Cấu Tạo Khởi Động Từ Gồm Những Bộ Phận Nào? Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết

Khởi động từ là thiết bị đóng cắt điện xuất hiện phổ biến trong tủ điều khiển động cơ, máy bơm, quạt công nghiệp, máy nén khí và dây chuyền sản xuất. Chỉ với một tín hiệu điều khiển có công suất nhỏ, thiết bị có thể đóng hoặc ngắt mạch động lực mang dòng điện lớn.

Bên trong khởi động từ là sự phối hợp của nam châm điện, hệ thống tiếp điểm, lò xo hồi vị và bộ phận dập hồ quang. Hiểu rõ cấu tạo của từng bộ phận sẽ giúp lựa chọn đúng thiết bị, đấu nối chính xác và phát hiện sớm những nguyên nhân khiến khởi động từ kêu, nóng, không hút hoặc bị cháy tiếp điểm.

 Nguyên Lý Hoạt Động Chi Tiết Khởi Động Từ

Khởi động từ là thiết bị điện từ được sử dụng để đóng và ngắt mạch điện từ xa hoặc tự động. Thiết bị thường điều khiển động cơ, máy bơm, quạt, điện trở gia nhiệt, hệ thống chiếu sáng và các tải điện có công suất lớn.

Cấu tạo khởi động từ cơ bản gồm ba nhóm quan trọng: hệ thống nam châm điện, hệ thống tiếp điểm và buồng dập hồ quang. Ngoài ra, thiết bị còn có lò xo hồi vị, vỏ cách điện, đầu nối dây và các vị trí lắp phụ kiện. Khi cuộn dây được cấp đúng điện áp, lực điện từ hút phần lõi động, làm các tiếp điểm chính đóng lại và các tiếp điểm phụ chuyển trạng thái. Khi mất điện điều khiển, lò xo đưa cơ cấu trở về vị trí ban đầu.

Khởi Động Từ Là Gì?

Khởi động từ thường được gọi bằng các tên:

• Contactor.
• Công tắc tơ.
• Khởi động từ.
• Công tắc điện từ.
• Thiết bị đóng cắt điện từ.

Contactor là công tắc được điều khiển bằng điện, dùng một mạch điều khiển có công suất nhỏ để đóng hoặc ngắt một mạch động lực có dòng điện lớn hơn. So với relay trung gian, contactor được thiết kế để điều khiển tải có công suất và dòng điện cao hơn, chẳng hạn động cơ, hệ thống gia nhiệt và chiếu sáng.

Trong cách gọi thông dụng tại Việt Nam, “khởi động từ” thường được dùng để chỉ riêng contactor. Tuy nhiên, xét theo hệ thống điều khiển động cơ, một bộ khởi động động cơ hoàn chỉnh thường bao gồm contactor kết hợp với relay nhiệt hoặc thiết bị bảo vệ quá tải. Bộ khởi động trực tiếp còn có thể được lắp thêm aptomat, cầu chì, nút nhấn, đèn báo và vỏ tủ.

Vì vậy, cần phân biệt:

• Contactor: Thực hiện đóng và ngắt mạch điện.
• Relay nhiệt: Bảo vệ động cơ trước tình trạng quá tải và một số trường hợp mất pha, tùy loại.
• Bộ khởi động từ hoàn chỉnh: Gồm contactor, bảo vệ quá tải và các thiết bị điều khiển hoặc bảo vệ liên quan.

Cấu Tạo Khởi Động Từ Gồm Những Bộ Phận Chính Nào?

Một khởi động từ điện từ thông dụng thường gồm:

1. Cuộn dây điện từ.
2. Lõi sắt tĩnh.
3. Lõi sắt động hoặc phần ứng.
4. Lò xo hồi vị.
5. Hệ thống tiếp điểm chính.
6. Hệ thống tiếp điểm phụ.
7. Buồng dập hồ quang.
8. Đầu nối dây điện.
9. Vỏ cách điện.
10. Cơ cấu truyền động.
11. Vòng chống rung trên một số loại contactor AC.
12. Vị trí lắp phụ kiện mở rộng.

Ba thành phần cốt lõi khi lựa chọn contactor là các cực tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và cuộn dây điều khiển. Mỗi thành phần phải được lựa chọn theo đúng dòng điện, điện áp, loại tải và yêu cầu của mạch điều khiển.

Hệ Thống Nam Châm Điện Của Khởi Động Từ

Hệ thống nam châm điện là phần tạo lực để đóng và mở các tiếp điểm. Bộ phận này thường gồm cuộn dây, lõi sắt tĩnh, lõi sắt động và lò xo hồi vị.

Cuộn dây điện từ

Cuộn dây, còn gọi là cuộn hút hoặc coil, được quấn bằng dây dẫn có cách điện quanh phần lõi từ. Khi được cấp đúng điện áp, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường.

Từ trường sinh ra lực hút phần lõi động về phía lõi tĩnh. Chuyển động này được truyền đến các tiếp điểm, làm tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ thay đổi trạng thái.

Điện áp cuộn dây có thể khác hoàn toàn điện áp của mạch động lực. Một contactor đóng cắt động cơ 3 pha 380V vẫn có thể sử dụng cuộn hút:

• 24VDC.
• 24VAC.
• 48VAC.
• 110VAC.
• 220VAC.
• 380VAC.
• Dải điện áp rộng AC/DC trên một số dòng điện tử.

Các nhà sản xuất cung cấp contactor với nhiều lựa chọn điện áp cuộn dây và loại nguồn AC hoặc DC. Do đó, không được chọn cuộn hút chỉ dựa trên điện áp của tải động lực.

Hai đầu cấp nguồn cho cuộn dây thường được ký hiệu là:

• A1.
• A2.

Với cuộn dây DC, một số model yêu cầu đấu đúng cực tính A1+ và A2-. Một số loại khác có mạch chỉnh lưu hoặc giao diện điện tử nên cách đấu có thể khác. Cần kiểm tra sơ đồ trên thân thiết bị hoặc tài liệu của đúng mã sản phẩm.

