Tìm hiểu chi tiết về nguyên lý hoạt động của mạch khởi động sao tam giác, phân tích 4 sơ đồ mạch sao tam giác và cách tính toán chọn lựa khí cụ cho mạch.
Khởi động sao tam giác là gì
Mạch khởi động sao tam giác là gì
Mạch khởi động sao tam giác là mạch dùng để làm giảm dòng điện lúc khởi động cho động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Khi bắt đầu động cơ sẽ chạy khởi động ở chế độ đấu dây hình sao. Khi tốc độ động cơ tăng đến 75% tốc độ định mức thì động cơ chuyển sang chạy chế độ tam giác thường trực.
Khi động cơ chạy chế độ sao điện áp đặt vào mỗi pha sẽ giảm đi √3 lần, và moment khởi động giảm đi 3 lần. Ta thấy dòng điện khởi động giảm đi đáng kể, đặc biệt khi sử dụng tải động cơ công suất lớn.
Hình bên dưới là mạch khởi động sao tam giác thực tế điều khiển chuyển mạch tự động bằng rơ le thời gian, có bảo vệ mất pha.
Mạch khởi động sao tam giác thực tế
>>> Xem thêm: Giá 4 loại contactor phổ biến, nên chọn loại nào?
Tại sao phải khởi động sao tam giác
Động cơ không đồng bộ 3 pha là cơ cấu chấp hành được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp với các ưu điểm là tính ứng dụng cao, dễ điều khiển, độ tin cậy cao, đa dạng công suất.
Một nhược điểm lớn của động cơ cảm ứng 3 pha là khi khởi động dòng cao gấp 5 – 7 lần dòng điện lúc hoạt động bình thường. Điều này có thể gây nhiễu hoặc sụt áp trên điện áp lưới, ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
Do đó việc làm giảm dòng khởi động, đặc biệt với động cơ công suất lớn là điều cần thiết. Trong các phương pháp giảm dòng khởi động của động cơ thì có thể kể ra như:
+ Thêm điện trở vào dây quấn roto
+ Nối tiếp với cuộn kháng
+ Dùng máy tự biến áp
+ Khởi động sao tam giác
+ Dùng khởi động mềm, biến tần
Trong đó phương pháp khởi động sao tam giác được sử dụng phổ biến nhất do mạch đơn giản, ít tốn kém nhưng hiệu quả. Dòng điện khi khởi động sẽ giảm đi 3 lần so với dòng định mức
Động cơ đấu sao tam giác như thế nào
Động cơ 3 pha chạy sao tam giác sẽ đưa ra 6 đầu dây. Ta cần nhớ ” đấu sao thì 3 đầu dây đầu vô nguồn còn 3 đầu cuối chụm lại; đấu tam giác thì đầu này cuối kia”. Cụ thể:
+ Đấu sao 3 đầu dây đầu U1, V1, W1 nối với nguồn, 3 đầu dây U2, V2, W2 nối chụm lại một điểm.
+ Đấu tam giác đầu cuộn dây này nối với cuối cuộn dây kia: U1 nối với W2, V1 nối với U2, W1 nối với V2.
Sơ đồ nối động cơ chạy sao và tam giác
4 sơ đồ mạch khởi động sao tam giác
1. Mạch khởi động dùng nút nhấn ON, OFF
Hình bên dưới là sơ đồ mạch khởi động sao tam giác bằng tay, sử dụng 2 cặp nút nhấn ON và OFF riêng biệt cho mỗi chế độ sao và tam giác.
+ Khi nhấn nút ON1 thì contactor K1 đóng, tiếp điểm thường hở K1 đóng lại giữ trạng thái nút nhấn ON1 và đồng thời cấp điện cho cuộn contactor K. Contactor K và K1 cùng đóng nên lúc đó 3 đầu dây U1, V1, W1 đấu vô nguồn và 3 đầu dây U2, V2, W2 nối chụm lại. Nên lúc này động cơ làm việc ở chế độ sao.
+ Quan sát động cơ tăng tốc một thời gian, ta nhấn OFF1 để ngắt điện cuộn K1 và K. Động cơ không được cấp điện bắt đầu giảm tốc độ.
