Khởi động mềm là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Khởi động mềm là gì?

Khởi động mềm (Soft starter) là một thiết bị điều khiển được sử dụng để giảm dòng khởi động và giúp điều chỉnh quá trình khởi động của động cơ điện một cách hiệu quả. Softstarter thường được sử dụng để khởi động các động cơ điện có công suất vừa và lớn. Thay vì khởi động ngay lập tức với một dòng điện cao, khởi động mềm sẽ giảm dần công suất điện áp và dòng điện đầu vào cho đến khi động cơ hoạt động ở điều kiện đầy đủ.

Cấu tạo, nguyên lý làm việc của Soft starter (Khởi động mềm)

Cấu tạo:

Bộ phận điều khiển (có thể có màn hình và bàn phím hoặc điều khiển bằng vít/ vặn biến trở)
Thyristor hoặc SCR (Silicon control rectifier) được sử dụng để điều khiển và đóng ngắt dòng điện
Hệ thống tản nhiệt và quạt làm mát
Contactor Bypass (có thể sẵn có hoặc không tùy theo từng loại khởi động mềm)
Vỏ bảo vệ sẽ có chất liệu tuỳ thuộc vào các tiêu chuẩn bảo vệ do môi trường sử dụng
Bộ phận điều khiển: điều khiển số hoặc cơ khí, các đầu ra chức năng rơ le báo trạng thái, điều khiển bảo vệ chống quá nhiệt, quá tải, các kết nối truyền thông Modbus, Profibus, điều khiển thời gian khởi động bằng biến trở hoặc màn hình.

Nguyên lý làm việc của Soft Starter (Khởi động mềm)

Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm dựa trên việc điều chỉnh điện áp và dòng điện cung cấp cho động cơ trong quá trình khởi động và dừng. Các bước cơ bản như sau:

Khởi động: Khi khởi động, khởi động mềm bắt đầu bằng cách điều chỉnh các SCR để tăng dần điện áp cung cấp cho động cơ. Ban đầu, điện áp thấp và tăng dần lên đến giá trị định mức. Điều này giúp giảm dòng khởi động và mô-men xoắn khởi động, làm giảm sốc cơ học và điện cho hệ thống.
Vận hành: Sau khi động cơ đã đạt tốc độ định mức, khởi động mềm sẽ giữ điện áp và dòng điện ổn định, cho phép động cơ hoạt động ở trạng thái bình thường.
Dừng: Khi cần dừng động cơ, khởi động mềm sẽ giảm dần điện áp cung cấp, giúp động cơ dừng lại một cách êm ái mà không gây sốc cơ học cho hệ thống.
Bảo vệ: Trong suốt quá trình khởi động, vận hành và dừng, khởi động mềm liên tục giám sát các thông số như dòng điện, điện áp, nhiệt độ và các lỗi khác để bảo vệ động cơ và hệ thống khỏi các tình huống quá tải, quá nhiệt, mất pha, và các lỗi khác.

Tham khảo: Video: Hướng dẫn cài đặt nhanh khởi động mềm ATS480 Schneider

Công dụng của khởi động mềm

Một trong những ưu điểm của khởi động mềm là khả năng điều chỉnh mô men chính xác cho ứng dụng, bất kể là tải hay không.
Soft starter thường cung cấp các chức năng bảo vệ như bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá tải và bảo vệ quá nhiệt, nhằm đảm bảo an toàn hoạt động của động cơ và hệ thống liên quan. Chúng cũng giúp tăng tuổi thọ của động cơ và giảm tiếng ồn/ giảm rung trong quá trình khởi động.
Chức năng dừng mềm của khởi động mềm thật sự hữu ích, đặc biệt khi dừng bơm hoặc băng tải vận chuyển vật liệu dễ vỡ.
Các ứng dụng thực tế của khởi động mềm bao gồm động cơ điện cho chuyên chở vật liệu, bơm, động cơ vận hành không tải lâu dài, động cơ có bộ chuyển đổi (như hộp số, băng tải) và động cơ có trọng lượng quán tính lớn (như quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ép, máy khuấy, máy dệt...

Ưu, nhược điểm của khởi động mềm

Ưu điểm của khởi động mềm (Soft starter):

Giảm tác động khởi động: Soft starter giúp giảm các tác động mạnh và đột ngột lên động cơ khi khởi động. Điều này làm giảm sự hao mòn của bộ phận cơ học trong động cơ, giúp tăng tuổi thọ của thiết bị hiệu quả.
Kiểm soát mô men: Soft starter cho phép điều chỉnh mô men đầu tiên và mô men định mức của động cơ. Bên cạnh đó còn giúp ứng dụng có thể điều chỉnh mô men theo nhu cầu cụ thể, đặc biệt là trong các ứng dụng như bơm và máy ép.
Tiết kiệm năng lượng: Soft starter giúp giảm dòng khởi đầu bằng cách giảm điện áp đầu vào từ mức đầy cho đến mức hoạt động định mức. Điều này giúp giảm tổn thất năng lượng và tiết kiệm điện hữu hiệu.
Bảo vệ thiết bị: Soft starter giúp giảm ảnh hưởng của quá dòng và quá tải đối với động cơ và thiết bị điện khác. Điều này hỗ trợ việc bảo vệ và nâng cao tuổi thọ của các thiết bị trong hệ thống.
Tăng tuổi thọ thiết bị: Giảm mài mòn cơ khí và điện, kéo dài tuổi thọ của động cơ và các bộ phận liên quan.

