Mạch khởi động trực tiếp: Cấu tạo, nguyên lý và sơ đồ đấu nối

Lê Hồng Phong

Mạch khởi động trực tiếp là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để khởi động động cơ điện. Với ưu điểm sơ đồ lắp đặt đơn giản và chi phí đầu tư thấp, đây là sự lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng động cơ đơn giản. Trong bài viết dưới đây KTH ELECTRIC sẽ giới thiệu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp.

Khái niệm mạch khởi động trực tiếp

Khởi động trực tiếp (DOL Starter hoặc Direct Online Start) là phương pháp khởi động động cơ cảm ứng lồng sóc 3 pha đơn giản nhất, chỉ cần kết nối động cơ với lưới điện có điện áp phù hợp. Nói một cách đơn giản, bộ khởi động DOL sẽ kết nối trực tiếp động cơ với nguồn điện, giúp động cơ hoạt động ngay lập tức mà không cần đến thiết bị trung gian.

Phương pháp này được sử dụng trong các hệ thống có động cơ nhỏ và yêu cầu mômen khởi động lớn khi đầy tải. Thông thường mạch khởi động trực tiếp phù hợp với động cơ có công suất thấp, dưới 5HP.

Không nên sử dụng mạch khởi động trực tiếp với động cơ công suất cao hoặc hệ thống không chịu được mômen khởi động cao.

Đặc điểm của mạch khởi động trực tiếp

• Dòng khởi động: gấp 5 đến 8 lần dòng định mức.
• Mô-men xoắn khởi động: 0,5 đến 1,5 lần mô-men xoắn định mức.
• Ưu điểm: Dễ sử dụng, dễ lắp đặt, giá thành thấp, mômen khởi động mạnh, thời gian khởi động ngắn.
• Nhược điểm: Dòng khởi động lớn dễ gây sụt áp, sốc và mài mòn cơ học của động cơ, không điều chỉnh được các thông số khởi động.

Cấu trúc mạch khởi động trực tiếp

Mạch khởi động trực tiếp gồm 4 phần chính:

• Công tắc điều khiển (cầu dao bảo vệ): Dùng để bật/tắt động cơ, thường ở dạng nút ấn với 2 chế độ: START và STOP.
• Contactor: Dùng để nối động cơ với nguồn điện. Khi công tắc khởi động, công tắc tơ sẽ đóng mạch, cho phép dòng điện chạy qua động cơ.
• Rơle nhiệt: Bảo vệ động cơ khỏi quá tải bằng cách cắt điện khi dòng điện vượt quá mức an toàn.
• Tiếp điểm: Có vai trò truyền dòng điện từ nguồn tới động cơ khi cuộn dây điện từ được kích hoạt.

Ngoài ra, mạch khởi động trực tiếp còn bao gồm: bảng điều khiển, cuộn dây điện từ, thiết bị bảo vệ quá tải – quá dòng,…

Nguyên lý hoạt động của mạch khởi động trực tiếp

Nguyên lý hoạt động của mạch khởi động trực tiếp trải qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Khi bật công tắc điều khiển, mạch điện đóng lại, cấp nguồn cho động cơ. Ở giai đoạn đầu khi động cơ bắt đầu hoạt động, điện áp và dòng điện sẽ tăng đột ngột. Dòng khởi động lớn tạo ra mô men xoắn lớn, động cơ tiếp tục tăng tốc đến tốc độ ổn định.

Giai đoạn 2: Khi công tắc điều khiển tắt, mạch hở, nguồn điện ngừng cấp cho động cơ và động cơ cũng ngừng hoạt động.

So sánh với sơ đồ mạch điều khiển trực tiếp ở trên thì nguyên lý mạch DOL cụ thể như sau:

• CB đóng lại, cấp nguồn cho động cơ.
• Nhấn nút khởi động START, dòng điện chạy qua cuộn hút của công tắc tơ KM (A1-A2), làm cho tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KM (13-14) đóng lại và động cơ bắt đầu quay. Nhấn nút STOP, động cơ sẽ từ từ dừng lại.
• Khi xảy ra sự cố quá tải, tiếp điểm (95-96) của rơle nhiệt mở ra, đồng thời tiếp điểm (97-98) đóng lại, đèn ĐỎ sáng lên báo hiệu hệ thống có vấn đề quá tải.

