Bộ môn kỹ thuật Điện - Bài báo tháng 12
KHỞI ĐỘNG MỀM - ĐÔI NÉT KHÁI QUÁT
Tác giả: Ths. Vũ Văn Thảo_Bộ môn: Kỹ thuật Điện
Hiện nay, phong trào nghiên cứu khoa học trong sinh viên khoa Cơ Điện trường Đại học Công nghiệp Dệt may Hà Nội đang rất sôi nổi. Một trong các lĩnh vực được các bạn sinh viên rất quan tâm là bộ khởi động mềm cho động cơ 3 pha đang rất thông dụng trong thực tế các ngành công nghiệp hiện nay.
Vậy Khởi động mềm là gì? Tại sao phải sử dụng khởi động mềm, nó có ưu điểm thế nào với khởi động trực tiếp?
Trước hết phải hiểu Khởi động mềm có thuật ngữ tiếng Anh là soft-start, là bộ khởi động sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều bằng cách điều khiển góc kích thyristor (SCR) nhằm điều khiển điện áp stator. Tần số nguồn điện cung cấp không thay đổi, thay vào đó bộ khởi động mềm làm tăng dần điện áp đầu vào của động cơ từ mức lúc vừa khởi động (giá trị “không”) cho đến mức điện áp định mức. Chính vì vậy, người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác mô men khởi động.
Với những động cơ có công suất trung bình và công suất lớn khoảng vài chục đến vài trăm Hp, nếu khởi động trực tiếp thì dòng và momen khởi động lớn, gây ra quá tải cơ khí trên động cơ (gằn máy, phát sinh tia lửa điện) và sụt áp trên lưới điện...dẫn đến các tình trạng hỏng hóc, giảm tuổi thọ của động cơ điện và các loại thiết bị điện khác.
Khởi động mềm giúp điều khiển động cơ điện bảo vệ chống sụt áp hệ thống điện, làm giảm hao mòn hệ thống máy móc và cơ khí, giúp động cơ khởi động và dừng êm, ở một số ứng dụng khởi động mềm có chức năng chống quá dòng đột ngột bảo vệ thiết bị, có thể điều khiển momen xoắn (Torque Control) theo sát tải của motor điện và tính năng giảm tuyến tính giúp giảm dòng một cách từ từ khi theo yêu cầu sử dụng. Khi dừng động cơ đột ngột khởi động mềm sẽ giảm điện áp trên động cơ từ từ trong khoảng từ 1 - 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng tránh hiện tượng phá hủy về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn. Điện áp ban đầu cho dừng mềm Us =0,9Un và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu.
Giải thích:
Ia – Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp.
IS – Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp.
In – Dòng điện định mức của động cơ.
Us – Điện áp bắt đầu ramp (dốc điện áp khởi động)
Un – Điện áp định mức của động cơ.
tr - Thời gian ramp.
n - Tốc độ động cơ.
Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trước khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức được tăng lên 100% điện áp lưới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc.
Như vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kéo dài quá trình dừng bằng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động cơ. Nếu trong quá trình dừng mà có lệnh khởi động, thì quá trình dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ được khởi động trở lại.
Nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ tới giá trị Us việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt từ.
Mạch lực của hệ thống khởi động mềm có thể gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho 3 pha (sơ đồ bên dưới). Vì mô men động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện áp, mô men gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở 3 cặp thyristor song song ngược) trong mạch lực. Như vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi.
Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn.
Kết nối bộ khởi động mềm với lưới điện và thiết bị thông thường sử dụng cách kết nối trực tiếp khá đơn giản và an toàn. Bộ khởi động mềm được đấu vào nguồn điện, còn đầu ra được kết nối động cơ điện, khởi động mềm có dòng điện lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của motor. Tùy theo loại khởi động mềm có sẵn Contactor Bypass, Relay output hoặc phải gắn thêm vào.
Khởi động mềm có thể được ứng dụng thực tiễn khi hoạt động các động cơ bao gồm động cơ điện cho chuyên chở vật liệu, động cơ bơm, động cơ vận hành non tải lâu dài, động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải..), động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ép, máy khuấy, máy dệt …).
Ngoài ra, bộ khởi động mềm còn được ứng dụng trong các trường hợp bảo vệ động cơ, máy móc tránh các tình trạng quá tải hoặc non tải, bảo vệ các phần động trong động cơ trong tình huống đảo chiều quay.
Bên cạnh đó, khởi động mềm có nhiều chức năng nâng cao để phù hợp thêm với nhiều ứng dụng chuyên biệt khác như sau:
Đầu tiên, dùng cho ngành nước thải và cấp nước. Trong các tình huống phải tải nặng như bơm bùn, máy khuấy có rác chặn, hay động cơ bơm bị nghẹt bùn, thì khởi động mềm có tính năng giúp động cơ chạy dễ dàng hơn.
Kế tiếp đó là tính năng điều khiển điện áp theo tuyến tính của tải trọng, nhằm hạn chế lại sự tăng dòng điện một cách đột ngột, bên cạnh đó, làm giảm dần để chống sốc cho các hệ thống thiết bị như máy bơm, máy nghiền, máy thổi…
Và tính năng bảo vệ trong một số môi trường hóa chất, nhiều hơi ẩm bằng cách phủ bo một lớp hóa chất.
Trên đây là một số khái niệm cơ bản nhất về khởi động mềm và ứng dụng trong điều khiển động cơ điện trong thực tế, hy vọng sẽ là gợi ý hoặc hướng tham khảo cho sinh viên khối ngành cơ điện trong việc điều khiển kiểm soát động cơ điện theo đường link sau:
Tài liệu tham khảo:
1. https://www.youtube.com/watch?v=6X71RZWvOvc
2. https://www.youtube.com/watch?v=QCQFFUdYF94
3. Trần Văn Hùng (2009), Điện tử công suất, Đại Học Công Nghiệp TP.Hồ Chí Minh.
4. Vũ Văn Tẩm (2010), Giáo trình điện dân dụng và công nghiệp, NXB Giáo Dục.