Khởi động mềm-Giải pháp điều khiển tiết kiệm chi phí đầu tư

14-08-2021

Khởi động mềm là gì? Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm như thế nào?

Khởi động mềm (soft start ) là khởi động dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR.Thường dùng cho động cơ vừa và lớn, động cơ nhỏ có thể dùng phương pháp đổi sao – tam giác.

Khởi động mềm dùng để điều khiển động cơ điện nhằm 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 và tính năng giảm tuyến tính giúp giảm dòng một cách từ từ tùy theo yêu cầu sử dụng .

Khởi động mềm là thiết bị được sử dụng để hỗ trợ quá trình khởi động của động cơ điện AC, giúp bảo vệ động cơ khỏi bị hư hại do dòng điện lớn đột ngột khi khởi động và tránh sụt áp hệ thống lưới điện bằng cách tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức điện áp định trước lên đến điện áp định mức (để dừng mềm thì ngược lại).

Nguyên lý và cấu tạo của hoạt động của khởi động mềm.

Khởi động mềm có các thyristor trong mạch chính, và điện áp đặt vào động cơ được điều chỉnh với một bảng mạch in. Bộ khởi động mềm sử dụng trong thực tế là khi trong quá trình bắt đầu khởi động thì điện áp đặt vào động cơ thấp.

Dòng khởi động và mô men khởi động cũng thấp.Phương pháp khởi động dùng khởi động mềm là một quá trình hạn chế đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chương trình tăng tuyến tính từ một giá trị được xác định đến một điện áp có định mức. Trong toàn bộ quá trình khởi động và điều khiển thì được đóng mở bằng thyristor cùng vi xử lý đáp ứng tần số giữ nguyên không đổi theo tần số của điện áp lưới .

Cấu tạo của khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược. Ở trạng thái ngắt điện, thyristor ngăn không cho dòng điện chạy qua, khi ở trạng thái mở, thyristo mở dần góc kích (góc mở của các van bán dẫn) cho phép dòng điện chạy qua từ từ, động cơ bắt đầu khởi động và tăng tốc dần. Điện áp được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở của van. Khi van mở hoàn toàn, điện áp đạt đến giá trị điện áp định mức và lúc đó động cơ sẽ đạt đến tốc độ tối đa cho phép. 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.

Khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, contactor bypass trong khởi động mềm được đóng lại, hệ thống tự động bypass qua điện lưới mà không qua bộ thyristo.

so-sanh-bien-tan-va-khoi-dong-mem-h2109

Cấu tạo khởi động mềm:

- Bộ phận điều khiển (tùy loai có màn hình và bàn phím hoặc điều khiển bằng vít hay cài đặt bằng vặn biến trở)

- Thyristor hay SCR (Silicon controler rectifier) dùng để điều khiển, đóng ngắt dòng điện
- Tản nhiệt và quạt làm mát
- Contactor Bypass ( tùy theo từng loại khởi động mềm có sẵn hay không có sẵn)
- Vỏ bảo vệ tùy loai theo các tiêu chuẩn bảo vệ do môi trường sử dụng.

- Bộ phận điều khiển: điều khiển số hoặc cơ khí, các ngõ ra chức năng rờle báo trạng thái, điều khiển bảo vệ chống quá nhiệt, quá tải, các cồng kết nối truyền thông Modbus, Profibus, điều khiển thời gian khởi động bằng biến trở hay bằng màn hình.Bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống như biến tần, thay vào đó nó tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ 1 mức điện áp định trước lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức . Với phương pháp khởi động này , người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác lực khởi động mong muốn , bất kể đó là khởi động không tải hay có tải.

Cách đấu khởi động mềm:

- Theo kiều trực tiếp – Direct inline (khá thông dụng): khởi động mềm đấu vào điện, đầu ra 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.
- Đấu theo kiểu song song – Inside delta connect: Motor nối 6 đầu dây, 3 đầu với khởi động mềm, 3 đầu còn lại của motor cùng với khởi động mềm nối vào điện lưới. chọn khởi động mềm có dòng bằng 58 % so với dòng định mức của motor, cách này phải có 2 contactor, 1 cho Bypass ( có thể tích hợp sẵn trong khởi động mềm) và 1 Contactor cho đấu Delta)

Cách khởi động và dừng mềm:

Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngược cho 3 pha . Vì mômen 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 .

- 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.

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.
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.
1.Dừng tự do theo quán tính
- Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xác định. Thời gian dừng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, cần tránh trường hợp này đề phòng sự phá huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn.

2.Dừng mềm
- Không nên cắt trực tiếp các động cơ có mômen quán tính nhỏ như băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho người, thiết bị và sản phẩm.
- Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giây tùy thuộc vào yêu cầu. Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu. Thời gian ramp điện áp tới 1000 giây cùng điện áp đầu và cuối quá trình dừng mềm đặt theo chương trình.

- 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.

Ưu nhược điểm của phương pháp khởi động dùng khởi động mềm.

Ưu điểm:của phương pháp khởi động dùng khởi động mềm như bền vững và tiết kiệm không gian cho việc lắp đặt. Có những chức năng điều khiển và bảo vệ, khoảng điện áp sử dụng từ 200V đến 500V với tần số từ 45Hz đến 65Hz.

-Có phần mềm chuyên dụng để đi kèm, lắp đặt các chức năng dễ dàng.- Một trong những lợi ích của phương pháp khởi động mềm này là khả năng để điều chỉnh mô men chính xác khi cần thiết cho dù ứng dụng là tải hay không.

