Rơ le điện từ là gì? Ký hiệu, cách mắc, cách đo và ứng dụng

1. Rơ le điện từ là gì và có vai trò gì?

Rơ le điện từ dùng cuộn dây tạo từ trường để đóng, ngắt hoặc chuyển đổi các tiếp điểm, nhờ đó tín hiệu điều khiển nhỏ có thể điều khiển một mạch tải được cách ly.

Phần quan trọng nhất là xác định linh kiện này đang làm nhiệm vụ gì trong khối mạch trước khi đo hoặc chọn linh kiện thay thế.

2. Ký hiệu Rơ le điện từ trong sơ đồ mạch điện

Ký hiệu tách cuộn dây với bộ tiếp điểm COM, NO và NC. Trạng thái tiếp điểm trên sơ đồ được vẽ khi cuộn dây chưa được cấp điện.

Rơ-le thường mang mã K hoặc RL. Cần phân biệt rõ chân cuộn hút với các tiếp điểm thường mở, thường đóng và chân chung.

3. Cấu tạo, hình dạng và kiểu đóng gói

Cuộn dây hút phần ứng cơ khí làm thay đổi trạng thái tiếp điểm. Điện áp cuộn hút, vật liệu tiếp điểm, loại tải và số lần đóng cắt quyết định tuổi thọ.

Những kiểu vỏ và kiểu lắp thường gặp gồm:

• Relay PCB xuyên lỗ
• Relay SMD
• Relay công suất
• Relay tín hiệu
• Relay ô-tô hoặc socket

4. Các chủng loại phổ biến

Mỗi chủng loại có ưu điểm, giới hạn và môi trường sử dụng khác nhau; không nên thay lẫn chỉ vì có hình dạng gần giống.

• SPST
• SPDT
• DPDT
• Relay thường
• Relay chốt/latching
• Reed relay

5. Các thông số kỹ thuật cần hiểu

• Điện áp và công suất cuộn hút: xác định lượng nhiệt linh kiện có thể chịu trong điều kiện quy định mà không bị quá nhiệt.
• Điện áp/dòng tiếp điểm theo loại tải: xác định vùng làm việc an toàn; cần phân biệt trị số làm việc liên tục với giới hạn tuyệt đối.
• Điện trở tiếp xúc: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.
• Điện áp cách ly: là giới hạn điện áp phù hợp với cách điện và chế độ hoạt động của linh kiện.
• Thời gian đóng nhả: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.
• Tuổi thọ: cần được đọc cùng đơn vị, điều kiện đo và giới hạn do nhà sản xuất công bố.

6. Công thức toán học và vật lý

Các công thức dưới đây mô tả quan hệ giữa những đại lượng quan trọng của linh kiện. U là điện áp, I là dòng điện, R là điện trở, P là công suất, E hoặc W là năng lượng, f là tần số và t là thời gian; đơn vị lần lượt là V, A, Ω, W, J, Hz và s.

Ký hiệu có chỉ số dưới dùng để chỉ đúng vị trí hoặc trạng thái đo, chẳng hạn U_ra là điện áp đầu ra và U_shunt là điện áp trên điện trở shunt. Với ký hiệu riêng của từng họ linh kiện, cần đọc định nghĩa ngay trong datasheet.

Công thức lý tưởng chỉ đúng trong điều kiện đã nêu. Khi chọn linh kiện thật phải tính thêm dung sai, nhiệt độ, tần số, tải và giới hạn trong datasheet.

7. Các cách mắc Rơ le điện từ trong mạch điện tử

Các cách mắc được sắp xếp từ dễ nhận biết đến ứng dụng nâng cao. Ở mỗi sơ đồ, hãy theo dõi điểm nối nguồn, mass, đầu vào, đầu ra và chiều dòng điện trước khi tính toán.

Mức cơ bản: nhận biết đường dòng điện và điện áp

1. Cuộn dây điều khiển low-side

Nguyên lý: Transistor/MOSFET kéo một đầu cuộn xuống mass; diode flyback mắc ngược song song cuộn DC.

2. Cuộn dây điều khiển high-side

Nguyên lý: Khóa phía nguồn cấp cuộn; driver phải phù hợp điện áp và dòng cuộn.

