Trong quá trình làm việc tại nhà máy, chắc chắn chúng ta sẽ gặp rất nhiều motor điện. Và sẽ có nhiều cách, nhiều phương pháp điều khiển motor điện khác nhau. Vậy những cách này là gì? Chúng ta cùng tìm hiểu qua về cách khởi động motor điện, cách vận hành motor điện nhé!
Khởi động motor điện là gì?
Bộ khởi động motor điện là một thiết bị điện được sử dụng để khởi động và dừng động cơ một cách an toàn. Tương tự như rơle, bộ khởi động động cơ sẽ bật / tắt nguồn. Nhưng khác ở chỗ là nó bảo vệ thấp áp và quá dòng.
Các chức năng chính của bộ khởi động motor điện
- Để khởi động động cơ một cách an toàn
- Dừng motor một cách an toàn
- Để đảo ngược hướng của động cơ
- Để bảo vệ motor khỏi điện áp thấp và quá dòng.
Một bộ khởi động motor điện có cấu tạo từ hai thành phần chính hoạt động cùng nhau để điều khiển & bảo vệ động cơ:
- Công tắc tơ điện: Mục đích của công tắc tơ là BẬT / TẮT nguồn điện cho động cơ bằng cách đóng hoặc ngắt các tiếp điểm.
- Mạch bảo vệ quá tải: Mục đích của mạch này là để bảo vệ động cơ khỏi các tác động do tình trạng quá tải. Dòng điện lớn qua rôto có thể làm hỏng cuộn dây cũng như các thiết bị khác được kết nối với nguồn cấp.
Tại sao chúng ta cần bộ khởi động motor điện?
Bộ khởi động động cơ là cần thiết để khởi động một động cơ cảm ứng do trở kháng của rôto thấp. Trở kháng của rôto phụ thuộc vào độ trượt của động cơ cảm ứng là tốc độ tương đối giữa rôto và stato. Trở kháng thay đổi ngược với độ trượt.
Khi dòng vào cao làm từ hóa khe hở không khí giữa rôto & stato tạo ra EMF trong cuộn dây rôto. EMF này tạo ra một dòng điện trong rôto, sinh ra từ trường để tạo ra mô-men xoắn trong rôto. Khi tốc độ rôto tăng, độ trượt của động cơ giảm và dòng điện sẽ giảm.
Dòng khởi động cao gấp 5-8 lần dòng tải định mức bình thường. Vì vậy, dòng điện có thể làm hỏng các cuộn dây của động cơ. Và nó có thể gây ra sự sụt áp rất lớn của đường dây. Có thể làm hỏng các thiết bị khác được kết nối với cùng một đường dây.
Người ta thường sử dụng bộ khởi động giới hạn dòng để bảo vệ motor điện khỏi một dòng điện lớn như vậy khi khởi động. Và một khi động cơ đạt được tốc độ nhất định, nguồn điện bình thường cho động cơ được nối lại. Đồng thời cũng bảo vệ thấp áp và quá dòng trong quá trình hoạt động.
Ví dụ: Mặc dù các motor có công suất < 1Hp có trở kháng cao và chúng có thể chịu được dòng khởi động, nên chúng không cần bộ khởi động động cơ. Tuy nhiên, chúng cần hệ thống bảo vệ quá dòng như bộ khởi động DOL (Direct On-Line). Đây là lý do cho thấy rằng tại sao chúng ta cần một bộ khởi động động cơ.
Khởi động motor điện làm việc như thế nào?
Khởi động động cơ là cách điều khiển động cơ bằng tay hoặc tự động. Cách để kiểm soát BẬT/ TẮT an toàn cho động cơ điện bằng cách đóng hoặc ngắt các tiếp điểm.
