Contactor là gì ? Khởi động từ là gì ? Bài viết hôm nay xin giới thiệu đến bạn đọc bài viết một loại khí cụ được sử dụng nhiều nhất trong công nghiệp là công tắc tơ. Tìm hiểu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động, chức năng của contactor (khởi động từ). Show
Contactor là gì? Công tắc tơ là một loại khí cụ điện hạ áp dùng được điều khiển bằng điện để đóng cắt mạch động lực. Công tắc tơ có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp đến 500V và dòng điện đến 600A. Ta thường hay nhầm lẫn khởi động từ là contactor (công tắc tơ), thật ra khởi động từ là công tắc tơ có gắn thêm relay nhiệt. Chức năng của relay nhiệt là để bảo vệ quá tải cho động cơ, bằng cách ngắt lệnh chạy của công tắc tơ khi quá tải.  Contactor là gì Công tắc tơ là một loại relay đặc biệt, có khả năng mang dòng điện cao hơn relay. Dựa theo nguyên lý hoạt động có thể phần thành nhiều loại, nhưng loại công tắc tơ thông dụng nhất ngày nay hoạt động theo cơ chế điện từ. 2. Cấu tạo công tắc tơCấu tạo của contactor gồm hai thành phần chính là cơ cấu điện từ (nam châm điện) và hệ thống các tiếp điểm của công tắc tơ, ngoài ra ở các loại công tắc tơ công suất lớn có thêm hệ thống dập hồ quang. Cấu tạo của công tắc tơ 2.1 Nam châm điệnNam châm điện gồm 3 thành phần: + Cuộn dây (cuộn coil) khi cấp điện sẽ là một nam châm điện tạo ra lực hút nam châm. Cuộn dây được quấn trên phần lõi thép cố định để tăng lực hút. + Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm hai thành phần là phần cố định và phần nắp di động. + Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cấp vào cuộn dây. 2.2 Các tiếp điểm của contactorHệ thống các tiếp điểm của công tắc tơ phân thành 2 loại: a. Tiếp điểm chínhLà tiếp điểm mang dòng điện lớn đi qua động cơ, dòng điện có thể vài chục đến vài nghìn A. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, khi cấp điện thì chuyển sang thường đóng cho phép dòng điện đi qua. b. Tiếp điểm phụ của công tắc tơTiếp điểm phụ có khả năng mang dòng điện nhỏ hơn 5A, dùng trong mạch điều khiển. Tiếp điểm phụ có 2 loại thường đóng và thường hở. + Tiếp điểm thường hở (NO 97-98): Ở trạng thái bình thường khi công tắc tơ chưa cấp điện sẽ ở trạng thái mở (hở). Khi cấp điện tiếp điểm này chuyển sang trạng thái đóng + Thường đóng (NC 95-96): Ở trạng thái bình thường khi công tắc tơ chưa cấp điện sẽ ở trạng thái đóng. Khi công tắc tơ được cấp điện sẽ chuyển sang trạng thái mở. Một công tắc tơ thường có 1 tiếp điểm NC và 1 tiếp điểm NO, nếu mạch cần nhiều tiếp điểm phụ hơn thì người ta thường gắn thêm tiếp điểm phụ rời. 2.3 Hệ thống dập hồ quang điệnTiếp điểm chính của công tắc tơ hoạt động với dòng điện lớn, khi chuyển mạch sẽ xuất hiện hồ quang điện. Hồ quang điện xuất hiện trong thời gian dài sẽ làm mòn, cháy tiếp điểm. Do đó ở các công tắc tơ lớn người ta trang bị thêm hệ thống dập hồ quang. Hệ thống này gồm nhiều vách ngăn bằng kim loại, đặt ở hai bên tiếp điểm tiếp xúc với nhau. 3. Nguyên