Tìm hiểu chi tiết nhất về cấu tạo, sơ đồ đấu dây, nguyên lý hoạt động của mạch sao tam giác. Đặc điểm của động cơ 3 pha, tại sao phải sử dụng khởi động sao tam giác để khởi động cho động cơ không đồng bộ 3 pha? Trả lời các câu hỏi thường gặp khi đi phỏng vấn xin việc về khởi động sao tam giác.
Mục lục
- 1. Mạch sao tam giác là gì
- 2. Tại sao phải sử dụng mạch khởi động sao tam giác
- 3. Động cơ không đồng bộ 3 pha và cách đấu dây
- 4. Mạch chuyển đổi sao tam giác điều khiển động cơ
- 5. Nguyên lý và cấu tạo mạch khởi động sao tam giác
- 6. Một số câu hỏi phỏng vấn thường gặp
- 6.1 Ưu và nhược điểm của mạch khởi động sao tam giác
- 6.2 Quan hệ điện áp và dòng điện giữa mạch đấu sao và tam giác
- 6.3 Tại sao điện áp giảm √3 lần nhưng moment giảm đến 3 lần
- 6.4 Cách xác định đầu dây động cơ mất ký hiệu
- 6.5 Động cơ nào không thể dùng khởi động sao tam giác
- 6.6 Kể tên các phương pháp khởi động khác
1. Mạch sao tam giác là gì
1.1 Chế độ sao và tam giác
Sao tam giác là hai chế độ kết nối dây trong mạch điện 3 pha, áp dụng cho máy phát điện, máy biến máy và động cơ. Ở chế độ sao 3 cuộn dây kết nối chung lại tạo thành một điểm chung gọi là điểm trung tính. Ở chế độ tam giác đầu cuộn dây này nối với điểm cuối của cuộn dây khác tạo nên hình tam giác.
Chế độ nối sao và nối tam giác
+ Khi truyền tải điện năng ở khoảng cách xa thì ở nơi phân phối điện người ta thường đấu chế độ sao. Do yêu cầu về cách điện của kết nối sao thấp hơn chế độ tam giác. Và do khi đấu chế độ sao sẽ có một điểm trung tính cân bằng điện áp.
+ Máy phát điện thường được đấu nối chế độ sao để đảm bảo việc bảo vệ nối đất tốt.
+ Cuộn dây của máy biến áp sử dụng cả hai chế độ sao và tam giác cho sơ cấp, thứ cấp.
+ Động cơ xoay chiều 3 pha áp dụng đấu sao tam giác tùy theo yêu cầu và ứng dụng. Mạch sao tam giác còn sử dụng để khởi động động cơ nên gọi là mạch khởi động sao tam giác.
1.2 Công thức chuyển đổi sao tam giác
Để giải quyết cách mạch điện trở song song, nối tiếp hay mạch cầu chúng ta có thể sử dụng định luật Kirchhoff. Nhưng trong phân tích mạch điện 3 pha cân bằng người ta sẽ sử dụng kỹ thuật chuyển đổi sao tam giác để đơn giản hóa việc tính toán và phân tính.
Công thức chuyển đổi sao tam giác
2. Tại sao phải sử dụng mạch khởi động sao tam giác
Động cơ 3 pha khi mở máy thì moment mở máy phải lớn hơn moment cản của tải lúc mở máy. Nhìn vào đường đặc tính moment động cơ ở hình bên dưới ta thấy khi động cơ khởi động thì moment khởi động lớn hơn moment lúc hoạt động.
Đường đặc tính moment của động cơ
Nhiệm vụ của mạch khởi động sao tam giác là giúp giảm dòng điện trong khi động cơ 3 pha khởi động. Đặc biệt với một động cơ cảm ứng công suất lớn khi đấu tam giác, dòng điện khởi động có thể bắt đầu cao hơn 5 lần dòng điện mà lúc động cơ chạy hoạt động bình thường.
