TÌM HIỂU VỀ MẠCH KHỞI ĐỘNG SAO TAM GIÁC, MẠCH KHỞI ĐỘNG SAO TAM GIÁC

1/ Mạch khởi động sao – tam giác là gì? 3/ Kiểm soát việc chuyển mạch 4/ Tại sao chúng ta sử dụng khởi động sao – tam giác?

1/ Mạch khởi động sao – tam giác là gì?

Trong bài viết này chúng ta thảo luận về cách khởi động hình sao-tam giác với động cơ ba pha. Sau đó tìm hiểu được nguyên lí chủ yếu cũng như ý nghĩa về mặt toán học để giúp hiểu hơn về phương pháp này.

Bạn đang xem: Tìm hiểu về mạch khởi động sao tam giác

Dưới đây là hai ví dụ về sơ đồ đấu dây cho bộ khởi động sao tam giác từ các nhà cung cấp trong ngành. Hãy kiểm tra cách thức mà nhà cung cấp cho phép xem một động cơ có khả năng kết nối sao tam giác hay không.

Hình 1. Sơ đồ đấu dây sao-tam giác của Siemens

Chúng ta sẽ sử dụng mã màu Đỏ-Vàng-Xanh cho từng pha tương ứng. Tuy nhiên sẽ có những mã màu khác ở phần sau của bài viết.

Động cơ ba pha được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà và trong công nghiệp. Bên trong một động có ba pha có ba cuộn dây riêng biệt được sử dụng để tạo ra từ trường quay. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua mỗi cuộn dây, nó sẽ tạo ra một từ trường có cường độ và cực thay đổi theo thời gian.

Nếu chúng ta nối mỗi cuộn dây vào một pha khác nhau, các electron tự do sẽ chuyển tiếp và đảo chiều ở các thời điểm khác nhau so với các pha khác, do đó ở một pha nhất định từ trường sẽ thay đổi cường độ và phân cực khác so với những pha còn lại trong cùng một thời điểm.

Để tạo ra từ trường quay trong động cơ, chúng ta lắp các cuộn dây lệch nhau góc 120° lên stato. Từ trường quay này sẽ làm cho roto quay tạo thành quạt, máy bơm ….

Thông thường trên đầu hay bên cạnh động cơ sẽ có một hộp đấu dây điện. Bên trong hộp đấu dây có 6 cực mỗi cực sẽ tương ứng với một chữ và một số: U1, V1, W1 và W2, U2, V2.

Cuộn dây pha thứ 1 sẽ nối với cực U, cuộn dây pha thứ 2 sẽ nối với cực V, cuộn dây pha thứ 3 nối với cực W. Các cực đấu được sắp xếp khác nhau từ trên xuống dưới.

Chúng ta luôn luôn kết nối nguốn với các cực U1, V1, W1.

Để động cơ chạy được cần hoàn thành mạch kết nối hoàn chỉnh theo hướng dẫn. Có 2 cách để làm được điều này:

1.1/ Kết nối hình tam giác

Đầu tiên là kết nối hình tam giác. Để kết nối chúng ta đấu cực U1 với W2, V1 với U2, W1 với V2. Đấu như hướng dẫn sẽ có được kết nối hình tam giác.

Khi cho dòng điện chạy qua các pha, dòng điện chạy từ pha này sang pha khác ở những thời điểm các pha bắt đầu đổi chiều. Đó là lý do mà các cực được kết nối như vậy, các pha sẽ được nối với nhau và cho phép dòng điện chạy giữa các pha khi các pha đảo chiều vào những thời điểm khác nhau.

1.2/ Kết nối hình sao

Cách khác mà chúng ta có thể kết nối là kết nối hình sao. Trong cách này, W2, U2 và V2 được kết nối lại với nhau. Điều này mang lại một cách kết nối hình sao.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ được chia đều ở các pha trên mỗi cực.

