện lực kép chia hồ quang thành hai phần, và kéo dài hồ quang thông qua lực điện của mạch tiếp xúc itself, để thực hiện tản nhiệt và làm mát hồ quang, đạt mục đích dập hồ quang. Thiết bị dập hồ quang khe dọc được làm bằng đất sét chống hồ quang, xi măng amiăng và các vật liệu khác, với một hoặc nhiều khe dọc bên trong, có thể mở rộng diện tiếp xúc giữa hồ quang và tường buồng dập hồ quang, và đạt hiệu quả dập hồ quang bằng cách nén nó. Khi tiếp xúc ở trạng thái tách rời, hồ quang được đưa vào các khe thông qua từ trường ngoài hoặc lực điện, và năng lượng nhiệt được chuyển đến tường buồng dập hồ quang, khiến hồ quang tắt nhanh chóng.

Dựa trên cơ sở này, một cấu trúc mới của thiết bị dập hồ quang lưới đã được đề xuất. Mạng lưới kim loại sử dụng các tấm sắt mạ đồng hoặc mạ kẽm hình xương cá và được chèn vào nắp dập hồ quang. Hồ quang được tạo ra bởi việc tiếp xúc đứt đoạn tạo ra từ trường mạnh, và sự tồn tại của kháng từ làm cho cường độ điện trường trong khu vực này không đều, do đó kéo hồ quang vào các khe của lưới để tạo thành hồ quang ngắn. Mỗi lưới hoạt động như một điện cực, chia toàn bộ điện áp hồ quang thành nhiều phần, và điện áp hồ quang giữa mỗi phần nhỏ hơn điện áp đánh lửa. Đồng thời, lưới tản nhiệt để loại bỏ hồ quang nhanh chóng, đạt hiệu quả dập [3-5].

1.4 Thành phần phụ trợ

Các thành phần phụ trợ của rơ-le tiếp xúc AC bao gồm lò xo phản hồi, lò xo giảm xóc, lò xo áp suất tiếp xúc, cơ cấu truyền động, đế, v.v. Lò xo phản hồi đẩy armature để giải phóng năng lượng sau khi mất điện, giúp tiếp xúc trở về trạng thái ban đầu. Lò xo giảm xóc có thể giảm thiểu lực va chạm. Lò xo áp suất tiếp xúc có thể tăng đáng kể áp suất tiếp xúc và giảm điện trở tiếp xúc. Các tiếp xúc hoạt động được điều khiển bởi armature hoặc lò xo phản hồi để kiểm soát chúng được kết nối hoặc ngắt.

2 Sử dụng đúng cách rơ-le tiếp xúc AC

2.1 Nguyên tắc lựa chọn rơ-le tiếp xúc AC

Điện áp định mức của tiếp xúc chính không được thấp hơn điện áp định mức của mạch điều khiển. Dòng điện định mức của tiếp xúc chính phải đáp ứng yêu cầu tải: đối với tải điện trở, nó nên bằng dòng điện định mức; đối với tải động cơ, nó nên lớn hơn một chút so với dòng điện định mức. Điện áp của cuộn dây hấp dẫn được chọn theo độ phức tạp của mạch điều khiển: 380 V hoặc 220 V có thể được chọn cho các mạch đơn giản, và 36 V hoặc 110 V cho các mạch phức tạp. Số lượng và loại tiếp xúc phải đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản của mạch điều khiển.

2.2 Lắp đặt và bảo trì rơ-le tiếp xúc AC

Trước khi lắp đặt, cần xác nhận liệu dữ liệu kỹ thuật của rơ-le (như điện áp định mức, dòng điện, tần số hoạt động, v.v.) có tuân thủ các tiêu chuẩn không, kiểm tra xem ngoại hình có bị hư hỏng và chuyển động có linh hoạt không, và đo giá trị điện trở DC và điện trở cách điện của cuộn dây. Vị trí lắp đặt phải thẳng đứng, với góc nghiêng không vượt quá 5°, và phía có lỗ tản nhiệt phải hướng theo chiều dọc. Trong quá trình lắp đặt và đấu dây, cần tránh các chi tiết như vít, đai ốc, và đầu cuối rơi, có thể gây kẹt hoặc ngắn mạch rơ-le tiếp xúc AC.