Dòng điện đột ngột tăng cao sẽ gây ra nhiều vấn đề như sụt áp điện nguồn, tăng nhanh nhiệt độ dẫn đến hỏng các linh kiện. Dễ thấy nhất là trường hợp khi bật động cơ thì các bóng đèn bị mờ, ti vi bị tắt nguồn.
Mạch sao tam giác làm giảm dòng khởi động bằng cách giảm điện áp. Khi động cơ chạy chế độ sao điện áp đặt trên cuộn dây sẽ giảm đến khoảng √3 lần so với chế độ tam giác. Điện áp thấp dẫn đến dòng điện thấp hơn, cụ thể là dòng điện sẽ giảm 3 lần so với chạy tam giác. Điều này cũng gây ra nhược điểm là moment xoắn bị giảm đi 3 lần.
3. Động cơ không đồng bộ 3 pha và cách đấu dây
3.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ 3 pha là máy điện quay được sử dụng rất nhiều trong công nghiệp. Bên trong động cơ 3 pha cảm ứng có 3 cuộn dây riêng biệt, được sử dụng để tạo ra từ trường quay.
Do tính chất của nguồn điện xoay chiều nên từ trường sẽ thay đổi và phân cực tại mỗi thời điểm khác nhau. Để tạo ra từ trường quay người ta đặt 3 cuộn dây stato lệch nhau 120 độ.
Động cơ 3 pha cảm ứng
Trên cùng hoặc ở một bên động cơ 3 pha sẽ có một hộp đấu dây cho động cơ (hình trên). Bên trong hộp đấu dây này sẽ có 6 đầu dây được đánh dấu thành 2 hàng tương ứng U1, V1, W1 và W2, U2, V2. Bên trong hộp đấu dây này người ta sẽ đấu động cơ chạy sao hoặc tam giác tùy điện áp và loại tải.
3.2 Cách đấu dây chạy chế độ tam giác
Ở chế độ này ta nối điểm đầu cuộn dây này với điểm cuối của cuộn dây khác, cụ thể là nối U1 với W2, V1 với U2 và W1 với V2. Đó là lý do tại sao ở hộp đấu dây người ta không đưa 2 đầu dây của 1 cuộn ra một hàng. Vì để dễ đấu chế độ tam giác, chỉ cần dùng 3 thanh kim loại nối các đầu dây.
Cách đấu dây động cơ 3 pha
3.3 Cách đấu chạy chế độ sao
Ở chế độ sao ta sẽ nối 3 đầu cuối của cuộn dây nối lại thành một điểm. Cụ thể là 3 đầu dây W2, U2, V2 chụm lại ở một bên trong hộp đấu dây. Ta thấy dòng điện xoay chiều sẽ đi qua cuộn dây sau đó sẽ rẽ nhánh tại điểm chung.
>>> Xem thêm: 9 điểm khác nhau giữa đấu nối sao và đấu nối tam giác
4. Mạch chuyển đổi sao tam giác điều khiển động cơ
Ta vừa thấy việc đấu dây động cơ chạy sao và tam giác cố định, khi muốn thay đổi chế độ chạy phải dừng động cơ và thực hiện thay đổi bên trong hộp đấu dây. Vậy làm thế nào để thực hiện việc tự động hóa cho việc chạy sao hoặc tam giác?
Người ta sẽ thực hiện chuyển mạch sao tam giác thông qua việc điều khiển các contactor. Hình bên dưới là sơ đồ mạch động lực của mạch sao tam giác sử dụng 3 contactor.
Khởi động sao tam giác động cơ 3 pha
+ Nối nguồn 3 pha vào tiếp điểm bên trên của contactor K, 3 tiếp điểm bên dưới sẽ nối với 3 điểm đầu của các cuộn dây là U1, V1, W1.