3. Tiếp điểm thường mở NO

Nguyên lý: Tải chỉ được cấp khi relay hút.

Mức thực hành: ứng dụng trong các khối mạch

4. Tiếp điểm thường đóng NC

Nguyên lý: Tải được nối khi relay nhả và ngắt khi relay hút.

5. Tiếp điểm chuyển mạch COM-NO-NC

Nguyên lý: Chuyển một đường chung giữa hai nhánh; cần tránh nhầm trạng thái nghỉ.

6. Mắc liên động

Nguyên lý: Dùng tiếp điểm phụ để tự giữ hoặc khóa chéo; phải thiết kế trạng thái an toàn khi mất nguồn.

8. Ví dụ tính toán và ứng dụng

Cuộn relay 12 V có điện trở 400 Ω hút dòng khoảng 30 mA và tiêu thụ 0,36 W; transistor điều khiển và diode flyback phải được chọn phù hợp.

9. Cách đọc mã và datasheet

Đọc coil voltage, must-operate/release voltage, công suất cuộn, contact form, tải resistive/inductive, cách điện, thời gian và tuổi thọ.

Hãy phân biệt thông số làm việc khuyến nghị với giới hạn tuyệt đối. Giới hạn tuyệt đối không phải là mức nên duy trì trong quá trình vận hành.

10. Cách đo và kiểm tra trên bo mạch

1. Ngắt nguồn, đo điện trở cuộn dây
2. Cấp đúng điện áp cuộn qua nguồn giới hạn dòng
3. Đo COM-NO-NC ở trạng thái nhả và hút
4. Kiểm tra sụt áp tiếp điểm khi có tải phù hợp

Khi đo trực tiếp trên bo, các linh kiện nối với cùng nút mạch có thể làm kết quả khác trị số riêng của linh kiện. Nếu cần đo độc lập, chỉ tháo một đầu hoặc chân đo phù hợp sau khi đã ngắt nguồn và xả hết điện tích.

11. Dạng hư hỏng và nguyên nhân

Dấu hiệu có thể quan sát hoặc đo được

• Đứt/chập cuộn dây
• Kẹt phần ứng
• Tiếp điểm cháy dính
• Điện trở tiếp xúc tăng
• Relay rung hoặc không giữ

Những nguyên nhân cần kiểm tra

• Sai điện áp cuộn
• Không có mạch dập xung
• Đóng cắt tải vượt định mức
• Hồ quang với tải cảm
• Mài mòn cơ khí

Một dấu hiệu có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân. Chỉ kết luận linh kiện hỏng sau khi kết hợp kết quả đo, sơ đồ mạch và điều kiện vận hành.

12. Cách lựa chọn linh kiện thay thế

• Đúng điện áp và kiểu cuộn
• Đúng cấu hình tiếp điểm
• Định mức tiếp điểm theo AC/DC và loại tải
• Pinout/kích thước đúng
• Đạt cách điện và tuổi thọ yêu cầu

13. Câu hỏi thường gặp

Có thể đo Rơ le điện từ trực tiếp trên bo mạch không?

Có thể kiểm tra sơ bộ sau khi đã ngắt nguồn và xả điện tích. Tuy nhiên, những nhánh mạch nối song song hoặc linh kiện bảo vệ có thể làm sai kết quả; khi cần đo độc lập phải tách chân phù hợp và đối chiếu sơ đồ.

Có thể dùng linh kiện có thông số cao hơn để thay thế không?

Trước hết, linh kiện thay thế phải đúng chức năng và trị số chính. Một số giới hạn như công suất hoặc điện áp có thể chọn cao hơn, nhưng kích thước, đặc tính xung, tần số và nhiệt vẫn phải phù hợp. Với linh kiện nhiều chân, sơ đồ chân bắt buộc phải tương thích.

14. Kết luận

Muốn sử dụng linh kiện này đúng cách, người đọc cần nhận dạng đúng loại, hiểu ký hiệu và đường kết nối, tính được điều kiện làm việc, đo kiểm an toàn và đối chiếu datasheet trước khi thay thế.