lý hoạt động của contactor là gìNguyên lý hoạt động của contactor là gì: Khi cấp nguồn điện vào hai đầu cuộn dây của công tắc tơ, cuộn dây trở thành một nam châm điện tạo ra lực từ hút phần lõi thép di động. Tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động lúc này hình thành một mạch kín cho phép dòng điện đi qua. Nhờ vào các bộ phận liên kết các tiếp điểm các tiếp điểm phụ cũng thay đổi trạng thái từ thường hở sang thường đóng và ngược lại. Khi cuộn dây được ngưng cấp điện, lò xo đẩy bộ phần lõi thép di động trở về trạng thái ban đầu. Các tiếp điểm chuyển đổi về trạng thái như lúc chưa cấp điện. Video tham khảo nguyên lý hoạt động của công tắc tơ 4. Đặc tính và thông số của công tắc tơ– Điện áp định mứcĐiện áp định mức của công tắc tơ Uđm là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện. Cuộn dây sẽ làm việc bình thường với mức điện áp trong khoảng giới hạn 85 – 105% Uđm. Thông số này được ghi trên nhãn, đặt ở hai đầu cuộn dây công tắc tơ. + Điện áp định mức một chiều: 110V, 220V, 440V + Điện áp xoay chiều: 117V, 220V, 380V, 500V – Dòng điện định mứcDòng điện định mức Iđm là dòng điện hoạt động của tiếp điểm chính. Ở giá trị dòng điện này thì thời gian hoạt động liên tục không quá 8h. Nếu công tắc tơ đặt trong tủ điện thì khả năng làm mát kém, cần chọn công tắc tơ có dòng điện định mức lớn hơn 10%. – Khả năng đóng cắt của công tắc tơKhi động cơ khởi động, dòng điện khởi động cơ hơn gấp nhiều lần so với dòng điện định mức của động cơ. Nên công tắc tơ phải có khả năng đóng từ 5-7 lần Iđm. Khả năng cắt tải của công tắc tơ cao đến 10 lần dòng điện định mức với các phụ tải điện cảm. – Tuổi thọ của công tắc tơTuổi thọ của công tắc tơ được tính là số lần đóng cắt khi có tải, công tắc tơ thường có số lần đóng cắt lên đến 10 triệu lần. Nếu quá số lần đóng cắt thì công tắc tơ sẽ bị hỏng cần thay thế. – Tần số đóng cắtCông tắc tơ sử dụng tiếp điểm cơ khí nên có giới hạn về tần số đóng mở. Số lần đóng mở của công tắc tơ trong một giờ có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, … – Tính ổn định lực điện độngTiếp điểm chính của công tắc tơ cho phép một dòng điện lớn đi qua (khoảng 10 lần Iđm) mà lực điện động không làm biến dạng tiếp điểm. – Tính ổn định nhiệtCông tắc tơ có tính ổn định nhiệt, khi xuất hiện dòng điện ngắn mạch trong thời gian cho phép các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại. 5. Phân loại contactorCó rất nhiều cách phân loại contactor, sau đây là một số cách phân loại thường gặp: – Phân loại theo số cực: Công tắc tơ 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 pha. Trong công nghiệp để điều khiển động cơ người ta dùng nhiều công tắc tơ 3 cực. Phân loại công tắc tơ theo số cực – Phân loại theo điện áp cấp cho cuộn hút: Xoay chiều 220V, 380V, … hoặc điện áp một chiều 24V, 48V, … – Phân loại theo dạng dòng điện: Công tắc tơ một chiều và xoay chiều – Phân loại theo dòng điện định mức: công tắc tơ 9A, 12A, 18A, … – Phân loại