Lõi sắt tĩnh

Lõi sắt tĩnh được cố định bên trong thân khởi động từ. Cuộn dây thường được bố trí xung quanh hoặc gần phần lõi này.

Khi cuộn dây có điện, lõi sắt tĩnh trở thành một phần của mạch từ và tạo lực hút đối với lõi sắt động. Bề mặt tiếp xúc của lõi từ phải sạch, bằng phẳng và đóng kín để thiết bị làm việc ổn định.

Nếu bề mặt lõi từ bị:

• Bám bụi.
• Rỉ sét.
• Cong vênh.
• Có vật lạ.
• Mòn không đều.
• Không đóng kín.

Khởi động từ có thể phát ra tiếng rung hoặc tiếng ù lớn khi hoạt động.

Lõi sắt động

Lõi sắt động, còn gọi là phần ứng hoặc armature, là bộ phận có thể chuyển động dưới tác dụng của lực điện từ.

Lõi động được liên kết với giá mang tiếp điểm. Khi cuộn dây được cấp điện, lõi động bị hút về phía lõi tĩnh, kéo theo tiếp điểm chính và phụ thay đổi trạng thái.

Khi cuộn dây mất điện, lực từ biến mất. Lò xo hồi vị đẩy lõi động trở lại vị trí ban đầu và làm mạch động lực bị ngắt.

Lò xo hồi vị

Lò xo hồi vị có nhiệm vụ:

• Đưa lõi động về vị trí ban đầu khi cuộn dây mất điện.
• Tách các tiếp điểm chính.
• Khôi phục trạng thái NO và NC của tiếp điểm phụ.
• Tạo lực tách tiếp điểm đủ nhanh.
• Hạn chế hiện tượng tiếp điểm bị giữ ở trạng thái đóng ngoài ý muốn.

Nếu lò xo yếu, gãy, lệch hoặc bị kẹt, contactor có thể:

• Nhả chậm.
• Không nhả hết.
• Đóng không dứt khoát.
• Tiếp điểm rung.
• Phát sinh hồ quang kéo dài.
• Làm tải vẫn còn điện dù mạch điều khiển đã ngắt.

Vòng chống rung của contactor AC

Một số contactor sử dụng cuộn hút AC có vòng dẫn điện được bố trí trên lõi từ, thường được gọi là vòng ngắn mạch hoặc vòng chống rung.

Dòng điện xoay chiều liên tục đổi chiều và đi qua điểm 0. Vòng này giúp tạo từ thông lệch pha để duy trì lực hút trong thời điểm từ thông chính suy giảm, nhờ đó hạn chế hiện tượng phần ứng rung mạnh theo tần số nguồn.

Nếu vòng chống rung bị nứt, lỏng hoặc hư hỏng, contactor AC có thể phát ra tiếng ù lớn dù điện áp cuộn hút vẫn tương đối bình thường.

Không phải mọi loại contactor đều sử dụng cấu tạo vòng chống rung giống nhau. Các dòng contactor có cuộn dây điện tử hoặc điều khiển DC có thể sử dụng giải pháp khác.

Hệ Thống Tiếp Điểm Chính

Tiếp điểm chính là bộ phận trực tiếp đóng và ngắt dòng điện cấp cho tải. Đây là phần phải chịu dòng điện lớn, dòng khởi động và hồ quang phát sinh trong quá trình chuyển mạch.

Contactor điều khiển động cơ 3 pha thường có ba cực chính. Các đầu cực phía nguồn thường được ký hiệu:

• 1/L1.
• 3/L2.
• 5/L3.

Các đầu cực phía tải thường được ký hiệu:

• 2/T1.
• 4/T2.
• 6/T3.

Ký hiệu cụ thể có thể khác theo tiêu chuẩn và từng dòng sản phẩm nên vẫn phải kiểm tra sơ đồ trên thiết bị.

Tiếp điểm chính thường mở

Phần lớn contactor điều khiển động cơ sử dụng các tiếp điểm chính thường mở, viết tắt là NO.

Khi cuộn dây chưa được cấp điện:

• Các tiếp điểm chính ở trạng thái mở.
• Động cơ chưa được cấp nguồn.
• Dòng điện không đi từ đầu nguồn sang đầu tải.

Khi cuộn dây có điện:

• Lõi động bị hút.
• Các tiếp điểm chính đóng lại.
• Dòng điện được cấp đến động cơ hoặc tải.

Các dòng contactor công nghiệp có thể có ba hoặc bốn cực chính, sử dụng tiếp điểm thường mở hoặc các cấu hình khác tùy ứng dụng.

Vật liệu tiếp điểm

Tiếp điểm phải có:

• Khả năng dẫn điện tốt.
• Khả năng chịu nhiệt.
• Khả năng chống mài mòn.
• Khả năng chịu hồ quang.
• Độ bền cơ và độ bền điện phù hợp.

Nhiều tiếp điểm sử dụng hợp kim bạc hoặc các vật liệu dẫn điện chuyên dụng nhằm giảm điện trở tiếp xúc và nâng cao khả năng chịu chuyển mạch.

Sau thời gian sử dụng, bề mặt tiếp điểm có thể xuất hiện:

• Rỗ nhẹ.
• Đổi màu.
• Lớp muội.
• Vết cháy.
• Mòn không đều.
• Dính tiếp điểm.

Không nên tự ý dùng giấy nhám thô để mài mạnh tiếp điểm vì có thể làm mất lớp vật liệu tiếp xúc, thay đổi hình dạng và giảm lực ép. Việc bảo trì hoặc thay thế cần thực hiện theo hướng dẫn của từng dòng contactor.

Tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh

Mỗi cực chính thường có:

• Tiếp điểm tĩnh được cố định trên thân thiết bị.
• Tiếp điểm động gắn với cơ cấu chuyển động.
• Lò xo tạo lực ép tiếp điểm.
• Thanh dẫn điện.
• Đầu cực đấu dây.

