Tìm hiểu rơ le thời gian

Relay thời gian là relay tạo trễ đầu ra, nghĩa là khi có tín hiệu điều khiển ở đầu vào thì sau một thời gian nào đó đầu ra mới có tác động. Thời gian trễ có thể từ vài phần giây đến vài giờ hoặc lâu hơn nữa. Sau đây là một số loại relay thời gian.

Phân loại, cấu tạo và nguyên lý của rơ le thời gian

Relay thời gian cảm ứng

Cấu tạo

1. Cuộn dây.
2. Mạch từ.
3. Ống lót bằng đồng.
4. Lõi thép (nắp).
5. Tiếp điểm thường đóng đóng chậm.
6. Tiếp điểm thường mở mở chậm.
7. Lò xo.
8. Lò xo chỉnh thời gian.                                                     
9. Vít chỉnh thời gian.
10. Nguồn cấp điện cho cuộn dây.

Nguyên lý làm việc

Relay điện từ hoạt động bằng cách tận dụng nguyên lý điện từ, nơi từ trường sinh ra bởi cuộn dây điện từ được dùng để điều khiển các tiếp điểm. Sự tương tác giữa từ trường chính và từ trường cảm ứng giúp relay chuyển đổi trạng thái, từ đó điều khiển các thiết bị khác trong mạch điện. Nguyên lý này đảm bảo rằng relay có thể hoạt động một cách chính xác và hiệu quả trong các ứng dụng tự động hóa và điều khiển.

1. Cấp nguồn cho cuộn dây:

Khi cấp điện áp xoay chiều AC vào cuộn dây (1), cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường biến thiên. Từ trường này sẽ di chuyển qua ống lót bằng đồng (3) và mạch từ (2).

2. Tạo ra lực điện từ:

Ban đầu, từ trường sinh ra trong mạch từ (2) có giá trị nhỏ, chưa đủ mạnh để hút nắp (4) xuống. Tuy nhiên, trong ống lót đồng, sự thay đổi của từ trường sẽ sinh ra một sức điện động cảm ứng.

3. Dòng điện cảm ứng:

Dòng điện cảm ứng được sinh ra do sức điện động này tạo ra một từ trường cảm ứng, và từ trường này sẽ cùng chiều với từ trường trong mạch từ (2). Qua thời gian, từ trường cảm ứng này sẽ càng lúc càng mạnh.

4. Tích lũy lực hút:

Khi từ trường cảm ứng trong mạch từ (2) đạt đến một mức độ đủ lớn, nó sẽ sinh ra một lực điện từ F lớn hơn lực của lò xo (7) (F > Flò xo).

5. Hút nắp và điều khiển tiếp điểm:

Dưới tác dụng của lực F, nắp (4) sẽ bị hút xuống, đồng thời kéo theo thanh tiếp điểm đi xuống. Khi tiếp điểm này di chuyển, tiếp điểm thường đóng (5) sẽ mở ra và tiếp điểm thường mở (6) sẽ đóng lại.

Điều này cho phép relay điều khiển các cơ cấu chấp hành trong hệ thống, ví dụ như điều chỉnh lực của lò xo (8) và (7), qua đó điều chỉnh thời gian đóng mở của các tiếp điểm.

Relay thời gian kiểu con lắc

Cấu tạo

1. Cuộn dây.
2. Lõi thép.
3. Cơ cấu quay.
4. Thanh đẩy.
5. Vít chỉnh (thời gian).
6. Tiếp điểm thường đóng.
7. Tiếp điểm thường mở.
8. Thanh răng.
9. Bánh răng ăn khớp.
10. Con lắc.
11. Nguồn cấp cho cuộn dây.

Nguyên lý làm việc

Khi điện áp được cấp vào nguồn (11), dòng điện I sẽ đi qua cuộn dây (1) của relay, dẫn đến những bước tiếp theo như sau:

1. Hút lõi thép:

Dòng điện đi qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường, khiến lõi thép (2) bị hút vào trong cuộn dây. Điều này tạo ra một lực điện từ cần thiết cho các chuyển động tiếp theo.

