Khởi động mềm hiện nay được dùng để hỗ trợ động cơ để khi động cơ khởi động, sẽ ít bị hư hại, đồng thời bảo vệ mạng lưới điện nhà máy, xí nghiệp,…tránh khỏi tình trạng tăng đột ngột, khiến dòng điện sụt áp vì dòng điện sẽ được tăng từ từ đến giá trị định mức.
Vậy khởi động mềm là gì? Có cấu tạo ra sao? nguyên lý hoạt động như thế nào? Tính ứng dụng ra sao? Tất cả những thông tin này sẽ được trình bày trong bài biết sau đây.
Khởi động mềm là gì?
Đa số các động cơ dù có công suất thấp hay cao thì khi khởi động, sẽ khiến dòng điện cấp vào bị gia tăng từ 5-9 lần so với dòng điện cung cấp cho động cơ khi hoạt động ổn định bình thường, điều này sẽ khiến hệ thống điện cục bộ gặp rắc rối, có thể bị sụt áp, điện ngừng đột ngột,…đồng thời tạo áp sức rất không có lợi với tuổi th của động cơ.
Và khởi động mềm (còn gọi là soft starter) được ra đời để hạn chế nhược điểm này cho dòng điện nhà máy, công xưởng.
Đây là một thiết bị thông minh, được sử dụng để hỗ trợ động cơ để khi động cơ khởi động, sẽ ít bị hư hại, đồng thời bảo vệ mạng lưới điện nhà máy, xí nghiệp,…tránh khỏi tình trạng tăng đột ngột, khiến dòng điện sụt áp vì dòng điện sẽ được tăng từ từ đến giá trị định mức.
Tác dụng chính của thiết bị khởi động mềm bao gồm:
- Giúp điều chỉnh mô men chính xác hơn khi cần thiết
- Giúp giảm thiểu đi tối đa với hệ thống máy móc và mạng lưới điện trước những ảnh hưởng khi động cơ khởi động, từ đó có thể giảm thiểu chi phí bảo trì động cơ đáng kể.
- Có tác dụng dừng mềm, đặc biệt rất hữu ích khi dừng bơm gây ra hiện tượng búa nước khi động cơ dừng trực tiếp, thường thấy ở khởi động sao, khởi động tam giác và khởi động trực tiếp.
Khi nào nên sử dụng khởi động mềm?
Thiết bị này nên sử dụng với động cơ trong các trường hợp như sau:
- Một thiết bị khởi động mềm chỉ có thể sử dụng với một động cơ duy nhất
- Cần hỗ trợ quá trình khởi động, quá trình dừng của động cơ, tăng tốc hay giảm tốc trong quá trình khởi động của động cơ, không thể đảo chiều động cơ
- Giúp bảo vệ động cơ trước các sự cố không mong muốn như: quá dòng, quá áp, mất pha, quá tải, ngắn mạch cho tải,…
- Cần hạn chế tính trạng sụt áp điện lưới
- Giúp bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí đầu tư, vì có giá thành thấp hơn biến tần, đồng thời giúp giảm chi phí bảo trì, bảo dưỡng hàng tháng
Xem thêm Cách phân biệt Biến tần và khởi động mềm
Đặc điểm của khởi động mềm
- Cho phép động cơ dừng mềm, từ đó điện áp của động cơ có thiết bị khởi động mềm sẽ giảm từ từ và trong khoảng từ 1 – 20 giây.
- Cho phép động cơ dừng tự do theo quán tính, để ứng phó với tình huống điện áp cấp vào bị ngừng trực tiếp, thì động cơ vẫn có thể tiếp tục dừng lại theo quán tính vòng quay của động cơ, trong khoảng thời gian xác định.
- Tiết kiệm được nhiều năng lượng hơn khi động cơ vận hành không tải hoặc non tải, bởi khởi động mềm giúp giảm dòng điện áp động cơ tới giá trị U0, từ đó giúp giảm điện áp, giảm dòng điện, giảm chi phí tối đa.
