0 0
0
No products in the cart.

Mạch khởi động hình sao - tam giác cho động cơ 3 pha

Th03 20, 2021 / Theo Nguyễn Từ / in Động cơ

► Những kiến thức quan trọng về tự động hoá
 

1/ Mạch khởi động sao - tam giác là gì?

Trong bài viết này chúng ta thảo luận về cách khởi động hình sao-tam giác với động cơ ba pha. Sau đó tìm hiểu được nguyên lí chủ yếu cũng như ý nghĩa về mặt toán học để giúp hiểu hơn về phương pháp này.

Dưới đây là hai ví dụ về sơ đồ đấu dây cho bộ khởi động sao tam giác từ các nhà cung cấp trong ngành.  Hãy kiểm tra cách thức mà nhà cung cấp cho phép xem một động cơ có khả năng kết nối sao tam giác hay không.

Khởi động hình sao

mạch khởi động

 

Hình 1. Sơ đồ đấu dây sao-tam giác của Siemens

Chúng ta sẽ sử dụng mã màu Đỏ-Vàng-Xanh cho từng pha tương ứng. Tuy nhiên sẽ có những mã màu khác ở phần sau của bài viết.

Động cơ ba pha được sử dụng rộng rãi trong các tòa nhà và trong công nghiệp. Bên trong một động có ba pha có ba cuộn dây riêng biệt được sử dụng để tạo ra từ trường quay. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua mỗi cuộn dây, nó sẽ tạo ra một từ trường có cường độ và cực thay đổi theo thời gian.

Nếu chúng ta nối mỗi cuộn dây vào một pha khác nhau, các electron tự do sẽ chuyển tiếp và đảo chiều ở các thời điểm khác nhau so với các pha khác, do đó ở một pha nhất định từ trường sẽ thay đổi cường độ và phân cực khác so với những pha còn lại trong cùng một thời điểm.

Để tạo ra từ trường quay trong động cơ, chúng ta lắp các cuộn dây lệch nhau góc 120° lên stato. Từ trường quay này sẽ làm cho roto quay tạo thành quạt, máy bơm ….

Thông thường trên đầu hay bên cạnh động cơ sẽ có một hộp đấu dây điện. Bên trong hộp đấu dây có 6 cực mỗi cực sẽ tương ứng với một chữ và một số: U1, V1, W1 và W2, U2, V2.

Cuộn dây pha thứ 1 sẽ nối với cực U, cuộn dây pha thứ 2 sẽ nối với cực V, cuộn dây pha thứ 3 nối với cực W. Các cực đấu được sắp xếp khác nhau từ trên xuống dưới. 

Chúng ta luôn luôn kết nối nguốn với các cực U1, V1, W1.

Để động cơ chạy được cần hoàn thành mạch kết nối hoàn chỉnh theo hướng dẫn. Có 2 cách để làm được điều này: 

1.1/ Kết nối hình tam giác

Kết nối tam giác


Đầu tiên là kết nối hình tam giác. Để kết nối chúng ta đấu cực U1 với W2, V1 với U2, W1 với V2. Đấu như hướng dẫn sẽ có được kết nối hình tam giác.

Khi cho dòng điện chạy qua các pha, dòng điện chạy từ pha này sang pha khác ở những thời điểm các pha bắt đầu đổi chiều. Đó là lý do mà các cực được kết nối như vậy, các pha sẽ được nối với nhau và cho phép dòng điện chạy giữa các pha khi các pha đảo chiều vào những thời điểm khác nhau.

1.2/ Kết nối hình sao

Kết nối hinh sao

Cách khác mà chúng ta có thể kết nối là kết nối hình sao. Trong cách này, W2, U2 và V2 được kết nối lại với nhau. Điều này mang lại một cách kết nối hình sao.

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó sẽ được chia đều ở các pha trên mỗi cực.

Hai cách chúng ta vừa thấy là phương pháp cố định. Để thay đổi cách kết nối phải tháo rời dây ở các cực sau đó đấu lại theo kiểu mong muốn. Điều này thật sự bất tiện!

1.3/ Làm thế nào để đơn giản việc thay đổi giữa các cách kết nối?

Để làm được chúng ta cần việc tự động chuyển mạch vậy nên những công tắc tơ được sử dụng ở đây. Công tắc tơ là một công tắc có thể kích hoạt để đóng hoặc ngắt mạch điều khiển dòng điện ba pha.

Mạch khời động sao tam giác

Lấy một công tắc tơ chính kết nối với nguồn ba pha đầu còn lại đấu với các cực bên trong hộp điện động cơ.
Sau đó, lấy một công tắc tơ thứ hai, sẽ được sử dụng cho mạch tam giác, cấp ba pha nguồn vào một đầu công tắc tơ hai đầu còn lại lấy pha 1 kết nối với cực V2 là cuộn dây pha hai, lấy pha 2 kêt nối với W2 là cuộn dây pha 3, cuối cùng kết nối dây pha 3 kết nối với U2 là cuộn dây pha 1.

Chúng ta lấy một công tắc tơ khác để kết nối hình sao, lấy ba cuộn dây pha V2, U2, W2 kết nối lần lượt vào 3 pha công tắc tơ như hình 5, đầu còn lại được đấu chung lại với nhau.

2/ Khởi động động cơ

Việc khởi động hình sao sẽ được diễn ra trước bằng cách đóng công tắc tơ chính để tạo thành một mạch kín.

Mạch khởi động hình sao

Khi có dòng điện chạy qua từng pha và cuộn dây, dòng sẽ qua các cực của động cơ và đi qua công tắc hình sao, các pha sẽ được nối với nhau điều này làm cho dòng điện được phép vào hoặc ra khỏi một pha khác khi chiều thay đổi.

