Khởi động từ 3 pha là gì? Đặc điểm, thông số kỹ thuật và cách đấu

Khởi động từ 3 pha là thiết bị điện dùng để đóng/ngắt mạch điện xoay chiều 3 pha, thường thấy trong các hệ thống điện công nghiệp. Bài viết này sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan và chi tiết về khởi động từ 3 pha từ định nghĩa, đặc điểm, cấu tạo, nguyên lý, thông số kỹ thuật, cách đấu dây đến ứng dụng thực tế. 

1. Khởi động từ 3 pha là gì?

Khởi động từ 3 pha hay còn gọi là contactor 3 pha là một loại thiết bị điện công nghiệp. Chức năng chính của nó là đóng và ngắt mạch điện xoay chiều 3 pha. Nói một cách đơn giản, nó giống như một công tắc điện cỡ lớn và được thiết kế để điều khiển các thiết bị có công suất cao, đặc biệt là động cơ 3 pha.

Đặc điểm nổi bật của khởi động từ 3 pha:

• Hoạt động ổn định: Khởi động từ 3 pha được thiết kế để hoạt động liên tục và ổn định trong môi trường công nghiệp.
• An toàn: Thiết bị này có khả năng bảo vệ quá tải (khi kết hợp với rơ le nhiệt), giúp ngăn ngừa các sự cố như chập cháy, hư hỏng thiết bị.
• Độ bền cao: Khởi động từ 3 pha thường được làm từ vật liệu chất lượng cao, có khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn tốt, đảm bảo tuổi thọ lâu dài.
• Dễ lắp đặt và thay thế: Thiết kế dạng module giúp việc lắp đặt và thay thế khởi động từ 3 pha trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn.
• Tính linh hoạt: Có thể sử dụng trong nhiều mạch điện và tùy chỉnh.

2. Cấu tạo của khởi động từ 3 pha

Khởi động từ 3 pha có cấu tạo không quá phức tạp nhưng lại đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy cao. Về cơ bản, khởi động từ 3 pha bao gồm ba bộ phận chính:

Nam châm điện: Đây là bộ phận quan trọng, tạo ra lực từ trường để điều khiển hoạt động đóng/ngắt của khởi động từ. Cấu tạo của nam châm điện bao gồm:

• Cuộn dây: Cuộn dây được quấn bằng dây đồng, có nhiệm vụ tạo ra lực hút nam châm khi có dòng điện chạy qua.
• Lõi sắt (mạch từ): Lõi sắt gồm hai phần: phần cố định và phần nắp di động. Lõi sắt có thể có dạng EE, EI hoặc CI.
• Lò xo phản lực: Lò xo này có tác dụng đẩy phần nắp di động (lõi sắt di động) trở về vị trí ban đầu khi không còn lực từ.

Hệ thống dập hồ quang: Trong quá trình đóng/ngắt mạch điện, đặc biệt là với các tải công suất lớn, thường xuất hiện hồ quang điện. Hồ quang điện này có thể làm cháy, mòn các tiếp điểm, gây hư hỏng thiết bị. Do đó, khởi động từ 3 pha được trang bị hệ thống dập hồ quang. Hệ thống này thường bao gồm các vách ngăn bằng kim loại, được đặt gần các tiếp điểm (đặc biệt là tiếp điểm chính) để dập tắt hồ quang một cách nhanh chóng, bảo vệ tiếp điểm.

Hệ thống tiếp điểm: Hệ thống này có mối liên hệ với phần lõi từ di động thông qua một bộ phận liên động cơ học. Hệ thống này bao gồm hai loại tiếp điểm:

• Tiếp điểm chính: Tiếp điểm chính có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ vài ampe đến hàng nghìn ampe). Đây là các tiếp điểm thường hở (NO), sẽ đóng lại khi cuộn dây của nam châm điện được cấp điện, cho phép dòng điện đi qua tải.
• Tiếp điểm phụ: Tiếp điểm phụ cho phép dòng điện nhỏ hơn (thường dưới 5A) đi qua. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng (NC) và thường mở (NO). Chúng được sử dụng trong mạch điều khiển của khởi động từ.