Hai cách chúng ta vừa thấy là phương pháp cố định. Để thay đổi cách kết nối phải tháo rời dây ở các cực sau đó đấu lại theo kiểu mong muốn. Điều này thật sự bất tiện!

1.3/ Làm thế nào để đơn giản việc thay đổi giữa các cách kết nối?

Để làm được chúng ta cần việc tự động chuyển mạch vậy nên những công tắc tơ được sử dụng ở đây. Công tắc tơ là một công tắc có thể kích hoạt để đóng hoặc ngắt mạch điều khiển dòng điện ba pha.

Lấy một công tắc tơ chính kết nối với nguồn ba pha đầu còn lại đấu với các cực bên trong hộp điện động cơ.Sau đó, lấy một công tắc tơ thứ hai, sẽ được sử dụng cho mạch tam giác, cấp ba pha nguồn vào một đầu công tắc tơ hai đầu còn lại lấy pha 1 kết nối với cực V2 là cuộn dây pha hai, lấy pha 2 kêt nối với W2 là cuộn dây pha 3, cuối cùng kết nối dây pha 3 kết nối với U2 là cuộn dây pha 1.

Chúng ta lấy một công tắc tơ khác để kết nối hình sao, lấy ba cuộn dây pha V2, U2, W2 kết nối lần lượt vào 3 pha công tắc tơ như hình 5, đầu còn lại được đấu chung lại với nhau.

2/ Khởi động động cơ

Việc khởi động hình sao sẽ được diễn ra trước bằng cách đóng công tắc tơ chính để tạo thành một mạch kín.

Mạch khởi động hình sao

Khi có dòng điện chạy qua từng pha và cuộn dây, dòng sẽ qua các cực của động cơ và đi qua công tắc hình sao, các pha sẽ được nối với nhau điều này làm cho dòng điện được phép vào hoặc ra khỏi một pha khác khi chiều thay đổi.

Việc khởi động hình sao sẽ diễn ra vài giây trước khi chuyển qua hình tam giác. Đối với việc khởi động hình tam giác chúng ta phải ngắt công tắc tơ hình sao và bật công tắc tơ hình tam giác.

Mạch khởi động tam giác

Dòng điện chạy vào đi qua cả công tắc tơ chính và công tắc tơ tam giác. Nguồn điện trong công tắc tơ chính sẽ đi vào các cuộn dây của động cơ và đi theo đường dẫn công tắc tơ tam giác đến đầu bên kia thì đi vào một pha khác. Mỗi dòng đi qua các pha khác nhau khi chúng đảo chiều.

3/ Kiểm soát việc chuyển mạch

Để điều khiển sự chuyển đổi từ công tắc tơ dạng sao sang dạng tam giác, chúng ta cần một bộ đềm thời gian (timer). Bộ đếm sẽ tự động thay đổi trạng thái sau một khoảng thời gian nhất định. Ngoài ra, để kiểm soát chặt chẽ hơn có thể thêm vào bộ phận giám sát ampe hoặc tốc độ.

3.1/ Các tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ

Sơ đồ đấu nối ở Mỹ

Nếu bạn ở Mỹ thì bạn có thể thấy những mã màu này được sử dụng, đây là màu dành cho nguồn điện 3 pha 208V, nhưng màu sắc sẽ khác đối với nguồn điện 3 pha 480V.

3.2/ Các tiêu chuẩn ở Châu Âu

Sơ đồ đấu nối ở Anh và EU

Ở Anh và EU, bạn sẽ thấy những mã màu này được sử dụng cho các pha. Riêng ở Anh bạn vẫn có thể bắt gặp những mã màu xanh đỏ vàng.

3.3/ Các tiêu chuẩn ở Châu Úc

Sơ đồ đấu nối ở Úc

4/ Tại sao chúng ta sử dụng khởi động sao – tam giác?