theo nguyên lý truyền động: công tắc tơ điều khiển từ, kiểu thủy lực, … 6. Cách chọn công tắc tơ và relay nhiệt– Tính toán lựa chọn công tắc tơ phù hợp cho động cơ: Ta có: P = 1,73UI.Cosφ Iđm = P/(1,73U.Cosφ) Ta sẽ chọn IMC = (1,2 – 1,5).Iđm Việc lựa chọn công tắc tơ sẽ lớn hơn dòng điện tính toán. Một cách tương đối ta có thể chọn dòng của công tắc tơ gấp 3 lần công suất định mức IMC ≈ 3P Ví dụ: tải là động cơ không đồng bộ ba pha 380V, công suất 6 kW. Chọn hệ số cosφ=0,85 Ta sẽ có: Iđm = P/(1,73U.Cosφ) ⟺ Iđm = 6000/(1,73.380.0,85) ⟺ Iđm = 10,8 A => IMC = 1,4.Iđm = 15,12 A Do đó ta sẽ chọn công tắc tơ 18A – Lựa chọn relay nhiệt Dựa vào dòng điện định mức của động cơ ta chọn được relay nhiệt bảo vệ động cơ. Trong các trường hợp động cơ bị quá tải, dòng điện hoạt động lớn hơn dòng điện định mức thì relay nhiệt sẽ ngắt để bảo vệ động cơ không bị nóng. Ở ví dụ trên thì ta có thể chọn relay nhiệt 12 – 18 A. + Relay nhiệt cho phép chọn dòng điện bảo vệ trong một khoảng cho phép bằng núm xoay. + Nút Test để kiểm tra hoạt động của relay nhiệt + Núm xoay Reset lựa chọn chế độ tự động hồi phục. Chỉnh về H thì relay nhiệt sẽ giữ lại trạng thái ngắt cho đến khi nhấn Reset. Chỉnh về A thì relay nhiệt sẽ tự động khôi phục sau một khoảng thời gian dừng động cơ. (Do các cấu tạo bằng các thanh lưỡng kim cần thời gian phục hồi) Relay nhiệt cho phép một khoảng điều chỉnh dòng điện Nếu sử dụng cho các động cơ củ không còn rõ thông số thì người ta dùng Ampe kìm để đo dòng điện lúc động cơ hoạt động. Dòng điện chọn relay nhiệt sẽ bằng dòng điện đo được cộng thêm 10%. 7. Chức năng của khởi động từ là gìƯu điểm của khởi động từ là nhỏ gọn, dễ gắn tủ, dễ điều khiển. Với giá thành rẻ so với các thiết bị điều khiển khác nhưng KĐT hoạt động rất ổn định, đóng cắt nhanh, độ bền cao. Với nguyên lý điều khiển bằng điện nên dễ dàng kết hợp với các giải pháp điều khiển tự động. Điều khiển đóng cắt từ xa sẽ an toàn cho người vận hành. + Chức năng chính của KĐT trong công nghiệp là điều khiển và bảo vệ động cơ. Ngày nay các quy trình tự động hóa ngày càng phức tạp nhưng KĐT vẫn là thiết bị đính kèm không thể thiếu trong các ứng dụng. Khởi động động cơ bằng KĐT được gọi là khởi động trực tiếp. Nhược điểm của phương pháp khởi động này là dòng khởi động lớn so với dòng hoạt động định mức. Có thể giảm dòng điện này bằng các đấu khởi động sao tam giác. + Ứng dụng trong hệ thống chiếu sáng: Công tắc tơ thường được sử dụng để điều khiển trung tâm các hệ thống chiếu sáng lớn, chẳng hạn như tòa nhà văn phòng. Có thể dùng các vi điều khiển hay thiết bị tự động điều khiển đèn sáng theo thời gian lập trình sẵn. Để giảm tiêu thụ điện năng trong các cuộn dây công tắc tơ, người ta sử dụng công tắc tơ chốt có hai cuộn dây hoạt động. Một cuộn dây chính khi cấp điện sẽ đóng các tiếp điểm, sau đó được giữ lại bằng cơ học và cuộn thứ hai dùng để mở các tiếp điểm. + Điều khiển tụ bù: đóng cắt các tụ bù vào lưới điện để bù công suất phản