Khởi động mềm là một thiết bị điện tử được sử dụng để kiểm soát dòng điện và điện áp khi khởi động động cơ điện xoay chiều (AC). Nó giúp giảm ứng suất cơ học và điện trên động cơ, cũng như các thiết bị khác trong hệ thống điện.
Khởi động mềm là gì?
Khởi động mềm hay còn gọi là Soft Starter là khí cụ điện được sử dụng để hỗ trợ quá trình khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha có công suất vừa và lớn, bảo vệ động cơ khỏi hư hại do dòng khởi động đột ngột và lớn, tránh làm sụt áp hệ thống lưới điện.
Phần lớn các động cơ khi khởi động dù công suất thấp hay cao sẽ khiến dòng điện cấp vào bị gia tăng từ 5-9 lần so với dòng điện cung cấp cho động cơ khi hoạt động ổn định bình thường. Làm hệ thống điện cục bộ gặp rắc rối, có thể bị sụt áp, điện ngừng đột ngột,…đồng thời tạo áp sức rất không có lợi với tuổi thọ của động cơ. Khởi động mềm ra đời để hạn chế nhược điểm này cho dòng điện nhà máy, công xưởng.
Nguyên lý làm việc của khởi động mềm
Khởi động mềm tác động giúp hoạt động động cơ thông qua việc điều khiển điện áp cấp vào động cơ khi khởi động và dừng. Làm thay đổi trị số hiệu dụng của điện áp. Mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương của điện áp, điện áp lại tỉ lệ thuận với dòng điện, mô-men gia tốc. Điều chỉnh dòng điện cấp vào khi động cơ khởi động sẽ điều chỉnh được trị số hiệu dụng của điện áp. Cấu tạo mỗi khởi động mềm bao gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược với nhau. Khi thiết bị ở trạng thái đóng/ngắt, các cặp thyristor sẽ ngăn không cho dòng điện chạy qua. Khi ở trạng thái mở, các cặp thyristo sẽ mở dần góc kích của các van bán dẫn, để dòng điện chạy qua nhưng ngăn không cho dòng điện chạy qua đồng thời ồ ạt, mà từ từ. Cung cấp năng lượng cho động cơ khởi động và tăng tốc từ từ, để tránh làm hệ thống điện sụt áp. Phần góc mở của van bán dẫn để điều chỉnh điện áp cấp vào thiết bị và động cơ. Van mở từ từ cho đến khi được mở hoàn toàn, điện áp sẽ đạt tới giá trị điện áp định mức lớn nhất, động cơ đã đạt đến tốc độ tối đa và vận hành ổn định. Khi động cơ đã đạt đến tốc độ giới hạn định mức, tính năng Contactor bypass của khởi động mềm sẽ tự động đóng lại, không cần thông qua bộ thyristor.
Các chức năng khởi động mềm
- Giúp điều chỉnh mô men chính xác hơn khi cần thiết. - Giúp giảm thiểu tối đa với hệ thống máy móc và mạng lưới điện trước những ảnh hưởng khi động cơ khởi động, giảm thiểu chi phí bảo trì động cơ đáng kể. - Có tác dụng dừng mềm, hữu ích trong việc dừng bơm gây ra hiện tượng búa nước khi động cơ dừng trực tiếp.
Đặc trưng khởi động mềm
Cho phép động cơ dừng mềm, điện áp của động cơ có thiết bị khởi động mềm sẽ giảm từ từ và trong khoảng từ 1 – 20 giây. Cho phép động cơ dừng tự do theo quán tính, ứng phó với tình huống điện áp cấp vào bị ngừng trực tiếp, động cơ vẫn có thể tiếp tục dừng lại theo quán tính vòng quay của động cơ trong khoảng thời gian xác định. Tiết kiệm nhiều năng lượng hơn khi động cơ vận hành không tải hoặc non tải. Khởi động mềm giúp giảm dòng điện áp động cơ đến giá trị U0, giúp giảm điện áp và dòng điện, giảm thiểu chi phí tối đa.
Cấu tạo chung khởi động mềm
Cấu tạo khởi động mềm bao gồm các bộ phận: - Bảng điều khiển, có thể là loại có màn hình và bàn phím điều khiển, hoặc điều khiển bằng vít, thao tác vặn biến trở,… - Bộ phận điều khiển: Loại điều khiển số có nhiều ngõ ra chức năng: rơle báo trạng thái, điều khiển bảo vệ nếu quá nhiệt, điều khiển thời gian có thể khởi động bằng biến trở hoặc bằng màn hình, và các cổng kết nối truyền thông Profibus, Modbus. - Thyristor hay SCR (Silicon controller rectifier) có nhiệm vụ điều khiển và đóng ngắt dòng điện. - Bộ phận tản nhiệt, quạt làm mát có chức năng giảm nhiệt cho thiết bị. - Phần vỏ bảo vêệ đạt các tiêu chuẩn tương ứng với môi trường sử dụng.
