Rơ le nhiệt là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của relay nhiệt

Lê Hồng Phong

Rơle nhiệt hay rơle nhiệt là thiết bị bảo vệ điện quan trọng trong mọi hệ thống điện nhờ khả năng chống quá tải nhiệt độ. Hãy theo dõi những chia sẻ từ KTH ELECTRIC qua bài viết sau để giúp bạn hiểu rõ hơn về cấu tạo, nguyên lý làm việc, chức năng và ứng dụng của rơle bảo vệ nhiệt.

Rơle nhiệt là gì?

Rơle nhiệt là một thiết bị điện dùng để bảo vệ các thiết bị hoặc hệ thống điện khỏi tình trạng quá tải nhiệt độ. Nhiệm vụ của rơle nhiệt là theo dõi nhiệt độ hệ thống và ngắt điện kịp thời khi nhiệt độ đó vượt quá giới hạn quy định.

Quá tải điện trong thời gian ngắn vẫn có thể an toàn cho các thiết bị điện. Tuy nhiên, nếu tình trạng này kéo dài sẽ gây ra những tổn thất như nóng chảy đường dây, rỉ sét thiết bị,… Vì vậy, tính năng chống quá nhiệt của rơle nhiệt độ là rất cần thiết. Khả năng này giúp giảm thiểu hư hỏng đường dây và thiết bị điện, đồng thời ngăn ngừa nguy cơ cháy nổ, đảm bảo an toàn cho người sử dụng.

Rơle nhiệt độ được phát minh vào năm 1835 bởi Joseph Henry, một nhà khoa học điện người Mỹ. Dựa trên hiện tượng nam châm điện cỡ nhỏ có thể điều khiển được nam châm điện cỡ lớn, ông tin rằng rơle có khả năng điều khiển các thiết bị điện ở khoảng cách xa.

Chức năng của rơle nhiệt

Rơle nhiệt được sử dụng trong các hệ thống điện lớn như nhà máy công nghiệp, hệ thống điều hòa không khí, hệ thống điện dân dụng. Khi nhiệt độ hệ thống vượt quá giới hạn, loại rơle này sẽ phát hiện và tắt nguồn điện đầu vào. Hành động này khiến hệ thống ngừng hoạt động và ngăn ngừa rủi ro do quá tải nhiệt độ.

Rơle nhiệt còn có chức năng giảm nguy cơ cháy nổ. Khi hệ thống quá nóng sẽ dễ dẫn đến nóng chảy, nổ, cháy. Khi phát hiện nguy cơ này, rơle sẽ ngắt điện để tránh nhiệt độ cao, hạn chế cháy nổ và hư hỏng về sau.

Cấu tạo của rơle nhiệt

Cấu tạo của rơle nhiệt bao gồm 3 bộ phận chính: cảm biến nhiệt độ, bộ chuyển đổi tín hiệu và bộ khởi động.

Cảm biến nhiệt: Bố trí gần mặt thiết bị được bảo vệ, có nhiệm vụ đo nhiệt độ vật liệu. Thành phần này bao gồm hai loại: dải lưỡng kim và loại nhiệt điện. Thanh lưỡng kim gồm 2 thanh kim loại gắn liền với nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, thanh lưỡng kim sẽ xoắn lại, kích hoạt mô tơ rơle nhiệt và làm đứt mạch. Cảm biến nhiệt điện là những cặp dây có chất liệu khác nhau được đặt cạnh nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, sự chênh lệch điện thế giữa hai dây xuất hiện, kích hoạt rơle nhiệt.

Bộ chuyển đổi tín hiệu: Thông thường là một mạch điện tử trong rơle. Bộ phận nhận tín hiệu từ cảm biến nhiệt và chuyển đổi thành tín hiệu điện. Dựa trên tín hiệu nhiệt nhận được, bộ phận này sẽ đo xem bộ khởi động có cần được kích hoạt hay không.

Người khởi xướng: Là bộ phận kích hoạt ngắt điện khi tín hiệu nhiệt độ vượt quá ngưỡng cho phép. Sau khi nhận được tín hiệu từ bộ chuyển đổi tín hiệu, bộ khởi động sẽ ra lệnh tắt nguồn điện khi nào để bảo vệ hệ thống.

