Khởi động mềm

Khởi động mềm là thiết bị điều khiển điện áp đưa vào động cơ ở thời điểm khởi động, giúp động cơ tăng tốc từ từ đến tốc độ định mức. Thiết bị này giúp hạn chế dòng khởi động cao, giảm sốc cơ khí và tăng tuổi thọ cho hệ thống.

Đặc điểm cấu tạo của khởi động mềm gồm bộ thyristor (SCR) để điều chỉnh điện áp đầu vào, mạch điều khiển trung tâm để xử lý tín hiệu và giao diện cài đặt thông số. Thiết kế đơn giản nhưng hiệu quả trong việc điều chỉnh điện áp khởi động.

Ứng dụng của khởi động mềm phổ biến trong các hệ thống bơm, quạt, băng tải, và máy nén. Thiết bị này phù hợp với tải cần khởi động êm ái và không yêu cầu điều khiển tốc độ trong suốt quá trình vận hành.

Nguyên lý hoạt động dựa trên việc điều chỉnh điện áp đầu vào động cơ bằng cách thay đổi góc dẫn của thyristor. Khi điện áp tăng dần, động cơ khởi động từ từ, tránh hiện tượng quá dòng và giảm lực tác động cơ học lên thiết bị.

Các thương hiệu sản phẩm nổi tiếng hiện nay bạn có thể tham khảo như khởi động mềm ABB, khởi động mềm Schneider, Siemens. FDI Care là nhà phân phối sản phẩm giá tốt nhất thị trường giúp bạn tiết kiệm lên đến 20%.

Bài viết liên quan:

• Khởi Động Mềm 1 Pha: Bí Quyết Vận Hành Êm Ái Cho Thiết Bị Điện Gia Đình

1. Khởi động mềm là gì?  

Khởi động mềm hay soft starter là một thiết bị điện tử công suất sử dụng các linh kiện bán dẫn như thyristor để điều khiển và hạn chế điện áp cũng như dòng điện trong quá trình khởi động của động cơ điện xoay chiều, đặc biệt là động cơ không đồng bộ ba pha. Mục đích chính của nó là giúp động cơ tăng tốc một cách từ từ và êm ái, loại bỏ các cú sốc về cơ khí và hiện tượng sụt áp trên lưới điện vốn thường xảy ra khi khởi động động cơ theo các phương pháp truyền thống như khởi động trực tiếp hoặc sao-tam giác.

Lợi ích chính khi sử dụng khởi động mềm

Các lợi ích này bao gồm việc giảm dòng khởi động, bảo vệ hệ thống cơ khí, tăng tuổi thọ thiết bị và chức năng dừng mềm. Cụ thể như sau:

• Giảm dòng khởi động: Hạn chế dòng điện khởi động đột ngột (thường cao gấp 5-8 lần dòng định mức), giúp giảm sụt áp trên lưới điện và tránh các khoản phạt về điện năng phản kháng từ nhà cung cấp điện.
• Bảo vệ hệ thống cơ khí: Việc khởi động êm ái giúp giảm thiểu các cú sốc và ứng suất cơ học lên các bộ phận của động cơ cũng như các thiết bị được kết nối như hộp số, dây curoa, khớp nối...
• Tăng tuổi thọ động cơ và thiết bị: Giảm bớt sự hao mòn do các cú sốc cơ khí và nhiệt trong quá trình khởi động, từ đó kéo dài tuổi thọ của toàn bộ hệ thống.
• Chức năng dừng mềm: Tính năng này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng bơm, giúp ngăn chặn hiện tượng búa nước (water hammer) có thể làm hỏng đường ống và các van.

Khác biệt chính so với biến tần 

Điều quan trọng cần phân biệt là khởi động mềm không phải là biến tần, dù cả hai đều là thiết bị điện tử điều khiển động cơ.

• Khởi động mềm: Chỉ có chức năng điều khiển điện áp trong quá trình khởi động và dừng. Nó không thể thay đổi tốc độ của động cơ khi đang hoạt động ở trạng thái ổn định.
• Biến tần: Có khả năng điều khiển cả điện áp và tần số của nguồn điện. Điều này cho phép biến tần có thể điều khiển tốc độ của động cơ một cách liên tục trong suốt quá trình hoạt động, không chỉ lúc khởi động. Do đó, biến tần có chức năng cao cấp và giá thành đắt hơn khởi động mềm.