+ Với contactor K2 chạy tam giác, 3 tiếp điểm trên được nối với nguồn 3 pha. Và 3 tiếp điểm bên dưới contactor được nối với 3 điểm cuối của cuộn dây theo đúng thứ tự V2, W2, U2. Sao cho khi contactor K2 và K đóng thì đầu cuộn dây này nối với điểm cuối cuộn dây khác: U1 nối với V2, V1 nối với W2 và W1 nối với U2.
+ Một contactor K1 còn lại sẽ chạy chế độ sao, 3 tiếp điểm bên trên của contactor K1 được nối lại với nhau. Còn 3 tiếp điểm bên dưới nối với 3 điểm cuối của cuộn dây là W2, U2, V2.
5. Nguyên lý và cấu tạo mạch khởi động sao tam giác
5.1 Cấu tạo của mạch khởi động động cơ
Cấu tạo của mạch sao tam giác bao gồm 3 thành phần chính là khởi động từ, CB và rơ le thời gian.
+ CB gồm có: MCCB động lực dùng để đóng cắt nguồn điện bằng tay và bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực. Và một CB 10A đóng cắt cho mạch điều khiển
+ Khởi động từ: bao gồm 3 contactor K1, K2, K và một rơ nhiệt gắn trực tiếp với contactor K. Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải cho động cơ trong cả hai chế độ sao và tam giác.
+ Rơ le thời gian dùng để chuyển mạch tự động sang chế độ sao, sau một thời gian đặt trước.
+ Ngoài ra còn có các nút nhấn ON, OFF để điều khiển chạy dừng. Các đèn xanh để báo chạy chế độ tam giác hoặc sao, và đèn báo sự cố quá tải.
Việc tính toán, lựa chọn các khí cụ cho mạch này đã được trình bài ở một bài viết trước, vui lòng xem lại tại đây.
Tủ điện khởi động sao tam giác
>>> Xem thêm: 4 loại contactor 3 pha thông dụng nhất, nên sử dụng loại nào?
5.2 Nguyên lý hoạt động điều khiển mạch
Khi contactor K và K1 cùng đóng thì động cơ sẽ chạy ở chế độ sao. Khi contactor K và K2 đóng thì động cơ chạy chế độ tam giác. Do đó ta thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý như sau:
+ Khi bắt đầu thì mạch điều khiển contactor K và K1 đóng, động cơ chạy khởi động ở chế độ sao. Đến khi tốc độ động cơ đạt đến khoảng 75% tốc độ định mức thì ngắt contactor K1 và đóng contactor K2. Nên động cơ sau đó chạy chế độ thường trực là tam giác.
+ Quá trình chuyển mạch xảy ra rất nhanh, để đảm bảo hoạt động chính xác người ta thường sử dụng bộ đếm thời gian (rơ le thời gian) để điều khiển quá trình này.
Sơ đồ và nguyên lý chi tiết của mạch vui lòng xem lại bài viết bên dưới:
>>> Xem thêm: Phân tích ưu và nhược điểm 4 sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển sao tam giác
6. Một số câu hỏi phỏng vấn thường gặp
6.1 Ưu và nhược điểm của mạch khởi động sao tam giác
– Ưu điểm
+ Khởi động sao tam giác được sử dụng rộng rãi do giá thành thấp.
+ Không giới hạn về số lần có thể hoạt động
+ Kích thước tủ sao tam giác nhỏ, yêu cầu ít không gian
+ Dòng khởi động giảm xuống 3 lần so với dòng định mức
– Nhược điểm
+ Mạch sao tam giác chỉ áp dụng cho động cơ ra 6 đầu dây.
+ Điện áp định mức của động cơ phải giống với điện áp định ở chế độ tam giác.
+ Moment khởi động giảm đi 3 lần, trong trường hợp tải nặng có thể không thắng nổi moment cản và động cơ sẽ không quay.
+ Khi động cơ chuyển từ sao sang tam giác sẽ dẫn đến phát sinh dòng điện quá độ trong thời gian ngắn.