Khởi động thủ công được sử dụng cho các động cơ nhỏ hơn trong đó cần gạt vận hành bằng tay được vận hành thủ công sang vị trí BẬT hoặc TẮT. Nhược điểm của các khởi động này là chúng cần phải BẬT sau khi tắt nguồn. Nói cách khác, cần điều khiển thủ công cho từng thao tác (BẬT hoặc TẮT).
Đôi khi, hoạt động này có thể dẫn đến dòng điện cao trong cuộn dây động cơ có thể làm cháy động cơ. Đây là lý do tại sao nó không được khuyến nghị.
Thay vào đó, trong hầu hết các trường hợp người ta ưu tiên sử dụng các bộ khởi động động cơ thay thế khác có bảo vệ được sử dụng như bộ khởi động tự động.
Mặt khác, các bộ khởi động tự động bao gồm rơle điện và công tắc tơ được sử dụng để chuyển đổi hoạt động BẬT/ TẮT động cơ. Khi dòng điện đi qua cuộn dây contactor, nó sẽ cung cấp năng lượng và tạo ra trường điện từ kéo hoặc đẩy các tiếp điểm để tạo ra sự kết nối của cuộn dây động cơ với nguồn điện.
Các phương pháp khởi động motor điện
Chúng ta sẽ thảo luận về các phương pháp khởi động động cơ. Đồng thời tìm hiểu những ưu điểm và nhược điểm của mỗi phương pháp.
- Phương pháp khởi động trực tiếp DOL
- Phương pháp mắc điện trở vào Stato
- Mắc điện trở vào Rôto
- Máy biến áp tự ngẫu
- Mạch mắc sao- tam giác
- Bộ khởi động mềm
- Khởi động bằng biến tần (VFD)
Bộ khởi động động cơ có nhiều loại nhưng chủ yếu chúng được phân thành hai loại:
Khởi động thủ công
Đóng ngắt động cơ bằng tay thông qua các nút nhấn. Phương pháp này thì không có bảo vệ điện áp thấp, tức là không tự động ngắt mạch khi mất điện. Nó có thể nguy hiểm cho một số ứng dụng vì động cơ khởi động lại khi nguồn được phục hồi. Vì vậy, chúng được sử dụng cho motor điện có công suất thấp. Bộ khởi động trực tiếp (DOL) là bộ khởi động thủ có bảo vệ quá tải.
Khởi động từ
Bộ khởi động từ là loại khởi động phổ biến nhất và chúng chủ yếu được sử dụng cho động cơ điện xoay chiều công suất cao. Các bộ khởi động này hoạt động bằng các rơle tiếp điểm từ tính.
Nó cấp điện áp thấp và an toàn hơn để khởi động và cũng bảo vệ chống thấp áp và quá dòng. Trong thời gian mất điện, bộ khởi động từ sẽ tự động ngắt mạch.
Bộ khởi động từ bao gồm hai mạch:
Mạch điện: Chịu trách nhiệm cung cấp năng lượng cho động cơ. Nó gồm các tiếp điểm điện BẬT/ TẮT nguồn điện cấp cho động cơ thông qua rơle.
Mạch điều khiển: Mạch này điều khiển các tiếp điểm của mạch điện để tạo hoặc ngắt nguồn cấp cho động cơ. Các cuộn dây điện từ cấp năng lượng hoặc khử năng lượng để đóng hoặc ngắt các tiếp điểm điện. Có thể coi như điều khiển tự động.
Cách khởi động trực tiếp (DOL) motor điện
Đây là hình thức khởi động động cơ đơn giản nhất kết nối động cơ trực tiếp với nguồn điện. Nó bao gồm một công tắc tơ từ tính kết nối động cơ với một đường nguồn và rơle quá tải để bảo vệ chống quá dòng. Chỉ sử dụng cho động cơ có công suất dưới 5 hp. Nó có hai nút ấn đơn giản để khởi động và dừng động cơ.
