Nội dung bài viết
Relay là linh kiện đóng cắt được sử dụng để điều khiển một mạch điện bằng tín hiệu từ một mạch khác. Điểm đặc trưng của relay là khả năng dùng tín hiệu điều khiển có công suất tương đối nhỏ để đóng hoặc ngắt tải ở mạch riêng biệt. Nhờ cơ chế này, relay được sử dụng rộng rãi trong mạch điều khiển, thiết bị điện, hệ thống tự động hóa và nhiều thiết bị điện tử.
Relay là gì?
Relay (rơ-le) là một thiết bị đóng cắt điện được điều khiển bằng tín hiệu điện. Với relay điện cơ, một cuộn dây tạo ra từ trường khi có dòng điện chạy qua, từ đó làm thay đổi trạng thái của các tiếp điểm.
Relay thường có hai phần mạch chính:
- Mạch điều khiển: cấp tín hiệu cho cuộn dây hoặc phần tử kích hoạt relay.
- Mạch tải: chứa các tiếp điểm thực hiện đóng hoặc ngắt tải.
Hai phần này có thể được cách ly về mặt điện tùy cấu tạo relay, giúp tín hiệu điều khiển có thể kiểm soát tải mà không cần nối trực tiếp với mạch tải.
Cấu tạo của relay
Cấu tạo relay thay đổi tùy loại, nhưng relay điện cơ thông thường gồm các bộ phận chính sau.
Cuộn dây
Cuộn dây là bộ phận nhận tín hiệu điều khiển. Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây tạo ra từ trường. Điện áp định mức của cuộn dây có thể là 5 V, 12 V, 24 V hoặc các mức khác tùy từng loại relay.
Lõi từ và phần ứng
Lõi từ tập trung từ trường do cuộn dây tạo ra. Khi relay được cấp điện, lực từ tác động lên phần ứng, làm phần ứng chuyển động. Chuyển động này được sử dụng để thay đổi trạng thái của các tiếp điểm.
Tiếp điểm
Tiếp điểm là bộ phận trực tiếp đóng hoặc ngắt mạch tải. Một relay có thể có nhiều tiếp điểm với các cấu hình khác nhau.
Các ký hiệu thường gặp gồm:
- COM (Common): chân chung.
- NO (Normally Open): tiếp điểm thường hở.
- NC (Normally Closed): tiếp điểm thường đóng.
Tùy loại relay, có thể chỉ có NO hoặc NC, hoặc đồng thời có cả hai.
Lò xo hồi vị
Lò xo tạo lực đưa phần ứng và tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu khi cuộn dây không còn được cấp điện. Nhờ đó relay có thể chuyển đổi qua lại giữa trạng thái có điện và mất điện.
Nguyên lý hoạt động của relay
Relay điện cơ hoạt động dựa trên sự chuyển đổi giữa năng lượng điện và lực từ.
Khi relay chưa được cấp điện
Khi cuộn dây không có dòng điện, từ trường không được tạo ra. Phần ứng giữ ở vị trí ban đầu nhờ lực của lò xo hồi vị. Ở trạng thái này, tiếp điểm NO đang hở và tiếp điểm NC đang đóng nếu relay sử dụng cấu hình chuyển đổi COM-NO-NC.
Khi cấp điện cho cuộn dây
Khi tín hiệu điều khiển được đưa vào cuộn dây, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường. Từ trường hút phần ứng, làm phần ứng chuyển động và thay đổi trạng thái tiếp điểm. Khi đó:
- Tiếp điểm NO đóng.
- Tiếp điểm NC mở.
Mạch tải được đóng hoặc ngắt tùy theo cách đấu dây.
Khi ngắt tín hiệu điều khiển
Khi điện áp cấp cho cuộn dây bị ngắt, từ trường biến mất. Lò xo đưa phần ứng trở lại vị trí ban đầu. Các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu và tải được ngắt hoặc kết nối theo cấu hình của relay.
Các loại relay phổ biến
Relay có nhiều loại, nhưng có thể phân biệt dựa trên cấu tạo và cách đóng cắt.
Relay điện cơ
Relay điện cơ sử dụng cuộn dây, lõi từ, phần ứng và tiếp điểm cơ khí. Ưu điểm của loại này là có khả năng cách ly mạch điều khiển với mạch tải và có thể đóng cắt nhiều loại tải khác nhau. Relay điện cơ thường được sử dụng trong mạch điều khiển thiết bị điện, tủ điện và các hệ thống tự động hóa.
