Các rơle giúp bảo vệ quá tải trong hệ thống điều khiển công nghiệp như thế nào?

Rơ-le là các công tắc điện từ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp để kiểm soát việc đóng và ngắt mạch. Trong vấn đề bảo vệ quá tải, rơ-le phát hiện sự thay đổi về dòng điện, nhiệt độ hoặc các thông số khác và ngắt nguồn điện hoặc kích hoạt cơ chế bảo vệ kịp thời để ngăn chặn hư hỏng thiết bị do quá tải. Dưới đây là các cách chính mà rơ-le đạt được bảo vệ quá tải trong các hệ thống điều khiển công nghiệp:

1. Rơ-le Nhiệt

Rơ-le nhiệt là một trong những thiết bị phổ biến nhất cho bảo vệ quá tải, đặc biệt là cho các động cơ điện. Nó hoạt động dựa trên nhiệt lượng do dòng điện tạo ra để kích hoạt cơ chế bảo vệ.

Nguyên lý hoạt động:

• Rơ-le nhiệt chứa một thanh song kim được làm từ hai kim loại có hệ số nở nhiệt khác nhau.

• Khi dòng điện của động cơ vượt quá giá trị định mức, dòng điện đi qua rơ-le nhiệt làm nóng thanh song kim, khiến nó biến dạng và mở các tiếp điểm, do đó cắt nguồn điện của động cơ.

• Thời gian phản ứng của rơ-le nhiệt tỷ lệ nghịch với mức độ quá tải: càng quá tải nghiêm trọng, thanh song kim càng biến dạng nhanh hơn, và các tiếp điểm mở nhanh hơn.

Đặc điểm:

• Mô phỏng Đặc tính Nóng của Động Cơ: Rơ-le nhiệt được thiết kế để mô phỏng đặc tính nóng của cuộn dây động cơ, phản ánh chính xác tình trạng hoạt động thực tế của động cơ.

• Phù hợp cho Bảo vệ Quá Tải Dài Hạn: Nó rất nhạy cảm với quá tải kéo dài nhẹ, làm cho nó lý tưởng để bảo vệ động cơ khỏi quá nhiệt do quá tải lâu dài.

• Đặt Lại Tự Động: Sau khi tình trạng quá tải được giải quyết, rơ-le nhiệt nguội đi, và các tiếp điểm tự động đặt lại, khôi phục nguồn điện.

Ứng dụng:

Được sử dụng rộng rãi trong quá trình khởi động và chạy của động cơ, đặc biệt là trong các ứng dụng có nhiều lần khởi động, dừng hoặc tải thay đổi.

2. Rơ-le Quá Tải Điện Tử

Rơ-le quá tải điện tử là thiết bị hiện đại được sử dụng cho bảo vệ quá tải trong các hệ thống điều khiển công nghiệp. Nó sử dụng mạch điện tử để theo dõi các thông số như dòng điện, nhiệt độ và cung cấp bảo vệ dựa trên ngưỡng đã đặt trước.

Nguyên lý hoạt động:

• Rơ-le quá tải điện tử sử dụng biến áp dòng hoặc cảm biến dòng để theo dõi liên tục dòng điện của động cơ.

• Khi dòng điện được phát hiện vượt quá ngưỡng quá tải đã đặt, rơ-le gửi tín hiệu để cắt nguồn điện của động cơ hoặc kích hoạt các biện pháp bảo vệ khác.

• Rơ-le điện tử cũng có thể theo dõi các thông số bổ sung như nhiệt độ động cơ, hệ số công suất, mất cân bằng pha, và cung cấp bảo vệ toàn diện.

Đặc điểm:

• Độ Chính Xác Cao và Phản Ứng Nhanh: Rơ-le điện tử cung cấp độ chính xác cao và thời gian phản ứng nhanh, cho phép chúng phát hiện quá tải và hành động nhanh chóng.

• Cài Đặt Có Thể Điều Chỉnh: Người dùng có thể điều chỉnh ngưỡng bảo vệ quá tải, thời gian trì hoãn, và phương pháp đặt lại theo loại động cơ cụ thể và điều kiện tải.

• Nhiều Chức Năng Bảo Vệ: Ngoài bảo vệ quá tải, rơ-le điện tử còn có thể cung cấp bảo vệ chống mất pha, mất cân bằng pha, và tình trạng rotor bị kẹt.

• Giao Diện Truyền Thông: Nhiều rơ-le điện tử có giao diện truyền thông (ví dụ: Modbus, Profibus) để tích hợp với PLC hoặc các hệ thống điều khiển khác, cho phép giám sát và quản lý từ xa.

Ứng dụng:

Phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu mức độ bảo vệ cao, như các dây chuyền sản xuất tự động, thiết bị công nghiệp lớn, và hệ thống bơm.