3. Nguyên lý hoạt động của khởi động từ 3 pha

Nguyên lý hoạt động của khởi động từ 3 pha dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Dưới đây là các bước chi tiết trong quá trình hoạt động của nó:

• Cấp điện cho cuộn dây: Khi có điện áp được cấp vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện (thường là điện áp định mức của khởi động từ), dòng điện sẽ chạy qua cuộn dây.
• Sinh ra từ trường: Dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường mạnh xung quanh lõi sắt.
• Lõi sắt di động bị hút: Từ trường này tác dụng lực lên phần lõi sắt di động (nắp), hút nó về phía phần lõi sắt cố định.
• Tiếp điểm chính đóng: Chuyển động của lõi sắt di động kéo theo hệ thống tiếp điểm, làm cho các tiếp điểm chính đóng lại. Lúc này, mạch điện 3 pha được nối thông, cho phép dòng điện chạy từ nguồn đến tải (ví dụ: động cơ).
• Tiếp điểm phụ chuyển trạng thái: Đồng thời với việc tiếp điểm chính đóng, các tiếp điểm phụ cũng thay đổi trạng thái (tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra). Sự thay đổi này được sử dụng trong mạch điều khiển.
• Duy trì trạng thái đóng: Khi lõi sắt di động đã bị hút hoàn toàn về phía lõi sắt cố định, từ trường vẫn được duy trì (nếu vẫn cấp điện cho cuộn dây) và giữ cho các tiếp điểm ở trạng thái đóng.
• Ngắt điện: Khi ngừng cấp điện cho cuộn dây, từ trường biến mất. Lực lò xo (lò xo phản lực) sẽ đẩy phần lõi sắt di động trở về vị trí ban đầu.
• Tiếp điểm mở: Khi lõi sắt di động di chuyển về vị trí ban đầu, các tiếp điểm chính và phụ cũng trở về trạng thái ban đầu (tiếp điểm chính mở ra, ngắt dòng điện đến tải).

4. Chức năng và ứng dụng của khởi động từ 3 pha

Chức năng chính của khởi động từ 3 pha là đóng/ngắt nguồn điện cho các thiết bị điện 3 pha, đặc biệt là động cơ điện công suất lớn. Nó hoạt động như một công tắc điều khiển từ xa, giúp bật/tắt các thiết bị một cách an toàn, nhanh chóng và thuận tiện.

Khởi động từ 3 pha được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện công nghiệp và một số ứng dụng đặc biệt khác. Dưới đây là một số ví dụ điển hình:

• Điều khiển hệ thống chiếu sáng: Bật/tắt hệ thống đèn chiếu sáng công suất lớn trong nhà xưởng, khu công nghiệp, sân vận động,…
• Khởi động động cơ sao-tam giác (Star-delta motor starting): Trong các ứng dụng cần giảm dòng khởi động cho động cơ 3 pha, khởi động từ 3 pha được sử dụng để chuyển đổi giữa chế độ khởi động sao (giảm điện áp) và chế độ chạy tam giác (điện áp định mức).
• Điều khiển và bảo vệ động cơ (Motor control and protection): Khởi động từ 3 pha thường được kết hợp với rơ le nhiệt để bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải. Khi dòng điện vượt quá ngưỡng cho phép, rơ le nhiệt sẽ tác động, ngắt nguồn cấp cho cuộn dây của khởi động từ, từ đó ngắt nguồn điện cho động cơ.
• Chuyển mạch tụ bù để cải thiện hệ số công suất (Capacitor bank switching for power factor correction): Trong các hệ thống điện công nghiệp, khởi động từ 3 pha được sử dụng để đóng/ngắt các tụ bù, giúp cải thiện hệ số công suất, giảm tổn thất điện năng và tăng hiệu quả sử dụng điện.
• Sử dụng trong các hệ thống tự động hóa: Khởi động từ 3 pha là một phần tử quan trọng trong các hệ thống điều khiển tự động, cho phép điều khiển các thiết bị theo chương trình, logic đã được lập trình sẵn.
• Điều khiển các thiết bị công suất lớn khác: Ngoài động cơ, khởi động từ 3 pha còn có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị công suất lớn khác như lò điện, máy biến áp,…
• Tủ điện ATS: Khởi động từ 3 pha được sử dụng trong tủ điện ATS (Automatic Transfer Switch) để chuyển đổi nguồn điện tự động giữa nguồn chính và nguồn dự phòng.
• Hệ Thống HVAC: Được sử dụng trong hệ thống HVAC.

Có thể thấy, khởi động từ 3 pha là một thiết bị rất quan trọng và đa dụng, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo an toàn, ổn định và hiệu quả cho các hệ thống điện công nghiệp.

