Bộ khởi động động cơ là gì và nó hoạt động như thế nào?

Bộ khởi động động cơ là một thiết bị điện được sử dụng để khởi động, dừng và bảo vệ động cơ điện khỏi bị hư hỏng và điều khiển quá trình khởi động của động cơ. 

Động cơ thông thường có yêu cầu dòng điện khởi động cao khi khởi động và có xu hướng quá tải khi thiết bị được kết nối hoạt động quá mức. Đó là lý do tại sao bộ khởi động động cơ có các công tắc hoặc công tắc tơ định mức công suất cao, có khả năng xử lý dòng điện gấp 6 lần trong khi khởi động và cũng có một bộ thiết bị quá tải nhiệt hoặc điện tử sẽ khiến công tắc hoặc công tắc tơ bị ngắt trong điều kiện quá tải. Bộ khởi động động cơ cũng có các thiết bị bảo vệ quá dòng như cầu chì hoặc cầu dao bên trong để ngăn chặn bất kỳ sự chập mạch hoặc hư hỏng nào đối với mạch điện và động cơ được kết nối.

Trước khi bạn chọn công nghệ khởi động động cơ cho động cơ của mình, hãy cân nhắc những điều sau

• Bạn có cần kiểm soát tốc độ không?
• Bạn có cần hạn chế dòng khởi động không?
• Bạn có muốn các tính năng khởi động, dừng hoặc điều khiển từ xa không?
• Bạn có sẵn nguồn AC và DC để chạy động cơ không?
• Bạn có sẵn điện 1 pha hay 3 pha?
• Loại ứng dụng nào?

Có một số loại bộ khởi động động cơ , bao gồm bộ khởi động bằng tay, bộ khởi động từ và bộ khởi động trạng thái rắn. Mỗi loại bộ khởi động hoạt động hơi khác nhau nhưng về cơ bản đều có cùng vai trò khởi động và bảo vệ động cơ.

Các loại khởi động

Có 4 loại khởi động chính

• Khởi động trực tiếp DOL

Bộ khởi động động cơ trực tiếp là sự kết hợp của công tắc tơ (contactor) với rơ le nhiệt, bộ khởi động động cơ trực tiếp này chỉ có thể được bật hoặc tắt bằng tay ở phía trước bộ khởi động nhưng nó sẽ tự động ngắt trong trường hợp quá tải và bạn phải tự reset lại.

• Khởi động từ

Bộ khởi động từ là sự kết hợp của một công tắc tơ (contactor) và rơ le nhiệt cơ hoặc điện tử, bộ khởi động từ này có thể được bật hoặc tắt bằng tay ở phía trước bộ khởi động hoặc từ xa. Công nghệ này cũng có thể được tích hợp với các thiết bị khác như cảm biến, công tắc phao hay PLC để khởi động hoặc dừng tự động.

• Khởi động sao tam giác

Khởi động sao tam giác (Star-Delta Starter) là một phương pháp dùng để khởi động động cơ không đồng bộ ba pha nhằm giảm dòng khởi động và giảm mô-men xoắn của động cơ khi khởi động. Phương pháp này thường được sử dụng cho các động cơ có công suất lớn, giúp bảo vệ các thiết bị điện và hệ thống điện khỏi các tác động tiêu cực của dòng khởi động cao.

• Khởi động mềm

Khởi động mềm (Soft Starter) là một thiết bị điện tử được sử dụng để điều khiển dòng điện và điện áp cung cấp cho động cơ trong quá trình khởi động. Mục đích chính của khởi động mềm là giảm dòng khởi động và mô-men xoắn khởi động, giúp bảo vệ động cơ và các thiết bị điện khác khỏi các tác động tiêu cực của dòng khởi động cao. Nó thường được kết hợp với công tắc tơ (contactor), PLC, để điều khiển nâng cao.

• Biến tần

Biến tần (Inverter hay Variable Frequency Drive - VFD) là một thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điện xoay chiều ba pha bằng cách thay đổi tần số và điện áp đầu vào của động cơ. Biến tần có khả năng điều khiển linh hoạt và chính xác tốc độ và mô-men xoắn của động cơ, giúp tăng hiệu quả hoạt động và tiết kiệm năng lượng.

Tham khảo: Mẹo để cập nhật bộ khởi động động cơ của bạn

Các yếu tố cần xem xét khi lựa chọn bộ khởi động động cơ

1. Kích thước contactor & nguồn điện

Kích thước của công tắc tơ và công suất đường dây có liên quan với nhau vì công tắc tơ phải có kích thước phù hợp để xử lý công suất đường dây của động cơ mà nó đang điều khiển.

Công suất đường dây đề cập đến năng lượng điện được cung cấp cho động cơ, thường là về điện áp và dòng điện. Kích thước của công tắc tơ phải có khả năng xử lý dòng điện của động cơ, nghĩa là nó phải có khả năng mang dòng điện theo yêu cầu của động cơ mà không bị quá nóng hoặc bị hư hỏng.

Có một số yếu tố ảnh hưởng đến kích thước của công tắc tơ, bao gồm loại động cơ, ứng dụng của động cơ, yêu cầu về điện áp và dòng điện, chu kỳ làm việc của động cơ,  Công tắc tơ được đánh dấu bằng điện áp và mã lực động cơ mà chúng có thể chạy. Nói chung, động cơ lớn hơn sẽ yêu cầu công tắc tơ lớn hơn, trong khi động cơ nhỏ hơn có thể được điều khiển bằng công tắc tơ nhỏ hơn.