2. Chuyển động của cơ cấu:

Lực hút từ lõi thép tác động lên cơ cấu (3), làm cho thanh đồng số (4) di chuyển từ phải sang trái. Chuyển động này tạo ra sự chuyển dịch cơ học quan trọng trong hệ thống.

3. Thanh răng và bánh răng:

Khi thanh đồng số (4) di chuyển, nó tác động lên thanh răng (8), khiến thanh răng này trượt trên hệ thống bánh răng (9). Hệ thống bánh răng sẽ quay nhờ vào sự chuyển động của thanh răng.

4. Dao động của con lắc:

Khi thanh răng (8) tiến được một khoảng, con lắc (10) cũng tiến lên và thực hiện một chu kỳ dao động. Sự dao động này có thể được sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau trong hệ thống.

5. Điều khiển tiếp điểm:

Sau một khoảng thời gian nhất định, vít số (5) sẽ tác động vào tiếp điểm, dẫn đến việc tiếp điểm thường đóng mở ra và tiếp điểm thường mở đóng lại. Điều này cho phép hệ thống điều khiển hoạt động của máy móc thiết bị một cách tự động.

Relay thời gian kiểu thủy khí 

Cấu tạo

1- Cuộn hút , 2- Lõi từ, 3- Nắp từ động, 4- lò xo, 5- tiếp điểm, 6-Piston, 7- Chất lưu

Nguyên lý hoạt động

Relay chậm hoạt động dựa trên cơ chế điện từ kết hợp với một hệ thống cơ khí, cho phép điều khiển các tiếp điểm với thời gian trễ nhất định. Cụ thể, quá trình hoạt động của relay chậm có thể được mô tả như sau:

1. Cấp điện cho cuộn hút:

Khi điện áp được cấp vào cuộn hút (1) quấn quanh lõi từ (2), nó tạo ra một từ trường mạnh mẽ. Từ trường này sẽ hút nắp từ động (3) xuống, tạo ra một lực tác động lên các thành phần khác trong relay.

2. Hệ thống lò xo và piston:

Lò xo (4) sẽ bị kéo căng khi nắp từ động (3) được hút xuống, nhưng do có sự hiện diện của piston (6) trong xilanh dầu nhờn, nên quá trình chuyển động của piston diễn ra chậm. Vì vậy, mặc dù lò xo đã bị kéo căng, tiếp điểm (5) không đóng ngay lập tức mà có một khoảng thời gian trễ.

3. Quá trình nhả:

Khi cuộn hút (1) bị cắt điện, lực hút từ trường sẽ mất đi, và nắp từ động (3) sẽ trở về vị trí ban đầu do sự tác động của lò xo (4). Tuy nhiên, do piston (6) vẫn đang nằm trong dầu nhờn, quá trình nhả cũng diễn ra chậm tương tự như khi cấp điện, tạo ra một khoảng thời gian trễ trước khi tiếp điểm mở lại.

4. Tính năng sử dụng:

Relay này có thể được sử dụng cho cả cuộn hút một chiều và cuộn hút xoay chiều, mang lại sự linh hoạt trong các ứng dụng điều khiển khác nhau.