+ Khi nhấn nút ON2 thì tương tự contactor K2 và K đóng. Lúc này ta thấy động cơ có đầu dây của cuộn dây này nối với đầu cuối của cuộn dây khác: U1 nối vớ W2, V1 nối với U2, W1 nối với V2. Do đó động cơ sẽ làm việc ở chế độ tam giác.
+ Ta sẽ để động cơ làm việc lâu dài ở chế độ tam giác, lúc này động cơ chạy với tốc độ và công suất mặc định.
+ Nhấn OFF2 để dừng động cơ.
Mạch khởi động sao tam giác điều khiển tay
Mạch điều khiển bằng tay có ưu điểm nguyên lý đơn giản, dễ hiểu nhưng dễ gây ra sai sót. Do việc điều chỉnh thời gian chuyển mạch không giống nhau, phụ thuộc vào người điều khiển.
2. Mạch khởi động sao tam giác dùng Timer
Mạch sử dụng 1 cặp nút nhấn ON, OFF để điều khiển chạy dừng động cơ, dùng timer hẹn giờ để chuyển mạch tự động. Chỉnh thời gian chuyển mạch tùy thuộc vào thời gian động cơ tăng tốc, phụ thuộc vào tải.
+ Khi nhấn nút ON thì contactor K và K2 đóng ngay lập tức, động cơ lúc này chạy chế độ hình sao. Thường đóng của K đóng lại giữ trạng thái của nút nhấn ON, đồng thời lúc này cuộn dây của timer được cấp điện nên bắt đầu đếm giờ.
+ Khi timer này đếm đến thời gian đã cài đặt trước đó thì tiếp điểm thường đóng T mở ra ngắt điện contactor K2. Đồng thời tiếp điểm thường hở T đóng lại kích đóng cuộn K1. Động cơ sẽ chạy chế độ tam giác.
+ Khi nhấn nút OFF thì dù động cơ chạy chế độ nào cũng đều giảm tốc đến khi ngừng quay.
+ Khi động cơ bị quá tải thì rơ le nhiệt tác động, làm mở tiếp điểm thường đóng của nó ở mạch điều khiển. Do đó các cuộn dây contactor mất điện nên động cơ ngừng quay.
Mạch sao tam giác tự động
Tham khảo video hướng dẫn lắp mạch thực tế
3. Mạch khởi động tối ưu
Nếu để ý ta có thể thấy ở mạch trên sau khi động cơ khởi động xong và chạy chế độ thường trực tam giác thì Timer vẫn được cấp điện. Điều này làm tiêu tốn điện năng vô ít và làm ảnh hưởng đến tuổi thọ của timer.
Do đó mạch dưới đây sử dụng tiếp điểm thường hở K mắc song song với tiếp điểm thường hở của T. Lúc này sau khi contactor K1 đóng thì không cần dùng đên timer T nửa.
Timer T sẽ mắc nối tiếp với tiếp điểm thường đóng K1, nên sau khi chạy tam giác thì cuộn dây Timer bị ngắt điện.
Mạch sao tam giác tối ưu
4. Mạch khởi động sao tam giác bằng PLC
Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác dùng PLC là mạch điều khiển đơn giản, không cần thay đổi phần đấu dây, độ tin cậy cao. Tuy nhiên giá PLC cao nên làm tăng chi phí cho mạch, phải có kiến thức về lập trình PLC. Ta có thể kết hợp với ứng dụng khác khi dùng PLC.
Sơ đồ đấu dây
+ Ngõ vào PLC đọc trạng thái hai nút nhấn ON và OFF ở hai chân I1 và I2.
+ Ngõ ra PLC điều khiển 3 contactor K, K1 và K2 với các ngõ ra tương ứng Q1, Q2, Q3. Tiếp điểm thường đóng rơ le nhiệt ORL sẽ nối tiếp với cuộn dây của contactor K.
Hình bên dưới là sơ đồ đấu dây mạch khởi động sao tam giác bằng PLC.