2. Kích thước rơ le nhiệt 

Rơle quá tải hay Rơ le nhiệt là một thiết bị bảo vệ được sử dụng trong mạch điện động cơ để ngăn động cơ quá tải hoặc quá nóng. Phạm vi rơle quá tải đề cập đến phạm vi giá trị hiện tại trong đó rơle sẽ kích hoạt để bảo vệ động cơ.

Phạm vi rơle quá tải được đặt để phù hợp với dòng điện đầy tải của động cơ. Dòng điện đầy tải là lượng dòng điện cần thiết để vận hành động cơ ở công suất đầu ra định mức. Phạm vi rơle quá tải phải được đặt sao cho nó sẽ kích hoạt nếu dòng điện vượt quá dòng tải đầy đủ của động cơ theo một tỷ lệ phần trăm nhất định, thường là từ 10% đến 25% dòng định mức của động cơ.

Một số tình trạng quá tải có phạm vi cố định, vì vậy điều quan trọng là chọn phạm vi rơ-le quá tải phù hợp cho một động cơ cụ thể để đảm bảo rằng nó sẽ được bảo vệ khỏi quá tải hoặc quá nhiệt. Các rơle quá tải khác có phạm vi điều chỉnh để cài đặt. Điều rất quan trọng là thiết lập phạm vi bằng cách tìm ra dòng điện đầy tải của động cơ cụ thể, chu kỳ hoạt động và ứng dụng.

3. Nguồn điều khiển cuộn dây AC

Công suất điều khiển cuộn dây AC của công tắc tơ đề cập đến công suất cần thiết để cấp điện cho cuộn dây của công tắc tơ để đóng các tiếp điểm nguồn và phụ và cấp điện cho động cơ. Nguồn điều khiển cuộn dây AC có thể được cung cấp bởi cùng nguồn AC với động cơ hoặc có thể được cung cấp bởi nguồn điện AC hoặc DC riêng biệt thấp hơn. 120VAC hoặc 230V và 24VDC là điện áp điều khiển cuộn dây phổ biến nhất trong ngành.

Luôn đảm bảo công suất điều khiển cuộn dây phải đủ để cấp điện cho cuộn dây và đóng các tiếp điểm đúng cách. Công suất tiêu thụ của cuộn dây luôn được liệt kê trên bảng tên của công tắc tơ.

4. Mô-men xoắn cực đại

“Mô-men xoắn cực đại ở tốc độ bằng 0” đề cập đến khả năng của động cơ điện tạo ra công suất mô-men xoắn cực đại khi nó không quay hoặc ở trạng thái dừng. Đây là đặc tính quan trọng đối với các ứng dụng cần khởi động nhanh và mạnh, chẳng hạn như trong xe điện, máy khoan, băng tải hoặc một số máy móc công nghiệp khác. Động cơ có khả năng này thường được gọi là “động cơ mô-men xoắn” hoặc “động cơ mô-men xoắn tốc độ bằng 0”.

Bộ truyền động tần số thay đổi có thể được sử dụng để đạt được mô-men xoắn cực đại ở tốc độ bằng 0 bằng cách điều chỉnh điện áp để cung cấp mức công suất chính xác cho động cơ.

Cài đặt tần số phải được đặt để phù hợp với tần số hoạt động tối ưu của động cơ. Tần số cao sẽ làm tăng mô-men xoắn nhưng cũng làm tăng nhiệt do động cơ tạo ra.

Cũng đọc: Lời khuyên hữu ích để kéo dài tuổi thọ của khởi động từ

5. Cân nhắc về chi phí, kích thước và nhiệt

Các cân nhắc về chi phí, kích thước và nhiệt của Biến tần là những yếu tố quan trọng cần xem xét khi chọn VFD cho một ứng dụng cụ thể.

Chi phí: Phần lớn chi phí của biến tần VFD phụ thuộc vào điện áp đầu vào, kích thước, tính năng và thương hiệu. Thông thường, các biến tần VFD lớn hơn và tiên tiến hơn sẽ đắt hơn, trong khi các mẫu cơ bản và nhỏ hơn sẽ rẻ hơn. Điều quan trọng là phải cân bằng chi phí với các yêu cầu và tính năng cụ thể cần thiết cho ứng dụng.

Kích thước: Kích thước của biến tần VFD sẽ phụ thuộc vào công suất động cơ và các tính năng cụ thể được yêu cầu. Biến tần VFD lớn hơn sẽ có thể xử lý các động cơ lớn hơn đang chạy và cung cấp nhiều tính năng nâng cao hơn, trong khi VFD nhỏ hơn sẽ nhỏ gọn hơn và phù hợp với động cơ nhỏ hơn.

Cân nhắc về nhiệt: Hiệu suất nhiệt của Biến tần VFD là yếu tố quan trọng cần xem xét. Biến tần VFD phải có khả năng tản nhiệt do động cơ và chính VFD tạo ra để tránh quá nhiệt và hư hỏng có thể xảy ra. Hiệu suất nhiệt sẽ phụ thuộc vào thiết kế và hệ thống làm mát của VFD, nhiệt độ môi trường và các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.