Relay trung gian là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng

Rơ le trung gian là thiết bị điện được sử dụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển và tự động hóa. Bài viết của Đại Việt sẽ giúp bạn hiểu rõ khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, vai trò cũng như hướng dẫn cách đấu nối rơ le trung gian chi tiết, dễ thực hiện. Ngoài ra, nội dung còn cung cấp những lưu ý quan trọng khi lựa chọn và sử dụng rơ le trung gian nhằm đảm bảo hệ thống vận hành ổn định, an toàn và hiệu quả 

 1. Relay trung gian là gì?

Rơ le trung gian (Intermediate Relay hoặc Interposing Relay) là thiết bị điện dùng để tiếp nhận, truyền và khuếch đại tín hiệu điều khiển giữa các mạch điện trong hệ thống tự động hóa. Thiết bị này hoạt động như một cầu nối trung gian, giúp đóng ngắt mạch điện an toàn và ổn định thông qua hệ thống các tiếp điểm. 

Nhờ khả năng chuyển đổi tín hiệu nhanh và độ tin cậy cao, rơ le trung gian được ứng dụng rộng rãi trong tủ điện công nghiệp, hệ thống điều khiển máy móc và các dây chuyền tự động. 

2. Cấu tạo của relay trung gian

Relay trung gian được thiết kế với nhiều loại khác nhau, nhằm đáp ứng nhu cầu đa dạng của người dùng. Cấu tạo chung của rơ le trung gian bao gồm:

2.1. Cuộn hút (nam châm điện) – lõi thép tĩnh, lõi thép động, cuộn dây

Cuộn hút, nam châm điện gồm có lõi thép tĩnh, lõi thép động và cuộn dây. Cuộn dây là cuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả hai. Lõi thép được giữ bởi lò xo và định vị bằng một vít điều chỉnh.

2.2. Mạch tiếp điểm – tiếp điểm thường mở NO và thường đóng NC

Mạch tiếp điểm gồm tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch. Tiếp điểm nghịch đóng vai trò đóng, cắt thiết bị điện tải và cách ly với cuộn hút. 

2.3. Vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm

Vỏ Relay trung gian được làm từ nhựa cách điện, có tác dụng bảo vệ linh kiện bên trong. Các chân tiếp điểm dùng để kết nối relay với mạch điện và thường có ký hiệu rõ ràng để đấu nối.

3. Nguyên lý hoạt động của relay trung gian

Rơ le trung gian được lắp ở vị trí giữa của các thiết bị điều khiển có công suất tiêu thụ lớn hơn hoặc nhỏ hơn, với chức năng chuyển mạch tín hiệu hoặc khuếch đại nó. Thiết bị này có hai mạch độc lập, một mạch dùng để điều khiển cuộn dây rơ le ngăn chặn hoặc cho phép dòng điện đi qua cuộn dây, mạch còn lại có vai trò điều khiển dòng điện và xem xét có nên cho dòng điện đi qua rơle hay không.

Nhiệm vụ chính của relay trung gian là chuyển mạch điện đến các thiết bị điện khác, bảo vệ thiết bị điện, tránh hư hỏng, cháy nổ và tăng tuổi thọ cho thiết bị. Khi dòng điện chạy qua rơ le và đến cuộn dây của nam châm điện, nó tạo ra từ trường hút. Từ trường này tác động để đóng hoặc mở tiếp điểm điện, làm thay đổi trạng thái của relay trung gian.

Trên relay trung gian, chỉ có duy nhất một điểm tải dòng điện nhỏ và được sử dụng cho mạch điều khiển. Số lượng tiếp điểm điện sẽ khác nhau tùy thuộc theo thiết kế. Khi cấp điện áp vào hai đầu cuộn dây, tiếp điểm đóng sẽ hở ra, tiếp điểm hở sẽ đóng lại. Khi ngừng cấp nguồn, hệ thống tiếp để sẽ quay về trạng thái ban đầu.

4. Phân loại relay trung gian

Relay trung gian được phân loại dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau, nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong từng hệ thống điện và tự động hoá.