Khi contactor hút, tiếp điểm động ép vào tiếp điểm tĩnh để tạo đường dẫn điện. Lực ép phải đủ lớn nhằm giảm điện trở tiếp xúc và hạn chế phát nhiệt.

Nếu bề mặt tiếp điểm bị bẩn hoặc lực ép không đủ, điện trở tiếp xúc tăng lên, gây:

• Nóng cục bộ.
• Sụt áp.
• Cháy đầu cực.
• Mất pha.
• Động cơ chạy yếu.
• Tiếp điểm nhanh hỏng.

Hệ Thống Tiếp Điểm Phụ

Tiếp điểm phụ được dùng trong mạch điều khiển, giám sát và liên động. Dòng điện qua tiếp điểm phụ thường nhỏ hơn nhiều so với dòng qua tiếp điểm chính.

Khởi động từ có thể có sẵn tiếp điểm phụ hoặc cho phép lắp thêm block tiếp điểm ở phía trước hoặc hai bên thân thiết bị. Các nhà sản xuất cung cấp tiếp điểm phụ dạng NO, NC, tiếp điểm tác động sớm hoặc tác động trễ tùy yêu cầu điều khiển.

Tiếp điểm phụ thường mở NO

Tiếp điểm thường mở không dẫn điện khi cuộn hút chưa hoạt động. Khi contactor hút, tiếp điểm NO đóng lại.

Ký hiệu thường gặp:

• 13–14.
• 23–24.
• 33–34.

Tiếp điểm NO thường được sử dụng để:

• Tự duy trì mạch contactor.
• Báo trạng thái đang chạy.
• Kích hoạt timer relay.
• Điều khiển contactor tiếp theo.
• Truyền tín hiệu về PLC.
• Bật đèn báo RUN.

Tiếp điểm phụ thường đóng NC

Tiếp điểm thường đóng dẫn điện khi cuộn hút chưa hoạt động. Khi contactor hút, tiếp điểm NC mở ra.

Ký hiệu thường gặp:

• 21–22.
• 31–32.
• 41–42.

Tiếp điểm NC thường được dùng để:

• Liên động contactor thuận và nghịch.
• Liên động contactor sao và tam giác.
• Báo trạng thái dừng.
• Cắt tín hiệu điều khiển khác.
• Tạo điều kiện khóa trong mạch điều khiển.

Vai trò của tiếp điểm phụ trong mạch tự giữ

Trong mạch điều khiển động cơ bằng nút nhấn START và STOP, tiếp điểm phụ NO của contactor thường được mắc song song với nút START.

Trình tự hoạt động:

1. Nhấn START để cấp điện cho cuộn hút.
2. Contactor hút và tiếp điểm chính đóng.
3. Tiếp điểm phụ NO cũng đóng.
4. Khi thả nút START, dòng điện vẫn đi qua tiếp điểm phụ.
5. Contactor tiếp tục duy trì trạng thái hoạt động.
6. Nhấn STOP làm mạch cuộn hút bị ngắt.
7. Contactor nhả và tiếp điểm phụ trở về trạng thái mở.

Nếu tiếp điểm tự giữ bị cháy, bẩn hoặc đấu sai, động cơ có thể chỉ chạy khi giữ tay tại nút START.

Buồng Dập Hồ Quang

Khi các tiếp điểm đang mang dòng điện bị tách ra, dòng điện không biến mất ngay lập tức. Không khí giữa hai bề mặt tiếp điểm có thể bị ion hóa và hình thành hồ quang điện.

Hồ quang có nhiệt độ cao và có thể:

• Làm cháy tiếp điểm.
• Làm nóng vỏ thiết bị.
• Gây mòn vật liệu.
• Làm dính tiếp điểm.
• Phóng điện sang cực bên cạnh.
• Giảm tuổi thọ của contactor.

Buồng dập hồ quang được bố trí gần các tiếp điểm chính. Bộ phận này thường gồm nhiều tấm kim loại hoặc cấu trúc chia hồ quang thành các đoạn nhỏ, kéo dài đường hồ quang, làm nguội và hỗ trợ dập tắt nhanh hơn.

Contactor đóng cắt dòng điện DC cần khả năng xử lý hồ quang phù hợp vì dòng DC không có điểm qua 0 tự nhiên như dòng AC. Vì vậy, không nên sử dụng contactor AC cho mạch DC nếu nhà sản xuất không công bố khả năng đóng cắt tương ứng.

Vỏ Cách Điện Của Khởi Động Từ

Vỏ khởi động từ có nhiệm vụ:

• Cố định các bộ phận bên trong.
• Cách điện giữa các cực.
• Hạn chế người sử dụng chạm vào phần mang điện.
• Giảm nguy cơ hồ quang lan sang cực bên cạnh.
• Bảo vệ cơ cấu khỏi bụi và tác động cơ học ở mức thiết kế.
• Tạo vị trí lắp đặt phụ kiện.

Vỏ thường được chế tạo từ vật liệu cách điện và chịu nhiệt phù hợp. Tuy nhiên, contactor lắp trong tủ điện không mặc nhiên có khả năng chống nước hoặc chống bụi hoàn toàn.

Khi làm việc trong môi trường:

• Nhiều bụi.
• Ẩm ướt.
• Có hơi hóa chất.
• Nhiệt độ cao.
• Rung động mạnh.
• Ngoài trời.

Cần lựa chọn tủ điện và cấp bảo vệ môi trường phù hợp.

Đầu Nối Mạch Động Lực Và Mạch Điều Khiển

Khởi động từ có các nhóm đầu nối riêng biệt.

Đầu nối mạch động lực

Đây là các đầu cực chịu dòng điện của tải. Chúng thường có kích thước lớn hơn và được bố trí ở phía trên, phía dưới thân contactor.

