Khởi động sao tam giác là gì? Phân tích mạch khởi động sao tam giác

3
227
Giải thích mạch khởi động sao tam giác

Khởi động sao tam giác là phương pháp được ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực điện công nghiệp. Sử dụng với động cơ có công suất trung bình nhằm mục đích giảm dòng khởi động xuống 3 lần so với dòng thực tế, giúp tiết kiệm chi phí.

Với động cơ công suất lớn, ta thường khởi động bằng cách biến tần hoặc khởi động mềm.

Mạch khởi động sao tam giác
Mạch khởi động sao tam giác

Trong bài viết này mình sẽ chia sẻ mọi thứ liên quan về khởi động sao tam giác, ưu điểm, nhược điểm, tại sao phải khởi động sao tam giác, cách thức vận hành trong thực tế,…

Nguyên nhân dẫn đến việc phải sử dụng khởi động sao tam giác

Động cơ 3 pha

Động cơ 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Bên trong động cơ 3 pha có 3 cuộn dây riêng biệt và có thể kết nối với nhau theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác. Khi cho dòng điện xoay chiều đi qua 3 cuộn dây, chúng sẽ tạo ra từ trường quay.

Động cơ 3 pha

Các cuộn dây được lắp đặt lệch nhau một góc 120° trên stator. Tạo thành từ trường làm quay rotor (ứng dụng làm quạt, máy bơm,…).

Thông thường động cơ 3 pha sẽ có một hộp đấu nối để ta đấu 3 cuộn dây này lại với nhau. Hộp đấu nối này đưa ra 6 cực tương ứng với 6 đầu dây. Thường ký hiệu là U1, V1, W1, U2, V2, W2.

Thông thường, cuộn dây pha thứ nhất nối với cực U, cuộn dây pha thứ 2 nối với cực V, cuộn dây pha thứ ba nối với cực W.

Chúng ta luôn kết nối nguồn với cực U1, V1, W1.

Để động cơ có thể hoạt động, ta cần hoàn thành mạch điện bằng cách đấu nối sao hoặc tam giác.

Giả sử mình có một động cơ với điện áp nguồn được cung cấp là 400V. Khi này mình sẽ đấu nối theo 2 cách: sao và tam giác để các bạn có thể thấy rõ sự khác nhau. Từ đó lý giải cho câu hỏi tại sao phải khởi động sao tam giác?

1, Đấu nối hình tam giác 

Đấu nối hình tam giác

Trong cách đấu nối hình tam giác, ta sẽ đấu U1 với W2, V1 với U2 và W1 với V2.

Khi này ta sẽ tiến hành đo một vài thông số như sau:

Đo thông số đấu tam giác

  • Khi sử dụng đồng hồ đo điện ở 2 pha bất kỳ, ta đều thu được thông số 400V. Đây gọi là điện áp dây.
  • Với sơ hồ hình tam giác, như trên hình vẽ ta thấy điện áp giữa 2 đầu cuộn dây chính bằng điện áp dây. Vì thế ta đo được U = 400V.
  • Trong cuộn dây có một điện trở R = 20 Ôm, vì thế ta đo được dòng điện qua cuộn dây là I = 400/20 = 20 (A).
  • Theo công thức tính dòng điện ta thu được Idây = căn(3) * 20 = 34,6A

2, Đấu nối hình sao

Đấu nối hình sao

Như trên hình vẽ, khi ta đấu 3 cực U2, V2, W2 lại với nhau, ta sẽ được một mạch đấu nối hình sao. Thử tính toán một vài thông số nhé:

Giả sử đấu sao

  • Khi ta đo điện áp giữa 2 pha bất kỳ,vẫn thu được thông số là 400V.
  • Tuy nhiên, với cách đấu hình sao, điện áp giữa 2 đầu của một cuộn dây bất kỳ là 400V/√3=230V.
  • Khi đó, dòng điện qua cuộn dây là 230/20=11,5 (A)
  • Dòng qua mỗi cuộn dây chính là dòng điện qua các pha. Do đó Ipha=11,5A

Qua so sánh ta thấy dòng điện sử dụng cho động cơ khi đấu tam giác gấp 3 lần so với đấu sao.

Khi dòng khởi động lớn là nguyên nhân dẫn đến:

  • Làm sụt áp lưới điện, gây ảnh hưởng đến các thiết bị khác
  • Ảnh hưởng đến tuổi thọ của động cơ, độ bền của dây dẫn và các thiết bị đóng cắt bảo vệ.

Vì thế, để đảm bảo ổn định lưới điện, tăng tuổi thọ của động cơ, dây dẫn, các thiết bị đóng cắt, chúng ta cần phải sử dụng phương pháp khởi động sao tam giác.

Đầu tiên chúng ta sẽ khởi động sao để giảm dòng khởi động. Sau đó chuyển mạch qua tam giác (tăng U, tăng I) để động cơ hoạt động với công suất tốt nhất.

Mạch khởi động sao tam giác

Trong thực tế khi sử dụng động cơ 3 pha, tại hộp đấu dây chúng ta thường có các thanh dẫn cứng để có thể đấu sao hoặc tam giác (đấu cố định). Vì thế để khởi động sao tam giác, chúng ta không thể sử dụng các thanh dẫn cứng này. Cần phải bỏ chúng ra và đấu theo kiểu mong muốn.

1, Nguyên lý hoạt động

Để khởi động sao tam giác, ta sẽ dùng 3 contactor được đấu nối như hình sau:

Đây gọi là mạch động lực.

Nguyên lý hoạt động của mạch này là đầu tiên ta cho động cơ chạy sao để giảm dòng khởi động xuống bằng 1/3 dòng định mức.