- Khởi động mềm giúp tránh đi những ảnh hưởng nhiều hơn cho các thiết bị máy móc, và kết quả là chi phí bảo trì thấp hơn.
- Một tính năng của bộ khởi động mềm là chức năng dừng mềm, chức năng này thực sự hữu ích khi dừng bơm, nơi mà xảy ra hiện tượng búa nước khi dừng trực tiếp như trong khởi động sao- tam giác và khởi động trực tiếp.
- Chức năng dừng mềm cũng rất hữu ích khi dừng băng tải vận chuyển các vật liệu dễ vỡ, có thể bị hư hỏng khi các vành đai dừng quá nhanh.

-Tiết kiệm năng lượng khi non tải: 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 U0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %.

Nhược điểm của khởi động mềm: điện áp và dòng điện sau điều chỉnh không Sin hoàn toàn, biên độ sóng hài cũng cao.

Biến tần là gì? Khởi động bằng biến tần có lợi ích như thế nào?

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ, qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp không chỉ khi khởi động động cơ mà trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị.

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển, từ đó thay đổi tốc độ động cơ theo yêu cầu trong suốt quá trình hoạt động.

Lợi ích của khi sử dụng biến tần:

Giúp động cơ khởi động êm, giảm mài mòn cơ khí

Thay đổi tốc độ của động cơ dễ dàng giúp đáp ứng các yêu cầu công nghệ của thiết bị và hệ thống khác nhau

Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ như quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha… giúp tăng tuổi thọ động cơ

Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị trong hệ thống

Tích hợp nhiều chức năng điều khiển khác nhau giúp cải tiến công nghệ và tăng năng suất sản xuất

Vậy khi nào nên sử dụng biến tần, khi nào nên sử dụng khởi động mềm?

Để lựa chọn được phương pháp khởi động phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư để đạt được hiệu quả tối ưu. Hãy xem bảng so sánh giữa biến tần và khởi động mềm dưới đây để có đánh giá khách quan hơn trước khi đưa ra lựa chọn nên khởi động mềm hay sử dụng biến tần:

Biến tần	Khởi động mềm
Có thể thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đảo chiều động cơ không chỉ khi khởi động, dừng động cơ mà suốt quá trình hoạt động của thiết bị	Chỉ có tác dụng tăng tốc hoặc giảm tốc trong quá trình khởi động và dừng động cơ để làm khởi động hoặc dừng “mềm”, không thể đảo chiều động cơ
Điều chỉnh thời gian tăng giảm tốc linh hoạt hơn, dải điều chỉnh rộng giúp việc khởi động động cơ cực kỳ êm ái	Khoảng điều chỉnh thời gian tăng giảm tốc hẹp, khởi động nặng nề hơn, đặc biệt với động cơ lớn việc khởi động khá khó khăn
Nhiều chức năng bảo vệ động cơ và hệ thống cơ khí hơn	Ít chức năng bảo vệ động cơ, chỉ có các chức năng bảo vệ cơ bản
Có thể khởi động bao nhiêu lần tùy ý trong ngày và trong vòng đời thiết bị mà không ảnh hưởng đến động cơ và hệ thống cơ khí	Tùy công suất động cơ và tùy nhà máy có thể bị giới hạn số lần khởi động
Thay đổi tốc độ động cơ bằng các thay đổi tần số nên không ảnh hưởng đến mô-men khởi động	Thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp nên khiến mô-men khởi động yếu, cần lưu ý đến yếu tố tải khi lựa chọn khởi động mềm
Một biến tần có thể sử dụng để điều chỉnh tốc độ và “dừng mềm” cho nhiều động cơ	Một khởi động mềm chỉ sử dụng cho một động cơ duy nhất
Kích thước lớn hơn và chiếm nhiều không gian hơn	Nhỏ gọn hơn nếu so sánh với biến tần cùng công suất
Giá thành cao hơn	Giá thành thấp hơn

Ứng dụng thực tế của khởi động mềm

Khởi động mềm thường được sử dụng trong các ứng dụng như:

Yêu cầu động cơ tăng tốc và tăng momen xoắn từ từ khi khởi động hoặc dừng động cơ

Hạn chế dòng khởi động cao cho các động cơ lớn để tránh các vấn đề về sụt áp lưới điện hoặc hư hỏng động cơ

Kiểm soát tốc độ khởi động để tránh mômen xoắn hoặc lực căng đột ngột gây hư hỏng cho các hệ thống cơ khí như băng tải, hệ thống dẫn động bằng dây đai, bánh răng, khớp nối

Ứng dụng động cơ bơm để tránh tăng áp đột ngột khi bắt đầu bơm, gây búa nước làm vỡ đường ống.

Ngoài ra, phương pháp còn bảo vệ nhiệt cho động cơ, bảo vệ máy móc quá tải, non tải với ngưỡng bảo vệ và khoảng thời gian được điều chỉnh, bảo vệ các rotor của động cơ khi đảo chiều quay của các động cơ.

- 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 ep, máy khuấy, máy dệt …)

Để biết thông tin về sản phẩm quý khách liên hệ với chúng tôi:

CÔNG TY TNHH THƯƠNG MẠI VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HUY HOÀNG

Địa chỉ: Số 66, Ngõ 164 Đường Ỷ La, Phường Dương Nội, Q.Hà Đông, TP.Hà Nội

Hotline:0979 689 904

Email: thucnguyen.ip@gmail.com

Web: www.tudonghoahuyhoang.com