Bạn có biết mạch khởi động sao tam giác là gì không? Nếu bạn là một kỹ sư điện, bạn chắc chắn sẽ quan tâm đến loại mạch này. Bởi vì nó là một giải pháp hiệu quả và an toàn để khởi động các động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Đây là những động cơ có công suất lớn, thường được sử dụng trong các nhà máy, xí nghiệp, công trình xây dựng,... 

 

 

     

       

         Mạch khởi động sao tam giác là một phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi cấu hình của cuộn dây stator từ sao sang tam giác. Khi khởi động, mạch sẽ kết nối các đầu cuộn dây stator theo hình sao, giảm điện áp và dòng điện trên mỗi cuộn dây, từ đó giảm thiểu sự sụt áp và tăng quá tải giảm thiểu sự ảnh hưởng của động cơ lên nguồn điện. Nếu bạn muốn tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của mạch khởi động sao tam giác, hãy theo dõi bài viết này nhé!

Mạch khởi động sao tam giác là gì ?

 

 

      Mạch khởi động sao tam giác ( tiếng anh là Star Delta Starter ) có cái tên miêu tả khá cụ thể về chức năng và cấu tạo của loại mạch này. Được xem là một trong những loại mạch điện công nghiệp dùng để điều khiển và vận hành máy được sử dụng phổ biến nhất. Có thể hiểu đây là mạch điện dùng khi khởi động cho các động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Đây là những động cơ có công suất tương đối lớn, khi bắt đầu khởi động sẽ cần có nguồn điện cao, nếu sử dụng các loại mạch điện thông thường sẽ gây ra các hậu quả như làm sụt điện, hỏng máy,…

      Mạch khởi động sao tam giác được ứng dụng như một giải pháp tốt nhất dùng để chạy khởi động các loại máy móc dùng trong công nghiệp. Khi bắt đầu khởi động, mạch sẽ chạy ở chế độ hình sao và đến một mức sau khi động cơ chạy ổn định, mạch sẽ tự động chuyển sang kết nối các đầu cuộn dây stator theo hình tam giác, tăng điện áp và dòng điện trên mỗi cuộn dây dẫn, từ đó tăng hiệu suất và công suất của động cơ. Mạch khởi động sao tam giác thường được sử dụng cho các động cơ có công suất lớn, yêu cầu khởi động êm ái và tiết kiệm năng lượng. Mạch sao tam giác được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, nhất là khi động cơ có công suất lớn và yêu cầu khởi động êm ái. Việc sử dụng mạch khởi động sao tam giác giúp bảo vệ động cơ, gia tăng tuổi thọ và đảm bảo sự ổn định trong quá trình khởi động và hoạt động của hệ thống .

      Tuy nhiên, để áp dụng phương pháp khởi động động cơ bằng mạch khởi động sao tam giác, cần phải xác định thông số điện áp tam giác/sao của động cơ. Nếu thông số điện áp tam giác/sao của động cơ là 220V/380V thì không thể sử dụng phương pháp khởi động sao tam giác 3.

>>Xem thêm: Tổng hợp 15 mạch ứng dụng khởi động từ đơn và kép

Cấu tạo của mạch sao tam giác

Cấu tạo mạch sao tam giác bao gồm 4 phần chính như sau

 

 

Contactor: Sử dụng 3 contactor gồm contactor chính, contactor sao, contactor tam giác. Ba tiếp điểm được dùng để hợp nhất các cuộn dây động cơ đầu tiên trong hình sai và sau đó là ở tam giác.

Timer: Bộ hẹn giờ kết hợp khởi động với các công tắc điều chỉnh.

Công tắc khóa liên động: Dùng để kết nối contactor sao và contactor tam giác giúp đảm bảo an toàn. Nếu các tiếp điểm sao và tam giác cùng sử dụng 1 lúc thì động cơ sẽ bị hỏng.

