Mạch đấu sao tam giác – Tổng hợp kiến thức đầy đủ về mạch sao tam giác

Để khởi động động cơ điện trong sản xuất, dòng điện sẽ tăng gấp 5 đến 9 lần. Nếu khởi động 1 cách thông thường, rất dễ gây ra trạng thái quá tải dòng điện, sụt áp. Từ đó dẫn tới ảnh hưởng tới tuổi thọ động cơ, dây dẫn điện hay các thiết bị điện khác.

Để giảm dòng điện khởi động về mức an toàn, có nhiều cách. Trong đó điển hình là sử dụng mạch khởi động sao tam giác, dùng khởi động mềm hoặc biến tần. 

Trong bài viết này, VCC Trading tổng hợp đẩy đủ kiến thức về mạch sao tam giác cho bạn đọc. Mời mọi người cùng thảo luận nếu có vấn đề gì sai sót.

Mạch khởi động sao tam giác là mạch dùng để làm giảm dòng điện lúc khởi động cho động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Khi bắt đầu động cơ sẽ chạy khởi động ở chế độ hình sao. Khi tốc độ động cơ tăng đến 75% tốc độ định mức thì động cơ chuyển sang chạy chế độ tam giác thường trực.

Có thể bạn chưa biết. Không phải động cơ không đồng bộ ba pha nào cũng có thể sử dụng được phương pháp khởi động sao tam giác. Cụ thể như với điện lưới 3 pha là 380 V thì động cơ phải có thông số sao/ tam giác là 380/660 thì mới sử dụng được phương pháp này. Cũng cần lưu ý, khi ký hiệu sao/tam giác là 220/380 thì không sử dụng được.

Không phải ngẫu nhiên mà có nhiều cách để khởi động động cơ an toàn, bởi không có cách nào là hoàn hảo cả. Khởi động bằng phương pháp nào cũng chỉ phù hợp với 1 số điều kiện nhất định. Trong trường hợp này, mạch sao tam giác phụ thuộc vào các yếu tố sau:

Sao – tam giác là hai chế độ kết nối dây trong mạch điện 3 pha. Ở chế độ sao, 3 cuộn dây kết nối chung lại tạo thành một điểm chung gọi là điểm trung tính. Ở chế độ tam giác đầu cuộn dây này nối với điểm cuối của cuộn dây khác tạo nên hình tam giác.

Mạch khởi động sao tam giác tiếng Anh là Star Delta Starter.

Công thức chuyển đổi mạch khởi động sao tam giác

Để giải quyết cách mạch điện trở song song, nối tiếp hay mạch cầu chúng ta có thể sử dụng định luật Kirchhoff. Nhưng trong phân tích mạch điện 3 pha cân bằng người ta sẽ sử dụng kỹ thuật chuyển đổi sao tam giác để đơn giản hóa việc tính toán và phân tính.

Đấu sao tam giác có tác dụng gì?

Động cơ 3 pha khi mở máy thì moment mở máy phải lớn hơn moment cản của tải lúc mở máy. Nhìn vào đường đặc tính moment động cơ ở hình bên dưới ta thấy khi động cơ khởi động thì moment khởi động lớn hơn moment lúc hoạt động.

Nhiệm vụ của mạch khởi động sao tam giác là giúp giảm dòng điện trong khi động cơ 3 pha khởi động. Đặc biệt với một động cơ cảm ứng công suất lớn khi đấu tam giác, dòng điện khởi động có thể bắt đầu cao hơn 5 lần dòng điện mà lúc động cơ hoạt động bình thường.

Dòng điện đột ngột tăng cao sẽ gây ra nhiều vấn đề như sụt áp nguồn điện, tăng nhanh nhiệt độ dẫn đến hỏng các linh kiện. Dễ thấy nhất là trường hợp khi bật động cơ thì các bóng đèn bị mờ, ti vi bị tắt nguồn.

Mạch sao tam giác làm giảm dòng khởi động bằng cách giảm điện áp. Khi động cơ chạy chế độ sao điện áp đặt trên cuộn dây sẽ giảm đến khoảng √3 lần so với chế độ tam giác. Điện áp thấp dẫn đến dòng điện thấp hơn, cụ thể là dòng điện sẽ giảm 3 lần so với chạy tam giác. Điều này cũng gây ra nhược điểm là moment xoắn bị giảm đi 3 lần.

Cách đấu dây cho động cơ không đồng bộ 3 pha

Star Delta Starter là bộ khởi động có thể sử dụng rộng rãi cho Động cơ cảm ứng ba pha. Tiếp theo, chúng ta sẽ xem sơ đồ kết nối Star Delta Starter và cách đấu dây. Cụ thể là cách đi mạch nguồn và mạch điều khiển. Ngoài ra, chúng ta sẽ xem cách thực hiện kết nối bộ hẹn giờ với công tắc tơ hình sao và tam giác. Sơ đồ kết nối của Star Delta Starter bao gồm các thiết bị sau,

• 1 MCCB ba cực 
• 1 MCB đơn cực 
• 3 Công tắc tơ 440 V ba cực
• 1 Rơ le quá tải nhiệt ba pha
• 1 Timer 220V 
• 1 Công tắc Nút nhấn NC
• 1 Công tác Nút nhấn NO
• Đèn báo 220V – Đỏ, Xanh lá, Vàng

Động cơ không đồng bộ 3 pha

Trước hết, bạn cần biết động cơ không đồng bộ 3 pha là gì?