Ưu điểm của khởi động trực tiếp
- Thiết kế rất đơn giản và hiệu quả
- Dễ sử dụng
- Có mô-men xoắn khởi động cao do dòng khởi động cao
Nhược điểm của khởi động trực tiếp
- Dòng vào cao có thể làm hỏng cuộn dây
- Không thích hợp cho động cơ nặng
- Làm giảm tuổi thọ của động cơ
Khởi động bằng điện trở mắc trên stato của motor điện
Cách khởi động điện trở Stato sử dụng kỹ thuật RVS (giảm điện áp khởi động) để khởi động động cơ. Điện trở ngoài được thêm vào nối tiếp với mỗi pha của stato động cơ cảm ứng 3 pha. Công việc của điện trở là giảm điện áp dòng (sau đó giảm dòng khởi động) áp dụng cho stato.
Vì dòng điện tỷ lệ thuận với điện áp & mô-men xoắn thay đổi theo bình phương của dòng điện, điện áp giảm 2 lần làm giảm mô-men xoắn xuống 4 lần. Do đó, mô-men xoắn khởi động sử dụng cách khởi động này là rất thấp và cần được duy trì.
Ưu điểm của khởi động động cơ bằng điện trở mắc stato
- Linh hoạt trong các đặc tính khởi động
- Điện áp thay đổi cho phép tăng tốc trơn tru
- Có thể được kết nối với cả động cơ kết nối sao hoặc tam giác
Nhược điểm
- Các điện trở làm tiêu tan năng lượng
- Mô-men xoắn khởi động rất thấp do giảm điện áp
- Các điện trở khá đắt cho động cơ lớn
Khởi động bằng cách thêm điện trở vào rôtor dây quấn
Phương pháp nầy chỉ dùng cho những động cơ rôto dây quấn vì đặc điểm của loại động cơ này là có thể thêm điện trở phụ vào mạch rôto.
Khi điện trở rôto thay đổi thì đặc tính M = f(s) cũng thay đổi theo. Điều chỉnh điện trở mạch rôto thích đáng thì Mk = Mmax .
Khi rôto quay để giữ một mômen điện từ nhất định trong quá trình khởi động. Ta cắt dần điện trở nối thêm vào mạch rôto, làm cho quá trình tăng tốc động cơ từ đặc tính này sang đặc tính khác và sau khi cắt toàn bộ điện trở thì sẽ tăng tốc đến điểm làm việc của đặc tính cơ tự nhiên.
Ưu điểm của khởi động động cơ với điện trở rôto
- Cung cấp một dòng khởi động thấp sử dụng điện áp đầy đủ
- Do mô-men xoắn khởi động cao, động cơ có thể được khởi động dưới tải
- Phương pháp này cải thiện hệ số công suất
- Có nhiều cấp điều khiển tốc độ
Nhược điểm của khởi động động cơ điện trở rôto
- Chỉ hoạt động trên động cơ cảm ứng vòng trượt
- Các rôto khá đắt tiền và nặng
Khởi động motor điện với máy biến áp tự ngẫu
Loại khởi động motor điện này tương tự như một máy biến áp để giảm điện áp đặt vào stato trong giai đoạn khởi động. Thiết bị này phù hợp với cả động cơ kết nối sao và tam giác.
So với các kỹ thuật giảm điện áp khác, thiết bị này cung cấp điện áp cao cho một dòng khởi động cụ thể. Giúp cung cấp một mô-men xoắn khởi động tốt hơn.
Ưu điểm của khởi động với máy biến áp tự ngẫu
- Cung cấp một mô-men xoắn khởi động tốt hơn
- Hay được sử dụng để khởi động các động cơ lớn với tải trọng đáng kể
- Chức năng kiểm soát tốc độ bằng tay
- Linh hoạt trong các đặc tính khởi động
Nhược điểm của khởi động với máy biến áp tự ngẫu
Do kích thước lớn của trình tự động chuyển đổi, bộ khởi động như vậy chiếm quá nhiều không gian.
