Rơ le nhiệt độ: phân loại, cấu tạo, nguyên lí hoạt động

Relay nhiệt độ là thiết bị biến đổi các tín hiệu nhiệt độ hoặc hiệu nhiệt độ thành các tác động đóng ngắt của tiếp điểm (ON/OFF) mạch điện điều khiển. Cũng giống như relay áp suất relay nhiệt độ được trang bị các bộ biến đổi nhiệt độ. Các bộ biến đổi nhiệt độ này thường là dạng áp kế, dạng lưỡng kim hoặc điện trở. Tương ứng với dạng biến đổi tín hiệu nhiệt độ, ta cũng có các loại relay nhiệt độ khác nhau:

• Thermostatics
• Relay nhiệt độ kiểu hộp xếp
• Relay hiệu nhiệt độ.
• Relay nhiệt độ kép.
• Relay nhiệt kiểu dãn nở nhiệt
• Relay nhiệt độ điện trở.
• Relay nhiệt độ điện tử .

Cùng tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của từng loại relay nhiệt độ qua bài viết dưới đây nhé.

Relay nhiệt độ (Thermostatics)

Cấu tạo

1. Vỏ hộp.
2. Vít điều chỉnh vi phân.
3, 7. Các êcru lắp kim.
4. Thang nhiệt độ.
5. Thanh hãm.
6. Vít điều chỉnh dải nhiệt độ.
8. Lò xo chính.
9, 13,17. Các tay đòn.
10. Lá công tắc.
11, 16. Các vít hiệu chỉnh.
12. Lò xo đảo chiều.
14, 15. Công tắc điện.
18. Lò xo lá.
19. Xi phông.
20. Thanh chuyền.
21. Lò xo xi phông.
22. Đòn gánh.
23. Lò xo vi phân (tinh chỉnh).
24. Ba lông nhiệt.
25. Ống mao dẫn.

Nguyên lý làm việc

Relay nhiệt được cấu tạo từ ba lông nhiệt, ống nối mao dẫn, xi phông và vỏ xi phông. Ở ba lông nhiệt thông thường nạp gas : R12, R13, R22, R502. Ba lông nhiệt được đặt vào vị trí kiểm soát nhiệt độ của phòng lạnh. Áp suất gas sẽ tương ứng với nhiệt độ môi trường, ở nhiệt độ bình thường áp lực gas tác động lên xi phông cộng với lực lò xo xi phông 21 sẽ được cân bằng bởi lực lò xo chính 8 và lò xo vi phân 23 giữ cho tay đòn 17 cân bằng động ở trạng thái nhiệt độ tính toán.

Khi nhiệt độ của môi trường kiểm soát tăng lên, áp lực gas đè lên xi phông tăng lên, xi phông bị nén lại, thanh chuyền di chuyển lên trên, chống lại lực ép của lò xo chính. Đầu tự do của phần nằm ngang thuộc tay đòn 17 chuyển động theo chiều kim đồng hồ quanh trục O₁.

Khi chuyển động đến điểm tựa trên của đòn gánh 22 thì tay đòn 17 chịu thêm lực kéo của lò xo vi phân 23. Nếu nhiệt độ tăng thêm một lượng bằng mức chỉ của thang vi phân thì tay đòn 17 thắng cả lực lò xo vi phân. Tay đòn 9 cùng lò xo lá 18 chuyển động làm quay tay đòn đảo mạch 13 (tay đòn đảo mạch 13 tác động lên lá công tắc làm cho nhóm công tắc 14, 15 đóng mở).

Khi trục hình học lò xo đảo mạch 12 cắt qua trục hình học tay đòn 13 thì công tắc lá làm việc tức thì và các tiếp điểm 14, 15 được đóng dứt khoát. Lò xo đảo mạch 12 có đầu trên nối vào tay đòn 9 bằng khớp cầu, đầu dưới nối vào một khe của tay đòn đảo mạch 13. Tay đòn đảo mạch nhờ lực kéo của lò xo đảo mạch nên luôn luôn tựa vào đầu chuyển động của lá công tắc.

Khi nhiệt độ của môi trường kiểm soát giảm, áp lực gas tác động lên xi phông giảm, dưới tác động của lò xo 8 và 23 thanh chuyền đi xuống, xi phông dãn ra. Tay đòn 17 chuyển động ngược chiều kim đồng hồ, đòn gánh theo chiều kim đồng hồ. Khi đòn gánh đi đến điểm tựa thì lò xo vi phân hết tác động đến tay đòn 17.

Khi trục lò xo đảo mạch và trục tay đòn đảo mạch cắt nhau thì các tiếp điểm 14, 15 cắt nhau dứt khoát.

Relay nhiệt độ kiểu hộp xếp

Relay nhiệt độ kiểu hộp xếp là sự kết hợp của relay áp suất đơn với một bộ biến đổi tín hiệu kiểu nhiệt áp.