  2. Khi nào nên sử dụng khởi động mềm?  

Thiết bị này nên sử dụng với động cơ trong các trường hợp như sau:  

• Một thiết bị khởi động mềm chỉ có thể sử dụng với một động cơ duy nhất  
• Cần hỗ trợ quá trình khởi động, quá trình dừng của động cơ, tăng tốc hay giảm tốc trong quá trình khởi động của động cơ, không thể đảo chiều động cơ  
• Giúp bảo vệ động cơ trước các sự cố không mong muốn như: quá dòng, quá áp, mất pha, quá tải, ngắn mạch cho tải, v.v.  
• Cần hạn chế tính trạng sụt áp điện lưới  
• Giúp bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ động cơ, giảm chi phí đầu tư, vì có giá thành thấp hơn biến tần, đồng thời giúp giảm chi phí bảo trì, bảo dưỡng hàng tháng  

3. Đặc điểm của khởi động mềm

Các đặc điểm kỹ thuật chính làm nên giá trị của một bộ khởi động mềm bao gồm khả năng điều khiển tăng giảm điện áp tuyến tính, tính năng giảm dòng khởi động hiệu quả, việc tích hợp contactor bypass, các chức năng bảo vệ động cơ và thiết kế nhỏ gọn. Cụ thể như sau:

• Điều khiển tăng, giảm điện áp một cách tuyến tính Đây là đặc điểm cốt lõi và khác biệt nhất. Khởi động mềm cho phép người dùng cài đặt thời gian tăng tốc (ramp-up) và giảm tốc (ramp-down), giúp điện áp được cấp cho động cơ một cách từ từ và êm ái, tránh các cú sốc đột ngột về cơ khí và điện.
• Giảm dòng khởi động hiệu quả Bằng cách khởi động ở một mức điện áp thấp ban đầu, thiết bị giúp hạn chế dòng điện khởi động xuống chỉ còn khoảng 2 đến 4 lần dòng định mức. Con số này thấp hơn rất nhiều so với phương pháp khởi động trực tiếp (DOL) có dòng khởi động cao gấp 5-8 lần.
• Tích hợp Contactor Bypass bên trong Hầu hết các bộ khởi động mềm hiện đại đều có một contactor bypass được tích hợp sẵn. Nó sẽ tự động đóng lại sau khi động cơ đã khởi động xong và đạt tốc độ tối đa, giúp giảm phát nhiệt trên các linh kiện bán dẫn (thyristor) và tăng tuổi thọ cho chính bộ khởi động mềm.
• Tích hợp các chức năng bảo vệ động cơ Nhiều thiết bị được tích hợp sẵn các chức năng bảo vệ quan trọng cho động cơ. Các chức năng này có thể bao gồm bảo vệ quá tải, mất pha, ngược pha, kẹt rotor..., giúp giảm chi phí cho việc lắp đặt các rơ le bảo vệ bên ngoài.
• Thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian So với các hệ thống khởi động sao-tam giác truyền thống vốn cồng kềnh với nhiều contactor và rơ le, một bộ khởi động mềm có kích thước nhỏ gọn hơn rất nhiều. Điều này giúp tiết kiệm không gian quý giá bên trong các tủ điện điều khiển.

>>> Xem thêm sản phẩm: Khởi Động Mềm ABB PSE60-600-70

4. Cấu tạo của khởi động mềm

Các bộ phận chính bao gồm khối công suất bằng thyristor, mạch điều khiển vi xử lý, contactor bypass tích hợp và hệ thống tản nhiệt. Cụ thể như sau:

• Khối công suất (Thyristor/SCR): Đây là "trái tim" của thiết bị, bao gồm các cặp thyristor đấu song song ngược cho mỗi pha điện. Bằng cách điều khiển góc kích của các thyristor này, bộ khởi động mềm có thể điều chỉnh và tăng dần điện áp cấp cho động cơ.
• Mạch điều khiển (Control Board): Đây là "bộ não", thường là một bo mạch vi xử lý, có nhiệm vụ nhận tín hiệu, điều khiển góc kích của các thyristor theo đúng thời gian tăng tốc đã cài đặt, và thực hiện các chức năng bảo vệ.
• Contactor Bypass tích hợp: Đây là một contactor được tích hợp sẵn bên trong. Sau khi quá trình khởi động kết thúc và động cơ đã đạt tốc độ tối đa, contactor này sẽ tự động đóng lại để nối động cơ trực tiếp với lưới điện, giúp giảm phát nhiệt và tăng tuổi thọ cho các thyristor.
• Tản nhiệt và quạt làm mát: Các linh kiện bán dẫn công suất tỏa ra một lượng nhiệt rất lớn khi hoạt động. Hệ thống tản nhiệt bằng nhôm và quạt làm mát có nhiệm vụ giải nhiệt, đảm bảo thiết bị hoạt động ổn định và bền bỉ.