Khi đấu nối cần:

• Chọn dây đúng tiết diện.
• Tuốt dây đúng chiều dài.
• Sử dụng đầu cốt phù hợp.
• Siết đúng lực.
• Không để sợi đồng thừa.
• Không đấu nhiều dây vượt khả năng đầu cực.
• Kiểm tra nhiệt tại đầu nối khi vận hành.

Đầu nối lỏng làm tăng điện trở tiếp xúc, gây nóng, cháy đầu cực và có thể làm mất pha.

Đầu nối cuộn hút

Hai đầu cuộn dây thường được ký hiệu A1 và A2. Đây là mạch điều khiển, không phải đầu cực động lực.

Nguồn cấp cho A1 và A2 phải đúng:

• Điện áp.
• Tần số.
• Loại AC hoặc DC.
• Cực tính nếu được yêu cầu.
• Phạm vi cho phép của nhà sản xuất.

Đầu nối tiếp điểm phụ

Các đầu nối này được đánh số theo từng cặp NO hoặc NC và được dùng cho mạch tự giữ, liên động, báo trạng thái hoặc điều khiển thiết bị khác.

Không nên dùng tiếp điểm phụ để cấp trực tiếp cho tải vượt quá khả năng đóng cắt của nó.

Cơ Cấu Truyền Động

Cơ cấu truyền động liên kết lõi sắt động với các tiếp điểm.

Khi lõi động di chuyển, cơ cấu này phải bảo đảm:

• Các cực chính đóng gần như đồng thời.
• Tiếp điểm phụ chuyển trạng thái đúng thứ tự.
• Lực ép tiếp điểm được phân bổ phù hợp.
• Khoảng cách cách điện được duy trì khi mở.
• Tiếp điểm tách nhanh khi cuộn dây mất điện.

Nếu cơ cấu bị kẹt, cong, nứt hoặc bám nhiều bụi, contactor có thể đóng không hết hành trình. Đây là tình trạng nguy hiểm vì tiếp điểm chỉ chạm nhẹ, tạo điện trở cao và phát nhiệt mạnh.

Relay Nhiệt Trong Bộ Khởi Động Từ Hoàn Chỉnh

Relay nhiệt không phải là bộ phận bắt buộc nằm bên trong mọi contactor. Tuy nhiên, trong một bộ khởi động động cơ thông dụng, relay nhiệt thường được lắp trực tiếp dưới contactor hoặc kết nối với contactor qua dây dẫn.

Relay nhiệt có nhiệm vụ bảo vệ động cơ khi dòng điện vượt quá mức cài đặt trong một khoảng thời gian. Các dòng relay quá tải nhiệt và điện tử có thể kết hợp cùng contactor để tạo thành giải pháp khởi động động cơ nhỏ gọn.

Relay nhiệt thường gồm:

• Phần tử lưỡng kim hoặc cảm biến dòng điện tử.
• Núm chỉnh dòng.
• Nút RESET.
• Chế độ reset tự động hoặc bằng tay.
• Tiếp điểm phụ 95–96.
• Tiếp điểm phụ 97–98.
• Cơ cấu thử TEST trên một số model.

Khi relay nhiệt tác động:

• Tiếp điểm 95–96 thường mở mạch cuộn hút contactor.
• Contactor nhả.
• Tiếp điểm chính ngắt nguồn động cơ.
• Tiếp điểm 97–98 có thể dùng để bật đèn hoặc còi báo lỗi.

Relay nhiệt bảo vệ quá tải nhưng không thay thế aptomat hoặc cầu chì bảo vệ ngắn mạch.

Phụ Kiện Có Thể Lắp Thêm Cho Khởi Động Từ

Tùy dòng sản phẩm, contactor có thể lắp thêm:

• Block tiếp điểm phụ.
• Timer đóng trễ.
• Timer ngắt trễ.
• Khóa liên động cơ khí.
• Module chống xung điện áp.
• Diode dập xung.
• Mạch RC.
• Varistor.
• Chốt liên kết với relay nhiệt.
• Module truyền thông.
• Bộ chỉ thị trạng thái.
• Cuộn dây thay thế.

Không phải mọi contactor đều cho phép thay toàn bộ tiếp điểm, buồng dập hồ quang hoặc cuộn dây. Khả năng thay linh kiện phụ thuộc từng kích thước và dòng sản phẩm.

Sơ Đồ Cấu Tạo Khởi Động Từ Theo Từng Nhóm

Nhóm bộ phận	Thành phần	Chức năng chính
Hệ thống điện từ	Cuộn dây A1–A2	Tạo từ trường
Hệ thống điện từ	Lõi sắt tĩnh	Tạo mạch từ cố định
Hệ thống điện từ	Lõi sắt động	Chuyển động để đóng tiếp điểm
Cơ khí	Lò xo hồi vị	Đưa thiết bị về trạng thái ban đầu
Mạch động lực	Tiếp điểm chính	Đóng ngắt nguồn cấp cho tải
Mạch điều khiển	Tiếp điểm phụ	Tự giữ, liên động và báo trạng thái
Bảo vệ tiếp điểm	Buồng dập hồ quang	Làm nguội và dập hồ quang
Kết nối	Đầu cực nguồn, tải và coil	Đấu dây điện
Bảo vệ cơ học	Vỏ cách điện	Cố định và cách ly các bộ phận
Phụ kiện	Relay nhiệt, timer, block phụ	Mở rộng chức năng điều khiển

Nguyên Lý Hoạt Động Của Khởi Động Từ

Trạng thái chưa cấp điện cho cuộn hút

Khi A1 và A2 chưa có điện áp:

• Cuộn dây chưa tạo từ trường.
• Lõi động được lò xo giữ ở vị trí ban đầu.
• Tiếp điểm chính NO đang mở.
• Tiếp điểm phụ NO đang mở.
• Tiếp điểm phụ NC đang đóng.
• Tải chưa được cấp điện.