Việc khởi động hình sao sẽ diễn ra vài giây trước khi chuyển qua hình tam giác. Đối với việc khởi động hình tam giác chúng ta phải ngắt công tắc tơ hình sao và bật công tắc tơ hình tam giác.

Mạch khởi động tam giác

Dòng điện chạy vào đi qua cả công tắc tơ chính và công tắc tơ tam giác. Nguồn điện trong công tắc tơ chính sẽ đi vào các cuộn dây của động cơ và đi theo đường dẫn công tắc tơ tam giác đến đầu bên kia thì đi vào một pha khác. Mỗi dòng đi qua các pha khác nhau khi chúng đảo chiều.

3/ Kiểm soát việc chuyển mạch 

Để điều khiển sự chuyển đổi từ công tắc tơ dạng sao sang dạng tam giác, chúng ta cần một bộ đềm thời gian (timer). Bộ đếm sẽ tự động thay đổi trạng thái sau một khoảng thời gian nhất định. Ngoài ra, để kiểm soát chặt chẽ hơn có thể thêm vào bộ phận giám sát ampe hoặc tốc độ.

3.1/ Các tiêu chuẩn ở Hoa Kỳ

sơ đồ đấu nối ở Mỹ

 Sơ đồ đấu nối ở Mỹ 

Nếu bạn ở Mỹ thì bạn có thể thấy những mã màu này được sử dụng, đây là màu dành cho nguồn điện 3 pha 208V, nhưng màu sắc sẽ khác đối với nguồn điện 3 pha 480V.

3.2/ Các tiêu chuẩn ở Châu Âu 

sơ đồ đấu dây ở châu Âu

Sơ đồ đấu nối ở Anh và EU

Ở Anh và EU, bạn sẽ thấy những mã màu này được sử dụng cho các pha. Riêng ở Anh bạn vẫn có thể bắt gặp những mã màu xanh đỏ vàng.

3.3/ Các tiêu chuẩn ở Châu Úc

sơ đồ đấu dây ở úc

Sơ đồ đấu nối ở Úc 

4/ Tại sao chúng ta sử dụng khởi động sao - tam giác?

Câu trả lời chính là để giảm dòng khởi động cho động cơ. Khi động cơ khởi động dòng chạy qua động cơ sẽ gấp 5 lần dòng khi động cơ hoạt động ổn định và chạy bình thường.

Dòng điện vọt lố như vậy sẽ gây ra nhiều vấn đề. Hệ thống điện của các tòa nhà sẽ bị ảnh hưởng. Dòng tăng mạnh làm cho các thiết bị tăng nhiệt nhanh chóng dẫn đến hư hỏng thậm chí là cháy nổ. Để đáp ứng dòng điện sẽ dẫn đến việc sụt giảm điện áp trong toàn bộ hệ thống điện của tòa nhà, chúng ta có thể dễ dàng cảm nhận qua việc đèn sẽ nhấp nháy và sáng mờ, điều này có thể gây ra nhiều vấn đề cho các thiết bị như máy tính và máy chủ.

Vì vậy để giảm dòng khởi động thì cần giảm điện áp khởi động...?

Kết nối sao sẽ giảm điện áp xuống khoảng 58% so với kết nối tam giác. Một điện áp thấp hơn sẽ dẫn đến một dòng điện thấp hơn. Dòng điện trong cuộn dây khi ở kết nối sao sẽ ở khoảng 33% kết nối tam giác. Điều này cũng sẽ dẫn đến giảm mo_men xoắn, mo men xoắn kết nối hình sao cũng sẽ vào khoảng 33% so với kết nối hình tam giác .

4.1/ Những gì xảy ra khi khởi động sao - tam giác

Giả sử chúng ta có một động cơ được kết nối hình tam giác với điện áp cung cấp điển hình ở châu Âu là 400V.

mạch nối hình tam giác

Ví dụ về kết nối tam giác

Khi dùng đồng hồ đo điện thế ở giữa hai pha bất kì, chúng ta sẽ đọc được là 400V. Chúng ta gọi là điện áp dây.
Khi đo ở hai đầu cuộn dây cũng đo được một điện thế là 400V.Giả sử cuộn dây có một điện trở hoặc trở kháng do đây là điện áp xoay chiều với giá trị là 20 Ohms. Ta có phép tình 400V/20Ohms=20A. Cho nên khi đo dòng trên cuộn dây ta đo được giá trị là 20Amps. Nhưng dòng điện trong dây sẽ khác, với giá trị đo được là 34,6A, bởi vì 20*√3=34,6A\

Kết nối hình sao

Ví dụ về kết nối sao 

Với một kết nối hình sao, khi đo điện áp giữa hai đầu của cuộn dây, ta đo được một giá trị thấp hơn là 230V. Bởi vì cuộn dây không được kết nối giữa hai pha như hình tam giác, một đầu kết nối với một pha và đầu kia được kết nối với điểm chung. Do đó điện áp được chia ra và sẽ ít hơn một trong các pha.

Ta cũng được phép tính 400V/√3=230V. Khi điện áp nhỏ thì dòng cũng nhỏ tương tự với 230V/20Ohm=11,5A 
Chính vì vậy kết nối hình tam giác sẽ có điện áp 400V giữa hai pha, mặt khác kết nối hình sao chi được 230V giữa dây pha và điểm trung tính. Kết luận được rằng kết nối hình sao sử dụng ít điện áp hơn dòng điện cũng ít hơn so với kết nối tam giác, cho nên sử dụng kết nối hình sao đầu tiên là hoàn toàn hợp lí.