5. Nguyên lý làm việc của khởi động mềm

Các giai đoạn này bao gồm quá trình khởi động, quá trình hoạt động ổn định và quá trình dừng mềm. Cụ thể như sau:

Giai đoạn 1: Khởi động (Tăng tốc – Ramp-up)

Khi nhận được lệnh khởi động, bộ vi xử lý của khởi động mềm sẽ bắt đầu cấp các xung điều khiển để mở dần các thyristor. Thay vì cấp toàn bộ điện áp lưới ngay lập tức, nó sẽ bắt đầu với một mức điện áp thấp ban đầu, thường được người dùng cài đặt trước. Sau đó, điện áp sẽ được tăng lên một cách tuyến tính và từ từ cho đến khi đạt 100% điện áp định mức trong một khoảng thời gian gọi là "thời gian tăng tốc". Quá trình này giúp mô-men xoắn của động cơ cũng tăng lên một cách êm ái, giúp động cơ tăng tốc mượt mà và hạn chế dòng khởi động ở mức thấp.

Giai đoạn 2: Hoạt động ổn định (Bypass)

Khi quá trình khởi động kết thúc và động cơ đã đạt đến tốc độ tối đa, bộ điều khiển sẽ kích hoạt một contactor nội bộ gọi là contactor bypass. Contactor này sẽ đóng lại, nối động cơ trực tiếp vào lưới điện và cho phép dòng điện chạy qua nó thay vì chạy qua các thyristor. Việc này giúp các thyristor được "nghỉ ngơi", giảm thiểu việc phát nhiệt không cần thiết, tăng hiệu suất của hệ thống và kéo dài tuổi thọ cho chính bộ khởi động mềm.

Giai đoạn 3: Dừng mềm (Giảm tốc – Ramp-down)

Đối với các ứng dụng cần dừng một cách từ từ để tránh sốc cơ khí, người dùng có thể kích hoạt chức năng dừng mềm. Khi nhận được lệnh dừng, contactor bypass sẽ mở ra, và bộ khởi động mềm sẽ tiếp tục kiểm soát điện áp. Nó sẽ giảm dần điện áp cấp cho động cơ từ mức định mức xuống mức thấp trong một khoảng thời gian đã được cài đặt. Quá trình này giúp động cơ giảm tốc độ một cách từ từ và êm ái trước khi dừng hẳn, đặc biệt hữu ích cho các hệ thống bơm để chống lại hiện tượng búa nước.

6. Ứng dụng của khởi động mềm 

Các ứng dụng phổ biến và hiệu quả nhất bao gồm các hệ thống bơm nước, hệ thống quạt thông gió, hệ thống băng tải, các loại máy nén và nhiều máy móc công nghiệp khác. Cụ thể như sau:

• Hệ thống bơm nước: Đây là ứng dụng quan trọng và phổ biến nhất. Việc khởi động mềm giúp động cơ bơm tăng tốc từ từ, tránh tạo ra áp lực đột ngột lên đường ống. Đặc biệt, chức năng dừng mềm giúp ngăn chặn hiệu quả hiện tượng búa nước (water hammer), một trong những nguyên nhân chính gây vỡ đường ống và hỏng van.
• Hệ thống quạt thông gió công nghiệp: Đối với các quạt lớn sử dụng dây curoa, việc khởi động trực tiếp có thể gây ra hiện tượng trượt dây, làm mòn và hỏng dây curoa rất nhanh. Khởi động mềm giúp quạt tăng tốc từ từ, bảo vệ hệ thống truyền động, vòng bi và kéo dài tuổi thọ của quạt.
• Hệ thống băng tải, băng chuyền: Một cú giật đột ngột khi khởi động có thể làm đổ, vỡ hoặc xô lệch các sản phẩm trên băng tải. Việc sử dụng khởi động mềm đảm bảo băng tải chuyển động một cách êm ái, nhẹ nhàng, giúp bảo vệ sản phẩm và giảm ứng suất lên hộp số, dây băng tải.
• Máy nén khí: Máy nén là thiết bị có mô-men khởi động rất lớn. Việc sử dụng khởi động mềm giúp giảm dòng khởi động, bảo vệ lưới điện khỏi sụt áp, đồng thời giảm sốc cơ khí cho cả cụm máy nén và động cơ.
• Các máy móc công nghiệp khác: Ngoài ra, khởi động mềm còn được ứng dụng cho nhiều loại máy móc khác cần khởi động êm ái như máy khuấy, máy nghiền, máy ly tâm, máy ép... giúp bảo vệ các bộ phận cơ khí và tăng độ bền cho thiết bị.