Rơ le quá nhiệt: Thiết bị quan trọng giúp đảm bảo động cơ không bị sinh nhiệt quá cao gây bắt lửa, cháy nổ hoặc bị hao mòn. Khi nhiệt độ quá cao, rơ le nhiệt sẽ ngắt nguồn điện để đảm bảo an toàn cho động cơ.

         Ngoài ra, trong mạch sao tam giác có thể gồm Aptomat (CB) và Rơ- le thời gian, nút nhấn ON /OFF, đèn báo…

Trong đó:

Contactor: Gồm 3 contactor K, K1, K2
Aptomat:  sẽ gồm có Aptomat dùng để cắt nguồn điện bằng tay và một Aptomat dùng cho mạch điều khiển.
Rơ- le: Gồm 1 Rơ- le nhiệt và 1 Rơ-le thời gian. Rơ-le nhiệt sẽ gắn trực tiếp với K để bảo vệ động cơ khỏi việc quá tải khi khởi động. Và Rơ- le thời gian được dùng để chuyển mạch tự động sau thời gian cài đặt.

Một cách cụ thể ta có thể hiểu cấu tạo của mạc sao tam giác như sau

        Mạch sao tam giác gồm ba coil (cuộn cảm) và ba công tắc, mỗi coil và công tắc tương ứng với một pha điện (A, B, C). Coil và công tắc của cùng một pha được nối với nhau nhưng không nối trực tiếp với động cơ. Thay vào đó, ba coil được nối với nhau theo hình sao ở một điểm gọi là trung tâm sao. Điểm này cũng là điểm nối chung của ba dây dẫn đến động cơ. Ba công tắc được nối với nguồn điện ba pha và có thể được bật hoặc tắt để kích hoạt hoặc ngắt các coil.

Nguyên lý đấu mạch sao tam giác

       Trước tiên để đấu mạch khởi động sao tam giác, cần hiểu về nguyên lý hoạt động của mạch. Mạch sao tam giác được hoạt động theo nguyên lý: Khi nguồn điện đi vào, động cơ sẽ chạy ở chế độ hình sao để giảm dòng điện xuống 1/3 định mức.

       Muốn khởi động động cơ sao-tam giác bằng tay? Dễ thôi, chỉ cần làm theo các bước sau đây mà Điện Năng Đồng Nai cung cấp thông qua ví dụ cụ thể ở bảng dưới đây:

 

 

       Để điều khiển động cơ chạy ở chế độ sao hoặc tam giác, nên nhớ rằng chúng ta cần sử dụng hai contactor K và K1 hoặc K và K2. Khi contactor K và K1 cùng đóng, động cơ sẽ được nối sao, có nghĩa là ba pha của động cơ được nối với nhau tại một điểm chung. Điều này giúp giảm dòng khởi động của động cơ. Khi contactor K và K2 cùng đóng, động cơ sẽ được nối tam giác, có nghĩa là ba pha của động cơ được nối với ba pha của nguồn điện. việc này sẽ giúp tăng tốc độ quay của động cơ. 

       Do đó, ta thiết kế mạch điều khiển sao-tam giác theo nguyên lý như sau: khi khởi động, ta đóng contactor K và K1 để chạy ở chế độ sao trong một khoảng thời gian nhất định, sau đó ta ngắt contactor K1 và đóng contactor K2 để chuyển sang chế độ tam giác và tiếp tục chạy cho đến khi dừng.

Để chuyển sang chế độ sao tam giác sao khi động cơ đang hoạt động ở chế độ sao hãy làm như sau

      Bước 1: Đầu tiên, bạn phải bật công tắc ON ở K13-14 để cho mạch điều khiển contactor K và K1 hoạt động. Lúc này, động cơ sẽ chạy ở chế độ sao, có nghĩa là các cuộn dây của nó được nối với nhau thành hình sao.

      Bước 2: Sau đó, bạn chờ một lúc cho động cơ tăng tốc lên. Khi nào thấy kim đồng hồ chỉ khoảng 75% tốc độ định mức, bạn thực hiện bước tiếp theo.