Sau một khoảng thời gian chuyển qua chạy tam giác để đảm bảo công suất động cơ và nhu cầu tải.

Để kiểm soát việc chuyển mạch từ sao qua tam giác cần có một bộ đếm thời gian timer. Đó cũng là cách làm trên thực tế.

2, Trên thực tế và mô phỏng

Trên thực tế, mạch khởi động sao tam giác bao gồm 2 phần chính là mạch động lực và mạch điều khiển.

Để tạo nên một mạch khởi động sao tam giác hoàn chỉnh cho động cơ không đồng bộ 3 pha, ta cần sử dụng các thiết bị sau:

  • Aptomat để đóng cắt mạch điện tổng
  • 3 Contactor để đóng cắt động cơ, thiết bị từ chế độ sao sang tam giác sang mạch điều khiển.
  • Rơ – le nhiệt để bảo vệ động cơ tránh quá dòng
  • Timer để cài đặt thời gian chuyển từ mạch sao sang mạch tam giác
  • Một vài phụ kiện đi kèm như đèn báo pha, nút bấm, dây dẫn, đầu đấu nối, cầu chì, rơ le trung gian,… và một số phụ kiện khác.

Căn cứ vào công suất của từng động cơ mà lựa chọn aptomat, contactor sao cho phù hợp. Ngoài ra, một số mạch điện thực tế còn được trang bị thêm bảo vệ quá áp, bảo vệ mất dây trung tính, mất pha để hoàn thiện hệ thống điều khiển động cơ.

Mạch tối ưu trên thực tế
Mạch tối ưu trên thực tế

Vậy nguyên lý hoạt động của mạch trên sẽ như thế nào?

  • Đầu tiên ta đóng Aptomat MCCB cấp điện cho mạch. Khi này 3 đèn báo pha sẽ sáng.
  • Nhấn nút ON (13 – 14). Khi này khởi K (A1 – A2) sẽ có điện làm Contactor Ktiếp điểm duy trì K ( 13 – 14) đóng lại. Đồng thời khởi S (A1 – A2) hoạt động điều khiển mạch động lực khởi động với chế độ nối sao.
  • Sau một thời gian chỉnh định của Timer T(A1 – A2). Tiếp điểm thường đóng T (55 – 56) mở ra làm S (A1 – A2) mất điện. Tiếp điểm thường mở T (67 – 68) đóng lại cấp điện cho TG (A1 – A2) điều khiển các tiếp điểm duy trì TGContactor TG.
  • Khi này Contactor TG đóng lại, Contactor S mở ra. Mạch hoạt động ở chế độ tam giác.

Khi nào ta sử dụng phương pháp khởi động sao tam giác

Bên cạnh khởi động sao tam giác, trên thực tế còn rất nhiều cách khởi động động cơ khác. Ví dụ như dùng biến áp tự ngẫu, cuộn kháng, dùng biến tần, khởi động mềm,…

Việc sử dụng phương pháp khởi động sao tam giác còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

  • Công suất động cơ: Thường sử dụng phương pháp này cho động cơ công suất trung bình dưới 7kW. Công suất động cơ quá lớn phải sử dụng đến khởi động mềm hoặc biến tần.
  • Đặc tính tải của động cơ: Có được hạn chế tối thiểu tải khi khởi động hay không?
  • Chất lượng điện áp nơi đặt động cơ
  • Tần suất khởi động của động cơ
  • Không phải động cơ không đồng bộ 3 pha nào cũng sử dụng được phương pháp khởi động sao tam giác. Với điện lưới 3 pha tại Việt Nam là 380V. Chỉ những động cơ có thông số tam giác/ sao = 380/660V thì mới dùng dc phương pháp này. Lưu ý động cơ thông số tam giác/ sao = 220/380V không sử dụng được.

Hạn chế của khởi động sao tam giác

Với chi phi thấp và dễ dàng lắp đặt, dòng khởi động nhỏ, cách khởi động sao tam giác được ứng dụng rất nhiều trong sản xuất. Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế:

  • Khi khởi động moment nhỏ ảnh hưởng đến cơ cấu cơ khí chấp hành ở phía sau
  • Xuất hiện nhiễu điện trường khi mạch đổi từ sao sang tam giác. Ảnh hưởng đến các thiết bị chuyển tín hiệu ở xung quanh.
  • Xuất hiện sụt áp khi chuyển từ sao sang tam giác do độ biến đổi dòng lớn và đột ngột.

Lưu ý khi lựa chọn công suất thiết bị trong mạch khởi động sao tam giác

Như chúng ta thấy, động cơ hoạt động ở chế độ sao trong khoảng thời gian rất ngắn. Để giảm dòng khởi động. Vì thế contactor sao chỉ chịu dòng nhỏ trong thời gian ngắn. Sau đó chuyển qua hoạt động tam giác. Suy ra chỉ có 2 contactor làm việc chính và xuyên suốt. Đó là contactor chính và contactor tam giác.

Từ đó ta có thể đưa ra cách lựa chọn contactor cho phù hợp.

Ngoài ra, căn cứ vào catalog của động cơ:

Catalog động cơ
Catalog động cơ

Ở đây với động cơ 220HP tương đương 160kW. Động cơ có thông số tam giác/sao = 380/660V suy ra có thể chạy sao tam giác.

Với dòng định mức 294A, chúng ta chọn contactor chính và contactor tam giác có dòng 294/2 = 147A là hoạt động hiệu quả. Chọn contactor sao có dòng thấp hơn một chút, nhỏ hơn 147A là ổn định và tiết kiệm chi phí.

Để hiểu rõ hơn về mạch khởi động sao tam giác một cách trực quan. Bạn có thể tham khảo video sau:

3 COMMENTS

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here