Các giải pháp khởi động động cơ và ưu điểm của bộ khởi động mềm ABB

Bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống như biến tần. Thay vào đó nó tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ 1 mức điện áp định trước lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức. Với phương pháp khởi động này, ta có thể điều chỉnh được chính xác lực khởi động mong muốn, bất kể đó là khởi động không tải hay có tải. Khởi động mềm giúp giảm dòng khởi động từ đó tránh gây sụt áp trong hệ thống nguồn điện. Bên cạnh đó nó cũng giúp giảm các xung lực cơ khí lên thiết bị khi khởi động do vậy giàm được chi phí bảo trì, bảo dưỡng. Khởi động mềm cũng có chức năng dừng mềm như biến tần, nó loại trừ được các hiện tượng xấu như xung áp lực nước, tăng vọt áp suất trong hệ thống bơm và tránh các hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi được tải trên băng chuyền.

Tất cả động cơ đều đều được dùng để khởi động hay lai các ứng dụng khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu vài ứng dụng động cơ thông dụng nhất: bơm ly tâm, quạt và máy nén…. 

1/ Quạt ly tâm:
Quạt thường cần momen quán tính lớn khi khởi động do nó có các cánh gió lớn. Đôi khi để giảm tải khi khởi động, người ta đóng kín van cấp gió, quạt khởi động ở chế độ không tải nên việc khởi động dễ dàng hơn . Tuy nhiên momen quán tính khởi động vẫn cao nên thời gian khởi động vẫn còn khá dài.
Khởi động trực tiếp: monen quán tính cao của cánh quạt sẽ dẫn tới thời gian khởi động dài. Dòng khi khởi động trực tiếp rất cao có thể làm sụt nghiêm trọng điện áp nguồn gây ảnh hưởng tới các thiết khác.
Quạt ly tâm thường được kéo bởi 1 hay nhiều dây đai truyền lực. Trong khi khởi động, các đai này có xu hướng bị trượt do lực khởi động quá lớn và các đai này không thể truyền tất cả lực do động cơ tạo ra. Điều này làm tăng chi phí bảo dưỡng cho đai truyền, các ổ đỡ và gây tổn thất do dừng sản xuất để thay thế.

Khởi động sao-tam giác : phương pháp này tạo lực khởi động thấp. Do lực tỷ lệ với bình phương dòng điện, lực do động cơ tạo ra ở chế độ sao có thể không đủ mạnh để gia tốc cánh quạt đạt tới tốc độ định mức. Khi chuyển sang chế độ tam giác, xung lực và dòng điện tăng vọt với cường độ bằng hoặc thậm chí lớn hơn so với khởi động trực tiếp. Điều này làm đai truyền động bị trượt. Ta có thể khắc phục bằng cách kéo căng đai truyền, nhưng làm vậy sẽ tăng áp lực cơ lên các ổ đỡ tại cả động cơ và quạt từ đó làm tăng chi phí bảo dưỡng.
Khởi động mềm: để khắc phục vấn đề đai truyền bị trượt, ta cần giàm momen lực tại thời điểm khởi động. Các bộ khởi động mềm của ABB sẽ giàm điện áp cấp vào động cơ tại thời điểm khởi động. Sau đó điện áp sẽ được tăng lên để kéo cánh quạt. Bộ khởi động mềm cho phép ta điều chỉnh lực khởi động phù hợp với bất kỳ điều kiện khởi động nào, cả không tải lẫn toàn tải. Dòng khởi động sẽ giảm và tránh được sụt áp nguồn lưới.
Một số bộ khởi động mềm được tích hợp sẵn bộ bảo vệ non tải, nó sẽ dừng động cơ khi nhận thấy dòng điện bị sụt do đứt dây đai.

Lựa chọn bộ khởi động: Cánh quạt thường lớn, tạo ra lực quán tính lớn nên khởi động thường khó khăn. Ta nên chọn bộ khởi động mềm có công suất lớn hơn công suất thực của động cơ. Quán tính lớn của quạt làm tăng thời gian dừng, ta nên tránh sử dụng chức năng dừng theo hàm dốc.