      Bước 3: Cuối cùng, bạn tắt contactor K1 và bật contactor K2. Lúc này, động cơ sẽ chuyển sang chế độ tam giác, có nghĩa là các cuộn dây của nó được nối với nguồn điện theo hình tam giác. Động cơ sẽ chạy ổn định ở tốc độ cao hơn.

      Để đảm bảo hoạt động chính xác, Điện Năng Đồng Nai khuyên bạn nên sử dụng bộ đếm thời gian (rơ le thời gian) để điều khiển quá trình chuyển mạch.

      Vậy là xong rồi! chúng ta đã khởi động thành công động cơ bằng mạch sao tam giác thông qua thao tác chuyển mạch bằng tay. 

Mạch khởi động sao tam giác dùng để làm gì ?

       Mục tiêu của mạch khởi động sao tam giác là hạn chế dòng điện khởi động quá cao, có thể gây hư hỏng cho động cơ và các thiết bị bảo vệ. Ngoài ra, mạch khởi động sao tam giác cũng giúp giảm sụt áp trên lưới điện, ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong mạch. Mạch khởi động sao tam giác được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp có yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy cao.

       Một trong những vấn đề lớn nhất khi sử dụng các động cơ sử dụng trong công nghiệp là phải đối mặt với dòng điện khởi động cao. Khi các động cơ máy được bật lên, chúng cần một lượng điện năng lớn để vượt qua sức cản của lực ma sát và tạo ra động lực. Điều này có thể gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho mạch điện và các thiết bị khác được kết nối với nó. Vì vậy, chúng ta cần phải tìm ra những giải pháp hiệu quả để giảm thiểu dòng điện khởi động và bảo vệ mạch điện một trong những giải pháp đó là sử dụng mạch khởi động sao tam giác. 

       Ngoài ra bạn còn có thể tham khảo thêm một số giả pháp khởi động các loại máy móc công nghiệp khác: TẠI ĐÂY

Cách thực hiện kết nối mạch khởi động sao tam giác

     Để kết nối mạch khởi động sao tam giác, chúng ta cần có ba contactor, một rơ le quá tải nhiệt, một công tắc tơ chính và một công tắc tơ delta. Contactor K là contactor chính, contactor K1 là contactor sao và contactor K2 là contactor tam giác. Rơ le quá tải nhiệt được kết nối với contactor chính để bảo vệ động cơ khỏi quá tải. Công tắc tơ chính được dùng để ngắt nguồn điện cho mạch khi cần thiết. Công tắc tơ delta được dùng để thay đổi từ chế độ sao sang chế độ tam giác.

Các bước kết nối mạch như sau:

  - Kết nối nguồn 3 pha vào tiếp điểm bên trên của contactor K, 3 tiếp điểm bên dưới sẽ nối với 3 điểm đầu của các cuộn dây là U1, V1, W1.

  - Với contactor K2 chạy tam giác, 3 tiếp điểm trên được nối với nguồn 3 pha, 3 tiếp điểm bên dưới contactor được nối với 3 điểm cuối của cuộn dây theo đúng thứ tự V2, W2, U2. Sao cho khi contactor K2 và K đóng thì đầu cuộn dây này nối với điểm cuối cuộn dây khác: U1 nối với V2, V1 nối với W2 và W1 nối với U2.

  - Một contactor K1 còn lại sẽ chạy chế độ sao, 3 tiếp điểm bên trên của contactor K1 được nối lại với nhau. Còn 3 tiếp điểm bên dưới nối với 3 điểm cuối của cuộn dây là W2, U2, V2.

       Sau khi kết nối xong mạch nguồn, chúng ta sẽ kết nối mạch điều khiển. Mạch điều khiển sử dụng các phím nhấn để bật và tắt mạch, bộ hẹn giờ để thay đổi từ sao sang tam giác và các rơ le trung gian để kích hoạt các contactor. Các bước kết nối mạch điều khiển như sau:

  - Kết nối nguồn điện AC hoặc DC vào phím nhấn khởi động (S1) và phím nhấn dừng (S0).

  - Kết nối tiếp từ phím nhấn khởi động (S1) đến rơ le quá tải nhiệt (F).