Nhắc tới động cơ sử dụng trong công nghiệp không thể bỏ qua động cơ 3 pha. Tên đầy đủ của nó là động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc. Được sử dụng rộng rãi (chiếm tới 90% số lượng động cơ) và chiếm tới 55% công suất trong các nhà máy. Bên trong động cơ 3 pha cảm ứng có 3 cuộn dây riêng biệt, được sử dụng để tạo ra từ trường quay.

Do tính chất của nguồn điện xoay chiều nên từ trường sẽ thay đổi và phân cực tại mỗi thời điểm khác nhau. Để tạo ra từ trường quay người ta đặt 3 cuộn dây stator lệch nhau 120 độ.

Động cơ 3 pha sẽ có một hộp đấu dây cho động cơ. Bên trong hộp đấu dây này sẽ có 6 đầu dây được đánh dấu thành 2 hàng tương ứng U1, V1, W1 và W2, U2, V2. Việc đấu dây hình sao hay tam giác sẽ tùy thuộc vào các yếu tố như lưu ý ở mục ban đầu mình có nhắc. Sẽ tùy thuộc vào điện áp và loại tải để đấu phù hợp.

Cách đấu dây chạy chế độ tam giác cho động cơ 3 pha

Ở chế độ này ta nối điểm đầu cuộn dây này với điểm cuối của cuộn dây khác, cụ thể là nối U1 với W2, V1 với U2 và W1 với V2. Đó là lý do tại sao ở hộp đấu dây người ta không đưa 2 đầu dây của 1 cuộn ra một hàng. Vì để dễ đấu chế độ tam giác, chỉ cần dùng 3 thanh kim loại nối các đầu dây.

Mạch chuyển đổi sao tam giác điều khiển động cơ

Ta vừa thấy việc đấu dây động cơ chạy sao và tam giác là cố định. Vậy khi muốn thay đổi chế độ chạy có phải dừng động cơ và thực hiện thay đổi bên trong hộp đấu dây?

Câu trả lời là không cần. Dưới đây sẽ là chia sẻ về việc làm thế nào để thực hiện việc tự động hóa cho việc chạy sao hoặc tam giác.

Người ta sẽ thực hiện chuyển mạch sao tam giác thông qua việc điều khiển các contactor. Hình bên dưới là sơ đồ mạch động lực của mạch sao tam giác sử dụng 3 contactor.

Cách thực hiện kết nối

+ Nối nguồn 3 pha vào tiếp điểm bên trên của contactor K, 3 tiếp điểm bên dưới sẽ nối với 3 điểm đầu của các cuộn dây là U1, V1, W1.

+ Với contactor K2 chạy tam giác, 3 tiếp điểm trên được nối với nguồn 3 pha, 3 tiếp điểm bên dưới contactor được nối với 3 điểm cuối của cuộn dây theo đúng thứ tự V2, W2, U2. Sao cho khi contactor K2 và K đóng thì đầu cuộn dây này nối với điểm cuối cuộn dây khác: U1 nối với V2, V1 nối với W2 và W1 nối với U2.

+ Một contactor K1 còn lại sẽ chạy chế độ sao, 3 tiếp điểm bên trên của contactor K1 được nối lại với nhau. Còn 3 tiếp điểm bên dưới nối với 3 điểm cuối của cuộn dây là W2, U2, V2.

Cụ thể:

1. Đầu tiên kết nối tất cả dây nguồn ba pha của nguồn điện đầu vào các MCCB. Hầu hết MCCB cho phép kết nối nguồn điện đầu vào ở bất kỳ phía trên hoặc phía dưới. Nhưng nếu MCCB của bạn đã được xác định để kết nối nguồn điện đầu vào ở phía trên hoặc phía dưới cụ thể, hãy kết nối theo nhận dạng của nó.

2. Kết nối đầu ra của MCCB với đầu vào của Công tắc tơ chính cũng theo một vòng và kết nối công tắc tơ Delta như trong sơ đồ trên.

3. Kết nối rơ le quá tải nhiệt với công tắc tơ chính như trong sơ đồ trên.

4. Bây giờ, bạn có tổng cộng sáu thiết bị đầu cuối để kết nối với động cơ, ba đầu cuối từ đầu ra của OLR và ba từ đầu ra của công tắc tơ delta. Kết nối tất cả các thiết bị đầu cuối đó với động cơ như thể hiện trong sơ đồ trên.