Mạch phức tạp và tương đối đắt hơn so với các bộ khởi động khác.
Khởi động sao- tam giác motor điện
Đây là một phương pháp khởi động phổ biến khác được sử dụng trong các ngành công nghiệp cho động cơ lớn. Các cuộn dây của động cơ cảm ứng 3 pha được chuyển đổi giữa đấu sao và tam giác để khởi động động cơ.
Để khởi động động cơ cảm ứng, cuộn dây được đấu sao. Điện áp pha trong kết nối sao bị giảm bởi hệ số 1/ √3 và nó làm giảm dòng khởi động cũng như mô-men xoắn khởi động bằng 1/3 giá trị định mức thông thường.
Khi động cơ tăng tốc, rơle hẹn giờ sẽ chuyển kết nối sao của cuộn dây stato thành kết nối tam giác, cho phép điện áp đầy đủ qua mỗi cuộn dây. Động cơ chạy ở tốc độ định mức.
Ưu điểm của khởi động sao- tam giác
- Thiết kế rất đơn giản và rẻ
- Không cần bảo trì
- Dòng tăng thấp
- Hay được sử dụng để khởi động động cơ cảm ứng lớn
- Có thời gian tăng tốc dài
Nhược điểm của khởi động sao- tam giác
- Động cơ phải đấu tam giác
- Có nhiều kết nối dây hơn
- Mô-men xoắn khởi động thấp mà không được duy trì
- Có hiện tượng giật cơ học khi chuyển trạng thái từ sao sang tam giác
Khởi động mềm motor điện
Bộ khởi động mềm cũng sử dụng kỹ thuật điều chỉnh điện áp. Nó sử dụng các công tắc dạng TRIAC để điều khiển điện áp cũng như dòng khởi động cấp cho động cơ cảm ứng. Do đó, việc điều khiển các động cơ trở nên trơn tru hơn, không xảy ra hiện tượng giật cơ học, giúp máy bền hơn.
Ưu điểm của Soft Starter
- Kiểm soát dòng và áp tốt hơn
- Cung cấp khả năng tăng tốc mượt mà
- Giảm biến đổi đột ngột của công suất trong hệ thống
- Kéo dài tuổi thọ của hệ thống
- Hiệu quả hơn và bảo trì ít hơn
- Kích thước nhỏ gọn
Nhược điểm của Soft Starter
- Giá thành tương đối đắt
- Ít tính năng
- Hao tổn do nhiệt năng
Biến tần khởi động motor điện
Giống như bộ khởi động mềm, biến tần có thể thay đổi điện áp cũng như tần số của dòng điện cung cấp. Nó chủ yếu được sử dụng để kiểm soát tốc độ của motor cảm ứng vì nó phụ thuộc vào tần số cung cấp.
AC từ đường cung cấp được chuyển đổi thành DC sử dụng bộ chỉnh lưu. DC thuần được chuyển đổi thành AC với tần số & điện áp có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng kỹ thuật điều chế độ rộng xung thông qua các IGBT.
Có khả năng kiểm soát tốc độ động cơ từ 0 đến tốc độ định mức.
Ưu điểm của biến tần
- Cung cấp một khả năng tăng tốc tốt hơn và mượt mà hơn cho động cơ lớn
- Kiểm soát tốc độ với tăng tốc và giảm tốc mượt mà.
- Tăng tuổi thọ động cơ do không có ứng suất điện cơ học
- Đảo ngược của một động cơ
- Nhiều chức năng hoạt động, truyền thông
Nhược điểm của biến tần
- Chi phí đầu tư cao
- Có hao tổn do nhiệt
- VFD tạo ra sóng hài trong các đường dây điện có thể ảnh hưởng đến thiết bị điện & hệ số công suất.
Cuối cùng, bài viết này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được góp ý của các bạn để nội dung bài viết ngày một hoàn chỉnh hơn. Cảm ơn các bạn!