Tiêu chí lựa chọn khởi động mềm
Có 2 cách để lựa chọn khởi động mềm, bao gồm: - Dựa theo công suất động cơ bao nhiêu để lựa chọn khởi động mềm có dòng định mức phù hợp. - Chọn lựa dựa theo tính năng và ứng dụng mong muốn, có thể chọn thiết bị có đồng thời nhiều tính năng khác nhau. Một số tính năng nâng cao Khởi động mềm có nhiều tính năng chuyên biệt để ứng dụng tối ưu hơn như sau: - Bảo vệ động cơ quá tải, có thể khóa Rotor khi xảy ra hiện tượng quá dòng. - Bảo vệ động cơ trong một số môi trường đặc biệt, như có nhiều hóa chất, hơi ẩm, chất thải, khí thải dễ khiến động cơ bị nghẹt, ngừng hoạt động. - Tnh năng Kick Start giúp động cơ vận hành tốt hơn khi tải nặng, làm việc gần bùn, rác thải. - Điều khiển momen – Torque Control, điều khiển điện áp gần sát với đường tuyến tính tải trọng, hạn chế sự tăng/ giảm dòng đột ngột.
Các trường hợp nên sử dụng khởi động mềm
Khởi động mềm nên sử dụng với động cơ trong các trường hợp: - Một thiết bị thiết bị khởi động mềm chỉ có thể sử dụng với một động cơ duy nhất. - Cần hỗ trợ quá trình khởi động, quá trình dừng của động cơ, tăng tốc hay giảm tốc trong quá trình khởi động của động cơ, không thể đảo chiều động cơ. - Bảo vệ động cơ trước các sự cố quá dòng, quá áp, mất pha, quá tải, ngắn mạch cho tải,… - Cần hạn chế tính trạng sụt áp điện lưới. - Bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí đầu tư, vì có giá thành thấp hơn biến tần, đồng thời giúp giảm chi phí bảo trì, bảo dưỡng hàng tháng
Ưu và nhược điểm của khởi động mềm
- Ưu điểm: + Khởi động mềm có thể tự điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể dừng mềm, tăng tốc từ từ,... giúp điều chỉnh tốc độ của động cơ dễ dàng mà không ảnh hưởng gì đến các yêu cầu về công nghệ, cấu tạo thiết bị, máy móc hay hệ thống mạng lưới điện. + Có đầy đủ tính năng bảo vệ động cơ và mạng lưới điện khi xảy ra hiện tượng như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha,… giúp động cơ bền bỉ hơn, bảo vệ các thiết bị kết nối với hệ thống điện. + Có thể dùng kết hợp với động cơ để điều chỉnh tốc độ động cơ. + Tiết kiệm năng lượng, chi phí hóa đơn điện hiệu quả. + Nhỏ gọn, tiết kiệm chi phí đầu tư hơn nếu so với biến tần cùng công suất.
- Nhược điểm: + Vì sử dụng theo nguyên lý thay đổi điện áp đầu vào để thay đổi tốc độ động cơ nên có thể khiến mô-men khởi động yếu, khởi động mềm nên được lựa chọn loại phù hợp. + Không phù hợp với các động cơ lớn, khởi động nặng nề, khởi động quá khó khăn do khoảng điều chỉnh thời gian tăng – giảm tốc tương đối hẹp. + Gặp khó khăn khi thi công, khó bảo trì và bảo dưỡng.
Ứng dụng của khởi động mềm
• Các hệ thống sử dụng máy quạt lớn, máy có quán tính lớn như: quạt bơm không khí, máy nén, băng truyền, thang máy, máy dệt, máy khuấy. • Ứng dụng trong hệ thống máy bơm nước thải, bơm cấp nước, động cơ gắn với máy bơm tạp chất, bơm bùn, máy khuấy rác thải, bơm thực phẩm, máy đùn thức ăn gia súc. • Dùng cho các động cơ cần tăng/giảm, thay đổi tốc độ đột ngột nhiều như: động cơ vận hành non tải lâu dài, động cơ điện máy móc chuyên chở vật liệu, động cơ có bộ chuyển đổi, máy ép, máy nghiền.