Sau khi lắp đặt, cần kiểm tra xem đấu dây có chính xác không. Không cấp điện cho tiếp xúc chính, cấp và ngắt điện rơ-le vài lần để kiểm tra chuyển động của tiếp xúc chính và xem có tiếng ồn sau khi lõi sắt được kéo vào không. Chỉ có thể sử dụng nếu không có lỗi. Không được kết nối rơ-le tiếp xúc AC với nguồn điện DC, nếu không cuộn dây sẽ bị cháy.

3 Các lỗi phổ biến và phương pháp bảo trì rơ-le tiếp xúc AC

3.1 Lỗi tiếp xúc chính

3.1.1 Tia lửa mạnh khi tiếp xúc chính di chuyển và tĩnh kết nối và ngắt

Khi tải hoạt động bình thường, tia lửa xảy ra khi tiếp xúc được kết nối và ngắt. Mặt tiếp xúc hình thành các hố nhỏ không đều do nhiệt độ cao của hồ quang, dẫn đến diện tích tiếp xúc giảm, dòng điện tăng và tia lửa mạnh. Để sửa chữa các tiếp xúc bị hỏng, cần kiểm tra mức độ hỏng hóc trên mặt tiếp xúc; chỉ có thể sửa chữa tiếp xúc nếu độ dày của nó còn hơn 2/3 độ dày ban đầu. Khi sửa chữa tiếp xúc, trước tiên đặt giấy nhám mịn trên bề mặt nằm ngang, sau đó mài phẳng các tiếp xúc bị hỏng trên giấy nhám, kiểm tra tình trạng sửa chữa cho đến khi tất cả các điểm hỏng được mài sạch, và cuối cùng xử lý các gờ.

3.1.2 Cháy, tan chảy và dính của tiếp xúc chính di chuyển và tĩnh

Các nguyên nhân chính gây cháy, tan chảy và dính của tiếp xúc chính di chuyển và tĩnh bao gồm ngắn mạch tải, ngắn mạch mạch chính, hoặc giảm trở kháng tải. Trong đó, sự đồng thời xảy ra của ngắn mạch và ngắn mạch mạch chính là yếu tố then chốt. Do nhu cầu công việc, tần số hoạt động của rơ-le tiếp xúc AC dao động từ thấp đến cao; trong quá trình kết nối và ngắt tiếp xúc thường xuyên, nhiệt độ bề mặt tăng, và dưới tác dụng của hồ quang, tiếp xúc chính di chuyển và tĩnh cuối cùng sẽ tan chảy, cháy và dính.

Có hai phương pháp xử lý chung: thứ nhất, thay thế rơ-le tiếp xúc AC bằng loại có điện áp và dòng điện định mức cao hơn; thứ hai, sửa chữa rơ-le tiếp xúc AC: thay thế tiếp xúc bằng loại cùng quy cách, làm sạch các vết bẩn carbon xung quanh tiếp xúc di chuyển và tĩnh, v.v., và kết nối thiết bị dập hồ quang RC song song với mỗi 3 cặp tiếp xúc chính.

3.2 Lỗi tiếp xúc phụ

3.2.1 Điện trở tiếp xúc di chuyển và tĩnh phụ trợ quá cao

Điện trở tiếp xúc di chuyển và tĩnh phụ trợ quá cao sẽ dẫn đến tăng trở kháng của mạch điều khiển và giảm điện áp. Có hai nguyên nhân chính cho hiện tượng này: thứ nhất, một lượng lớn dầu mỡ và bụi lắng đọng trên tiếp xúc; thứ hai, một lớp oxit được hình thành trên mặt tiếp xúc. Dựa trên cơ chế bảo vệ mất điện của rơ-le tiếp xúc AC, khi điện áp qua cuộn dây rơ-le tiếp xúc AC thấp hơn 85% điện áp định mức, mạch điều khiển sẽ ngừng hoạt động. Giải pháp là lấy ra tiếp xúc, lau khô bằng vải sạch, và sau đó nhẹ nhàng xử lý mặt tiếp xúc bằng giấy nhám mịn.