Cấu tạo và cách đấu khởi động mềm
Đây có lẽ là điều mọi khách hàng quan tâm khi tìm hiểu và cân nhắc sử dụng khởi động mềm cho quy mô sản xuất của cơ sở mình:
Cấu tạo động cơ mềm
Mỗi một thiết bị khởi động mềm, sẽ có các bộ phận như sau:
- Bảng điều khiển, có thể là loại có màn hình và bàn phím điều khiển, hoặc điều khiển bằng vít, thao tác vặn biến trở,…
- Bộ phận điều khiển: là loại điều khiển số có nhiều ngõ ra chức năng: rơle báo trạng thái, điều khiển bảo vệ nếu quá nhiệt, điều khiển thời gian có thể khởi động bằng biến trở hoặc bằng màn hình, và các cổng kết nối truyền thông Profibus, Modbus.
- Thyristor hay SCR (Silicon controller rectifier) được sử dụng với nhiệm vụ chính là điều khiển và đóng ngắt dòng điện.
- Bộ phận tản nhiệt, quạt làm mát với chức năng giảm nhiệt cho thiết bị.
- Phần vỏ bảo vệ đạt các tiêu chuẩn tương ứng với môi trường sử dụng.
Cách đấu
Bạn có thể đấu thiết bị với động cơ theo 2 cách sau:
Đấu kiểu trực tiếp
025 Đây là kiểu đấu thông dụng nhất, và tương đối đơn giản.
Bạn chỉ cần cấp nguồn điện 220Vac đấu trực tiếp vào thiết bị khởi động mềm để cung cấp điện, sau đó, đầu ra OUTPUT của thiết bị đấu nối với động cơ điện, có thể là dòng điện lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của motor, điện 3 pha, đầu vào INPUT của thiết bị sẽ đấu nối với motor tải, tiếp theo gắn thêm vào Contactor Bypass, Relay output tùy loại thiết bị.
Đấu kiểu song song
Motor sẽ đấu nối với thiết bị có 6 đầu dây, thì đấu 3 đầu dây vào khởi động mềm, 3 đầu còn lại đấu nối với dây motor, sau đó cùng với khởi động mềm nối vào điện lưới.
Với cách đấu nối này, phải có 2 contactor, 1 dành cho Bypass (có thể tích hợp sẵn trong khởi động mềm) và 1 cho Contactor đấu với Delta, và nên chọn thiết bị khởi động mềm có dòng bằng 58 % so với dòng tải định mức của motor động cơ.
Cách chọn khởi động mềm
Khi chọn thiết bị động cơ mềm, bạn có thể chọn theo 2 cách sau:
- Tùy thuộc loại động cơ có công suất bao nhiêu để chọn thiết bị khởi động mềm có dòng định mức phù hợp.
- Chọn thiết bị khởi động mềm theo tính năng và ứng dụng mong muốn, cũng có thể chọn thiết bị có đồng thời nhiều tính năng khác nhau.
Tính năng nâng cao
Khởi động mềm có nhiều tính năng chuyên biệt để ứng dụng tối ưu hơn như sau:
- Bảo vệ động cơ quá tải, có thể khóa Rotor khi xảy ra hiện tượng quá dòng.
- Điều khiển momen – Torque Control, điều khiển điện áp gần sát với đường tuyến tính tải trọng, đồng thời hạn chế sự tăng – giảm dòng đột ngột
- Có thể bảo vệ động cơ trong một số môi trường đặc biệt, như có nhiều hóa chất, nhiều hơi ẩm, có nhiều chất thải, khí thải dễ khiến động cơ bị nghẹt, ngừng hoạt động
- Có tính năng Kick Start nên sẽ giúp động cơ có thể vận hành tốt hơn khi tải nặng, hay khi làm việc gần bùn, rác thải,…
Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động chính của thiết bị khởi động mềm là tác động giúp hoạt động động cơ thông qua việc điều khiển điện áp cấp vào động cơ khi khởi động và dừng, có nghĩa là thay đổi trị số hiệu dụng của điện áp. Vì mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương của điện áp, nhưng điện áp lại tỉ lệ thuận với dòng điện, mô-men gia tốc, chính vì vậy, điều chỉnh dòng điện cấp vào khi động cơ khởi động sẽ điều chỉnh được trị số hiệu dụng của điện áp.