kháng. Công tắc tơ được dùng trong hệ thống bù tự động được điều khiển bằng bộ điều khiển tụ bù, đảm bảo đóng cắt các cấp tụ phù hợp với tải. Khởi động từ dùng trong tủ điện 8. Sự khác nhau giữa công tắc tơ và relay+ Khả năng mang tải Relay thường được thiết kế với khả năng mang tải nhỏ hơn 10A. Trong khi đó công tắc tơ sử dụng cho tải lên đến vài ngàn Ampe. + Tiếp điểm phụ Công tắc tơ luôn được thiết kế kèm theo các tiếp điểm phụ dùng trong mạch điều khiển, để điều khiển chính nó hoặc điều khiển các đèn báo. + Hệ thống dập hồ quang Ở các công tắc tơ công suất lớn dòng điện cần đóng cắt là rất lớn, người ta trang bị hệ thống triệt tiêu hồ quang. Ở relay không được thiết kế cho tải công suất cao, nên việc dập hồ quang ít được quan tâm hơn. + Chức năng bảo vệ quá tải Khi điều khiển động cơ, ở phía sau công tắc tơ người ta luôn gắn relay nhiệt (đuôi nhiệt). Mục đích là để ngắt điện khỏi động cơ khi hoạt quá tải trong một thời gian 9. Cách kiểm tra công tắc tơKhi sử dụng công tắc tơ cũ thì việc kiểm tra là cần thiết, vì khi công tắc tơ hỏng có thể dẫn đến cháy nổ hoặc dẫn đến mất thời gian cho việc thay thế. Kiểm tra công tắc tơ sống hay chết Kiểm tra công tắc tơ ta sẽ dùng đồng hồ VOM. Một công tắc tơ bình thường sẽ có kết quả như sau. + Đo cuộn coil: Chỉnh đồng hồ về thang đo điện trở, khi đo sẽ có giá trị điện trở. (Giá trị khoảng vài trăm Ohm) + Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, nên khi chỉnh thang đo điện trở kim sẽ không lên. Khi dùng tay ấn mặt hút của công tắc tơ xuống, thì VOM sẽ báo thông mạch (0 ohm). + Đo tiếp điểm phụ thường đóng: bình thường đo sẽ là thông mạch (0 Ohm). Dùng tay ấn mặt hút xuống thì kim không lên (hở mạch). Video tham khảo các kiểm tra công tắc tơ 10. Ví dụ sơ đồ đấu dây khởi động từVí dụ điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha, điều khiển chạy dừng bằng nút nhấn NO, OFF. Một đèn báo động cơ chạy và một đèn báo lỗi, động cơ được bảo vệ quá tải bằng relay nhiệt. Sơ đồ mạch điện được trình bày như hình bên dưới. Ví dụ về sơ đồ đấu dây của khởi động từ + Nguyên lý mạch điện: Khi nhấn nút nhấn ON thì cuộn coil của công tắc tơ K được cấp điện. Tiếp điểm thường chính đóng cấp điện cho động cơ quay. Đồng thời tiếp điểm thường hở K đóng lại, khi nhả nút nhấn thì điện sẽ qua khóa K tiếp tục duy trì trạng thái cho cuộn coil của công tắc tơ và đèn RUN. Khi nhấn nút OFF thì mạch điện hở, cuộn coil không được cấp điện nên công tắc tơ K nhả sẽ. Lúc này động cơ dừng và mạch trở lại trạng thái ban đầu. + Thường hở K của công tắc tơ dùng để giữ trạng thái chạy sau khi nhả nút nhấn ON. + Thường hở ORL của relay nhiệt khi quá tải sẽ đóng kín mạch, làm đèn báo lỗi sáng. Thường đóng ORL khi quá tải sẽ làm hở mạch, công tắc tơ K không có điện nên động cơ sẽ dừng. Video tham khảo sơ đồ đấu dây Tài Liệu Tham Khảo KĐT là gì – Dtech.vn Lý thuyết khí cụ điện – Đại học công nghiệp TPHCM Contactor and relay what is the difference – Springercontrols.com |