  - Kết nối tiếp từ rơ le quá tải nhiệt (F) đến cuộn dây của contactor chính (K).

  - Kết nối song song với cuộn dây của contactor chính (K) một rơ le trung gian (Q1) để duy trì trạng thái đóng của mạch khi nhả phím nhấn khởi động (S1).

  - Kết nối song song với cuộn dây của contactor chính (K) một rơ le trung gian (Q2) để kích hoạt contactor sao (K1).

  - Kết nối từ tiếp điểm NO của rơ le trung gian (Q2) đến cuộn dây của contactor sao (K1).

  - Kết nối song song với cuộn dây của contactor sao (K1) một bộ hẹn giờ (KT) để thay đổi từ sao sang tam giác sau một khoảng thời gian nhất định.

  - Kết nối từ tiếp điểm NC của bộ hẹn giờ (KT) đến cuộn dây của contactor tam giác (K2).

  - Kết nối từ phím nhấn dừng (S0) đến tiếp điểm NC của rơ le trung gian (Q1) để ngắt mạch khi nhấn phím dừng.

       Sau khi kết nối xong mạch điều khiển, chúng ta có thể thử nghiệm mạch khởi động sao tam giác. Khi nhấn phím khởi động (S1), contactor chính (K) và contactor sao (K1) sẽ đóng, động cơ sẽ chạy ở chế độ sao với dòng điện và công suất thấp. Sau một khoảng thời gian do bộ hẹn giờ (KT) cài đặt, contactor sao (K1) sẽ ngắt, contactor tam giác (K2) sẽ đóng, động cơ sẽ chạy ở chế độ tam giác với dòng điện và công suất cao. Khi nhấn phím dừng (S0), tất cả các contactor sẽ ngắt, động cơ sẽ dừng hoạt động.

Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác

Bộ khởi động star delta có nhiều ưu điểm so với các loại bộ khởi động khác, chẳng hạn như

- Chi phí thấp: Bộ khởi động star delta không yêu cầu các linh kiện phức tạp hoặc đắt tiền, chỉ cần một công tắc chuyển mạch và một thời gian định thời để điều khiển quá trình chuyển đổi.

- Không sinh nhiệt: Bộ khởi động star delta không cần sử dụng các thiết bị như biến tần, biến áp hay điện trở để giảm dòng khởi động, do đó không gây ra nhiệt lượng thừa hoặc làm giảm hiệu suất của động cơ.

- Giảm dòng khởi động: Bằng cách kết nối các cuộn dây thành hình sao, bộ khởi động star delta có thể giảm dòng khởi động xuống còn khoảng 1/3 so với dòng khởi động trực tiếp, giảm thiểu sự ảnh hưởng của dòng khởi động lên lưới điện và các thiết bị liên quan.

- Tăng mô-men xoắn: Bằng cách chuyển sang hình tam giác khi động cơ đã chạy ổn định, bộ khởi động star delta có thể tạo ra mô-men xoắn cao hơn trên mỗi ampe dòng điện, tăng hiệu suất và sức kéo của động cơ.

Các loại mạch khởi động sao tam giác

       Mạch khởi động sao tam giác có hai loại chính là mạch khởi động sao tam giác trong dòng mạch mở và mạch khởi động sao tam giác trong dòng mạch đóng. Hai loại mạch này có những đặc điểm, ưu điểm và nhược điểm khác nhau như sau:

Mạch khởi động sao tam giác trong dòng mạch mở

       Đây là loại mạch phổ biến nhất, trong đó cuộn dây của động cơ được nối theo hình sao khi khởi động và được chuyển sang hình tam giác khi hoạt động bình thường. Quá trình chuyển đổi được thực hiện bằng ba công tắc tơ và một rơ le thời gian. 

       Ưu điểm của loại mạch này là chi phí thấp, thiết kế đơn giản, không cần thiết bị phụ trợ. 