Khi cấp điện cho cuộn hút

Khi cuộn dây nhận đúng điện áp:

1. Dòng điện chạy qua cuộn dây.
2. Từ trường được hình thành.
3. Lõi động bị hút về phía lõi tĩnh.
4. Cơ cấu truyền động di chuyển.
5. Tiếp điểm chính đóng lại.
6. Tiếp điểm phụ NO đóng.
7. Tiếp điểm phụ NC mở.
8. Dòng điện được cấp đến tải.

Contactor duy trì trạng thái đóng trong thời gian cuộn dây còn được cấp điện. Schneider Electric mô tả contactor loại giữ bằng điện là thiết bị sử dụng một cuộn dây được cấp điện liên tục để duy trì các tiếp điểm động lực ở trạng thái đóng.

Khi ngắt điện cuộn hút

Khi nguồn tại A1 và A2 bị ngắt:

1. Từ trường suy giảm.
2. Lực hút điện từ mất đi.
3. Lò xo đẩy lõi động về vị trí ban đầu.
4. Tiếp điểm chính tách ra.
5. Hồ quang được dẫn vào buồng dập.
6. Tiếp điểm phụ trở về trạng thái ban đầu.
7. Tải bị ngắt khỏi nguồn.

Quá trình đóng và nhả phải diễn ra dứt khoát. Nếu cuộn hút chỉ nhận điện áp thấp, lõi động có thể không được kéo kín, khiến contactor rung, nóng coil và làm hỏng tiếp điểm chính.

Cấu Tạo Khởi Động Từ AC Và DC Có Gì Khác Nhau?

Khởi động từ AC

Contactor AC thường được sử dụng trong hệ thống điện xoay chiều và điều khiển động cơ 1 pha hoặc 3 pha.

Đặc điểm thường gặp:

• Cuộn hút sử dụng nguồn AC.
• Lõi từ ghép từ các lá thép kỹ thuật điện.
• Có giải pháp hạn chế rung tại điểm dòng điện qua 0.
• Buồng dập hồ quang phù hợp với dòng AC.
• Được lựa chọn theo các cấp sử dụng như AC-1, AC-3 hoặc AC-4.

Khởi động từ DC

Contactor DC được thiết kế cho mạch điện một chiều như:

• Hệ thống pin.
• Ắc quy.
• Xe điện.
• Bộ lưu trữ năng lượng.
• Hệ thống điện mặt trời.
• Cầu trục và xe nâng điện.
• Tủ điện DC.

Do hồ quang DC khó dập hơn, contactor DC có thể sử dụng buồng dập lớn hơn, nam châm thổi hồ quang hoặc cấu trúc tiếp điểm riêng.

Không được sử dụng contactor AC để đóng cắt DC hoặc ngược lại nếu thiết bị không được công bố cho ứng dụng đó.

Phân Biệt Khởi Động Từ Và Relay Trung Gian

Tiêu chí	Khởi động từ	Relay trung gian
Mục đích chính	Đóng cắt tải động lực	Chuyển đổi và nhân tín hiệu
Dòng tiếp điểm	Lớn hơn	Thường nhỏ hơn
Buồng dập hồ quang	Có trên mạch chính	Đơn giản hơn
Số tiếp điểm chính	Thường 3 hoặc 4 cực	Không phân chia rõ mạch động lực
Ứng dụng	Động cơ, gia nhiệt, chiếu sáng	PLC, cảm biến, mạch logic
Kích thước	Lớn hơn	Nhỏ gọn hơn
Phụ kiện	Relay nhiệt, liên động, timer	Đế cắm, đèn chỉ thị, diode

Cả hai đều sử dụng nguyên lý điện từ trên nhiều dòng sản phẩm, nhưng contactor được thiết kế để đóng cắt dòng tải lớn hơn relay điều khiển.

Phân Biệt Khởi Động Từ Và Aptomat

Khởi động từ và aptomat đều có khả năng ngắt mạch nhưng đảm nhiệm vai trò khác nhau.

Khởi động từ

• Đóng ngắt thường xuyên.
• Điều khiển bằng tín hiệu điện.
• Phù hợp điều khiển từ xa và tự động.
• Không mặc nhiên bảo vệ ngắn mạch.
• Có thể kết hợp relay nhiệt để bảo vệ quá tải.

Aptomat

• Bảo vệ quá tải và ngắn mạch tùy loại.
• Có khả năng tự động ngắt khi xuất hiện sự cố.
• Không phải thiết bị tối ưu cho việc đóng ngắt động cơ liên tục.
• Được lựa chọn theo dòng định mức và khả năng cắt.

Trong mạch động cơ, aptomat, contactor và relay nhiệt thường phối hợp với nhau thay vì thay thế lẫn nhau.

Phân Biệt Khởi Động Từ Và Bộ Khởi Động Mềm

Khởi động từ đóng trực tiếp nguồn điện vào động cơ. Dòng khởi động có thể tăng cao tùy loại động cơ, tải và phương pháp đấu nối.

Bộ khởi động mềm sử dụng linh kiện bán dẫn để điều chỉnh điện áp trong quá trình khởi động, giúp giảm tác động điện và cơ khí. Sau khi động cơ đạt tốc độ, một số hệ thống sử dụng contactor bypass để giảm tổn hao trên linh kiện công suất.

Khởi động từ phù hợp mạch đơn giản và chi phí thấp. Khởi động mềm phù hợp hơn khi cần hạn chế dòng khởi động, giảm va đập cơ khí hoặc kiểm soát quá trình tăng tốc.

Các Loại Khởi Động Từ Phổ Biến

Khởi động từ 1 pha

Loại này có thể được sử dụng để điều khiển:

• Máy bơm 1 pha.
• Máy nén nhỏ.
• Quạt.
• Điều hòa.
• Điện trở gia nhiệt.
• Hệ thống chiếu sáng.
• Thiết bị dân dụng và thương mại.

Cần chọn số cực và cấp sử dụng phù hợp với loại tải.