Relay thời gian bán dẫn

Mạch làm trễ thời gian bán dẫn rất đa dạng, nhưng có thể phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động chính. Dưới đây là hai loại mạch trễ thời gian phổ biến:

Mạch trễ nhờ sự phóng hoặc nạp của tụ điện (mạch RC)

• Nguyên lý hoạt động: Mạch RC sử dụng một tụ điện (C) và một điện trở (R) để tạo ra thời gian trễ. Khi điện áp được cấp vào mạch, tụ điện bắt đầu nạp điện qua điện trở, và quá trình này sẽ tạo ra một thời gian trễ cho đến khi điện áp trên tụ đạt tới mức nhất định.
• Thời gian trễ: Thời gian trễ có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi trị số của điện trở R hoặc tụ điện C. Thông thường, thời gian trễ này không quá vài giờ, tùy thuộc vào giá trị của R và C.
• Ứng dụng: Mạch này thường được sử dụng trong các ứng dụng cần thời gian trễ ngắn như bật/tắt đèn, tín hiệu âm thanh, hoặc trong các mạch điều khiển đơn giản.

Mạch trễ nhờ các bộ đếm

• Nguyên lý hoạt động: Mạch này hoạt động dựa trên nguyên tắc của đồng hồ, trong đó thời gian trễ được xác định bởi số đếm và tần số xung đếm. Mạch này thường bao gồm các bộ đếm kỹ thuật số hoặc vi điều khiển để thực hiện chức năng này.
• Thời gian trễ: Thời gian trễ sẽ tăng lên khi số đếm tăng và tần số xung đến giảm. Điều này cho phép đạt được thời gian trễ rất lớn, tùy thuộc vào thiết kế của mạch.
• Bộ đếm: Bộ đếm thực chất là một đồng hồ, nơi thời gian được so sánh với tín hiệu đặt giờ. Nếu hai tín hiệu đếm và đặt bằng nhau, đầu ra của bộ so sánh sẽ tạo ra tín hiệu. Sau khi qua khâu khuếch đại, tín hiệu này sẽ tác động vào bộ chấp hành để đóng hoặc mở các tiếp điểm.
• Ứng dụng: Mạch này thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao về thời gian, như trong hệ thống điều khiển công nghiệp, tự động hóa nhà máy, và các thiết bị đo lường.

Một số mạch relay thời gian điển hình

Sơ đồ mạch của relay thời gian điện tử

Chú ý:

• Khi S₁ đóng thì T = 1’ đến 120’
• Khi S₂ đóng thì T = 1’ đến 60’
• Tùy theo sự điều chỉnh của biến trở P₁

Sơ đồ mạch in, sơ đồ mạch linh kiện

Mạch relay thời gian đã giới thiệu ở trên là những mạch hoàn toàn thực tế đã lắp và chạy thử nghiệm tương đối tốt, vì vậy chúng ta chỉ cần mua linh kiện theo đúng các thông số trên hình vẽ sơ đồ mạch điện là có thể lắp ráp được relay thời gian như mong muốn.

Hiện nay, mạch điện rơ le thời gian điện tử được thiết kế theo nhiều sơ đồ khác nhau rất đa dạng và phong phú, bởi vì do công nghệ bán dẫn rất phát triển rất mạnh mẽ, sản xuất rất nhiều vi mạch với các chủng loại thích hợp, do đó mà việc thiết kế sơ đồ tùy theo ý thích mỗi nhà sản xuất.

Chú ý rằng để có nguồn cấp vào cho các vi mạch luôn có điện áp ổn định, thì cần có một bộ nguồn ổn áp, bộ nguồn này được thiết kế nhờ vào các vi mạch ổn áp như: 78LXY, 79LXY trong đó 78L, 79L là đời sản xuất, còn chữ số XY là giá trị điện áp ổn áp của nguồn ra.

Ví dụ :

• 78L05: điện áp ổn định ở đầu ra là 5V
• 78L24: điện áp ổn định ở đầu ra là 24V

Cần để ý điện áp đầu vào của vi mạch ở ổn áp phải có giá trị lớn hơn điện áp ở đầu ra một chút, nhung không đuợc quá lớn, nếu quá lớn sẽ làm hư vi mạch ổn áp bởi vì dòng qua vi mạch ổn áp < 1,5A.

*Nguồn tham khảo: Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh – Nguyễn Tấn Dũng, Trịnh Văn Dũng