7. Hướng dẫn lựa chọn khởi động mềm chuẩn kỹ thuật

Các tiêu chí lựa chọn khởi động mềm chuẩn kỹ thuật bao gồm thông số của động cơ, đặc tính của phụ tải, tần suất khởi động, phương pháp đấu nối phù hợp, các tính năng cần thiết và lựa chọn thương hiệu uy tín. Cụ thể như sau:

• Căn cứ vào thông số của động cơ Đây là bước đầu tiên và quan trọng nhất. Bạn phải chọn bộ khởi động mềm có dải điện áp, công suất (kW) và dòng điện định mức phù hợp với các thông số được ghi trên nhãn của động cơ cần điều khiển.
• Xem xét đặc tính của loại phụ tải Tải của bạn là loại nhẹ như bơm, quạt hay tải nặng như máy nghiền, máy nén? Các ứng dụng tải nặng có quán tính lớn và mô-men khởi động cao thường đòi hỏi một bộ khởi động mềm có khả năng chịu quá tải tốt hơn hoặc có các chế độ khởi động dành riêng cho tải nặng.
• Đánh giá tần suất khởi động Nếu ứng dụng của bạn yêu cầu động cơ phải khởi động liên tục nhiều lần trong một giờ, bạn cần chọn một model có định mức cao hơn. Việc này đảm bảo bộ khởi động mềm có đủ khả năng tản nhiệt và không bị quá nhiệt do phải hoạt động thường xuyên.
• Lựa chọn phương pháp đấu nối Bạn cần xác định rõ phương pháp đấu nối sẽ sử dụng là nối tiếp (in-line) hay đấu trong-tam giác (inside-delta). Việc lựa chọn đấu trong-tam giác có thể giúp bạn tiết kiệm chi phí đáng kể bằng cách sử dụng một bộ khởi động mềm có công suất nhỏ hơn cho cùng một động cơ.
• Xác định các tính năng cần thiết Hãy cân nhắc xem bạn có cần các tính năng cao cấp như dừng mềm (rất quan trọng cho các hệ thống bơm), các chức năng bảo vệ động cơ được tích hợp sẵn, hay khả năng kết nối truyền thông công nghiệp để giám sát từ xa hay không.
• Lựa chọn thương hiệu và nhà cung cấp uy tín Cuối cùng, hãy luôn ưu tiên các thương hiệu lớn đã được khẳng định về chất lượng như ABB, Schneider, Siemens... Mua hàng từ các nhà phân phối chính thức, uy tín sẽ đảm bảo bạn nhận được sản phẩm chính hãng, chất lượng và dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật tốt nhất. 

8. So sánh khởi động mềm với biến tần?  

Qua những thông tin trên, chúng ta có thể thấy được những lợi ích của khởi động mềm. Tuy nhiên, so với biến tần, khởi động mềm chưa phải 1 giải pháp toàn diện. Đặc biệt với các động cơ lớn, biến tần là giải pháp nâng cấp đáng kể so với khởi động mềm trong nhiều ứng dụng điều khiển động cơ. Sau đây là những ưu điểm của biến tần so với khởi động mềm:  

8.1. Điều khiển tốc độ linh hoạt hơn  

Biến tần cho phép điều chỉnh tốc độ động cơ một các vô cấp, từ thấp tới tốc độ định mức. Giúp doanh nghiệp tối ưu hoá hiệu suất của động cơ và phù hợp với nhiều loại tải. Trong khi đó, khởi động mềm chỉ giúp giảm sốc khi khởi động và dừng động cơ.  

8.2. Tối ưu hoá tiêu thụ năng lượng hơn  

Bên cạnh đó, biến tần giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với tải. Ví dụ, khi tải giảm, biến tần sẽ tự động giảm tốc độ động cơ. Qua đó, hạn chế tình trạng lãng phí điện năng. Trong khi đó khởi động mềm không làm được việc này.  

8.3. Nhiều tính năng và hệ thống bảo vệ động cơ hơn  

Biến tần cung cấp đa dạng tính năng bảo vệ từ cơ bản đến nâng cao. Ví dụ như điều khiển momen xoắn, hệ thống giao tiếp, đảo chiều quay động cơ, v.v. Trong khi đó, khởi động mềm chỉ có tính năng bảo vệ cơ bản và có ít năng hơn.  

Bài viết trên đã cung cấp những kiến thức liên quan đến khởi động mềm, bao gồm khái niệm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, được tổng hợp, chia sẻ một cách chi tiết. Hy vọng rằng bài viết này của FDI care đã mang đến cho bạn những thông tin hữu ích.