4.1. Theo điện áp – 5VDC, 12VDC, 24VDC, 220VAC

Các loại điện áp của relay trung gian như:

• Loại 5VDC và 12VDC thường được sử dụng trong các mạch điện tử, vi điều khiển và thiết bị tự động nhỏ.
• Relay 24VDC phổ biến trong tủ điện công nghiệp và hệ thống điều khiển PLC nhờ khả năng hoạt động ổn định, an toàn.
• Loại 220VAC được dùng trong các hệ thống điện dân dụng hoặc công nghiệp sử dụng nguồn điện xoay chiều trực tiếp.

4.2. Theo hình dáng – loại tròn, loại vuông, loại cắm, loại dán

Theo số chân tiếp điểm

Relay trung gian được thiết kế với nhiều số lượng chân khác nhau như 5 chân, 8 chân, 11 chân hoặc 14 chân.

• Relay 5 chân thường có cấu tạo đơn giản, dùng cho các mạch điều khiển cơ bản.
• Các loại 8 chân, 11 chân và 14 chân có nhiều tiếp điểm hơn, phù hợp với các hệ thống điều khiển phức tạp cần đóng/ngắt nhiều mạch điện cùng lúc.

Theo hình dáng và kiểu lắp đặt

Dựa vào thiết kế bên ngoài, relay trung gian được chia thành loại tròn, loại vuông, loại cắm đế và loại dán mạch.

• Relay cắm đế được sử dụng phổ biến vì dễ tháo lắp và thay thế khi bảo trì.
• Relay dán mạch có kích thước nhỏ gọn, thường dùng trong bo mạch điện tử.
• Các loại relay tròn hoặc vuông được lựa chọn tùy theo không gian lắp đặt và yêu cầu kỹ thuật của thiết bị.

4.3. Solid State Relay (SSR) – relay rắn

Relay rắn là loại relay sử dụng linh kiện bán dẫn thay cho tiếp điểm cơ khí truyền thống. Loại relay này có ưu điểm đóng cắt nhanh, hoạt động êm, không tạo tia lửa điện và có độ bền cao do không bị mài mòn tiếp điểm. SSR thường được ứng dụng trong các hệ thống tự động hóa hiện đại, thiết bị công nghiệp và các mạch yêu cầu tần suất đóng cắt lớn. 

5. Ký hiệu SPST, DPST, SPDT của relay

Các relay trung gian thường được ký hiệu theo số lượng và kiểu tiếp điểm nhằm giúp người dùng dễ dàng lựa chọn đúng loại relay cho từng ứng dụng điều khiển điện. 

5.1. SPST – 1 tiếp điểm dạng hở

SPST là loại relay có 1 cực và 1 tiếp điểm đóng/ngắt đơn giản. Relay này chỉ điều khiển một mạch điện duy nhất với hai trạng thái ON hoặc OFF. Khi cuộn hút được cấp điện, tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái để đóng hoặc ngắt mạch điện. Đây là loại relay có cấu tạo đơn giản, thường được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển cơ bản. 

5.2. DPST – 2 tiếp điểm dạng hở

DPST là relay có 2 cực và 2 tiếp điểm hoạt động đồng thời. Loại relay này cho phép đóng/ngắt cùng lúc hai mạch điện riêng biệt bằng một tín hiệu điều khiển duy nhất. DPST thường được sử dụng trong các hệ thống cần điều khiển đồng thời dây pha và dây trung tính hoặc hai nguồn điện khác nhau để tăng độ an toàn và tiện lợi. 

5.3. SPDT – 1 cặp tiếp điểm NO và NC chung đầu

SPDT là loại relay có 1 chân chung (COM) kết hợp với một tiếp điểm thường mở (NO) và một tiếp điểm thường đóng (NC). Khi relay chưa hoạt động, chân COM sẽ nối với tiếp điểm NC. Khi cấp điện cho cuộn hút, COM sẽ chuyển sang nối với tiếp điểm NO. Nhờ khả năng chuyển đổi giữa hai trạng thái, relay SPDT được sử dụng phổ biến trong các mạch chuyển đổi tín hiệu, đảo trạng thái hoặc lựa chọn giữa hai mạch điện khác nhau. 

