Hiện nay, nhiều cơ sở sản xuất có công suất tiêu thụ điện lớn như các trạm bơm nước phục vụ sản xuất nông nghiệp, xí nghiệp sản xuất và chế biến nông sản, thủy sản…đã sử dụng bộ khởi động mềm. Nếu bạn quan tâm, hãy cùng TS Trần Văn Thịnh, Viện Điện, Đại học Bách khoa Hà Nội tìm hiểu về nguyên lý hoạt động và những đặc điểm ưu việt của bộ khởi động mềm.
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.
Khoảng điện áp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz.
Đặc điểm của bộ khởi động mềm
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.
Dừng mềm: Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1-20 giây (tuỳ thuộc vào yêu cầu).
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, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện.
Bộ khởi động mềm có cấu tạo đơn giản và dễ dàng lắp đặt.
Nguyên lý hoạt động
Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (phần tử bán dẫn) 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.
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.
Tính năng ưu việt
Sử dụng khởi động mềm giúp tránh sụt áp cho nhà máy khi khởi động tải.
Hiện nay, hầu như tất cả các khởi động mềm đều có tích hợp sẵn các chức năng bảo vệ động cơ.
Khởi động mềm cũng có chức năng dừng mềm như biến tần, nó loại trừ được các hiện tượng xấu như xung áp lực nước, tăng vọt áp suất trong hệ thống bơm và tránh các hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi được tải trên băng chuyền.
Thông thường thì động cơ lớn hơn 15 kW mới phải sử dụng một phương pháp khởi động mềm. Tuy nhiên, hiện nay rất nhiều doanh nghiệp chọn khởi động mềm là cách tối ưu (sử dụng khởi động mềm cho tải nhỏ hơn 15 kW khi yêu cầu bảo vệ phần cơ khí tránh hư hỏng.)
Ưu điểm của khởi động mềm hơn hẳn các phương pháp khởi động cổ điển. Khởi động mềm chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động rất mịn và êm.
Phương pháp tối ưu hiện nay là dùng bộ khởi động mềm để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ, làm việc an toàn cho động cơ và còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn.
Ứng dụng thường thấy của bộ khởi động mềm
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, thang máy, máy nghiền, máy ép, máy khuấy, máy dệt …)