Các phương pháp khởi động động cơ và lựa chọn thiết bị phù hợp

Về mặt kỹ thuật khi vận hành khởi động một hệ thống động cơ điên trong nhà máy sản xuất việc lựa chọn phương pháp khởi động cần đáp ứng được các yếu tố :

Moment động cơ phải luôn lớn hơn monent cản.
Dòng điện tiêu thụ sao cho độ sụt áp bé hơn 10 %.
Thời gian khởi động đủ nhỏ trong khả năng chịu nhiệt của động cơ.
Công tắc tơ loại AC-3 có dòng định mức lớn hơn dòng định mức động cơ và có khả năng chịu được dòng khởi động.

1. Các phương pháp khởi động bằng các thiết bị điện từ

1.1. Phương pháp khởi động trực tiếp

Video giới thiệu phương pháp khởi động trực tiếp động cơ ba pha .

Phương pháp khởi động trực tiếp được sử dụng trong cá hệ thống vận hành với động cơ nhỏ và yêu cầu moment khởi động lớn ở trạng thái đầy tải

Hình 1. Khởi động trực tiếp.

Đặc điểm của phương pháp khởi động trực tiếp:

Dòng khởi động: 5 đến 8 lần dòng định mức
Moment khởi động: 0,5 đến 1,5 lần mômen định mức
Ưu điểm: Đơn giản, giá rẻ, moment khởi động lớn, thời gian khởi động ngắn
Nhược điểm: Dòng khởi động lớn, gây sụt áp lưới; Gây sốc và hao mòn cơ khí động cơ, không điều chỉnh được tham số khởi động.
Ứng dụng: Được sử dụng trong trong trường hợp động cơ công suất nhỏ; yêu cầu moment khởi động lớn (đầy tải).

Cách chọn thiết bị khởi động: http://hocthatlamthat.edu.vn/auto-transformer/

1.2. Phương pháp khởi động sao- tam giác

Video giới thiệu phương pháp khởi động sao-tam giác.

Phương pháp khởi động sao tam giác được áp dụng nhiều trong các lĩnh vực với những động cơ có công suất trung bình, với ưu điểm giảm dòng khởi động xuống 1/3 lần so với khởi động trực tiếp, tiết kiệm nhiều về mặt chi phí….

Hình 2. Khởi động sao-tam giác.

Đặc điểm của phương pháp khởi động sao- tam giác

Dòng khởi động: 2 tới 3 lần dòng định mức
Moment khởi động: 0,3 tới 0,6 moment định mức
Ưu điểm: Dòng khởi động nhỏ; tương đối đơn giản; hạn chế sốc cơ khí
Nhược điểm: Xung dòng điện tại thời điểm chuyển dổi sao – tam giác; moment khởi động thấp; cần động cơ 6 đầu ra
Ứng dụng: Khởi động không tải hoặc tải nhỏ; động cơ 6 đầu dây.

Cách chọn thiết bị khởi động: http://hocthatlamthat.edu.vn/auto-transformer/

1.3. Phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu

Video giới thiệu phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu.

Phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu được sử dụng trong trường hợp động cơ có moment quán tính lớn, khi khởi động đòi hỏi phải hạn chế dòng khởi động.

Hình 3. Khởi động bằng biến áp tự ngẫu.

Đặc điểm của phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu:

Dòng khởi động: 1.7 tới 4 lần dòng định mức
Mômen khởi động: 0.5 tới 0.85 lần mômen định mức
Ưu điểm: Hạn chế dòng xung cho động cơ 3 đầu ra
Nhược điểm: Số lần khởi động hạn chế cồng kềnh, đắt tiền
Ứng dụng: Thích hợp cho tải moment quán tính lớn
Điều chỉnh được điện áp khởi động.

Cách chọn thiết bị khởi động :

Việc lựa chọn các thiết bị khởi động tương tự như phương pháp khởi động trực tiếp.
Lựa chọn máy biến áp tự ngẫu vận hành trong quá trình khởi động sao cho công suất máy biến áp phù hợp với động cơ, máy biến áp có đầu ra cung ấp điện áp bằng 50%, 65% hay 80% điện áp định mức đặt vào động cơ trong quá trình động cơ khởi động.

link bài viết về biến áp tự ngẫu: http://hocthatlamthat.edu.vn/auto-transformer/

1.4. Phương pháp khởi động bằng cuộn kháng phụ

Video giới thiệu phương pháp khởi động bằng cuộn kháng phụ:

Phương pháp khởi động bằng cuộn kháng phụ tương tự như biến áp tự ngẫu được sử dụng trong trường hợp động cơ có moment quán tính lớn, khi khởi động đòi hỏi phải hạn chế dòng khởi động.