3.2.2 Tia lửa mạnh khi tiếp xúc di chuyển và tĩnh phụ trợ kết nối và ngắt

Các nguyên nhân chính cho lỗi này có thể là mạch điều khiển đã gặp ngắn mạch, hoặc giá trị trở kháng của các thành phần tiêu thụ năng lượng trong mạch điều khiển đã giảm, v.v.

3.3 Lỗi cuộn dây

3.3.1 Cuộn dây bị đứt mạch

Cuộn dây rơ-le tiếp xúc AC bị đứt mạch sẽ khiến mạch điều khiển không hoạt động. Hiện tượng này tương đối hiếm, và thường do vấn đề chất lượng của rơ-le hoặc lắp ráp không đúng cách.

3.3.2 Cuộn dây bị ngắn mạch

Cuộn dây rơ-le tiếp xúc AC bị ngắn mạch sẽ khiến cầu chì bảo vệ ngắn mạch trong mạch điều khiển bị nổ. Tình huống phổ biến của cuộn dây ngắn mạch là điện áp AC được áp dụng qua cuộn dây không phải là 0,85-1,05 lần điện áp định mức; hoạt động lâu dài của cuộn dây dưới điện áp thấp hoặc cao có thể gây ngắn mạch. Cuộn dây rơ-le tiếp xúc AC bị hỏng phải được thay thế; khi thay cuộn dây, cần chú ý đến kích thước cuộn dây, điện áp định mức, và quy cách của rơ-le tiếp xúc AC.

3.4 Lỗi bề mặt tiếp xúc lõi sắt di chuyển và tĩnh

3.4.1 Dính bề mặt tiếp xúc lõi sắt di chuyển và tĩnh

Nguyên nhân chính của lỗi này là sự có mặt của dầu mỡ trên bề mặt tiếp xúc của lõi sắt di chuyển và tĩnh. Sau khi nhấn nút khởi động, động cơ hoạt động bình thường, nhưng khi nhấn nút dừng, cuộn dây rơ-le tiếp xúc AC mất điện, tiếp xúc không trở lại trạng thái ban đầu, và động cơ tiếp tục chạy. Sau khi tay rời khỏi nút dừng, cuộn dây vẫn được cấp điện, và động cơ tiếp tục chạy. Phương pháp xử lý là làm sạch bề mặt tiếp xúc của lõi sắt di chuyển và tĩnh.

3.4.2 Tiếng ồn lớn từ lõi sắt

Các nguyên nhân chính gây ra tiếng ồn lớn từ lõi sắt là vòng ngắn mạch bị gãy, hoặc một lượng lớn rỉ sét trên bề mặt tiếp xúc của lõi sắt di chuyển và tĩnh. Đối với trường hợp có một lượng lớn rỉ sét, có thể sử dụng giấy nhám mịn để xử lý bề mặt tiếp xúc. Nếu vòng ngắn mạch bị hỏng, lõi sắt thường được thay thế để sửa chữa lỗi.

4 Kết luận

Việc sử dụng đúng cách, chẩn đoán lỗi và kỹ năng bảo trì rơ-le tiếp xúc AC rất quan trọng đối với hoạt động ổn định của các hệ thống điều khiển điện. Để cải thiện hiệu quả sử dụng và kéo dài tuổi thọ của rơ-le tiếp xúc AC, các lỗi phổ biến cần được sửa chữa kịp thời để giảm tỷ lệ lỗi trong quá trình sản xuất.