Nghiên cứu về Ứng dụng của Relay Thời gian JSZ3A - B trong Hệ thống Điều khiển Động cơ

Rơle thời gian là thiết bị điều khiển công nghiệp được sử dụng rộng rãi. Dựa trên đặc tính thời gian của chúng, rơle có thể được phân loại thành ba loại: rơle trễ khi đóng, rơle trễ khi mở và rơle trễ kết hợp khi đóng/mở. Trong số này, rơle trễ khi đóng là loại được sử dụng rộng rãi nhất và dễ tìm thấy trên thị trường. Tuy nhiên, nhiều rơle trễ khi đóng có số lượng tiếp điểm hạn chế và chỉ cung cấp tiếp điểm theo thời gian mà không có tiếp điểm tức thì, điều này gây bất tiện cho việc thiết kế mạch điện yêu cầu tiếp điểm phản hồi ngay lập tức.

Ngoài ra, trong quá trình thiết kế mạch thiết bị, việc thiếu một loại rơle cụ thể thường tạo ra khó khăn cho kỹ sư. Do đó, hai vấn đề chính cần được giải quyết: (1) Làm thế nào để mở rộng phạm vi ứng dụng của rơle trễ khi đóng mà không có tiếp điểm tức thì? (2) Có thể sử dụng rơle trễ khi đóng thay cho rơle trễ khi mở khi loại sau không có sẵn không? Để trả lời những câu hỏi này, bài viết này đưa ra một nghiên cứu hệ thống dựa trên rơle thời gian JSZ3A-B, sử dụng các mạch khởi động chậm, dừng chậm và mạch khởi động sao-tam giác làm ví dụ, cung cấp các tham chiếu thực tế.

1. Nguyên lý hoạt động và các loại rơle thời gian

Hoạt động của rơle thời gian chủ yếu dựa trên nguyên lý hút và thả từ điện từ. Một rơle điển hình bao gồm một cuộn dây điện từ và lõi sắt di động. Khi cuộn dây được kích thích, từ trường sinh ra sẽ hút lõi sắt di động, do đó đóng hoặc mở mạch. Thời gian trễ yêu cầu được thiết lập bằng cách điều chỉnh núm vặn hoặc quay số trên rơle.

2. Các thông số kỹ thuật của rơle thời gian trễ khi đóng JSZ3A-B

Rơle thời gian JSZ3A-B có kích thước nhỏ gọn, trọng lượng nhẹ, cấu trúc chắc chắn, dải thời gian rộng, độ chính xác thời gian cao, độ tin cậy tuyệt vời và tuổi thọ dài, phù hợp cho các hệ thống kiểm soát tự động trong máy công cụ và thiết bị tích hợp. Nó cung cấp nhiều tùy chọn điện áp điều khiển định mức, có thể chọn từ AC 12–380 V hoặc DC 12–220 V. Dải thời gian bao gồm 1 s, 10 s, 60 s và 6 phút, có thể chuyển đổi qua công tắc chọn trên bảng mặt trước. Rơle cung cấp bốn bộ tiếp điểm theo thời gian: hai tiếp điểm đóng theo thời gian (NO) và hai tiếp điểm mở theo thời gian (NC). Độ chính xác thời gian ≤0,5%, và dải nhiệt độ hoạt động là -5°C đến +40°C.

Là một rơle trễ khi đóng, JSZ3A-B có tám đầu nối. Đầu nối 2 và 7 kết nối với nguồn điện; tiếp điểm 1–3 và 8–6 là tiếp điểm đóng theo thời gian (NO); tiếp điểm 1–4 và 8–5 là tiếp điểm mở theo thời gian (NC). Người dùng có thể chọn các tiếp điểm phù hợp cho việc thiết kế mạch theo nhu cầu.

3. Ứng dụng của rơle thời gian trễ khi đóng JSZ3A-B

Rơle thời gian được sử dụng rộng rãi trong các mạch điều khiển điện yêu cầu vận hành động cơ theo thời gian, bao gồm mạch khởi động chậm, dừng chậm và mạch khởi động sao-tam giác.

3.1 Thiết kế mạch điều khiển động cơ khởi động chậm

Mạch điều khiển động cơ khởi động chậm dựa trên mạch tự khóa (latching). Nó đạt được điều khiển động cơ theo thời gian bằng cách kết nối tiếp điểm đóng theo thời gian của rơle thời gian JSZ3A-B vào chuỗi với cuộn dây contactor. Mạch điều khiển được hiển thị trong Hình 1(a). Như Hình 1(a) cho thấy, mạch điều khiển bao gồm cuộn dây rơle thời gian, tiếp điểm phụ đóng theo thời gian và tiếp điểm tức thì. Tuy nhiên, rơle thời gian trễ khi đóng JSZ3A-B chỉ cung cấp tiếp điểm theo thời gian và không có tiếp điểm tức thì. Khi thiết kế mạch thực tế, nếu gặp vấn đề tương tự, có thể sử dụng hai phương pháp sau để giải quyết.