Câu trả lời chính là để giảm dòng khởi động cho động cơ. Khi động cơ khởi động dòng chạy qua động cơ sẽ gấp 5 lần dòng khi động cơ hoạt động ổn định và chạy bình thường.

Dòng điện vọt lố như vậy sẽ gây ra nhiều vấn đề. Hệ thống điện của các tòa nhà sẽ bị ảnh hưởng. Dòng tăng mạnh làm cho các thiết bị tăng nhiệt nhanh chóng dẫn đến hư hỏng thậm chí là cháy nổ. Để đáp ứng dòng điện sẽ dẫn đến việc sụt giảm điện áp trong toàn bộ hệ thống điện của tòa nhà, chúng ta có thể dễ dàng cảm nhận qua việc đèn sẽ nhấp nháy và sáng mờ, điều này có thể gây ra nhiều vấn đề cho các thiết bị như máy tính và máy chủ.

Xem thêm: Thấu kính hội tụ là gì? cách làm thấu kính hội tụ mới nhất thấu kính hội tụ là gì

Vì vậy để giảm dòng khởi động thì cần giảm điện áp khởi động…?

Kết nối sao sẽ giảm điện áp xuống khoảng 58% so với kết nối tam giác. Một điện áp thấp hơn sẽ dẫn đến một dòng điện thấp hơn. Dòng điện trong cuộn dây khi ở kết nối sao sẽ ở khoảng 33% kết nối tam giác. Điều này cũng sẽ dẫn đến giảm mo_men xoắn, mo men xoắn kết nối hình sao cũng sẽ vào khoảng 33% so với kết nối hình tam giác .

4.1/ Những gì xảy ra khi khởi động sao – tam giác

Giả sử chúng ta có một động cơ được kết nối hình tam giác với điện áp cung cấp điển hình ở châu Âu là 400V.

Ví dụ về kết nối tam giác

Khi dùng đồng hồ đo điện thế ở giữa hai pha bất kì, chúng ta sẽ đọc được là 400V. Chúng ta gọi là điện áp dây.Khi đo ở hai đầu cuộn dây cũng đo được một điện thế là 400V.Giả sử cuộn dây có một điện trở hoặc trở kháng do đây là điện áp xoay chiều với giá trị là 20 Ohms. Ta có phép tình 400V/20Ohms=20A. Cho nên khi đo dòng trên cuộn dây ta đo được giá trị là 20Amps. Nhưng dòng điện trong dây sẽ khác, với giá trị đo được là 34,6A, bởi vì 20*√3=34,6A

Ví dụ về kết nối sao

Với một kết nối hình sao, khi đo điện áp giữa hai đầu của cuộn dây, ta đo được một giá trị thấp hơn là 230V. Bởi vì cuộn dây không được kết nối giữa hai pha như hình tam giác, một đầu kết nối với một pha và đầu kia được kết nối với điểm chung. Do đó điện áp được chia ra và sẽ ít hơn một trong các pha.

Ta cũng được phép tính 400V/√3=230V. Khi điện áp nhỏ thì dòng cũng nhỏ tương tự với 230V/20Ohm=11,5A Chính vì vậy kết nối hình tam giác sẽ có điện áp 400V giữa hai pha, mặt khác kết nối hình sao chi được 230V giữa dây pha và điểm trung tính. Kết luận được rằng kết nối hình sao sử dụng ít điện áp hơn dòng điện cũng ít hơn so với kết nối tam giác, cho nên sử dụng kết nối hình sao đầu tiên là hoàn toàn hợp lí.

Mạch sao tam giác được sử dụng để khởi động động cơ có công suất trung bình. Phương pháp khởi động này có nhiều ưu điểm và giúp tiết kiệm chi phí. Cùng tìm hiểu chi tiết về sơ đồ mạch, nguyên lý hoạt động của mạch khởi động sao tam giác trong bài viết dưới đây.

Mạch sao tam giác là gì?