Thông số cài đặt khuyến nghị:
Start ramp: 10 sec
Stop ramp: 0 sec
Initial voltage: 30 %
Current limit: 4 * Ie

2/Bơm ly tâm:
Có nhiều loại bơm như bơm pít-tông, bơm ly tâm, bơm trục vít… Trong đó bơm ly tâm là loại phổ biến nhất, ta sẽ thảo luận về loại bơm này.

Khởi động trực tiếp: khởi động bơm không gây vấn đề gì về điện nhưng nó sẽ làm hệ thống ống dẫn bị mòn và trầy xướt do các xung áp lực chất lỏng, đặt biệt là khi dừng đột ngột. Do quán tính cánh bơm nhỏ và momen hãm lớn, dừng trực tiếp bơm đột ngột sẽ tạo ra các xung búa và áp lực rất lớn. Nếu hê thống ít khi dừng thì không có vấn đề, nhưng nếu cần khởi động-dừng liên tục nó sẽ bào mòn toàn bộ hệ thống bơm. Điều này gây ra chi phí bảo trì lớn, thậm chí phải dừng sản xuất bất thường để sửa chữa.

Khởi động sao-tam giác: dùng phương pháp này sẽ giảm được dòng khởi động. Tuy nhiên động cơ có thể không đủ lực để khởi động và không đạt tới được tốc độ định mức ở chế độ sao. Momen xoắn tải bậc hai trở nên quá lớn đối với động cơ khi nó đạt tới 80-85% tốc độ đinh mức. Để tiếp tục gia tốc lên tốc độ định mức, chế độ tam giác được đưa vào, khi đó côngtắctơ sao mở, côngtắctơ tam giác đóng. Để tránh ngắn mạch, cần có thời gian trễ khoảng 50ms khi chuyển giữa 2 chế độ. Tuy nhiên, do momen hãm của bơm lớn, động cơ sẽ giảm tốc trong khoảng thời gian này. Trong động cơ vẫn có từ trường và khi côngtắctơ tam giác đóng vào, điện áp chênh lệch giữa lưới và động cơ có thể tăng lên gấp đôi, tới 800V đối với lưới 400V. Điện áp 800V này sẽ tạo ra xung dòng điện rất cao, có thể cao hơn cả xung từ hóa cực đại khi khởi động trực tiếp. Nó cũng có thể tạo ra xung lực lớn và sau vài lần khởi động ,trục nối giữa động cơ và tải có thể bị hỏng.
Bên cạnh đó, ta chỉ có thể dừng trực tiếp và điều này cũng gây ra các xung búa và áp suất cao khi dừng.

Khởi động mềm: Bộ khởi động mềm của ABB sẽ giúp làm giảm momen khởi động ban đầu của động cơ bằng việc giảm điện áp cấp vào. Trong quá trình khởi động, nó sẽ tăng điện áp lên cho động cơ đủ mạnh để gia tốc bơm lên tốc độ định mức mà không gây ra các xung lực hay xung dòng nào. Bộ khởi động mềm cũng hỗ trợ khi dừng bơm nhờ chức năng giảm tốc theo hàm dốc của điện áp đầu vào, nhờ vậy tránh được các xung búa và áp suất cao khi dừng. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, chức năng trên vẫn chưa đủ. Khi đó ta phải dùng bộ khởi động mềm điều khiển được momen nhằm giảm lực và dừng động cơ theo cách tối ưu nhất để tránh hoàn toàn hiện tượng búa nước.
Một số bộ khởi động mềm còn có chức năng: bảo vệ non tải giúp bảo vệ động cơ khi bơm không có nước, kích khởi động các bộ bơm và khóa rôto để tránh hư hỏng do bị kẹt khi vận hành.

Lựa chọn bộ khởi động: bơm thường có cánh bơm nhỏ với quán tính ít. Điều này giúp ta chọn bộ khởi động mềm có công suất bằng với công suất thực của bơm. Nếu bơm phải thường xuyên khởi động, 10 lần/giờ thì nên chọn công suất bộ khởi động cao hơn 1 cấp.