Phân loại mạch khởi động trực tiếp

Bắt đầu trực tiếp với đảo ngược

Nguyên tắc hoạt động:

• CB đóng lại, cấp nguồn cho động cơ.
• Nhấn nút khởi động START C1, dòng điện chạy qua cuộn dây hút contactor C1 (A1-A2) làm cho tiếp điểm thường mở của contactor C1 (13-14) đóng lại, động cơ bắt đầu quay về phía trước. Khi nhấn nút STOP, động cơ sẽ dừng từ từ.
• Nhấn nút khởi động START C2, dòng điện chạy qua cuộn dây contactor C2 (A1-A2) làm cho tiếp điểm thường mở của contactor C2 (13-14) đóng lại, động cơ bắt đầu quay ngược lại.
• Khi xảy ra sự cố quá nhiệt, tiếp điểm (95-96) của rơle nhiệt sẽ mở ra, ngắt nguồn điện để bảo vệ động cơ.

Bắt đầu DOL trực tiếp từ SCADA/DCS qua SIMOCODE

SIMOCODE (Thiết bị điều khiển và quản lý động cơ SIRIUS) là hệ thống quản lý động cơ mô-đun linh hoạt dành cho động cơ điện áp thấp tốc độ không đổi.

Ứng dụng mạch khởi động trực tiếp

Vì dòng khởi động của máy khởi động trực tiếp gấp 5-7 lần dòng định mức nên phương pháp này chỉ phù hợp với động cơ có công suất lớn.

Ngoài ra, trong hệ thống điều hòa không khí và thông gió, khởi động trực tiếp còn được sử dụng để khởi động động cơ quạt.

Sơ đồ kết nối mạch khởi động trực tiếp

Sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp 3 pha

• Sơ đồ nối dây cơ bản

• Sơ đồ nguồn điện

• Sơ đồ điều khiển

Trong đó:

• MCCB: Các pha R, Y và B thông qua MCCB được nối với các tiếp điểm.
• Contactor liên lạc chính: Contactor có 3 tiếp điểm chính là L1, L2 và L3. L1 đấu với pha R, L2 đấu với pha Y và L3 đấu với pha B.
• Liên hệ KHÔNG: Tiếp điểm NO 53-54 đóng khi cuộn dây được cấp điện. Tiếp điểm 53 khớp với nút bắt đầu điểm 96. Điểm 54 khớp với nút dừng.
• liên hệ NC: Tiếp điểm NC 95 và 96 là tiếp điểm thường đóng của rơle quá tải. Điểm 96 được kết nối với nút dừng.
• Rơle quá tải: Thường được nối vào T1, T2, T3 để cấp nguồn cho động cơ. T1, T2, T3 lần lượt được nối vào các điểm 2, 4 và 6 của tiếp điểm.
• Cuộn dây rơle: Điểm A1 và A2 của cuộn dây rơle được nối với nguồn điện thông qua OLR, nút khởi động và nút dừng. A1 được nối với pha R từ điểm 1. A2 được nối với đầu cực NC của tiếp điểm 95 của rơle quá tải.

Dưới đây là sơ đồ mạch cấp nguồn và điều khiển cơ bản để khởi động và dừng động cơ 3 pha sử dụng mạch khởi động trực tiếp:

Sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp 1 pha

Việc đấu nối mạch khởi động trực tiếp một pha yêu cầu sử dụng cả 3 cực của rơle quá tải để tránh mất cân bằng vì dòng điện chỉ chạy qua 2 cực sẽ gây ra sự gián đoạn không đáng có.

Cách kết nối như sau:

• Nút màu xanh lá cây được kết nối với nguồn điện pha B thông qua các điểm 5 và 53, đồng thời nguồn điện này được kết nối với điểm A2 của cuộn dây rơle thông qua các tiếp điểm OLR 96-95. Khi nhấn nút này, động cơ sẽ khởi động.
• Khi nhả nút màu xanh lá cây, điện áp cung cấp cho cuộn dây rơle vẫn được duy trì. Nguồn điện áp được định tuyến từ điểm tiếp điểm 54 qua các tiếp điểm OLR 95-96.
• Sau khi nhả nút khởi động màu xanh lá cây, nhấn nút dừng màu đỏ sẽ mở các tiếp điểm và ngắt nguồn điện vào cuộn dây rơle. Cuộn dây này sau đó mất điện và tiếp điểm chuyển sang mở, ngăn dòng điện chạy qua động cơ.

Xét về ưu điểm và nhược điểm, mạch khởi động trực tiếp vẫn là giải pháp đáng tin cậy và tiết kiệm chi phí để khởi động động cơ công suất nhỏ. Tuy nhiên, việc hiểu rõ những hạn chế của dòng khởi động và mômen xoắn sẽ giúp bạn lựa chọn phương pháp khởi động phù hợp hơn để thay thế khởi động DOL trong trường hợp động cơ có công suất lớn hoặc thiết bị nhạy cảm với dòng khởi động đột ngột.

Để tìm hiểu những kiến ​​thức khác liên quan đến mạch khởi động, bạn có thể truy cập: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-tu-dien/.