Khởi động từ 3 pha

Đây là loại phổ biến trong công nghiệp, thường có ba tiếp điểm chính để đóng cắt L1, L2 và L3.

Ứng dụng:

• Động cơ 3 pha.
• Máy bơm công nghiệp.
• Quạt hút.
• Máy nén khí.
• Băng tải.
• Máy trộn.
• Máy gia công.
• Dây chuyền sản xuất.

Khởi động từ đảo chiều

Bộ đảo chiều thường sử dụng hai contactor:

• Một contactor chạy thuận.
• Một contactor chạy nghịch.

Mạch phải có:

• Liên động điện bằng tiếp điểm phụ NC.
• Liên động cơ khí giữa hai contactor.
• Khoảng dừng phù hợp trước khi đảo chiều.
• Bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

Nếu hai contactor đóng cùng lúc, hệ thống có thể xảy ra ngắn mạch giữa các pha.

Khởi động từ sao tam giác

Bộ sao tam giác thường sử dụng:

• Contactor chính.
• Contactor sao.
• Contactor tam giác.
• Timer relay.
• Relay nhiệt.
• Liên động điện và cơ khí.

Timer điều khiển thời điểm chuyển từ sao sang tam giác. Contactor sao và tam giác tuyệt đối không được đóng đồng thời.

Contactor dành cho tụ bù

Tụ điện có thể tạo dòng xung lớn khi đóng vào lưới điện. Contactor tụ bù thường có cấu tạo và phụ kiện hỗ trợ hạn chế dòng xung, không nên thay bằng contactor động cơ thông thường nếu ứng dụng yêu cầu contactor chuyên dụng.

Contactor chân không

Contactor chân không sử dụng buồng chân không để đóng cắt và dập hồ quang, thường xuất hiện trong một số ứng dụng trung thế hoặc hệ thống công nghiệp chuyên dụng. ABB cung cấp contactor chân không dùng trong hệ thống đóng cắt công nghiệp theo tiêu chuẩn IEC.

Các Thông Số Quan Trọng Trên Khởi Động Từ

Dòng điện định mức

Dòng điện định mức của contactor cần được đọc cùng cấp sử dụng. Một contactor có thể mang các mức dòng khác nhau khi điều khiển tải điện trở và tải động cơ.

Không nên chỉ nhìn con số dòng lớn nhất được in trên thiết bị.

Công suất động cơ

Nhà sản xuất thường công bố công suất động cơ tương ứng với:

• Điện áp 220V.
• Điện áp 380V hoặc 400V.
• Điện áp 415V.
• Điện áp 440V.
• Cấp sử dụng AC-3.
• Tần số làm việc.

Cùng một contactor nhưng công suất động cơ cho phép có thể thay đổi theo điện áp và điều kiện sử dụng.

Điện áp cuộn hút

Đây là thông số dễ bị chọn sai nhất.

Cần kiểm tra:

• Uc.
• AC hay DC.
• 50Hz hay 60Hz.
• Dải điện áp cho phép.
• Cực tính.
• Mạch điều khiển đang sử dụng.

Cấp sử dụng AC-1

AC-1 thường áp dụng cho tải không cảm hoặc cảm nhẹ, chẳng hạn điện trở gia nhiệt trong điều kiện phù hợp.

Cấp sử dụng AC-3

AC-3 thường dùng cho việc khởi động động cơ lồng sóc và ngắt khi động cơ đang chạy. Đây là cấp sử dụng thường gặp khi lựa chọn contactor cho động cơ. Schneider Electric phân biệt AC-1 và AC-3 theo đặc tính tải, dòng đóng và điều kiện cắt của contactor.

Cấp sử dụng AC-4

AC-4 liên quan đến chế độ làm việc nặng hơn như:

• Đóng cắt nhấp.
• Đảo chiều.
• Hãm ngược.
• Đóng ngắt khi động cơ chưa ổn định.

Contactor làm việc ở AC-4 thường phải chịu điều kiện khắc nghiệt hơn AC-3. Không nên chọn thiết bị theo công suất AC-3 nếu mạch thường xuyên đảo chiều hoặc đóng cắt nhấp.

Số lượng tiếp điểm phụ

Cần xác định mạch cần:

• Bao nhiêu tiếp điểm NO.
• Bao nhiêu tiếp điểm NC.
• Có cần tiếp điểm tác động sớm không.
• Có cần lắp block mở rộng không.
• Có cần tín hiệu phản hồi PLC không.

Tần suất đóng cắt

Tải đóng ngắt vài lần mỗi ngày và tải đóng ngắt hàng trăm lần mỗi giờ tạo ra yêu cầu hoàn toàn khác nhau đối với tuổi thọ tiếp điểm.

Tần suất cao có thể làm:

• Mòn tiếp điểm nhanh.
• Tăng nhiệt cuộn dây.
• Giảm tuổi thọ cơ khí.
• Tăng nguy cơ dính tiếp điểm.
• Yêu cầu contactor hoặc giải pháp bán dẫn chuyên dụng.

Cách Chọn Khởi Động Từ Phù Hợp

Bước 1: Xác định loại tải

Cần biết contactor điều khiển:

• Động cơ.
• Điện trở gia nhiệt.
• Đèn chiếu sáng.
• Tụ bù.
• Máy biến áp.
• Van điện từ.
• Nguồn AC hay DC.

Bước 2: Xác định dòng tải thực tế

Đối với động cơ 3 pha, có thể tham khảo công thức:

I = P / (√3 × U × cosφ × η)

Trong đó:

• I là dòng điện.
• P là công suất động cơ.
• U là điện áp dây.
• cosφ là hệ số công suất.
• η là hiệu suất.

Tốt nhất nên sử dụng dòng định mức ghi trên nhãn động cơ làm dữ liệu chính, sau đó kiểm tra điều kiện khởi động và cấp sử dụng của contactor.