1. Vít đặt nhiệt độ chính
2. Vít đặt nhiệt độ vi sai
3. Tay đòn chính
4. Lò xo chính
5. Lò xo vi sai
6. Hộp xếp bộ biến đổi nhiệt áp
7. Lối luồn dây điện
8. Bầu cảm nhiệt
9. Tiếp điểm
10. Cơ cấu lật

Nguyên lí làm việc

Giả sử, relay này cắt máy nén khi đủ độ lạnh trong phòng. Khi nhiệt độ trong phòng giảm, nhiệt độ do bầu cảm nhiệt (8) cảm nhận được giảm (trong bầu cảm nhiệt là lỏng, hơi của môi chất lạnh hoặc một chất hấp thụ) và tín hiệu áp suất đưa về hộp xếp (6) giảm, lúc này các chi tiết trong relay hầu như không chuyển động. Khi nhiệt độ phòng giảm thấp hơn nhiệt độ đặt (giá trị đặt trừ giá trị vi sai), lò xo chính đẩy hộp xếp xuống, tay đòn chính (3) bị kéo xuống đủ sức làm cơ cấu lật (10) đột ngột thay đổi vị trí.

Tiếp điểm 1 đột ngột rời tiếp điểm 4 (ON), xuống tiếp xúc với tiếp điểm 2 (OFF), máy nén dừng. Khi nhiệt độ phòng tăng lên đến giá trị đặt (giá trị đặt chính), áp suất chuyển về hộp xếp (6) đủ lớn thắng lực lò xo chính, hộp xếp dãn ra, đẩy tay đòn chính (3) lên qua cơ cấu lật chuyển mạch dứt khoát.

a)  Cấu tạo relay nhiệt độ kiểu KP; b) Cấu tạo relay nhiệt độ kiểu KPU

1. Vít đặt nhiệt độ
2. Lò xo vi sai
3. Vít đặt vi sai
4. Cơ cấu lật
5. Tiếp điểm
6. Lối luồn dây điện
7. Ống mao
8. Hộp xếp
9. Vít tiếp địa
10. Vít nối điện
11. Lò xo chính
12. Tay đòn chính

Phạm vi nhiệt độ mà KP và KPU có thể cảm nhận được từ -60°c đến +80°c, vượt qua vùng nhiệt độ này nó có sai số về độ trễ chuyển đổi trạng thái tiếp điểm rất lớn.

Relay hiệu nhiệt độ kiểu hộp xếp

Relay hiệu nhiệt độ kiểu hộp xếp gồm hai hộp xếp: một bầu cảm nhiệt đặt ở môi trường có nhiệt độ thấp LT (Low Temperature), một bầu cảm nhiệt đặt ở môi trường có nhiệt độ cao HT (High Temperature), về nguyên tắc, relay hiệu nhiệt độ cũng giống như relay hiệu áp suất dầu.

Cấu tạo

1. Bầu cảm nhiệt LT
2. Ống mao cảm nhiệt LT
3. Hộp xếp phía LT
4. Đĩa điều chỉnh
5. Thanh điều chỉnh nhiệt độ
6. Vòng đấu dây
7. Lối luồn dây điện
8. Lò xo chính
9. Vít nối điện
10. Trục chính
11. Tiếp điểm
12. Vòng lẫy trên
13. Thanh lẫy tiếp điểm
14. Vòng lẫy dưới
15. Lỗ bắt chặt relay
16. Vít tiếp địa
17. Lỗ thông
18. Hộp xếp phía HT
19. Ống mao cảm nhiệt HT
20. Bầu cảm nhiệt HT

Nguyên tắc làm việc

Ứng dụng relay hiệu nhiệt độ trong việc điều khiển tự động hóa hệ thống lạnh: là để khống chế độ chênh lệch nhiệt độ của môi chất lạnh trước khi vào thiết bị bay hơi và ra khỏi thiết bị bay hơi, nhằm điều khiển trạng thái môi chất lạnh trước khi máy nén hút về hay nói một cách khác là điều chỉnh độ quá nhiệt của hơi môi chất lạnh ra khỏi thiết bị bay hơi.

Phân tích một cách sâu xa hơn là có thể điều chỉnh được công tiêu tốn của máy nén từ đó nâng cao được năng suất lạnh của hệ thống lạnh. Mặt khác khi điều chỉnh được trạng thái hút về của hơi môi chất nằm trên đường x = 1 (bão hòa khô) hoặc vùng hơi quá nhiệt nó làm cho hệ thống lạnh làm việc an toàn hơn, tránh gây va đập thủy lực cho máy nén và nhất là hệ thống lạnh sử dụng máy nén lạnh là máy nén piston.

RT 270 (relay temperature 270) cũng được sử dụng cho các quy trình công nghệ, hệ thống thông gió, hệ thống lạnh và điều hòa không khí, hệ thống sưởi ấm không khí mà ở đó cần duy trì hiệu nhiệt độ giữa hai môi trường vào và ra nằm trong khoảng (0-15)°C.