Mạch sao tam giác là mạch được dùng để khởi động động cơ có công suất trung bình từ 11 đến 110kW. Mạch sử dụng ba công tắc tơ, một rơ le quá tải hoặc bộ ngắt mạch và bộ đếm thời gian.

Tìm hiểu mạch sao tam giác là gì?

Như chúng ta đã biết, khi khởi động một động cơ điện trong hệ thống sản xuất thì dòng điện cần để khởi động sẽ lớn gấp nhiều lần idm. Vì vậy, động cơ sẽ tạo dòng phụ lớn chống lại trạng thái bão hòa từ. Khi đó sẽ gây ra những tác động không tốt đến hệ thống điện như:

Gây sụt áp lưới điện làm ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện khác.Giảm tuổi thọ của động cơ và các thiết bị đóng ngắt.

Chính bởi vậy, mạch khởi động sao tam giác ra đời giúp giảm dòng điện khởi động. Từ đó, giải quyết được những ảnh hưởng không tốt đến lưới điện.

Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ đấu nối mạch khởi động sao tam giác

Sơ đồ nguyên lý mạch sao tam giác

Mạch khởi động sao tam giác được chia thành phần chính đó là mạch điều khiển và mạch động lực như hình vẽ bên dưới.

Sơ đồ nguyên lý mạch sao tam giác

Các thiết bị để tạo nên một tủ điện khởi động sao tam giác cho động cơ không đồng bộ ba pha đó là:

Aptomat để đóng ngắt dòng điện tổngContactor đóng ngắt động cơ từ chế độ sao tam giác theo điều khiểnBộ Timer điều khiển thời gianCác phụ kiện kèm theo như nút bấm, rơ le, đèn báo, dây dẫn,…

Dựa vào công suất động cơ mà chúng ta sẽ lựa chọn các loại thiết bị có giá trị định mức sao cho phù hợp. Chúng ta có thể thêm bộ bảo vệ quá áp, mất dây trung tính, mất pha để giúp cho tủ điện mạch sao tam giác trở nên hoàn thiện và an toàn hơn.

Sơ đồ đấu nối mạch lực

Như vậy, mạch sử dụng 3 contactor theo thứ tự là contactor sao, contactor tam giác và contactor chính.

Sơ đồ đấu nối mạch lực

Nguyên lý hoạt động của mạch sao tam giác

Nguyên lý hoạt động của mạch sao tam giác

Dưới đây là nguyên lý làm việc của mạch điện khởi động sao tam giác:

Khi bật aptomat, nhấn nút khởi động thì contactor chính và contactor sao sẽ đóng tiếp điểm, động cơ khởi động chế độ sao trong khoảng thời gian t mà timer đã cài đặt từ trước. Lúc này, dòng điện từ 3 pha lửa chạy qua contactor chính rồi qua U1, V1, W1 đầu vào cuộn dây động cơ. Contactor sao đóng tiếp điểm sẽ nối chụm U2, V2, W2 với nhau.

Sau một khoảng thời gian thì contactor sao sẽ nhả ra và contactor tam giác sẽ đóng lại và để động cơ hoạt động đúng với công suất của nó. Quá trình này được thể hiện mạch lực như hình vẽ.

Nhiều bạn thắc mắc về vị trí của U1, V1, W1 và W2, U2,V2 ở đâu thì bạn có thể tham khảo hình dưới đây để được rõ hơn. Đây là cầu nối được thiết kế chung cho các động cơ và sẽ ký hiệu trên hộp máy một cách rõ ràng.

Phân loại mạch sao tam giác

Khởi động sao tam giác có 2 loại mạch được dùng phổ biến đó là:

Mạch khởi động mở sao tam giác (Star Delta Open Transition Starter): Các cuộn dây của động cơ được mở trong suốt quá trình dòng điện chuyển tiếp từ dây hình sao sang tam giác. Trong mạch này dùng 3 contactor và 2 rơle trễ.