5. Thông số kỹ thuật của khởi động từ 3 pha

Khi lựa chọn khởi động từ 3 pha, bạn cần xem xét kỹ các thông số kỹ thuật để đảm bảo thiết bị phù hợp với hệ thống điện và tải. Dưới đây là các thông số quan trọng:

• Điện áp định mức (Ue): Đây là điện áp mà khởi động từ có thể làm việc liên tục thường là 220V, 380V, 400V,…
• Dòng điện định mức (Ie): Dòng điện lớn nhất mà khởi động từ chịu được khi đóng/ngắt, có thể từ vài ampe đến hàng nghìn ampe. Khả năng chịu dòng khởi động (Ith) cũng rất quan trọng, đây là dòng điện mà khởi động từ chịu được trong thời gian ngắn khi khởi động.
• Số lượng tiếp điểm: Khởi động từ 3 pha thường có 3 tiếp điểm chính (cho 3 pha) và một số tiếp điểm phụ (ví dụ: 1NO, 1NC, 2NO+2NC,…).
• Công suất điều khiển (kW):  Thông số này cho biết khả năng điều khiển động cơ của khởi động từ.

Ngoài ra, bạn cũng cần quan tâm đến tần số (thường là 50Hz hoặc 60Hz), độ bền cơ học (số lần đóng/ngắt không hỏng), độ bền điện (số lần đóng/ngắt không cháy tiếp điểm) và các tiêu chuẩn kỹ thuật (ví dụ: IEC 60947-4-1) mà khởi động từ tuân thủ.

6. Cách đấu dây khởi động từ 3 pha

Lưu ý quan trọng: Trước khi bắt đầu, hãy đảm bảo bạn đã ngắt hoàn toàn nguồn điện. Nếu không chắc chắn, hãy nhờ thợ điện chuyên nghiệp hỗ trợ.

Đấu dây khởi động từ 3 pha để điều khiển máy bơm nước khá đơn giản. Đầu tiên, hai tiếp điểm vào của khởi động từ được nối với nguồn điện 3 pha. Hai tiếp điểm ra được nối với động cơ. Một bộ timer thời gian có thể được đấu nối tiếp với cuộn hút của khởi động từ để cài đặt thời gian hoạt động.

Khi CB đóng và nhấn nút ON, cuộn hút được cấp điện, khởi động từ đóng lại, cấp điện cho máy bơm. Nhấn OFF hoặc khi timer hết thời gian, cuộn hút ngắt điện, khởi động từ mở ra, máy bơm dừng.

7. Lưu ý quan trọng khi lắp đặt khởi động từ 3 pha

Để đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của khởi động từ 3 pha, bạn cần lưu ý những điểm sau trong quá trình lắp đặt:

• Kiểm tra thông số kỹ thuật: Đảm bảo khởi động từ bạn chọn phù hợp với động cơ và hệ thống điện đang sử dụng. Việc này bao gồm kiểm tra điện áp định mức, dòng điện định mức, công suất, và các thông số khác. Sự không tương thích về thông số có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị hoặc gây nguy hiểm.
• Vị trí lắp đặt: Chọn vị trí lắp đặt khô ráo, thoáng mát, tránh ẩm ướt. Môi trường ẩm ướt có thể làm giảm tuổi thọ và ảnh hưởng đến hoạt động của khởi động từ. Một vị trí thoáng mát cũng giúp tản nhiệt tốt hơn, đảm bảo khởi động từ hoạt động ổn định.
• Bảo trì định kỳ: Việc kiểm tra và vệ sinh khởi động từ định kỳ là rất quan trọng. Bảo trì giúp phát hiện sớm các dấu hiệu hư hỏng, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời, tránh những sự cố nghiêm trọng. Việc bảo trì cũng giúp duy trì hoạt động ổn định và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.

Xem thêm:

• Các loại cảm biến thông minh phổ biến trên thị trường hiện nay
• Cảm biến từ là gì? Nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng
• Cảm biến nhiệt độ bán dẫn là gì? Ưu, nhược điểm và ứng dụng

Hy vọng rằng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về khởi động từ 3 pha, một thiết bị quan trọng trong hệ thống điện công nghiệp. Từ định nghĩa, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đến cách đấu dây và những lưu ý khi lắp đặt. Việc lựa chọn và sử dụng khởi động từ 3 pha đúng cách sẽ đảm bảo an toàn cho hệ thống điện, cũng như giúp các thiết bị hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn. Nếu cần tư vấn chọn mua thiết bị điện Siemens chính hãng, hãy liên hệ đến Thanh Thiên Phú qua hotline 08.12.77.88.99 để được hỗ trợ nhanh nhất nhé!