6.2 Quan hệ điện áp và dòng điện giữa mạch đấu sao và tam giác
+ Mạch đấu sao:
Ud = √3 Up
Id = Ip
+ Mạch đấu tam giác
Ud = Up
Id = √3 Ip
Ví dụ: Cho mạch điện như hình vẽ 3 điện trở R = 10 Ohm đấu vào mạch nguồn 3 pha 380V, tính dòng điện pha, dòng điện dây.
Do tải nối hình tam giác, nhìn hình ta thấy điện áp dây của nguồn bằng với điện áp pha của tải: Ud = Up = 380V
Dòng điện pha: Ip = Up/R = 380/10 = 38A.
Dòng điện dây: Id = √3Ip = 65.8A
6.3 Tại sao điện áp giảm √3 lần nhưng moment giảm đến 3 lần
+ Khi đấu chế độ sao
Điện áp nguồn U sẽ đặt vào 3 điểm đầu của cuộn dây, nên điện áp nguồn bằng với điện áp dây U = Ud = 380V
Do đó điện áp đặt trên mỗi cuộn dây khi đấu sao: Up = √3/Ud =220V
+ Khi đấu ở chế độ tam giác:
Điện áp nguồn đặt vào 3 điểm trên tam giác tức là điện áp đặt trên mỗi cuộn dây, nên U = Up = Ud = 380V.
==> Do đó khi hoạt động ở chế độ sao thì điện áp đặt trên mỗi cuộn dây sẽ nhỏ hơn √3 lần so với chế độ tam giác.
Ta đã biết đối với động cơ không đồng bộ 3 pha moment tỷ lệ với bình phương điện áp. Nên khi điện áp giảm √3 làn thì moment giảm đi 3 lần, dòng điện giảm đi 3 lần.
6.4 Cách xác định đầu dây động cơ mất ký hiệu
Động cơ có 3 cuộn dây riêng biệt đưa ra 6 đầu dây và mỗi cuộn dây sẽ mang một giá trị điện trở. Do đó khi ta dùng đồng hồ VOM ở thang đo điện trở thì sẽ xác định được 3 cuộn dây riêng biệt.
Dùng pin 9V đặt vào một đầu cuộn dây bất kỳ, sau đó chỉnh đồng hồ về thang đo 2.5V để đo ở hai đầu cuộn dây khác. Khi ta nhấp nhả nguồn điện từ 9V nếu thấy kim vọt lên rồi trả về thì kết luận: Đầu cuộn dây nối với que đen cùng chiều với đầu cuộn dây nối với nguồn dương của pin. Nếu kim không lên thì đổi đầu kim đồng hồ. Và cứ tiếp tục ta xác định được 3 đầu đầu và đầu cuối của 3 cuộn dây.
Tham khảo video hướng dẫn đo đầu dây động cơ
6.5 Động cơ nào không thể dùng khởi động sao tam giác
Yêu cầu về động cơ khi chạy khởi động sao tam giác
+ Động cơ có công suất hoạt động từ trung bình đến vừa.
+ Do moment động cơ giảm khi khởi động nên tải động cơ không quá lớn.
+ Động cơ có thông số điện áp ghi là: △/☆: 380/660V. Do ở nước ta sử dụng điện áp 380V nên điện áp định mức của động cơ ở chế độ tam giác phải là 380V. Những động cơ ghi △/☆: 220/380V thì điện áp định mức ở chế độ tam giác là 220V nên không chạy được sao tam giác.
6.6 Kể tên các phương pháp khởi động khác
Một số phương pháp khác dùng để khởi động cho động cơ 3 pha là:
+ Khởi động trực tiếp
+ Nối roto với biến trở mở máy (chỉ áp dụng đối với động cơ dây quấn)
+ Dùng điện kháng nối tiếp stator
+ Dùng máy tự biến áp
+ Dùng khởi động mềm, biến tần
>>>Xem thêm:
Tìm hiểu về các phương pháp khởi động motor 3 pha
4 loại contactor 1 pha thông dụng – đặc tính và sơ đồ đấu dây