Nhược điểm của khởi động mềm (Soft starter):

Chi phí cao: Soft starter thường có giá thành cao hơn so với các phương pháp khởi động truyền thống.
Hạn chế mô men đầu ra: Soft starter có thể giới hạn mô men đầu ra của động cơ. Điều này sẽ gây ảnh hưởng đến khả năng chịu tải và hiệu suất của động cơ trong một số ứng dụng đặc biệt.
Không phù hợp với một số ứng dụng: Có những ứng dụng yêu cầu khởi động trực tiếp hoặc khởi động sao tam giác để đạt được hiệu suất tốt hơn. Trong trường hợp này, Soft starter không phù hợp hoặc không cung cấp những tính năng tốt nhất cho các ứng dụng đó.
Cần kiến thức kỹ thuật cao để sử dụng: Để cài đặt và vận hành Soft starter, người dùng cần phải có hiểu biết về điện và kiến thức kỹ thuật liên quan tốt. Điều này có thể là một hạn chế đối với các hệ thống không có người dùng đạt kỹ năng kỹ thuật cao trong quá trình cài đặt và vận hành.
Nhiệt độ hoạt động: Khởi động mềm có thể tạo ra nhiệt trong quá trình hoạt động, yêu cầu hệ thống làm mát hoặc biện pháp giải nhiệt phù hợp.

So sánh biến tần và khởi động mềm: Đặc điểm và ứng dụng

Biến tần (Variable Frequency Drive - VFD) và khởi động mềm (Soft Starter) đều là các thiết bị được sử dụng để điều khiển động cơ điện, nhưng chúng có những đặc điểm và ứng dụng khác nhau. Dưới đây là sự so sánh giữa biến tần và khởi động mềm:

Đặc điểm:

Biến tần:

Điều khiển tốc độ: Biến tần có khả năng điều khiển tốc độ động cơ một cách liên tục trong suốt quá trình vận hành.
Điều khiển mô-men xoắn: Biến tần có thể điều khiển mô-men xoắn của động cơ, giúp duy trì mô-men xoắn ổn định ở các tốc độ khác nhau.
Bảo vệ động cơ: Biến tần có nhiều chức năng bảo vệ như quá tải, quá nhiệt, mất pha, ngắn mạch, và nhiều chức năng bảo vệ khác.
Tiết kiệm năng lượng: Biến tần giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ phù hợp với tải thực tế.
Phức tạp hơn: Biến tần phức tạp hơn về cấu trúc và điều khiển so với khởi động mềm, yêu cầu kỹ thuật cao hơn để lắp đặt và vận hành.

Khởi động mềm:

Giảm dòng khởi động: Khởi động mềm giảm dòng khởi động và mô-men xoắn khởi động, giúp bảo vệ động cơ và thiết bị cơ khí liên quan.
Giảm sốc cơ học: Giảm sốc cơ học cho động cơ và thiết bị liên quan trong quá trình khởi động và dừng.
Đơn giản hơn: Khởi động mềm có cấu trúc và điều khiển đơn giản hơn biến tần, dễ dàng lắp đặt và vận hành.
Không điều khiển tốc độ vận hành: Khởi động mềm chỉ điều khiển được quá trình khởi động và dừng, không điều khiển được tốc độ động cơ trong quá trình vận hành.

Ứng dụng:
Biến tần:

Biến tần rất phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu điều chỉnh tốc độ linh hoạt như cửa cuốn, băng tải, máy nghiền, quạt,... để tăng hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
Biến tần được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu mô men đầu ra cao, chẳng hạn như máy ép, máy khuấy, máy móc công nghiệp.

Khởi động mềm (Soft starter):

Khởi động mềm được sử dụng để giảm tác động khởi động đến động cơ. Đặc biệt là trong các ứng dụng như bơm, máy ép, các hệ thống vận chuyển vật liệu dễ vỡ.
Khởi động mềm là một giải pháp hợp lý cho các ứng dụng không yêu cầu điều chỉnh tốc độ động cơ, như máy nghiền, bơm, băng truyền, thang máy.

Chọn lựa các dòng khởi động mềm

Đối với công suất động cơ, chúng ta sẽ lựa chọn dòng khởi động mềm phù hợp với dòng định mức.
Đối với tính năng và ứng dụng, chúng ta sẽ lựa chọn các dòng khởi động mềm có nhiều tính năng khác nhau.

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 đã mang đến cho bạn những thông tin hữu ích.