Relay bán dẫn
SSR (Solid State Relay) sử dụng linh kiện bán dẫn để thực hiện đóng cắt thay cho tiếp điểm cơ khí. Do không có bộ phận cơ khí chuyển động, SSR có thể đóng cắt nhanh và không phát sinh hiện tượng mòn tiếp điểm như relay điện cơ. Tuy nhiên, SSR có đặc tính tổn hao và yêu cầu tản nhiệt riêng, vì vậy cần lựa chọn theo loại tải và điều kiện làm việc.
Relay theo cấu hình tiếp điểm
Relay cũng có thể được phân loại theo số lượng và trạng thái tiếp điểm, chẳng hạn:
- SPST: một mạch đóng/ngắt.
- SPDT: một cực chuyển đổi giữa hai tiếp điểm.
- DPST: hai mạch đóng/ngắt.
- DPDT: hai cực chuyển đổi giữa các tiếp điểm.
Cách phân loại này giúp xác định relay có đáp ứng đúng yêu cầu đóng cắt của mạch hay không.
Ứng dụng của relay
Relay được sử dụng khi cần dùng một tín hiệu điều khiển để đóng hoặc ngắt một mạch điện khác.
Điều khiển tải công suất lớn hơn
Một tín hiệu từ vi điều khiển hoặc mạch điều khiển có thể kích relay để điều khiển tải như đèn, quạt, van điện từ hoặc động cơ. Nhờ đó, mạch điều khiển không cần trực tiếp mang toàn bộ dòng điện của tải.
Cách ly mạch điều khiển và mạch tải
Relay có thể tạo sự cách ly điện giữa phần điều khiển và phần tải tùy theo cấu trúc thiết bị. Điều này hữu ích khi tín hiệu điều khiển có điện áp thấp nhưng tải hoạt động ở mức điện áp hoặc dòng điện khác.
Điều khiển tự động
Relay được sử dụng trong các hệ thống tự động hóa để thực hiện đóng/ngắt thiết bị theo điều kiện được lập trình hoặc theo tín hiệu từ cảm biến. Ví dụ, cảm biến có thể phát tín hiệu đến mạch điều khiển, sau đó mạch kích relay để bật hoặc tắt một thiết bị.
Chuyển đổi tín hiệu điều khiển
Với relay có nhiều tiếp điểm, một tín hiệu điều khiển có thể được sử dụng để chuyển đổi giữa hai hoặc nhiều trạng thái của mạch. Cấu hình COM-NO-NC là ví dụ phổ biến cho chức năng này.
Cách chọn relay phù hợp
Để chọn đúng relay, cần xác định cả thông số của cuộn dây và tiếp điểm tải.
Điện áp cuộn dây
Điện áp cuộn dây phải phù hợp với mạch điều khiển, chẳng hạn 5 V, 12 V hoặc 24 V. Nếu điện áp không phù hợp, relay có thể không hoạt động hoặc cuộn dây có thể bị quá tải.
Điện áp và dòng tải
Tiếp điểm phải chịu được điện áp và dòng điện của tải. Không nên chỉ nhìn vào dòng định mức mà bỏ qua điện áp đóng cắt và loại tải. Tải cảm như động cơ, cuộn dây hoặc van điện từ có thể tạo ra xung điện khi đóng hoặc ngắt, vì vậy yêu cầu đối với tiếp điểm có thể cao hơn tải thuần trở.
Số lượng và cấu hình tiếp điểm
Cần xác định mạch cần tiếp điểm NO, NC hay cả hai, đồng thời kiểm tra số cực và số mạch cần điều khiển.
Vai trò của relay trong thiết bị điện tử
Relay có thể được sử dụng ở nhiều vị trí khác nhau trong hệ thống điện tử và thiết bị điều khiển. Việc lựa chọn đúng điện áp cuộn dây, cấu hình tiếp điểm và khả năng chịu tải giúp hệ thống đóng cắt ổn định hơn.
Trong quá trình sản xuất thiết bị điện tử tại Luxshare ICT, các linh kiện điều khiển như relay có thể được sử dụng trong những cụm mạch hoặc hệ thống cần đóng cắt, kiểm soát tín hiệu và điều khiển tải. Với relay điện cơ, chất lượng tiếp điểm và độ tin cậy cơ khí cũng cần được kiểm soát phù hợp với yêu cầu sản phẩm.
Kết luận
Relay là thiết bị đóng cắt cho phép một mạch điều khiển tác động lên một mạch tải thông qua cơ cấu điện từ hoặc linh kiện bán dẫn. Với relay điện cơ, cuộn dây tạo từ trường để điều khiển phần ứng và thay đổi trạng thái các tiếp điểm NO, NC, COM.
Trong thực tế, relay được sử dụng phổ biến để điều khiển tải, cách ly mạch và thực hiện đóng cắt tự động. Khi lựa chọn, cần đặc biệt chú ý đến điện áp cuộn dây, cấu hình tiếp điểm, điện áp và dòng điện của tải.
