CHƯƠNG 6: CÔNG NGHỆ RƠLE

© Department of Power Systems

CHƯƠNG 6: CÔNG NGHỆ RƠLE

I. Giới thiệu
II. Rơle điện từ (Electromechannical)
III. Rơle tĩnh (Static)
IV. Rơle kỹ thuật số (Digital)
V. Rơle số (Numerical)
VI. Tính năng bổ sung của rơle số
VII.Các vấn đề về rơle số

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 1


I. GIỚI THIỆU

1. Khái niệm và giới thiệu
– Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay
đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle
© Department of Power Systems

là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và
điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực
– Thời gian đã cho ta chứng kiến những thay đổi to lớn trong
công nghệ rơle

– Mỗi thế hệ rơle đều được cải tiến về kích cỡ, chức năng và
đặc biệt là độ tin cậy không ngừng được nâng cao

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 2


I. GIỚI THIỆU

2. Phân loại
- Rơle điện từ (Electromechanical relays)

© Department of Power Systems

- Rơle tĩnh (Static relays)
- Rơle kỹ thuật số (Digital relays)
- Rơle số (Numerical relays)

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 3


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)
o Đây là rơle có hình thức sớm nhất được sử dụng để bảo vệ các
hệ thống điện và chúng có từ gần 100 năm
o Loại rơle này làm việc trên nguyên lý điện cơ, lực điện động tác
© Department of Power Systems

động làm cơ cấu hoạt động khi có tác động kích thích…
o Cấu tạo gồm:

- Lõi sắt 1 làm khung sườn và mạch tĩnh
- Phần động 2 và là giá mang tiếp điểm 5
- Lò xo 3 kéo phần động 2 luôn cho

tiếp điểm 5 hở

5

- Cuộn dây 4 tạo từ thông
2

IR

4
3

Chương 6: Công nghệ Rơle



1
page 4


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)
o Nguyên lý hoạt động:
- Khi có dòng điện chạy vào cuộn dây 4 sẽ sinh ra sức từ động và
5

từ thông Φ chạy trong lõi sắt 1 và 2

FR  K ' . 2
- Vì lõi sắt không bão hòa nên:   K '' .I R

© Department of Power Systems

- Từ thông Φ sinh ra lực hút:

2

IR

- Như vậy ta có:

4



FR  K .  K . K I R
'

2

'

''



2

 KI  IR 

2

3



1

- NếuFR  FLoxo
thì lõi sắt 2 sẽ bị hút vào lõi sắt 1 dẫn đến tiếp điểm
5 đóng lại

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 5


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

o Rơle điện từ được phân thành nhiều loại khác nhau như:
-Attracted armature (phần ứng bị hút)
© Department of Power Systems

-Moving coil (cuộn dây động)
-Induction (cảm ứng)
-Thermal (nhiệt)
-Motor operated (động cơ)

-Mechanical (cơ khí)
o Và trong chương này ta quan tâm vào phần ứng bị hút

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 6


© Department of Power Systems

II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 7


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

 Rơle phần ứng bị hút (Attracted armature)
- Rơle phần ứng bị hút hoạt động bằng sự chuyển động của

© Department of Power Systems

một miếng sắt nhờ lực hút nhờ cuộn dây tạo ra
- Cấu tạo của nó thường có một lõi sắt bị hút vào bản lề khi có
dòng điện đi qua cuộn dây tạo ra từ trường giống như một nam
châm
- Lực hút của phần ứng:

Với N: số vòng cuộn dây; I: dòng cuộn dây
g: khoảng cách kẻ hở không khí
A: tiết diện mặt và c: từ trở

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 8


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

© Department of Power Systems

- Nguồn AC: hoạt động với dòng xoay chiều nên mỗi nữa chu kỳ
từ thông bằng không, làm cho rơle có thể bị rung và gây ra tiếng
động. Để loại bỏ hiệu ứng này ta phân chia các cực từ bằng một
shading loop (vòng che)