       Nhược điểm là khi chuyển đổi từ sao sang tam giác, cuộn dây của động cơ sẽ bị ngắt hoàn toàn trong một khoảng thời gian ngắn, gây ra sự biến thiên lớn về dòng điện và mô-men xoắn, có thể làm rung lắc hoặc hỏng hóc các bộ phận của hệ thống.

Mạch khởi động sao tam giác trong dòng mạch đóng

        Đây là loại mạch nâng cao hơn, trong đó cuộn dây của động cơ không bị ngắt khi chuyển đổi từ sao sang tam giác, mà được nối tiếp với các điện trở chuyển tiếp để làm giảm sự thay đổi về dòng điện và mô-men xoắn. Quá trình chuyển đổi được thực hiện bằng sáu công tắc tơ và hai rơ le thời gian. 

        Ưu điểm của loại mạch này là khắc phục được nhược điểm của loại mạch trước, làm ổn định hơn quá trình khởi động và hoạt động của động cơ. 

        Nhược điểm là yêu cầu nhiều thiết bị chuyển mạch hơn, phức tạp hơn trong việc lắp đặt và vận hành, chi phí cao hơn.

Một số hạn chế của bộ khởi động sao tam giác

- Mô-men xoắn khởi động chỉ bằng 1/3 mô-men xoắn định mức.

- Đòi hỏi phải có một loại động cơ riêng biệt.

- Ứng dụng của bộ khởi động sao tam giác

         - Bộ khởi động sao tam giác phù hợp với các ứng dụng có yêu cầu về dòng khởi động thấp và dòng điện lưới phải giảm thiểu.

         - Bộ khởi động sao tam giác không phù hợp với các ứng dụng cần mô-men xoắn khởi động cao. Trong trường hợp này, nên sử dụng bộ khởi động DOL.

         - Nếu tải trọng của động cơ quá lớn, sẽ không có đủ mô-men xoắn để tăng tốc động cơ lên trước khi chuyển sang chế độ tam giác. Một ví dụ về ứng dụng của bộ khởi động sao tam giác là máy nén trục vít.

Ứng dụng của mạch khởi động sao tam giác

         - Tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành bằng cách hạn chế dòng điện khởi động cao gây hao tổn cho hệ thống điện và thiết bị bảo vệ.

        - Tăng tuổi thọ và hiệu suất của động cơ bằng cách giảm sự biến dạng và nhiệt độ của cuộn dây trong quá trình khởi động.

         - Thích hợp cho các loại động cơ có công suất lớn, có yêu cầu mô-men khởi động cao và có thời gian chạy liên tục.

Lưu ý:

         Mạch khởi động sao tam giác là một giải pháp hiệu quả và phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp. Tuy nhiên, để sử dụng mạch này một cách an toàn và hiệu quả, người sử dụng cần lưu ý các vấn đề sau:

- Chọn relay thời gian phù hợp với thời gian chuyển đổi của cuộn dây, thường là từ 3 đến 10 giây.

- Chọn công tắc phụ có khả năng chịu được dòng điện cao khi chuyển đổi từ sao sang tam giác.

- Bảo trì và kiểm tra thường xuyên các thiết bị trong mạch để phát hiện và xử lý kịp thời các sự cố có thể xảy ra.

Một số thông tin có thể bạn chưa biết về mạch khởi động sao tam giác

Khi truyền tải điện năng ở khoảng cách xa, người ta thường đấu chế độ sao thay vì chế độ tam giác do yêu cầu về cách điện của kết nối sao thấp hơn chế độ tam giác. 

Khi đấu chế độ sao, sẽ có một điểm trung tính cân bằng điện áp. 

Máy phát điện thường được đấu nối chế độ sao để đảm bảo việc bảo vệ nối đất tốt. Cuộn dây của máy biến áp sử dụng cả hai chế độ sao và tam giác cho sơ cấp, thứ cấp. 

Động cơ xoay chiều 3 pha áp dụng đấu sao tam giác tùy theo yêu cầu và ứng dụng. Mạch sao tam giác còn sử dụng để khởi động động cơ nên gọi là mạch khởi động sao tam giác.