Cách hoạt động của rơ le điện từ | Các loại rơ le điện từ

Thiết bị chuyển mạch điện từ

Thiết bị chuyển mạch điện từ là những thiết bị chuyển mạch hoạt động bằng tác động điện từ. Các thiết bị bảo vệ điện hiện đại chủ yếu dựa trên vi xử lý, nhưng thiết bị chuyển mạch điện từ vẫn giữ vị trí của nó. Sẽ mất nhiều thời gian để thay thế tất cả thiết bị chuyển mạch điện từ bằng các thiết bị chuyển mạch tĩnh dựa trên vi xử lý. Do đó, trước khi đi vào chi tiết về hệ thống thiết bị bảo vệ, chúng ta nên xem xét các loại thiết bị chuyển mạch điện từ.

Cách hoạt động của Thiết bị chuyển mạch điện từ

Thực tế, tất cả các thiết bị chuyển mạch đều dựa trên một hoặc nhiều hơn trong số các loại thiết bị chuyển mạch điện từ sau đây.

1. Đo lường độ lớn,

2. So sánh,

3. Đo lường tỷ lệ.

Nguyên tắc hoạt động của thiết bị chuyển mạch điện từ dựa trên một số nguyên tắc cơ bản. Tùy thuộc vào nguyên tắc hoạt động, chúng có thể được chia thành các loại thiết bị chuyển mạch điện từ sau đây.

1. Thiết bị chuyển mạch loại cánh tay hút,

2. Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng,

3. Thiết bị chuyển mạch loại cốc cảm ứng,

4. Thiết bị chuyển mạch loại dầm cân bằng,

5. Thiết bị chuyển mạch loại cuộn dây di chuyển,

6. Thiết bị chuyển mạch loại sắt di chuyển phân cực.

Thiết bị chuyển mạch loại cánh tay hút

Thiết bị chuyển mạch loại cánh tay hút là loại đơn giản nhất cả về cấu tạo lẫn nguyên tắc hoạt động. Những loại thiết bị chuyển mạch điện từ này có thể được sử dụng như thiết bị chuyển mạch đo lường độ lớn hoặc tỷ lệ. Những thiết bị chuyển mạch này được sử dụng làm thiết bị chuyển mạch phụ trợ, thiết bị chuyển mạch điều khiển, quá dòng, dưới dòng, quá áp, dưới áp và thiết bị chuyển mạch đo trở kháng.

Cấu trúc cánh tay gắn bản lề và kiểu piston là hai loại cấu trúc phổ biến nhất cho các loại thiết bị chuyển mạch điện từ. Trong hai thiết kế cấu trúc, kiểu cánh tay gắn bản lề được sử dụng rộng rãi hơn.

Chúng ta biết rằng lực tác động lên cánh tay trực tiếp tỷ lệ với bình phương của luồng từ trong khe hở không khí. Nếu bỏ qua hiệu ứng bão hòa, phương trình cho lực tác động lên cánh tay có thể được biểu diễn như sau,

Trong đó, F là lực tổng, K’ là hằng số, I là dòng điện rms của cuộn dây cánh tay, và K’ là lực chặn.
Điều kiện ngưỡng cho hoạt động của thiết bị chuyển mạch sẽ đạt được khi KI2 = K’.
Nếu chúng ta quan sát kỹ phương trình trên, sẽ nhận ra rằng hoạt động của thiết bị chuyển mạch phụ thuộc vào các hằng số K’ và K cho một giá trị cụ thể của dòng cuộn dây.
Từ giải thích và phương trình trên, có thể tóm tắt rằng, hoạt động của thiết bị chuyển mạch bị ảnh hưởng bởi

1. Số vòng dây phát triển bởi cuộn dây hoạt động của thiết bị chuyển mạch,

2. Kích thước khe hở giữa lõi thiết bị chuyển mạch và cánh tay,

3. Lực chặn trên cánh tay.

Cấu tạo của Thiết bị chuyển mạch loại hút

Thiết bị chuyển mạch này cơ bản là một cuộn dây điện từ đơn giản và một piston gắn bản lề. Khi cuộn dây được kích hoạt, piston sẽ bị hút về phía lõi cuộn dây. Một số tiếp điểm NO-NC (Normally Open và Normally Closed) được bố trí cơ học với piston này, sao cho khi piston di chuyển, các tiếp điểm NO sẽ đóng và các tiếp điểm NC sẽ mở. Thường thì thiết bị chuyển mạch loại cánh tay hút là thiết bị chuyển mạch hoạt động bằng DC. Các tiếp điểm được bố trí sao cho sau khi thiết bị chuyển mạch hoạt động, các tiếp điểm không thể trở lại vị trí ban đầu ngay cả khi cánh tay được ngừng kích hoạt. Sau khi thiết bị chuyển mạch hoạt động, các loại thiết bị chuyển mạch điện từ này cần được đặt lại bằng tay.
Thiết bị chuyển mạch loại cánh tay hút do cấu tạo và nguyên tắc hoạt động, hoạt động ngay lập tức.

Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng

Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng chủ yếu bao gồm một đĩa quay.

Cách hoạt động của Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng

Mọi thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng đều hoạt động theo nguyên tắc Ferrari nổi tiếng. Nguyên tắc này nói rằng, một mô-men xoắn được tạo ra bởi hai luồng từ pha lệch nhau, tỷ lệ thuận với tích của độ lớn và góc lệch pha giữa chúng. Toán học, nó có thể được biểu diễn như sau-


Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng dựa trên cùng nguyên tắc như ampe kế, voltmeter, wattmeter hoặc đồng hồ điện năng. Trong thiết bị chuyển mạch cảm ứng, mô-men xoắn lệch được tạo ra bởi dòng điện Foucault trong một đĩa nhôm hoặc đồng bởi luồng từ của một điện từ AC. Ở đây, một đĩa nhôm (hoặc đồng) được đặt giữa các cực của một nam châm AC tạo ra một luồng từ φ lagging so với I một góc nhỏ. Khi luồng từ này liên kết với đĩa, phải có một điện áp cảm ứng E2 trong đĩa, lagging so với luồng từ φ 90o. Vì đĩa hoàn toàn là điện trở, dòng điện cảm ứng trong đĩa I2 sẽ đồng pha với E2. Vì góc giữa φ và I2 là 90o, mô-men xoắn tổng cộng trong trường hợp này là không. Như,

Để có mô-men xoắn trong thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng, cần phải tạo ra một trường quay.

Phương pháp tạo mô-men xoắn trong Thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng bằng cách che cực từ

Trong phương pháp này, nửa cực từ được bao quanh bởi vòng đồng như hình. Giả sử φ1 là luồng từ của phần cực từ không được che. Thực tế, tổng luồng từ được chia thành hai phần bằng nhau khi cực từ được chia thành hai phần bằng khe hở.

Vì một phần cực từ được che bằng vòng đồng, sẽ có dòng điện cảm ứng trong vòng đồng này tạo ra một luồng từ khác φ2‘ trong phần cực từ được che. Do đó, luồng từ tổng cộng của cực từ được che sẽ là tổng vectơ của φ1 và φ2. Gọi nó là φ2, và góc giữa φ1 và φ2 là θ. Hai luồng từ này sẽ tạo ra một mô-men xoắn tổng cộng,

Có ba loại hình dạng của đĩa quay chính cho thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng. Đó là hình xoắn ốc, tròn và hình bình hoa, như hình. Hình dạng xoắn ốc được thực hiện để bù cho mô-men xoắn chặn thay đổi của lò xo điều khiển, khi đĩa quay để đóng các tiếp điểm. Đối với hầu hết các thiết kế, đĩa có thể quay đến 280o. Hơn nữa, tiếp điểm di chuyển trên đĩa được bố trí sao cho gặp các tiếp điểm cố định trên khung thiết bị chuyển mạch khi phần bán kính lớn nhất của đĩa nằm dưới điện từ. Điều này được thực hiện để đảm bảo áp suất tiếp xúc thỏa đáng trong thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng.
Khi yêu cầu vận hành tốc độ cao, chẳng hạn như trong bảo vệ sai biệt, góc di chuyển của đĩa được giới hạn đáng kể và do đó, các loại hình tròn hoặc thậm chí vane có thể được sử dụng trong thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng.
Đôi khi, việc vận hành của thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng cần được thực hiện sau khi thiết bị chuyển mạch khác đã hoạt động thành công. Chẳng hạn, các thiết bị chuyển mạch quá dòng liên kết thường được sử dụng để bảo vệ máy phát điện và thanh cái. Trong trường hợp đó, băng che được thay thế bằng cuộn dây che. Hai đầu của cuộn dây che được đưa ra qua một tiếp điểm thường mở của thiết bị hoặc thiết bị chuyển mạch kiểm soát khác. Khi thiết bị hoặc thiết bị chuyển mạch kiểm soát khác hoạt động, tiếp điểm thường mở sẽ đóng và làm cho cuộn dây che ngắn mạch. Chỉ sau đó, đĩa thiết bị chuyển mạch quá dòng mới bắt đầu quay.
Một người cũng có thể thay đổi đặc tính thời gian/dòng điện của thiết bị chuyển mạch loại đĩa cảm ứng, bằng cách sử dụng bố trí điện trở biến đổi cho cuộ