Hình 4. Khởi động bằng cuộn kháng phụ.

Đặc điểm của phương pháp khởi động bằng cuộn kháng phụ

Dòng khởi động: 1,7 tới 4 lần dòng định mức
Mômen khởi động: 0,5 tới 0,85 lần mômen định mức
Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao.
Khả năng đóng – cắt cao.
Thao tác đóng – cắt dứt khoát.
Tiêu thụ ít điện năng
Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài (có Relay nhiệt).
Không điều chỉnh được điện áp khởi động.
Ứng dụng: Thích hợp cho tải moment quán tính lớn.

Cách chọn thiết bị khởi động:

Việc lựa chọn các thiết bị khởi động tương tự như phương pháp khởi động trực tiếp.
Lựa chọn cuộn kháng phụ để trong quá trình khởi động sao trong quá trình khởi động điện áp giảm còn 50%, 65% hay 80% điện áp định mức đặt vào động cơ trong quá trình động cơ khởi động.

2. Các phương pháp khhởi động bằng các thiết bị điện tử

2.1. Phương pháp khởi động động cơ bằng khởi động mềm

2.1.1. Khởi động mềm là gì ?

Hình 5. Một số loại khởi động mềm.

Bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống như biến tần, thay vào đó nó tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức điện áp định trước lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức . Với phương pháp khởi động này , người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác moment khởi động mong muốn, bất kể đó là khởi động không tải hay có tải.

2.1.2. Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm

Hình 6. Mô hình khởi động mềm.

Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho ba pha . Vì moment động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp , dòng điện tỉ lệ với điện áp , moment gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp . Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha ( kích mở ba cặp thyristor song song ngược ) trong mạch lực .

Như vậy , hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng , tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi . Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn .

2.1.3. Đặc điểm của phương pháp dùng khởi động mềm

Đặc điểm: Thiết bị khởi động mềm sử dụng thyristors để điều khiển điện áp cấp cho động cơ do vậy làm giảm dòng khởi động và làm gia tốc của động cơ không bị tăng đột ngột và đồng thời hạn chế được sụt áp của máy biến áp khi động cơ khởi động.
Ưu điểm:

Hạn chế dòng khởi động đồng thời điều chỉnh momen mở máy một cách hợp lý
Hiện nay, hầu như tất cả các khởi động mềm đều có tích hợp sẵn các chức năng bảo vệ động cơ.
Có chức năng dừng mềm như biến tần, nó loại trừ được các hiện tượng xấu như xung áp lực nước, tăng vọt áp suất trong hệ thống bơm và tránh các hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi được tải trên băng chuyền, làm tăng tuổi thọ các chi tiết truyền dẫn lực.
Khởi động mềm chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động rất mịn và êm.

2.2. Phương pháp khởi động dùng biến tần

2.2.1. Biến tần là gì ?

Hình 7. Một số loại biến tần.

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông quá đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn dể đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ điện để làm từ trường xoay làm quay động cơ.

Hình 8. Mô hình của biến tần.

2.2.2. Nguyên lý hoạt động của biến tần

Đầu tiên, nguồn điện một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)
Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng. Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện. Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

2.2.3. Đặc điểm của phương pháp sử dụng biến tần

Đặc điểm: Là phương pháp khởi động toàn diện nhất.

Ưu điểm:

Không những hạn chế dòng khởi động, tích hợp nhiều tính năng an toàn, chế độ bảo vệ động cơ như mất pha, lệch pha, quá áp, quá nhiệt, quá tải, thấp áp… chế độ khởi động êm ái, giúp bảo vệ các chi tiết máy như hộp số, ổ bi, tang trống, cùng những công nghệ hiện đại như bộ điều khiển PID, chế độ khới động bám, chế độ làm sạch đường ống, giám sát momen tải, bảo vệ toàn diện động cơ không đồng bộ ba pha.
Các dòng biến tần đặc biệt là biến tần có khả năng tiết kiệm lên đến 60% năng lượng tiêu thụ, và tuổi thọ cao, giá thành rất tương xứng với giá trị mà nó mang lại nên biến tần được xem là giải pháp hoàn hảo nhất cho các ứng dụng công nghiệp.

Nhược điểm: Chi phí đầu tư ban đầu cao.

2.3 Giải pháp lựa chọn giữa biến tần và khởi động mềm

Tùy vào quy mô của hệ thống sản suất mà chúng ta lựa chọn giữa hai phương pháp trên qua bảng so sánh bên dưới .

Hình 9. So sánh giữa Biến tần và Khởi động mềm.

Video so sánh giữa Biến tần và Khởi động mềm.