6. Công dụng và ứng dụng của relay trung gian

Rơ le trung gian có chức năng truyền, khuếch đại và cách ly tín hiệu điều khiển giữa mạch và động lực. Thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt và thay thế, rơle được sử dụng rộng rãi  trong các hệ thống điện dân dụng và công nghiệp. Relay trung gian có tác dụng bảo vệ thiết bị điện, giảm tải cho mạch điều khiển và độ ổn định khi vận hành hệ thống.

Trên thực tế Relay trung gian được lắp đặt trong tủ điện công nghiệp, mạch điều khiển tự động, hệ thống PLC, máy móc và các thiết bị điện tử. Rơ le phù hợp với các phụ tải dòng điện nhỏ hơn 20A. Đối với tải công suất lớn hơn, thường sử dụng khởi động để đảm bảo khả năng đóng cách và dập hồ quang hiệu quả.

Ngoài ra, relay trung gian còn có vai trò chia tín hiệu điện tới nhiều thành phần trong mạch, hỗ trợ duy trì hoạt động ổn định của hệ thống khi relay chính gặp sự cố hoặc quá tải. 

7. Cách đấu relay trung gian

Tùy theo số chân và cấu tạo, mỗi loại relay trung gian sẽ có cách đấu nối khác nhau. Dưới đây là hướng dẫn đấu relay trung gian 5 chân, 8 chân và 14 chân phổ biến hiện nay. 

Cách đấu relay trung gian 5 chân

Relay trung gian 5 chân thường gồm 3 tiếp điểm chính là COM (chân chung), NO (thường mở) và NC (thường đóng), cùng 2 chân cấp nguồn cho cuộn dây.

• Chân 85 và 86: dùng để cấp nguồn cho cuộn hút relay.
• Chân 30: chân COM (chung).
• Chân 87: tiếp điểm thường mở (NO).
• Chân 87a: tiếp điểm thường đóng (NC).

Khi chưa cấp điện cho cuộn dây, chân 30 sẽ nối với 87a. Khi cấp nguồn vào chân 85 và 86, cuộn hút tạo từ trường làm tiếp điểm chuyển trạng thái, chân 30 sẽ ngắt khỏi 87a và kết nối với chân 87.

Cách đấu relay trung gian 8 chân

Relay 8 chân thường có 2 cặp tiếp điểm thường mở và thường đóng, phù hợp với các mạch điều khiển cần nhiều tiếp điểm hơn.

• Chân 1 và 5: cấp nguồn cho cuộn dây relay (12V, 24V hoặc 220V tùy loại).
• Chân 2-4 và 6-8: là các cặp tiếp điểm thường mở (NO).
• Chân 2-3 và 6-7: là các cặp tiếp điểm thường đóng (NC).

Khi cấp điện cho cuộn dây, các tiếp điểm NO sẽ đóng lại, đồng thời các tiếp điểm NC sẽ mở ra. Các chân tiếp điểm phụ có thể dùng để điều khiển tải hoặc kết nối với các mạch phụ trợ khác.

Cách đấu relay trung gian 14 chân

Relay trung gian 14 chân thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển phức tạp do có nhiều cặp tiếp điểm.

• Chân 13 và 14: là chân cấp nguồn cho cuộn dây (Coil).
• Chân 1-2-3-4: nhóm tiếp điểm thường đóng (NC).
• Chân 5-6-7-8: nhóm tiếp điểm thường mở (NO).
• Chân 9-10-11-12: các chân COM (chân chung).

Khi cấp điện cho cuộn dây, relay sẽ chuyển đổi trạng thái giữa các tiếp điểm NO và NC. Các chân COM sẽ kết nối với NO hoặc NC tùy theo trạng thái hoạt động của relay. Loại relay trung gian này thường được dùng trong tủ điện công nghiệp, hệ thống PLC và mạch điều khiển tự động.