Bước 3: Chọn theo AC-1, AC-3 Hoặc AC-4

Không lựa chọn dựa trên dòng nhiệt quy ước nếu ứng dụng thực tế là động cơ. Cần sử dụng đúng dòng AC-3 hoặc AC-4 do nhà sản xuất công bố.

Bước 4: Chọn đúng điện áp cuộn hút

Ví dụ:

• Tủ PLC thường sử dụng 24VDC.
• Mạch điều khiển thông dụng có thể dùng 220VAC.
• Một số tủ cũ sử dụng 380VAC.
• Máy nhập khẩu có thể dùng 110VAC.

Cuộn hút sai điện áp có thể không hoạt động hoặc bị cháy.

Bước 5: Kiểm tra số tiếp điểm phụ

Mạch tự giữ đơn giản thường cần ít nhất một tiếp điểm NO. Mạch đảo chiều, sao tam giác hoặc liên động nhiều thiết bị có thể cần thêm NO và NC.

Bước 6: Chọn relay nhiệt tương thích

Relay nhiệt cần có:

• Dải chỉnh bao phủ dòng định mức động cơ.
• Khả năng lắp tương thích với contactor.
• Cấp tác động phù hợp.
• Tiếp điểm điều khiển phù hợp.
• Khả năng phát hiện mất pha nếu ứng dụng yêu cầu.

Bước 7: Kiểm tra phối hợp bảo vệ

Contactor phải được phối hợp với:

• Aptomat.
• Cầu chì.
• Relay nhiệt.
• Dây dẫn.
• Mạch điều khiển.
• Dòng ngắn mạch dự kiến.
• Điều kiện vận hành.

Tại Sao Khởi Động Từ Bị Kêu Hoặc Rung?

Khởi động từ phát tiếng “tách” khi đóng hoặc nhả là hiện tượng chuyển động cơ khí bình thường. Tuy nhiên, tiếng ù lớn, rung liên tục hoặc đóng nhả liên tiếp là dấu hiệu cần kiểm tra.

Nguyên nhân có thể gồm:

• Điện áp cuộn hút quá thấp.
• Điện áp chập chờn.
• Sai tần số nguồn.
• Bề mặt lõi từ bẩn.
• Lõi từ không đóng kín.
• Vòng chống rung bị hỏng.
• Cơ cấu bị kẹt.
• Lò xo biến dạng.
• Đầu nối cuộn hút bị lỏng.

Điện áp điều khiển thấp có thể làm contactor đóng chậm hoặc không đóng hoàn toàn, dẫn đến cuộn dây quá nóng và tiếp điểm bị rung.

Không nên chèn vật, buộc giữ lõi động hoặc nối tắt mạch để ép contactor ngừng rung.

Tại Sao Cuộn Hút Khởi Động Từ Bị Cháy?

Các nguyên nhân phổ biến gồm:

• Cấp sai điện áp.
• Điện áp cao hơn định mức.
• Điện áp thấp khiến contactor không hút kín.
• Nguồn chập chờn làm đóng nhả liên tục.
• Cuộn dây sai tần số.
• Nhiệt độ tủ điện quá cao.
• Lõi động bị kẹt.
• Bụi bẩn làm mạch từ không khép kín.
• Coil đã lão hóa.
• Mạch điều khiển đấu sai.

Khi contactor chưa hút kín, cuộn dây AC có thể tiêu thụ dòng lớn hơn trạng thái đã đóng. Nếu tình trạng kéo dài, cuộn dây nhanh chóng nóng và hỏng cách điện.

Tại Sao Tiếp Điểm Khởi Động Từ Bị Cháy?

Tiếp điểm cháy có thể do:

• Chọn contactor quá nhỏ.
• Chọn sai cấp sử dụng.
• Động cơ khởi động quá lâu.
• Đóng ngắt quá thường xuyên.
• Điện áp thấp làm contactor rung.
• Mất pha.
• Đầu nối lỏng.
• Tải bị kẹt.
• Dòng khởi động quá lớn.
• Ngắn mạch phía tải.
• Tiếp điểm đóng không đồng thời.
• Buồng dập hồ quang hỏng.

Tiếp điểm cháy ở một cực có thể gây mất cân bằng điện áp và dòng điện, khiến động cơ nóng hoặc không thể khởi động.

Tại Sao Khởi Động Từ Không Hút?

Có thể kiểm tra theo trình tự:

1. Kiểm tra nguồn mạch điều khiển.
2. Đo điện áp tại A1 và A2.
3. Kiểm tra nút STOP.
4. Kiểm tra nút START.
5. Kiểm tra tiếp điểm 95–96 của relay nhiệt.
6. Kiểm tra tiếp điểm liên động.
7. Kiểm tra dây dẫn.
8. Kiểm tra điện trở cuộn dây khi đã ngắt nguồn.
9. Kiểm tra cơ cấu lõi động.
10. Kiểm tra điện áp coil có đúng định mức không.

Nếu có đúng điện áp tại A1 và A2 nhưng contactor không hút, nguyên nhân có thể nằm ở cuộn dây hoặc cơ cấu cơ khí.

Tại Sao Khởi Động Từ Không Nhả?

Nguyên nhân có thể gồm:

• Cuộn hút vẫn còn điện.
• Tiếp điểm tự giữ bị đấu sai.
• Nút STOP bị nối tắt.
• Tín hiệu PLC chưa ngắt.
• Lõi động bị kẹt.
• Lò xo hồi vị bị yếu hoặc gãy.
• Tiếp điểm chính bị hàn dính.
• Cơ cấu cơ khí bị biến dạng.

Nếu đã ngắt điện cuộn hút nhưng tải vẫn có điện, cần cắt nguồn tổng và kiểm tra ngay. Không tiếp tục vận hành vì tiếp điểm chính có thể đã bị dính.

Tại Sao Khởi Động Từ Bị Nóng?

