Tìm hiểu về các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha, ưu và nhược điểm của từng phương pháp khởi động.
1. Tại sao phải dùng các phương pháp khởi động động cơ
Chúng ta đều biết động cơ 3 pha gồm 3 cuộn dây stato đặt lệch nhau một góc 120 độ, khi cấp nguồn điện xoay chiều 3 pha vào động cơ thì các cuộn dây tạo ra từ trường quay. Do đó động cơ 3 pha là máy điện tự khởi động, vậy tại sao cần đến các phương pháp khởi động cho động cơ?
Tại thời điểm khởi động, động cơ giống như một máy biến áp ngắn mạch ở cuộn thứ cấp. Bởi vì khi bắt đầu khởi động, rotor đứng yên và suất điện động chưa xuất hiện nên động cơ khởi động với dòng điện cao.
Do đó việc sử dụng các phương pháp khởi động để giới hạn dòng điện khi khởi động động cơ 3 pha. Đặc biệt đối với động cơ 3 pha công suất lớn, nếu không giới hạn dòng khởi động có thể gây ra sụt áp trên điện lưới và ảnh hưởng đến các loại khí cụ trong mạch.
Khi lựa chọn các phương pháp điều khiển khởi động động cơ cần xem xét công suất của đường dây điện, công suất động cơ và tải nặng hay tải nhẹ. Tùy theo loại roto động cơ mà ta có phương pháp khởi động phù hợp:
– Đối với động cơ roto dây quấn:
+ Khởi động trực tiếp
+ Nối roto với biến trở mở máy.
– Đối với động cơ roto lồng sóc:
+ Khởi động trực tiếp
+ Dùng điện kháng nối tiếp stator
+ Dùng máy tự biến áp
+ Phương pháp khởi động sao tam giác
+ Dùng khởi động mềm
+ Khởi động và điều khiển tốc độ bằng biến tần
2. Phương pháp khởi động trực tiếp
Ở phương pháp này stato của động cơ sẽ được nối trực tiếp với nguồn 3 pha. Động cơ sẽ khởi động với dòng điện từ 5 – 7 lần dòng điện định mức trong thời gian ngắn.
Dòng điện khởi động phụ thuộc vào thiết kế và kích thước, công suất của động cơ. Dòng điện này hầu như không ảnh hưởng đến động cơ, nhưng có khả năng làm sụt áp trên áp nguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
Phương pháp khởi động trực tiếp
>>> Xem thêm: 4 loại contactor 3 pha phổ biến, nên chọn loại nào – sơ đồ đấu dây, đặc tính
3. Thêm điện trở vào roto động cơ dây quấn
Phương pháp này làm giảm dòng điện và làm cải thiện hệ số công suất. Ở động cơ roto dây quấn, 3 vòng trượt sẽ được nối với các cuộn dây roto. Sơ đồ mạch điện được trình bày như hình bên dưới, điện trở sẽ nối tiếp với các cuộn dây roto qua các vòng trượt.
Thêm điện trở vào roto dây quấn
Tại thời điểm khởi động, điện trở sẽ điều chỉnh về giá trị lớn nhất. Do đó tổng điện trở của roto sẽ giảm từng bước khi giảm giá trị điện trở và roto tăng tốc. Tuy nhiên moment động cơ vẫn đạt cực đại trong thời gian tăng tốc động cơ. Điện trở giảm giá trị về không, động cơ chạy với tốc độ định mức.
4. Thêm điện kháng nối tiếp với stato
Khi khởi động thì cuộn dây stato mắc nối tiếp với điện kháng. Khi đó điện áp rơi trên cuộn dây stato giảm, nhưng moment sẽ giảm theo vì moment tỉ lệ với bình phương điện áp.
Hình bên dưới là ví dụ về mạch khởi động bằng điện kháng, dùng hai cầu dao D1 và D2. Khi khởi động thì đóng cầu dao D1, khi động cơ khởi động xong thì đóng cầu dao D2 để động cơ hoạt động đúng định mức.
Thêm cuộn kháng vào điện trở stato
5. Dùng mạch khởi động sao tam giác
Phương pháp này được thiết kế cho động cơ chạy mặc định ở chế độ sao. Khi khởi động mạch sẽ điều khiển động cơ chạy với đấu nối tam giác, lúc này dòng điện của động cơ giảm đi 3 lần so với dòng định mức. Khi động cơ chạy đến 75% tốc độ định mức thì chuyển sang chế độ tam giác, động cơ làm việc đúng với thông số định mức.
Các phương pháp mạch khởi động động cơ sao tam giác
Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác là đơn giản dễ thực hiện, tuy nhiên hạn chế là moment khởi động cũng giảm đi 3 lần.
>>> Xem thêm: 4 mạch khởi động sao tam giác – ưu, nhược điểm từng mạch
6. Các phương pháp khởi động động cơ dùng khởi động mềm
Khởi động mềm là thiết bị được thiết kế chuyên biệt cho việc khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc.
Cấu tạo bên trong khởi động mềm là các linh kiện công suất bán dẫn SCR, hoạt động như các van có thể điều khiển. Khi khởi động thì các van SCR mở dần cho phép dòng điện đi qua động cơ động cơ tăng tốc từ từ. Khi động cơ hoạt động đúng định mức thì đóng contactor ngoài thay cho các SCR.
Các phương pháp khởi động động cơ bằng khởi động mềm
Thời gian động cơ tăng tốc từ 0 đến tốc độ định mức gọi là thời gian tăng tốc, có thể thay đổi bởi cài đặt trên khởi động mềm. Ngoài ra khởi động mềm còn có chức năng khác như: dừng mềm, tức giảm tốc động cơ theo thời gian dừng đặt trước. Chức năng bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp trong quá trình khởi động.
>>> Xem thêm: SCR là gì – bài viết hay nhất, chi tiết nhất về SCR
Các phương pháp trên có một điểm chung là khi giảm điện áp thì moment mở máy cũng giảm đi nhiều. Phương pháp dưới đây thay đổi dòng điện khởi động bằng việc thay đổi tần số và điện áp, không làm thay đổi tỷ số V/F nên moment không đổi.
7. Sử dụng biến tần
Biến tần là thiết bị chuyên dùng để điều khiển tốc độ động cơ 3 pha bằng cách thay đổi tần số dòng điện. Chức năng khác của biến tần là dùng để khởi động mềm, dừng mềm, đảo chiều động cơ. Ngoài ra còn nhiều chức năng bảo vệ như bảo vệ quá áp, thấp áp, bảo vệ đảo pha, mất pha, bảo vệ quá dòng…
Sơ đồ cấu tạo bên trong biến tần
Biến tần hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có thể thay đổi được tần số nên được gọi là Inverter. Điện áp nguồn xoay chiều được chỉnh lưu thành điện áp một chiều, sau khi được lọc làm phẳng thì được nghịch lưu thành điện xoay chiều.
Ngày nay với sự phát triển của lĩnh vực điện tử công suất thì biến tần ngày càng được phát triển với kích thước nhỏ và giá thành giảm.
>>> Xem thêm: 4 loại contactor 1 pha thông dụng – cấu tạo, sơ đồ đấu dây
Tài liệu tham khảo
Starting Methods for Polyphase Induction Machine | Electrical4U
Kỹ thuật điện – Đặng Văn Đào, Lê Văn Doanh