Các thành phần trong rơle nhiệt thường bao gồm: đòn bẩy, tiếp điểm thường đóng NC, tiếp điểm thường mở NO, thanh lưỡng kim, dây đốt nóng, cần gạt, nút reset,… Và khi nhìn ra bên ngoài rơle nhiệt, có một số chi tiết quan trọng bạn cần biết:

• Các cực kết nối: Ký hiệu L1, L2, L3 dùng để gắn vào contactor có tiếp điểm T1, T2, T3 hoặc gắn vào một số thiết bị điện khác.
• Chân COM: Nơi dây nguồn dự phòng được nối và nối với 1 trong 2 chân NO hoặc NC, tùy thuộc vào trạng thái của rơle nhiệt.
• Chân NC: Chân thường đóng. Khi rơle nhiệt ở trạng thái TẮT thì chân này sẽ được nối với chân COM.
• Chân NO: Chân thường mở. Khi rơle ở trạng thái ON thì chân này sẽ nối với chân COM
• Cài đặt phạm vi khuếch đại: Là núm vặn để cài đặt dòng điện định mức của thiết bị.
• Nút đặt lại: Nút đặt lại hoạt động của rơle hoặc xóa lỗi.
• Nút kiểm tra: Dùng để kiểm tra dây điều khiển của rơle nhiệt.

Thông số kỹ thuật của rơle nhiệt

Các thông số kỹ thuật quan trọng của rơle nhiệt là:

• Phạm vi bảo vệ nhiệt: Phạm vi dòng điện làm việc của rơle nhiệt.
• Số cực: 3P, 1P.
• Tiếp điểm phụ: Số tiếp điểm thường đóng (NC) và thường mở (NO)
• Tần số hoạt động: Chủ yếu là 50/60Hz
• Khả năng tương thích của contactor: Mỗi loại rơle nhiệt sẽ phù hợp để lắp đặt trong một phạm vi contactor cụ thể, tương thích với dòng điện và kích thước khung.
• Ue, Ui, Uimp: Các thông số về điện áp làm việc, cách điện và khả năng chịu xung định mức.

Nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt

Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt dựa trên phản ứng nhiệt của cảm biến nhiệt (cặp thanh kim loại hoặc cặp dây). Khi dòng điện quá tải, nhiệt độ sẽ tăng dần, cho đến khi vượt quá ngưỡng so sánh của cảm biến nhiệt độ, rơle sẽ gửi tín hiệu đến bộ khởi động để ngắt mạch.

Nếu cảm biến nhiệt độ là thanh kim loại kép, khi nhiệt độ quá cao sẽ khiến thanh kim loại bị xoắn về phía kim loại có hệ số giãn nở thấp hơn. Nếu cảm biến nhiệt độ là một cặp dây thì rơle sẽ phát hiện sự chênh lệch dòng điện chạy qua hai dây khi có hiện tượng quá tải nhiệt.

Có hai loại thiết lập lại rơle nhiệt: tự động và thủ công. Việc lựa chọn rơle nhiệt sẽ căn cứ vào cách điều chỉnh vít reset. Trong thực tế, rơle được gắn vào động cơ và chỉ khi rơle được đặt lại bằng tay thì động cơ mới có thể khởi động.

Các loại rơle nhiệt phổ biến

Khi phân loại theo điện áp, rơle nhiệt gồm có 2 loại: 1 pha và 3 pha:

• Rơle 1 pha: Dùng trong hệ thống điện gia đình 220V để bảo vệ hệ thống điện và các thiết bị điện gia dụng như đèn, quạt, tủ lạnh,…
• Rơle 3 pha: Dùng cho hệ thống điện công nghiệp 380V để giám sát hoạt động của toàn bộ hệ thống và bảo vệ các thiết bị điện công suất lớn.

Ngoài 2 dòng rơle nhiệt thông dụng phân theo điện áp còn có một số dòng rơle nhiệt chuyên dùng cho thiết bị điện như:

• Rơle nhiệt nồi cơm điện: Tự động giãn nở để tắt nguồn điện vào nồi cơm điện khi có dấu hiệu quá tải hoặc cơm đã nấu xong.
• Rơle nhiệt máy bơm nước: Tự động giãn nở khi máy bơm nước quá tải hoặc máy bơm hết nước để tắt nguồn, tránh trường hợp máy bơm bị cháy.
• Rơle nhiệt sắt: Khi nhiệt độ quá cao, thiết bị này sẽ uốn cong để ngắt mạch điện và duỗi thẳng ra khi nhiệt độ giảm xuống để làm nóng bàn ủi.
• Rơle nhiệt cho máy nước nóng: Ngăn chặn nước trong máy nước nóng vượt quá giới hạn bằng cách cắt tạm thời nguồn điện cung cấp cho máy nước nóng.