- Nguồn DC: không như nguồn AC, từ thông của nguồn DC luôn tăng
dẫn đến dư từ, buộc phải thay nam châm điện làm từ vật liệu có tính
chất thông lượng dư rất thấp
Chương 6: Công nghệ Rơle

page 9


II. RƠLE ĐIỆN TỪ (ELECTROMECHANICAL)

© Department of Power Systems

- Một số ứng dụng yêu cầu sử dụng của một rơle phân cực (thêm một
nam châm vĩnh cửu gắn với nam châm điện cơ bản). Khi chưa có
dòng điện thì phần ứng đã bị hút 1 phần do nam châm cĩnh cửu. Thời
gian hoạt động rất nhanh có thể đạt được tốc độ nhỏ hơn 1ms
Solenoid Rơle là một cuộn
dây hình trụ hoạt động như
một nam châm khi mang
điện

Chương 6: Công nghệ Rơle

Reed Rơle (rơle lưỡi gà) là loại rơle
được giảm tải phần ứng và điểm tiếp
xúc, điều này đã giúp khả năng hoạt
động của nó hoạt động dưới 1ms

page 10


III. RƠLE TĨNH (STATIC)

1. Khái niệm
- Thuật ngữ “tĩnh” chỉ rằng rơle loại này không có các bộ phận

© Department of Power Systems

chuyển động
- Nó được giới thiệu vào đầu thập niên 60, thiết kế dựa trên những
thiết bị điện tử tương tự để thay thế lõi sắt và nam châm tạo ra
đặc tính của rơle tĩnh

- Mỗi rơle loại này chủ yếu vẫn bị giới hạn trong một loại bảo vệ, vì
thế muốn có nhiều chức năng người ta phải nối nhiều hộp rơle
- Đầu phiên bản sử dụng các thiết bị rời rạc như bóng bán dẫn
(transistor) và diode kết hợp với điện trở, tụ điện, cuộn cảm, vv,…

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 11


III. RƠLE TĨNH (STATIC)

2. Các mạch cơ bản

© Department of Power Systems

a) Mạch thời gian (Timers)
- Mạch thời gian trễ được sử dụng rộng rãi trong rơle và nói
chung là các loại kháng năng lực
- Hình bên cạnh là mạch trễ: tụ C được tính theo cấp số nhân
từ một điện áp quy định E thông qua điện trở R

- Thời gian trễ được tính theo công thức

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 12


III. RƠLE TĨNH (STATIC)

-Thời gian thực hiện để đạt được một điện áp cố định là tỷ lệ thuận
với R, do đó có thể điều chỉnh thời gian trễ

© Department of Power Systems

- Ta cũng có thể rút gọn công thức trên như sau:

K: tỷ lệ chiết áp
- Thời gian để VC = VR:

- Và công thức rút gọn được:

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 13


III. RƠLE TĨNH (STATIC)
b) Máy dò cấp độ (Level detectors)
- Được sử dụng để đo mức điện áp DC khi bị phát hiện vượt

© Department of Power Systems

quá mức cài đặt của máy

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 14

III. RƠLE TĨNH (STATIC)
c) Máy dò phân cực (Polarity detectors)

© Department of Power Systems

-Máy dò phân cực được sử dụng khi xác định chính xác các số
không giao nhau trên nguồn AC dạng sóng được yêu cầu
-Các mạch sau thường được sử dụng vì có độ nhạy và độ
chính xác cao

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 15


III. RƠLE TĨNH (STATIC)
d) Bộ so sánh pha (Phase comparators)

© Department of Power Systems

- Bộ so sánh pha được sử dụng để phát hiện khi một pha của
đầu vào thứ nhất nhiều hơn hoặc ít hơn 90° ra khỏi giai đoạn
với một đầu vào thứ hai