3.1.1 Phương pháp thứ nhất

Phương pháp đầu tiên là đơn giản và phổ biến nhất: sử dụng tiếp điểm phụ đóng của rơle trung gian hoặc contactor để cung cấp đường tự khóa cho động cơ. Phương pháp này dễ hiểu và thực hiện cho người mới bắt đầu. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ cụ thể được hiển thị trong Hình 1(b). Ngoài ra, thay thế rơle trung gian KA trong mạch điều khiển bằng contactor khác KM cũng có thể đáp ứng yêu cầu điều khiển.

3.1.2 Phương pháp thứ hai

Phương pháp thứ hai sử dụng tiếp điểm đóng theo thời gian của rơle thời gian trễ khi đóng JSZ3A-B khác để cung cấp đường tự khóa. Điều này được thực hiện đơn giản bằng cách đặt thời gian trễ của nó về không. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ tương ứng được hiển thị trong Hình 1(c).

Ngoài các mạch điều khiển khởi động chậm, các mạch điều khiển dừng chậm cho động cơ cũng là đại diện.

3.2 Thiết kế mạch điều khiển động cơ dừng chậm

Rơle thời gian trễ khi mở hoạt động như vậy, tiếp điểm của chúng hoạt động ngay lập tức khi cuộn dây được kích thích mà không có độ trễ, nhưng chúng reset với độ trễ khi cuộn dây được tắt. Đặc tính này hoàn toàn phù hợp với yêu cầu điều khiển dừng chậm cho động cơ. Do đó, sử dụng rơle thời gian trễ khi mở giúp thiết kế mạch điều khiển động cơ dừng chậm trở nên tương đối đơn giản. Sơ đồ mạch điều khiển được hiển thị trong Hình 2(a).

3.2.1 Rơle thời gian trễ khi mở không có tiếp điểm tức thì

Thiết kế mạch được minh họa trong Hình 2(a) khá dễ hiểu. Tuy nhiên, trong thực tế, nếu rơle thời gian trễ khi mở không bao gồm tiếp điểm tức thì, có thể sử dụng rơle trung gian hoặc tiếp điểm phụ đóng của contactor để thay thế cho tiếp điểm tức thì của rơle thời gian. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ đã được sửa đổi được hiển thị trong Hình 2(b).

Quá trình hoạt động: Đóng dao kéo chính QS, nhấn nút khởi động SB2, và rơle trung gian KA và rơle thời gian KT được kích thích. Tiếp điểm phụ đóng của KA đóng, đạt được tự khóa. Tiếp điểm đóng theo thời gian của KT đóng ngay lập tức, kích thích cuộn dây contactor KM, cho phép động cơ chạy bình thường. Khi nhấn nút dừng SB1, cả KA và KT đều bị tắt. Sau khi thời gian trễ được đặt hết, tiếp điểm đóng theo thời gian của KT mở, tắt cuộn dây KM, khiến động cơ dừng lại.

3.2.2 Sử dụng rơle thời gian trễ khi đóng thay cho rơle thời gian trễ khi mở

Nếu rơle thời gian trễ khi mở không có sẵn, có thể sử dụng rơle thời gian trễ khi đóng thay thế không? Lấy rơle thời gian trễ khi đóng JSZ3A-B làm ví dụ, sơ đồ mạch điều khiển có thể được sửa đổi tương ứng. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ đã được sửa đổi được hiển thị trong Hình 2(c).

Quá trình hoạt động: Đóng dao kéo chính QS, nhấn nút khởi động SB2, và contactor KM được kích thích. Tiếp điểm phụ đóng của KM đóng, đạt được tự khóa, cho phép động cơ chạy bình thường. Nhấn nút khởi động SB3 kích thích rơle trung gian KA và rơle thời gian KT. Tiếp điểm phụ đóng của KA đóng, đạt được tự khóa. Sau khi thời gian trễ được đặt hết, tiếp điểm mở theo thời gian của KT mở, tắt cuộn dây KM, dừng động cơ. Đồng thời, tiếp điểm tự khóa của KM1 mở, tắt cả rơle thời gian KT và rơle trung gian KA.

Cách tiếp cận này cho phép giải pháp linh hoạt khi các loại rơle thời gian cụ thể không có sẵn, đảm bảo hoạt động liên tục và đáng tin cậy trong các mạch điều khiển động cơ.