Xem thêm: Hướng dẫn điều chỉnh rơle nhiệt trong nhiều trường hợp

Ứng dụng của rơle nhiệt

Rơle nhiệt được lắp đặt cùng với các contactor, được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp như tự động hóa, sản xuất, khai khoáng, xây dựng, nông nghiệp, truyền tải điện,… Công dụng chính của thiết bị là giám sát hoạt động của hệ thống điện, xác định các vị trí quá tải nhiệt và đưa ra các phương án ngắt mạch phù hợp để hạn chế hư hỏng.

Ngoài ra, rơle nhiệt còn được sử dụng trong hệ thống điện dân dụng với mục đích bảo vệ nhiệt cho các thiết bị điện như máy bơm, máy nước nóng, nồi cơm điện,…

Xem hướng dẫn: Cách lắp đặt rơle nhiệt 1 pha và 3 pha theo tiêu chuẩn kỹ thuật

Lưu ý khi chọn rơle nhiệt phù hợp với mạch điện

Một số yếu tố cần lưu ý khi lựa chọn rơle nhiệt:

• Xác định dòng điện quá tải của thiết bị: Mức dòng điện quá tải của thiết bị cần bảo vệ phải bằng và cao hơn mức ngắt mạch của rơle.
• Xác định giá trị nhiệt độ quá tải: Lựa chọn giá trị tùy theo hệ thống điện đang vận hành và mức dòng điện quá tải. Nếu nhiệt độ được chọn quá thấp, rơle nhiệt sẽ nhảy liên tục. Trong trường hợp nhiệt độ quá cao có thể dễ dàng làm hỏng thiết bị nếu rơ-le không nhảy.
• Chọn cách hoạt động của rơle nhiệt: Có hai loại: ngắt tức thời và ngắt trễ. Một số đường dây rơle có thêm tính năng bảo vệ mất pha.
• Chọn loại điện áp nguồn: Chọn điện 3 pha hay điện 1 pha tùy theo thực tế.
• Chọn loại rơle nhiệt: Có rơle chung cho nhiều thiết bị hoặc rơle chuyên dụng cho một loại thiết bị. Ngoài ra, có những rơle nhiệt chỉ tương thích với một số loại công tắc tơ nhất định.

Những thông tin trên của KTH ELECTRIC đã giúp bạn hiểu rõ hơn về rơle nhiệt – một loại thiết bị bảo vệ quá tải được sử dụng rộng rãi hiện nay. Bạn có thể tìm hiểu thêm về thiết bị này thông qua sản phẩm Rơle nhiệt điện BTB.

Một số câu hỏi về rơle nhiệt

• Câu hỏi 1: Rơle nhiệt có thể đóng cắt mạch điện được không?

Rơle nhiệt có khả năng đóng cắt các mạch điện nhưng không phải trên mạch nguồn chính mà trên mạch điều khiển của contactor có dòng điện nhỏ. Bộ ngắt mạch được thực hiện khi rơle nhiệt phát hiện tình trạng quá tải nhiệt trên mạch.

• Câu 2: Tại sao rơle nhiệt thường được lắp đặt cùng với contactor?

Rơle nhiệt thường được lắp đặt cùng với contactor để tạo ra bộ khởi động từ có chức năng đóng cắt và bảo vệ động cơ, giúp điều khiển động cơ tốt hơn, hạn chế tình trạng quá tải mạch và tăng tuổi thọ động cơ.

• Câu 3: Tại sao rơle nhiệt lại có dải điều chỉnh dòng điện mà không có dải điều chỉnh cố định?

Rơle nhiệt có dải điều chỉnh dòng điện tương thích với nhiều loại động cơ, điều chỉnh dòng điện chính xác theo điều kiện thực tế và tối ưu hóa ngưỡng bảo vệ dòng điện.

• Câu hỏi 4: Rơle nhiệt có thể bị hỏng do những vấn đề gì?

Một số vấn đề có thể làm hỏng rơle nhiệt: quá tải dòng điện, đoản mạch, điện áp không ổn định, môi trường lắp đặt khắc nghiệt, hao mòn linh kiện rơle, lắp đặt không đúng cách và hiện tượng hồ quang điện khi bật tắt.