Mạch khởi động trực tiếp: Cấu tạo, nguyên lý và sơ đồ đấu nối

Mạch khởi động trực tiếp là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất để khởi động động cơ điện. Với ưu điểm sơ đồ lắp đặt đơn giản, chi phí đầu tư thấp, đây là lựa chọn hàng đầu của các ứng dụng động cơ đơn giản. Trong bài viết dưới đây, BTB Electric sẽ giới thiệu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp. 

Khái niệm mạch khởi động trực tiếp

Khởi động trực tiếp (DOL Starter hay Direct Online Start) là phương pháp khởi động động cơ cảm ứng lồng sóc 3 pha đơn giản nhất, chỉ cần đóng động cơ vào lưới điện với điện áp thích hợp. Hiểu đơn giản, khởi động DOL sẽ kết nối trực tiếp động cơ với nguồn điện, giúp động cơ hoạt động ngay lập tức mà không cần qua thiết bị trung gian. 

Phương pháp này được sử dụng trong hệ thống có động cơ nhỏ và yêu cầu mô-men khởi động lớn ở trạng thái đầy tải. Thường mạch khởi động trực tiếp phù hợp với động cơ có công suất thấp, dưới 5HP.

Không nên ứng dụng mạch khởi động trực tiếp với những động cơ có công suất lớn hay các hệ thống không chịu được mô-men xoắn khởi động cao. 

Đặc điểm của mạch khởi động trực tiếp

• Dòng khởi động: Gấp 5 đến 8 lần dòng định mức.
• Mô-men khởi động: Gấp 0.5 đến 1.5 lần mô-men định mức. 
• Ưu điểm: Dễ sử dụng, dễ lắp đặt, chi phí thấp, dòng mô-men khởi động mạnh, thời gian khởi động ngắn. 
• Nhược điểm: Dòng khởi động lớn dễ gây sụt áp, gây sốc và hao mòn cơ khí động cơ, không điều chỉnh được tham số khởi động. 

Cấu tạo mạch khởi động trực tiếp

Mạch khởi động trực tiếp gồm 4 bộ phận chính: 

• Công tắc điều khiển (cầu dao bảo vệ): Sử dụng để bật/tắt động cơ, thường có dạng nút nhấn với 2 chế độ START và STOP.
• Contactor: Dùng để kết nối động cơ với nguồn điện. Khi công tắc khởi động, contactor sẽ đóng mạch điện, cho phép dòng điện chạy qua động cơ.
• Rơ le nhiệt: Bảo vệ động cơ khỏi quá tải bằng cách ngắt điện khi dòng điện vượt mức an toàn.
• Tiếp điểm: Có vai trò chuyển dòng điện từ nguồn đến động cơ khi cuộn dây điện từ được kích hoạt. 

Ngoài ra, mạch khởi động trực tiếp còn bao gồm: bảng điều khiển, cuộn dây điện từ, thiết bị bảo vệ quá tải – quá dòng,…

Nguyên lý hoạt động mạch khởi động trực tiếp

Nguyên lý hoạt động của mạch khởi động trực tiếp trải qua 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Khi công tắc điều khiển được bật, mạch điện đóng, nguồn điện được cung cấp cho động cơ. Ở giai đoạn đầu động cơ bắt đầu hoạt động, điện áp và dòng điện sẽ tăng lên đột ngột. Dòng điện khởi đầu lớn tạo ra mô-men xoắn lớn, động cơ tiếp tục gia tốc đến tốc độ ổn định.

Giai đoạn 2: Khi công tắc điều khiển tắt, mạch điện mở, nguồn điện ngừng cung cấp cho động cơ, động cơ cũng dừng hoạt động.

Đối chiếu với sơ đồ mạch điều khiển trực tiếp phía trên, nguyên lý mạch DOL cụ thể như sau:

• CB đóng, điện được cấp cho động cơ.
• Nhấn nút khởi động START, dòng điện chạy qua cuộn hút contactor KM (A1-A2) làm tiếp điểm thường hở của contactor KM (13-14) đóng lại, động cơ bắt đầu quay. Nhấn nút STOP, động cơ sẽ từ từ dừng lại.
• Khi có sự cố quá tải xảy ra, tiếp điểm (95-96) của rơ le nhiệt hở ra, đồng thời tiếp điểm (97-98) đóng lại, đèn RED sáng báo hiệu hệ thống gặp sự cố quá tải. 