Sơ đồ đấu dây mạch sao tam giác dùng PLC
Chương trình trên PLC
Chương trình trên PLC hoạt động như sau:
+ PLC sẽ đọc trạng thái hai nút nhấn Start, Stop. Khi nhấn nút Start thì Q1 sẽ bật, cuộn K được cấp điện nên contactor K đóng.
+ Q1 bật thì kéo theo Q2 bật, làm cho contactor K2 đóng nên động cơ chạy chế độ sao. Đồng thời khi Q1 bật thì Timer T1 bắt đầu đếm thời gian.
+ Khi T1 đếm đến thời gian đặt trước 5s thì tiếp điểm thường đóng T1 mở ra làm cho K2 mở. Đồng thời tiếp điểm thường hở T1 đóng lại bật ngõ ra Q3 nên cuộn K1 hút, động cơ chạy chế độ tam giác.
+ Khi nhấn nút OFF thì Q1 tắt, mạch ngừng hoạt động.
Chương trình lập trình trên PLC
Những lưu ý khi đấu mạch sao tam giác
Yêu cầu về động cơ
Khi đấu khởi động sao tam giác người ta sử dụng động cơ có công suất trung bình, nếu động cơ quá lớn nên sử dụng khởi động mềm hoặc biến tần. Nếu động cơ quá nhỏ thì dòng điện không làm ảnh hưởng đến điện áp nguồn nên không cần áp dụng khởi động sao tam giác.
Động cơ có thể đấu sao tam giác khi thông số điện áp có ghi △/☆: 380/660V, vì điện áp ở nước ta là 3 pha 380V. Đối với loại động cơ có ghi △/☆: 220/380V chỉ có thể đấu chế độ tam giác với điện áp 3 pha 220V, do đó không thể đấu chạy khởi động sao tam giác.
Dòng quá độ lúc chuyển mạch
Khi động cơ chạy đến tốc độ 75% thì sẽ chuyển đổi từ sao sang chạy chế độ tam giác. Động cơ sẽ thực hiện khởi động với điện áp thấp và sau đó chuyển mạch chạy với tốc độ định mức, moment định mức.
Khi chuyển mạch sẽ xuất hiện dòng điện quá độ, mà đôi khi dòng điện này còn có giá trị lớn hơn khi khởi động trực tiếp.
Tính toán chọn khí cụ cho mạch sao tam giác
Giả sử cần thiết kế mạch sao tam giác cho động cơ 3 pha có điện áp D/Y là: 380/660V, công suất định mức là 35kW, hệ số công suất 0.8. Ta sẽ tính toán lựa chọn khí cụ cho mạch động lực sao tam giác:
Ta có P = √3UICos φ => I = P/ (√3UCos φ) = 35.1000/(√3.380.0.8) = 66A.
=> Do đó dòng điện định mức của động cơ là Iđm = 66A.
– Chọn CB đóng cắt mạch điện:
Chọn CB có dòng lớn gấp 2 lần định mức của động cơ => chọn CB 140A
– Chọn contactor:
Khi chọn contactor ta cần nhân dòng định mức động cơ với một hệ số an toàn k, k từ 1,3 – 2 tùy theo contactor hoạt động liên tục hoặc gián đoạn. Giả sử chọn k = 1.5 ta có:
Ic = I x 1.5 = 99A.
+ Ở chế độ tam giác thì 2 khởi K và K∆ cùng đóng nên dòng cho mỗi contactor:
I∆ = Ic/√3 = 57A
=> Chọn contactor K và K∆ là 60A
+ Ở chế độ sao thì dòng giảm đi thêm √3 lần nên dòng qua K☆
I☆ = Ic/3 = 33A
=> Chọn contactor K☆ là 35A
– Chọn rơ le nhiệt
Động cơ sẽ làm việc thường trực ở chế độ tam giác nên chọn rơ le nhiệt theo dòng điện chịu tải của contactor K tức bằng dòng điện mức động cơ chia cho √3. Ta có
IORL = Iđm/√3 = 66/√3 = 38A
=> Chọn rơ le nhiệt 28 – 40A
>>> Xem thêm:
TOP 4 loại contactor 1 pha thông dụng – sơ đồ, thông số từng loại
Tham khảo video thiết kế và mô phỏng mạch sao tam giác