Trong 2 mạch sao tam giác nêu trên thì mạch mở được sử dụng phổ biến nhất.

Ưu nhược điểm của phương pháp khởi động dùng mạch sao tam giác

Ưu nhược điểm của phương pháp khởi động dùng mạch sao tam giác

Ưu điểm

Khởi động sao tam giác được ưa chuộng do có giá thành rẻ.Phương pháp khởi động sao tam giác bị giới hạn số lần vận hành động cơHạn chế sụt áp lưới điện khi khởi động, giúp bảo vệ tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống điện.Tạo được mô-men xoắn cao trên mỗi ampe

Nhược điểm

Mạch khởi động sao tam giác phải được cấp nguồn có cường độ điện áp giống với điện áp định của động cơ.Dòng điện khởi động giảm 3 lần kéo theo mô-men chỉ đạt một phần ba nên làm ảnh hưởng đến cơ học ban đầu của động cơ.

Trường hợp nên dùng khởi động sao tam giác

Bộ mạch khởi động sao tam giác thường chỉ được dùng để khởi động động cơ có mô-men xoắn từ thấp đến trung bình. Nguyên nhân do lượng mô-men xoắn của chúng nhỏ hơn 3 lần so với các bộ khởi động thông thường.

Các trường hợp mà động cơ được tải nhiều ngay từ đầu thì không hoạt động với mạch khởi động sao tam giác, bởi động cơ cần đạt đến một tốc độ nhất định trước khi chuyển từ chế độ sao sang chế độ tam giác.

Việc dùng cách khởi động sao tam giác phụ thuộc vào nhiều yếu tố như:

Công suất động cơ: Thường thì dưới 10kW thì có thể khởi động trực tiếp, với động cơ lớn hơn thì chúng ta phải dùng khởi động mềm hay biến tầnĐặc tính tải của động cơ trong quá trình khởi động có hạn chế tối thiểu khi khởi động hay khôngTần suất khởi động động cơChất lượng của nguồn điện, công suất của dây dẫn và máy biến áp, thiết bị đóng cắt nếu lớn thì không ảnh hưởng nhiều khi khởi động động cơ.

Mạch điện khởi động sao tam giác được sử dụng chủ yếu với các động cơ điện công nghiệp 3 pha.

Lưu ý chọn công suất thiết bị dùng trong trong mạch sao tam giác

Lưu ý chọn công suất thiết bị dùng trong trong mạch sao tam giác

Trong sơ đồ mạch sao tam giác thì động cơ hoạt động chế độ sao chỉ trong khoảng thời gian T để giảm dòng khởi động. Sau đó, động cơ sẽ trở về đúng công suất của nó ở chế độ tam giác. Bởi vậy, contactor sao chỉ chịu dòng rất ngắn. Chỉ có contactor chính và contactor tam giác hoạt động xuyên suốt quá trình.

Để chọn công suất thiết bị trong mạch sao tam giác, đầu tiên là bạn căn cứ vào catalog động cơ để biết giá trị công suất và điện áp đấu sao và tam giác.

Ví dụ: Với động cơ 220HP, có công suất 160kW, với chế độ chạy tam giác là 380V, ở chế độ sao là 660V. Lưu ý, chỉ khi kí hiệu Tam giác/Sao là 380/660V thì mới dùng phương pháp khởi động sao tam giác được, vì lưới điện 3 pha của Việt Nam là 380V.

Với Idm = 294A thì bạn chọn contactor chính và tam giác có dòng điện là 294:2 = 147A và dòng của contactor sao nhỏ hơn 147A một chút. Khi mạch sẽ hoạt động hiệu quả mà vẫn tiết kiệm chi phí..

Trên đây là những thông tin cơ bản về mạch sao tam giác khởi động các động cơ. Mong rằng bài viết đã cung cấp cho bạn nhiều kiến thức thú vị.