3. Kết Hợp Mạch Chống Dòng Dây và Rơ-le cho Bảo Vệ Quá Tải

Mạch chống dòng dây là thiết bị bảo vệ quá dòng đơn giản, nhanh chóng tan chảy khi dòng điện vượt quá giá trị định mức, cắt mạch. Mặc dù mạch chống dòng dây cung cấp bảo vệ ngắn mạch nhanh chóng, nhưng chúng không phân biệt được giữa dòng điện khởi động bình thường và dòng điện quá tải, vì vậy chúng thường được sử dụng kết hợp với rơ-le để bảo vệ toàn diện.

Nguyên lý hoạt động:

• Mạch chống dòng dây bảo vệ mạch khỏi ngắn mạch và dòng điện tức thì cao, trong khi rơ-le theo dõi quá tải dài hạn.

• Trong trường hợp ngắn mạch, mạch chống dòng dây ngay lập tức tan chảy và cắt nguồn; trong trường hợp quá tải, rơ-le cắt nguồn dựa trên ngưỡng và thời gian trì hoãn đã đặt.

• Sự kết hợp này đảm bảo bảo vệ hiệu quả đối với cả ngắn mạch và quá tải.

Đặc điểm:

• Bảo Vệ Đôi: Mạch chống dòng dây cung cấp bảo vệ ngắn mạch nhanh chóng, trong khi rơ-le cung cấp bảo vệ quá tải dài hạn, tạo thành cơ chế bảo vệ đôi.

• Hiệu Quả về Chi Phí: Mạch chống dòng dây đơn giản và rẻ, phù hợp cho các thiết bị nhỏ hoặc các ứng dụng nhạy cảm về chi phí.

Ứng dụng:

Phù hợp cho các động cơ nhỏ đến trung bình, thiết bị gia dụng, hệ thống chiếu sáng, và các ứng dụng công suất thấp khác.

4. Bảo Vệ Đồng Bộ với Contactor và Rơ-le

Contactor là công tắc điện từ công suất cao được sử dụng để điều khiển việc khởi động và dừng của động cơ điện. Contactor thường được sử dụng kết hợp với rơ-le để tạo thành hệ thống bảo vệ quá tải hoàn chỉnh.

Nguyên lý hoạt động:

• Contactor kiểm soát mạch chính của động cơ, trong khi rơ-le theo dõi tình trạng quá tải.

• Khi rơ-le phát hiện quá tải, nó gửi tín hiệu để ngắt cuộn dây của contactor, cắt nguồn điện của động cơ.

• Việc vận hành đồng bộ của contactor và rơ-le đảm bảo rằng nguồn điện được ngắt nhanh chóng trong trường hợp quá tải, bảo vệ động cơ và các thiết bị khác.

Đặc điểm:

• Khả Năng Xử Lý Dòng Điện Cao: Contactor có thể xử lý dòng điện cao, phù hợp cho các động cơ công suất lớn.

• Điều Khiển Từ Xa: Contactor có thể được điều khiển từ xa qua PLC hoặc các hệ thống điều khiển khác, hỗ trợ các hoạt động tự động.

• An Toàn và Tin Cậy: Sự kết hợp của contactor và rơ-le cung cấp bảo vệ quá tải tin cậy, đảm bảo an toàn cho hoạt động của thiết bị.

Ứng dụng:

Phù hợp cho các thiết bị công nghiệp lớn, các dây chuyền sản xuất tự động, hệ thống thang máy, và các ứng dụng công suất cao khác.

Tóm Tắt

Rơ-le giúp đạt được bảo vệ quá tải trong các hệ thống điều khiển công nghiệp thông qua các phương pháp khác nhau, bao gồm:

• Rơ-le Nhiệt: Bằng cách mô phỏng đặc tính nóng của động cơ, chúng cung cấp bảo vệ quá tải dài hạn, đặc biệt là cho quá trình khởi động và chạy của động cơ.

• Rơ-le Quá Tải Điện Tử: Sử dụng mạch điện tử để theo dõi dòng điện, nhiệt độ và các thông số khác, chúng cung cấp bảo vệ quá tải với độ chính xác cao, phản ứng nhanh, và nhiều chức năng bảo vệ bổ sung.

• Kết Hợp Mạch Chống Dòng Dây và Rơ-le: Mạch chống dòng dây cung cấp bảo vệ ngắn mạch nhanh chóng, trong khi rơ-le cung cấp bảo vệ quá tải dài hạn, tạo thành cơ chế bảo vệ đôi.

• Vận Hành Đồng Bộ của Contactor và Rơ-le: Contactor xử lý dòng điện cao, trong khi rơ-le theo dõi tình trạng quá tải, đảm bảo ngắt nguồn điện nhanh chóng trong trường hợp quá tải.