Relay nhiệt độ kép kiểu hộp xếp

Relay nhiệt độ kép kiểu hộp xếp KP98 của Danfoss về mặt nguyên lý cấu tạo giống như relay áp lực kép. Nếu nhiệt độ đầu đẩy máy nén quá cao thì rất nguy hiểm có thể làm cháy dầu bôi trơn, nếu nhiệt độ dầu bôi trơn quá thấp làm cho độ nhớt của dầu tăng có thể bị đông đặc nếu nhiệt độ dầu bôi trơn quá cao thì dễ bị biến tính (do xảy ra các phản ứng trùng hợp, racking,… làm thay đổi tính chất dầu bôi trơn).

Như vậy rất nguy hiểm khi máy nén hoạt động, loại relay nhiệt độ kép này có hai bầu cảm biến nhiệt, một bầu dùng để cảm biến nhiệt độ của dầu OT (Oil Temperature), bầu còn lại dùng để cảm biến nhiệt độ đầu đẩy máy nén HT (High Temperature).

Trong quá trình làm việc nếu nhiệt độ đầu máy nén quá cao, bầu cảm biến TH cảm nhận được nhiệt độ này, khí trong bầu cảm biến dãn nở làm áp suất trong bầu TH tăng, relay nhiệt độ kép tác động làm dừng máy nén không cho máy nén làm việc.

• Nếu nhiệt độ dầu quá cao, bầu cảm biến OT cảm nhận được nhiệt độ này, làm dừng máy nén sau đó đưa gas lạnh về làm mát cho dầu bôi trơn.
• Nếu dầu bôi trơn có nhiệt độ quá thấp khi máy dừng (do nhiệt độ môi trường ở những vùng khí hậu lạnh quá thấp), bầu cảm biến OT cảm nhận được nhiệt độ này, cấp nguồn cho điện trở sưởi ấm dầu bôi trơn trước khi máy nén hoạt động trở lại.

Relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt

Relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt hai phần tử

1. Ống đồng
2. Lò xo
3. Đầu tự do
4. Tiếp điểm
5. Nút luồn dây
6. Đế cố định

Ống hợp kim đồng (1) là phần tử cảm biến của relay. Bên trong ống có gắn hai lò xo bằng hợp kim. Phần trái của ống và lò xo được lắp vào một đế cố định (6). Đầu tự do của ống được giữ bởi vòng treo (3).

Khi ống hợp kim đồng tăng nhiệt độ, ống sẽ dãn nở dài ra. Đầu tự do (3) sẽ kéo lò xo (2) dãn ra ngắt tiếp điểm (4). Dây dẫn từ các tiếp điểm ra ngoài được luồn qua nút (5). Relay loại này có thể điều chỉnh để làm việc trong khoảng 25 – 200⁰C.

Relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt thanh lưỡng kim

1- tay quay; 2 – thanh lưỡng kim; 3 – kẹp; 4 – nam châm, 5 – vít vi sai;
6 – tiếp điểm tĩnh; 7 – tiếp điểm động; 8 – trục quay; 9 – đòn bẩy

Gồm một phần tử cảm biến là thanh lưỡng kim (2), thanh lưỡng kim được kẹp vào kẹp (3) của tay quay (1). Khi tay quay (1) quay quanh trục (8) theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, lực căng của thanh lưỡng kim tăng và như vậy độ chỉnh của relay thay đổi.

Các nam châm vĩnh cửu (4) tác động lên đòn bẩy (9) làm cho relay ngắt được tức thời và bảo vệ tiếp điểm không bị nung nóng. Khi quay vít (5), vi sai của relay được thay đổi. Tiếp điểm bao gồm phần di động (7) và phần cố định (6). Dịch chuyển phần tử cố định để điều chỉnh áp lực tiếp điểm.

Relay nhiệt độ điện trở

Relay nhiệt độ điện trở gồm một bộ biến đổi nhiệt độ, bộ khuếch đại và thiết bị ra. Mạch so sánh thường sử dụng mạch cầu. Biến trở R₁ để điều chỉnh nhiệt độ. Điện trở R₀ là cảm biến có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ (thermistor). Khi nhiệt độ cảm biến bằng nhiệt độ chỉnh định, cầu cân bằng, điện áp V_AB = Q relay ngắt tiếp điểm. Khi nhiệt độ của cảm biến lệch khỏi giá trị chỉnh định, cầu mất cân bằng thì V_AB ≠ 0 , qua bộ khuếch đại điều khiển relay tác động đóng tiếp điểm.

Re lay nhiệt độ điện tử

Cấu tạo

• RCH – là cặp nhiệt điện.
• R₁, R₂ – là điện trở dây quấn.
• R₃ – biến trở làm thay đổi tín hiệu khuếch đại để tác động lên relay điện tử.

Nguyên lý làm việc

Khi nhiệt độ buồng cần không chế thay đổi thì cặp nhiệt điện RCH cảm biến nhiệt độ, chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện áp đua tới bộ so sánh, tại đây nó sẽ so sánh với giá trị cài đặt trước nếu thỏa mãn nó sẽ đưa tới bộ khuếch đại, để khuếch đại làm cho tín hiệu có cường độ lớn hơn đủ để làm thay đổi trạng thái điều khiển bằng cách tác động lên relay điện tử đóng ngắt tiếp điểm.