5. Bây giờ lấy một vòng từ đầu ra của công tắc tơ delta và kết nối với công tắc tơ hình sao. Ngoài ra, hãy ngắn tất cả ba đầu cuối của công tắc tơ hình sao như trong sơ đồ trên.

Bây giờ mạch nguồn của chúng ta đã hoàn thành. Bây giờ chúng ta sẽ làm mạch điều khiển với bộ hẹn giờ, công tắc nút nhấn, v.v.

Ở đây bạn có thể xem sơ đồ kết nối của star delta starter với cả nguồn và mạch điều khiển.

Quy trình kết nối

Kết nối công tắc nút nhấn

1. Lấy MCB một cực làm MCB điều khiển và kết nối nó với bất kỳ một pha nào ở đây chúng ta đã kết nối với pha ‘R’.

2. Kết nối đầu ra của MCB với công tắc nút nhấn STOP hoặc NC thông qua các tiếp điểm NC của OLR như thể hiện trong sơ đồ trên.

3. Kết nối đầu ra của công tắc nút nhấn NC với công tắc nút nhấn BẮT ĐẦU hoặc KHÔNG. Ngoài ra, kết nối đầu ra của công tắc nút nhấn NC với đầu cuối A1 của công tắc tơ chính thông qua các tiếp điểm NO của công tắc tơ đó. Nó làm cho mạch giữ.

4. Kết nối đầu ra của công tắc nút nhấn NO với đầu cuối A1 của công tắc tơ chính.

Kết nối hẹn giờ

1. Trong bộ định thời gian trễ Bật này, A1, A2 là đầu cuối nguồn. 15 là phổ biến, 16 là NC và 18 là KHÔNG.

2. Kết nối thiết bị đầu cuối A2 với trung tính. Kết nối đầu cuối A1 với đầu ra của công tắc nút nhấn NO như trong hình trên. Ngoài ra, hãy tạo một đoạn ngắn giữa A1 và nhà ga 15.

3. Kết nối đầu cuối 16 của bộ định thời với đầu cuối A1 của công tắc tơ Hình sao thông qua các tiếp điểm NC của công tắc tơ tam giác như trong hình trên.

4. Kết nối đầu cuối 18 của bộ định thời với đầu cuối A1 của công tắc tơ Delta thông qua các tiếp điểm NC của công tắc tơ Star như trong hình trên.

Đèn báo kết nối

1. Kết nối bất kỳ một đầu cuối của mỗi đèn với trung tính như trong hình trên.

2. Kết nối đèn Vàng với đầu cuối NC của OLR như trong hình trên.

3. Kết nối đèn Xanh với cực NC của công tắc tơ chính như trong hình trên.

4. Kết nối đèn Đỏ với cực NO của công tắc tơ chính như trong hình trên.

Nguyên lý và cấu tạo mạch khởi động sao tam giác

Cấu tạo của mach sao tam giac

Cấu tạo của mach sao tam giac bao gồm 3 thành phần chính là Contactor, CB (Aptomat) và rơ le thời gian. Ngoài ra còn có rơ le thời gian, nút nhấn ON, OFF, đèn báo hiệu…. Trong đó:

+ CB bao gồm:

• MCCB động lực dùng để đóng cắt nguồn điện bằng tay, bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực.

• 1 CB 10A đóng cắt cho mạch điều khiển

+ Khởi động từ bao gồm:

• 3 contactor K1, K2, K

• 1 rơ nhiệt gắn trực tiếp với contactor K. Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải cho động cơ trong cả hai chế độ sao và tam giác.

+ Rơ le thời gian dùng để chuyển mạch tự động sang chế độ sao, sau một thời gian đặt trước.

Nguyên lý đấu sao tam giác

Khi contactor K và K1 cùng đóng thì động cơ sẽ chạy ở chế độ sao. Khi contactor K và K2 đóng thì động cơ chạy chế độ tam giác. Do đó ta thiết kế mạch điều khiển theo nguyên lý như sau:

+ Khi nhấn nút ON tại K13-14, thì mạch điều khiển contactor K và K1 đóng. Chế độ sao được thiết lập. Đến khi tốc độ động cơ đạt đến khoảng 75% tốc độ định mức thì ngắt contactor K1 và đóng contactor K2. Động cơ chuyển về chế độ thường trực là tam giác.

+ Quá trình chuyển mạch xảy ra rất nhanh. Để đảm bảo hoạt động chính xác người ta thường sử dụng bộ đếm thời gian (rơ le thời gian) để điều khiển quá trình này.

Khoảng 1 thời gian cài đặt trước tại Timer T. Tiếp điểm T (55-56) mở ra khiến cho S (A1-A2) mất điện. Tiếp điểm T (67-68) đóng lại và cấp điện cho TG.  Contactor tam giác TG được đóng lại. Contactor sao S được mở ra. Mạch điện sẽ được hoạt động chế độ sao tam giác.