Khởi động từ có thể ấm khi hoạt động, đặc biệt tại cuộn dây. Tuy nhiên, nhiệt độ tăng bất thường có thể do:

• Dòng tải vượt định mức.
• Chọn sai cấp AC-3 hoặc AC-4.
• Đầu nối lỏng.
• Tiếp điểm bị rỗ.
• Cuộn hút sai điện áp.
• Điện áp điều khiển thấp.
• Tủ điện thông gió kém.
• Nhiệt độ môi trường cao.
• Đóng cắt quá thường xuyên.
• Các thiết bị lắp quá sát nhau.

Có thể sử dụng ampe kìm để đo dòng từng pha và camera nhiệt hoặc nhiệt kế phù hợp để kiểm tra điểm phát nóng.

Cách Kiểm Tra Khởi Động Từ

Kiểm tra bằng quan sát

Quan sát:

• Vỏ có nứt hoặc cháy không.
• Đầu cực có đổi màu không.
• Dây có lỏng không.
• Có mùi khét không.
• Buồng dập hồ quang có hỏng không.
• Tiếp điểm có dấu hiệu cháy không.
• Relay nhiệt có tác động không.

Kiểm tra cuộn dây

Sau khi ngắt điện và xác nhận mạch không còn điện áp, có thể đo điện trở cuộn dây.

• Giá trị vô cùng lớn có thể liên quan đến cuộn dây bị đứt.
• Giá trị bất thường quá thấp có thể liên quan đến chập vòng.
• Kết quả phải được so sánh với thiết bị cùng loại hoặc tài liệu kỹ thuật.

Không đo điện trở khi cuộn dây đang có điện.

Kiểm tra tiếp điểm

Có thể kiểm tra thông mạch:

• Các cực chính khi contactor nhả.
• Các cực chính khi thao tác thử đúng điều kiện.
• Tiếp điểm NO.
• Tiếp điểm NC.
• Tiếp điểm relay nhiệt.

Mạch phải được cô lập nguồn trước khi kiểm tra bằng thang điện trở hoặc thông mạch.

Kiểm tra điện áp vận hành

Đo điện áp tại A1 và A2 trong thời điểm contactor được yêu cầu đóng. Điện áp không chỉ cần đúng khi không tải mà còn phải ổn định trong quá trình cuộn dây hút.

Lưu Ý An Toàn Khi Kiểm Tra Khởi Động Từ

• Ngắt nguồn động lực và nguồn điều khiển.
• Khóa nguồn nếu có quy trình khóa và treo thẻ.
• Kiểm tra xác nhận không còn điện áp.
• Không dùng tay ấn lõi động khi mạch đang có điện.
• Không nối tắt relay nhiệt.
• Không đấu tắt nút STOP hoặc liên động an toàn.
• Không thay coil khác điện áp.
• Không tăng kích thước contactor mà bỏ qua dây và bảo vệ.
• Không chạm vào đầu cực ngay sau khi thiết bị vừa vận hành.
• Không sử dụng contactor bị nứt hoặc cháy.
• Mạch công suất lớn phải do kỹ thuật viên có chuyên môn thực hiện.

Kết Luận

Cấu tạo khởi động từ gồm hệ thống nam châm điện, tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, lò xo hồi vị, buồng dập hồ quang, đầu nối và vỏ cách điện. Trong đó, cuộn hút và lõi từ tạo chuyển động, tiếp điểm chính đóng cắt mạch động lực, còn tiếp điểm phụ phục vụ tự giữ, liên động và báo trạng thái.

Khởi động từ chỉ thực hiện nhiệm vụ đóng và ngắt mạch, không mặc nhiên bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch. Khi sử dụng cho động cơ, contactor cần được phối hợp với relay nhiệt, aptomat hoặc cầu chì và dây dẫn phù hợp.

Để lựa chọn đúng thiết bị, cần kiểm tra dòng AC-3, công suất động cơ, điện áp cuộn hút, số lượng tiếp điểm phụ, tần suất đóng cắt và điều kiện môi trường. Không nên chỉ dựa vào dòng điện lớn nhất được in trên thân contactor.

Gợi ý liên kết nội bộ:

• Khởi động từ là gì?
• Contactor là gì?
• Relay nhiệt là gì?
• Relay trung gian là gì?
• Timer relay là gì?
• Aptomat là gì?
• MCCB là gì?
• MCB là gì?
• Cách đấu mạch khởi động từ.
• Mạch tự giữ là gì?
• Mạch đảo chiều động cơ.
• Mạch khởi động sao tam giác.
• Công dụng của ampe kìm.
• Cách chọn contactor cho động cơ.
• Tại sao khởi động từ bị kêu?
• Tại sao khởi động từ bị cháy?

Từ khóa chính: Cấu tạo khởi động từ

Từ khóa phụ:

• Khởi động từ là gì.
• Cấu tạo contactor.
• Nguyên lý hoạt động của khởi động từ.
• Cuộn hút khởi động từ.
• Tiếp điểm chính contactor.
• Tiếp điểm phụ contactor.
• Buồng dập hồ quang.
• Cách chọn khởi động từ.
• Khởi động từ 3 pha.
• Contactor 3 pha.
• Khởi động từ bị kêu.
• Khởi động từ không hút.
• Khởi động từ bị nóng.
• Cách kiểm tra contactor.
• Khởi động từ và relay nhiệt.

Hotline tư vấn và hỗ trợ trực tiếp: 0986.203.203

Thông tin liên hệ

THÔNG TIN LIÊN HỆ Hỗ trợ tư vấn & đặt hàng

Để được tư vấn, hỗ trợ và đặt hàng quý khách hàng vui lòng liên hệ địa chỉ dưới đây:

Công Ty Cổ Phần Litanda Việt Nam

Số 21 Liền Kề 18 Lô B1.4 – Khu Đô Thị Thanh Hà – X.Bình Minh – Hà Nội

Số 119/61 Trung Mỹ Tây – Khu Phố 2 - Quận 12 – TP. Hồ Chí Minh.

Hotline: 0986.203.203

Website: Onap.vn

Email: vietnamlitanda@gmail.com