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 16


© Department of Power Systems

III. RƠLE TĨNH (STATIC)

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 17


III. RƠLE TĨNH (STATIC)
e) Bộ tích phân (Integrators)

© Department of Power Systems

- Đây là sơ đồ khối của một mạch so sánh đầy đủ

- Mạch tích phân

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 18


© Department of Power Systems

IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)
Những rơle kỹ thuật số đầu tiên được
đưa vào sử dụng khoảng những năm
80, và với sự cải thiện không ngừng
khả năng của nó, đến nay rơle kỹ
thuật số vẫn được coi là công nghệ

hiện đại cho rất nhiều ứng dụng

Rơle kỹ thuật số đã có một bước thay đổi lớn trong
công nghệ chế tạo. Bộ vi xử lý và vi điều khiển đã
dược sử dụng thay thế mạch analog trong rơle tĩnh
để thực hiện chức năng

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 19


© Department of Power Systems

IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)

• So với rơle tĩnh, rơle kỹ thuật số sử dụng bộ chuyển đổi
A/D chuyển đổi các tín hiệu đo tương tự thành tín hiệu
số và sử dụng một bộ vi xử lý để thực hiện các thuật toán
bảo vệ
• Rơle kỹ thuật số có thể thiết lập thông số rộng hơn và
chính xác hơn rơle điện cơ hay rơle tĩnh. Nó có thể giao
tiếp với các máy tính điều khiển

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 20


© Department of Power Systems

IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)
• Hạn chế của các bộ vi xử lý được sử dụng trong các rơle
kỹ thuật số là về số lượng mẫu đo được trên mỗi chu
kỳ,điều đó đã giới hạn của các Rơle trong các ứng dụng
nhất định. Do đó, một rơle kỹ thuật số có một chức năng
bảo vệ đặc biệt và có thể có một thời gian hoạt động lâu
hơn rơle tĩnh tương đương

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 21


IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)

© Department of Power Systems

• Cấu trúc rơle kỹ thuật số:

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 22


IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)
1. Bộ vi xử lý

© Department of Power Systems

Bộ vi xử lý là một thiết bị lập trình đươc, nó có thể thực hiện
tất cả các chức năng như của một CPU của một máy tính
Nó có thể tìm kiếm những chỉ thị trong bộ nhớ, giải mã và
thi hành những chỉ thị đó, thực hiện những phép toán số
học và luận lý, nhận dữ liệu nhập từ thiết bị nhập và kết quả
cho thiết bị xuất
Bộ vi xử lý bao gồm: bộ số học và luận lý, bộ định thì và
điều khiển, các thanh ghi

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 23


IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)
2. Các thiết bị nhập xuất

© Department of Power Systems

Bộ vi xử lý liên với bên ngoài thông qua thiết bị nhập xuất.
Nó nhận dữ liệu nhị phân và các chỉ thị từ thiết bị nhập và
gửi kết quả đã xử lý đến thiết bị xuất
Thiết bị nhập: bàn phím,bộ biến đổi tương tự số…
Thiết bị xuất: dùng để dịch các tín hiệu ở ngõ ra ở dạng
logic sang tín hiệu điện hoặc dạng tương tự (led 7 đoạn,
máy in, bộ biến đổi số tương tự)

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 24

IV.RƠLE KỸ THUẬT SỐ (DIGITAL)

© Department of Power Systems

3. Bộ nhớ
Bộ vi xử lý cần có bộ nhớ lưu trữ chương trình và dữ liệu.
Bộ nhớ là tập hợp các thanh ghi,mỗi thanh ghi lưu trữ số bit
khác nhau
Bộ nhớ bán dẫn có hai loại: ROM và RAM
RAM là bộ nhớ chủ yếu trong máy tính và được gọi là loại
thay đổi được. Có 2 loại RAM tĩnh và RAM động
RAM tĩnh sử dụng dễ dàng hơn nhưng giá thành đắt hơn
loại động
RAM động cần thời gian làm tươi bộ nhớ để bảo quản thông
tin được lưu trữ

Chương 6: Công nghệ Rơle

page 25