Khởi động mềm Soft Starter là gì? Khái niệm, cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng

Khái niệm “khởi động mềm” là một thuật ngữ phổ biến trong lĩnh vực này, nhưng không phải ai cũng hiểu rõ về nó và sự khác biệt giữa các loại khởi động. Bài viết này sẽ giúp bạn tìm hiểu về định nghĩa, cấu trúc, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng của khởi động mềm.

Khởi động mềm (soft start) là một công cụ điện dùng để hỗ trợ quá trình khởi động của động cơ không đồng bộ 3 pha có công suất trung bình và lớn. Nó giúp bảo vệ động cơ khỏi hỏng hóc do dòng khởi động lớn và đột ngột, đồng thời tránh sụt áp trong hệ thống lưới điện, gây hỏng các thiết bị điện khác trên cùng hệ thống và ảnh hưởng đến khía cạnh cơ khí.

Khởi động mềm sử dụng một bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stator của động cơ bằng cách điều khiển góc kích của Rectifier Controlled Rectifier (SCR). Ưu điểm của nó là có khả năng điều chỉnh mượt mà và phạm vi điều chỉnh rộng. Nó cũng có khả năng kết hợp khởi động và dừng mềm một cách linh hoạt.

Cấu trúc của khởi động mềm:

• Bộ điều khiển với màn hình và bàn phím điều khiển.
• Thiết bị điều khiển chính là Thyristor hoặc SCR, có chức năng chính là điều khiển và cắt nguồn điện.
• Điều khiển số với các chức năng đầu ra: các relay báo trạng thái, điều khiển thời gian khởi động bằng biến trở hoặc thông qua màn hình, điều khiển bảo vệ khỏi quá nhiệt, quá tải, cổng kết nối truyền thông Profibus, Modbus.
• Bộ phận làm mát và tản nhiệt.
• Vỏ bảo vệ.

Đặc điểm của khởi động mềm:=

• Dừng mềm: Khả năng giảm điện áp động cơ dần từ 1 đến 20 giây (tuỳ thuộc vào yêu cầu) giúp tiết kiệm năng lượng khi động cơ không tải hoặc hầu như không tải. Việc giảm điện áp này giúp giảm dòng điện.
• Dừng tự do theo quán tính: Điều này đảm bảo rằng nếu nguồn cấp bị ngắt đột ngột, động cơ vẫn chạy trong thời gian xác định theo quán tính. Điều này quan trọng để tránh hỏng hóc cơ học và tránh dừng đột ngột không mong muốn.
• Tính năng bảo vệ: Khởi động mềm có khả năng bảo vệ động cơ khỏi quá tải, quá nhiệt, và cài đặt ngưỡng bảo vệ và thời gian bảo vệ có thể điều chỉnh.

Nguyên tắc hoạt động:

Khởi động mềm được xây dựng từ 3 cặp Thyristor (SCR) được kết nối song song ngược. Khi chưa kích hoạt, Thyristor ngăn dòng điện chảy qua. Khi được kích hoạt, Thyristor mở dần góc kích (góc mở của các van điều khiển bán dẫn), cho phép dòng điện chảy qua từ từ, giúp động cơ khởi động và tăng tốc dần. Điện áp được điều khiển bằng cách điều chỉnh góc mở của van. Khi van mở hoàn toàn, điện áp đạt đến giá trị định mức và động cơ đạt được tốc độ tối đa cho phép. Việc hạn chế mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương của điện áp và dòng điện khởi động được thực hiện thông qua việc điều chỉnh hệ số công suất hiệu dụng của điện áp.

Khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, contactor bypass trong khởi động mềm được đóng lại, hệ thống tự động bypass qua nguồn lưới mà không thông qua Thyristor.

Tác dụng của khởi động mềm:

• Điều chỉnh mô-men chính xác: Khởi động mềm cho phép điều chỉnh mô-men đúng lúc và cần thiết cho ứng dụng, cho dù đó là tải hoặc không tải.

• Bảo vệ thiết bị: Khởi động mềm giúp giảm thiểu tác động đối với thiết bị máy móc, giúp giảm chi phí bảo trì.
• Dừng mềm: Tính năng này đặc biệt hữu ích khi dừng đột ngột gây ra hiện tượng búa nước hoặc các vấn đề khác trong ứng dụng như bơm nước.

Ưu điểm và nhược điểm:

Ưu điểm của khởi động mềm bao gồm khả năng điều chỉnh mượt mà, phạm vi điều chỉnh rộng, khả năng sử dụng tính năng dừng mềm, và khả năng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Tuy nhiên, nó có nhược điểm là khó trong việc thi công và bảo trì, và sau khi điều chỉnh, điện áp và dòng điện không thể là sóng sin hoàn toàn và biên độ sóng hài có thể cao hơn.

Ứng dụng thực tế của khởi động mềm:

Hiện nay, khởi động mềm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực thực tế như chuyên chở vật liệu, bơm nước, động cơ không tải lâu dài, động cơ có bộ chuyển đổi, và động cơ có quán tính lớn, như trong băng chuyền, thang máy, máy ép, máy dệt, và máy khuấy. Nó cũng có vai trò bảo vệ động cơ, ngăn quá tải và bảo vệ rotor của động cơ khi thay đổi hướng quay của động cơ.