Trong cấu tạo của mỗi một thiết bị khởi động mềm sẽ bao gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược với nhau. Khi thiết bị ở trạng thái đóng/ngắt, các cặp thyristor này sẽ ngăn không cho dòng điện chạy qua.
Nhưng ngược lại, khi thiết bị ở trạng thái mở, thì các cặp thyristo sẽ mở dần góc kích của các van bán dẫn, để dòng điện chạy qua nhưng ngăn không cho dòng điện chạy qua đồng thời ồ ạt, mà từ từ, vừa cung cấp năng lượng cho động cơ khởi động, vừa giúp động cơ tăng tốc từ từ, không quá nhanh khiến hệ thống điện sụt áp.
Còn phần góc mở của van bán dẫn chính là “chìa khóa” để điều chỉnh điện áp cấp vào thiết bị và động cơ. Van mở từ từ cho đến khi được mở hoàn toàn thì điện áp sẽ đạt tới giá trị điện áp định mức là lớn nhất, cũng là lúc động cơ đã đạt đến tốc độ tối đa và vận hành ổn định.
Khi động cơ đã đạt đến tốc độ giới hạn định mức, tính năng Contactor bypass của khởi động mềm sẽ tự động đóng lại, mà không cần thông qua bộ thyristor.
Ưu và nhược điểm của khởi động mềm
Ưu điểm
- Có thể tự điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể dừng mềm, tăng tốc từ từ,…
- Giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ dễ dàng mà không ảnh hưởng gì đến các yêu cầu về công nghệ, cấu tạo thiết bị, máy móc hay hệ thống mạng lưới điện
- Có đầy đủ tính năng bảo vệ động cơ và mạng lưới điện khi xảy ra hiện tượng như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha,… giúp động cơ bền bỉ hơn, bảo vệ các thiết bị kết nối với hệ thống điện
- Có thể dùng kết hợp với động cơ để điều chỉnh tốc độ động cơ.
- Tiết kiệm năng lượng, chi phí hóa đơn điện hiệu quả
- Nhỏ gọn hơn, tiết kiệm chi phí đầu tư hơn nếu so với biến tần cùng công suất
Nhược điểm
- Vì sử dụng theo nguyên lý thay đổi điện áp đầu vào để thay đổi tốc độ động cơ nên có thể khiến mô-men khởi động yếu, nên cần biết cách lựa chọn khởi động mềm phù hợp
- Không phù hợp lắm với các động cơ lớn, khởi động nặng nề, khởi động quá khó khăn, vì khoảng điều chỉnh thời gian tăng – giảm tốc tương đối hẹp
- Khó thi công, khó bảo trì – bảo dưỡng
Ứng dụng của khởi động mềm
Hiện nay khởi động mềm được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau như sau:
- Ứng dụng trong các hệ thống dùng máy quạt lớn, máy có quán tính lớn, như: quạt bơm không khí, máy nén, băng truyền, thang máy, máy khuấy, máy dệt,…
- Ứng dụng nhiều trong hệ thống máy bơm của nhiều lĩnh vực như: Bơm cấp nước, bơm nước thải, động cơ gắn với máy bơm tạp chất, bơm bùn, bơm thực phẩm, máy đùn thức ăn gia súc, máy khuấy rác thải, …
- Dùng với các động cơ cần tăng – giảm, thay đổi tốc độ đột ngột nhiều, như: động cơ điện máy móc chuyên chở vật liệu, động cơ vận hành non tải lâu dài, động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải ..), máy nghiền, máy ép,…