Phân loại mạch khởi động trực tiếp

Khởi động trực tiếp có đảo chiều

Nguyên lý hoạt động:

• CB đóng, điện được cấp cho động cơ. 
• Nhấn nút khởi động START C1, dòng điện chạy qua cuộn hút contactor C1 (A1-A2) làm tiếp điểm thường hở của contactor C1 (13-14) đóng lại, động cơ bắt đầu quay thuận. Khi nhấn nút STOP, động cơ sẽ từ từ dừng lại. 
• Nhấn nút khởi động START C2, dòng điện chạy qua cuộn hút contactor C2 (A1-A2) làm tiếp điểm thường hở của contactor C2 (13-14) đóng lại, động cơ bắt đầu quay ngược. 
• Khi có sự cố quá nhiệt, tiếp điểm (95-96) của rơ le nhiệt hở ra, ngắt điện để bảo vệ động cơ. 

Khởi động trực tiếp DOL từ SCADA/DCS qua SIMOCODE

SIMOCODE (SIRIUS Motor Management and Control Devices) là hệ thống quản lý động cơ mô-đun linh hoạt dành cho động cơ hạ thế có tốc độ không đổi.

Ứng dụng của mạch khởi động trực tiếp

Do dòng khởi động của khởi động trực tiếp gấp 5-7 lần dòng định mức nên phương pháp này chỉ phù hợp với động cơ có công suất <5HP hay trong các ứng dụng truyền động đơn giản như truyền động băng tải, bơm nước cho các tòa nhà, máy nghiền, máy trộn. 

Ngoài ra, trong hệ thống điều hòa không khí và thông gió cũng sử dụng khởi động trực tiếp để khởi động động cơ quạt. 

Sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp

Sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp 3 pha

• Sơ đồ đấu dây cơ bản

• Biểu đồ nguồn điện

• Sơ đồ điều khiển

Trong đó:

• MCCB: Pha R, Y và B thông qua MCCB được kết nối đến các tiếp điểm.
• Tiếp điểm chính contactor: Contactor có 3 tiếp điểm chính là L1, L2 và L3. L1 đấu với pha R, L2 đấu với pha Y và L3 đấu với pha B.
• Tiếp điểm NO: Tiếp điểm NO 53-54 đóng khi cuộn dây được cấp điện. Tiếp điểm 53 đấu với nút bắt đầu điểm 96. Điểm 54 đấu với nút dừng.
• Tiếp điểm NC: Tiếp điểm NC 95 và 96 là tiếp điểm thường đóng của rơ le quá tải. Điểm 96 được kết nối với nút dừng.
• Rơ le quá tải: Thường được đấu với T1, T2, T3 để cung cấp điện cho động cơ. T1, T2, T3 được đấu nối lần lượt với điểm 2, 4 và 6 của tiếp điểm.
• Cuộn dây rơ le: Điểm A1 và A2 của cuộn dây rơ le được kết nối với nguồn điện thông qua OLR, nút khởi động và nút dừng. A1 đấu với pha R từ điểm 1. A2 đấu với cực NC của tiếp điểm 95 của rơ le quá tải.

Dưới đây là sơ đồ mạch điện điều khiển và nguồn điện cơ bản để khởi động và dừng động cơ 3 pha bằng mạch khởi động trực tiếp:

Sơ đồ đấu nối mạch khởi động trực tiếp 1 pha

Đấu nối mạch khởi động trực tiếp 1 pha cần sử dụng cả 3 cực của rơ le quá tải để tránh mất cân bằng do dòng điện chỉ chạy qua 2 cực sẽ gây hiện tượng ngắt không cần thiết.

Cách đấu nối như sau:

• Nút màu xanh lá cây được kết nối với nguồn điện pha B thông qua điểm 5 và điểm 53, đồng thời kết nối nguồn điện này với điểm A2 của cuộn dây rơ le thông qua tiếp điểm OLR 96-95. Khi nhấn nút này, động cơ sẽ khởi động.
• Khi nhả nút xanh lá, nguồn điện áp cung cấp cho cuộn dây rơ le vẫn được duy trì. Nguồn điện áp được định tuyến từ điểm 54 của contactor qua tiếp điểm OLR 95-96.
• Sau khi nhả nút khởi động xanh lá, việc nhấn nút dừng màu đỏ sẽ mở các tiếp điểm và ngắt nguồn điện cung cấp cho cuộn dây rơ le. Cuộn dây này sau đó sẽ mất điện và tiếp điểm chuyển sang mở, dừng nguồn điện chạy qua động cơ. 

Xét về ưu, nhược điểm, mạch khởi động trực tiếp vẫn là giải pháp tin cậy và tiết kiệm chi phí để khởi động động cơ công suất nhỏ. Tuy nhiên, việc hiểu rõ hạn chế của dòng khởi động và mô-men xoắn sẽ giúp bạn lựa chọn được phương pháp khởi động thích hợp hơn để thay thế khởi động DOL trong trường hợp động cơ có công suất lớn hoặc thiết bị nhạy cảm với dòng khởi động đột ngột. 

Để tìm hiểu các kiến thức khác liên quan đến mạch khởi động, bạn có thể truy cập: https://btb-electric.com/vi/tin-tuc/kien-thuc-nganh/kien-thuc-tu-dien/.