3.3 Thiết kế mạch điều khiển khởi động động cơ sao-tam giác

Trong sản xuất công nghiệp và nông nghiệp, để giảm thiểu ảnh hưởng của khởi động động cơ lên điện áp nguồn và các thiết bị khác, cho các động cơ có công suất lớn thường hoạt động với các cuộn dây stator ba pha kết nối theo hình tam giác, có thể sử dụng khởi động giảm điện áp sao-tam giác để hạn chế dòng khởi động. Trong quá trình khởi động, động cơ được kết nối theo hình sao. Khi tốc độ động cơ đạt giá trị nhất định, rơle thời gian kích hoạt, chuyển sang kết nối theo hình tam giác để hoạt động bình thường.

3.3.1 Sử dụng rơle thời gian trễ khi mở cho mạch điều khiển

Mạch điều khiển có thể sử dụng tiếp điểm đóng theo thời gian của rơle thời gian trễ khi mở. Thiết kế mạch điều khiển được hiển thị trong Hình 3(a).

Quá trình hoạt động: Đóng dao kéo chính QS, nhấn nút khởi động SB2, và rơle trung gian KA, rơle thời gian KT và contactor KM3 được kích thích đồng thời. Tiếp điểm phụ đóng của KA đóng, đạt được tự khóa. Tiếp điểm đóng theo thời gian của KT đóng ngay lập tức, kích thích cuộn dây contactor KM1 và tắt KM2, khởi động động cơ theo hình sao.

Vì KM1 được kích thích, tiếp điểm đóng của nó mở, tắt cuộn dây KT. Sau khi thời gian trễ được đặt hết, tiếp điểm đóng theo thời gian của KT mở, tắt cuộn dây KM1. Tiếp điểm đóng của KM1 đóng, kích thích cuộn dây contactor KM2 và rơle thời gian KT. Tiếp điểm phụ đóng của KM2 đóng, đạt được tự khóa, trong khi tiếp điểm đóng của nó mở, tắt KM3, ngắt kết nối theo hình sao và chuyển sang kết nối theo hình tam giác. Đồng thời, tiếp điểm đóng theo thời gian của KT đóng lại, kích thích cuộn dây KM1, cho phép động cơ chạy bình thường theo hình tam giác. Nhấn nút dừng SB1 tắt cuộn dây KM1, ngắt mạch chính, và dừng động cơ.

3.3.2 Sử dụng rơle thời gian trễ khi đóng cho mạch điều khiển

Khi loại rơle thời gian bị hạn chế, tiếp điểm đóng theo thời gian của rơle thời gian trễ khi đóng có thể thay thế cho tiếp điểm đóng theo thời gian của rơle thời gian trễ khi mở. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ đã được sửa đổi sử dụng JSZ3A-B được hiển thị trong Hình 3(b).

Quá trình hoạt động: Đóng dao kéo chính QS, nhấn nút khởi động SB2, và rơle trung gian KA, rơle thời gian KT, contactor KM1 và KM3 được kích thích đồng thời, trong khi KM2 bị tắt. Tiếp điểm phụ đóng của KA đóng, đạt được tự khóa, khởi động động cơ theo hình sao. Sau khi thời gian trễ được đặt hết, tiếp điểm đóng theo thời gian của KT mở, tắt cuộn dây KM1.

Tiếp điểm đóng của KM1 đóng, kích thích cuộn dây KM2. Tiếp điểm phụ đóng của KM2 đóng, đạt được tự khóa, trong khi tiếp điểm đóng của nó mở, tắt KM3, ngắt kết nối theo hình sao và chuyển sang kết nối theo hình tam giác. Đồng thời, tiếp điểm đóng của KM3 đóng, kích thích lại cuộn dây KM1, cho phép động cơ chạy bình thường theo hình tam giác. Nhấn nút dừng SB1 tắt cuộn dây KM1, ngắt mạch chính, và dừng động cơ.

Trong suốt quá trình chuyển đổi trong cả hai mạch điều khiển được đề cập ở trên, contactor chính KM1 vẫn bị tắt, cung cấp bảo vệ an toàn hiệu quả cho động cơ.

4. Kết luận

Bài viết này, lấy JSZ3A-B làm ví dụ, trình bày ứng dụng của rơle thời gian trễ khi đóng không có tiếp điểm tức thì trong các mạch điều khiển khởi động chậm, dừng chậm và khởi động sao-tam giác. Nó cung cấp các giải pháp thực tế cho việc thiết kế mạch điện khi các loại rơle thời gian cụ thể không có sẵn.