Khởi động từ là gì? Cấu tạo, Nguyên lý hoạt động và Ưu điểm

Khi nói về tầm quan trọng của khởi động từ trong các thiết bị, có rất nhiều ý kiến trái chiều như một số người lại cho rằng lắp đặt thiết bị là điều không cần thiết. Vì vậy trong bài viết hôm nay sẽ chia sẻ tới bạn đọc thông tin về khởi động từ cũng như cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nó? Xem ngay bài viết dưới đây để không bỏ lỡ kiến thức hay về khởi động từ nhé!

Tìm hiểu về khởi động từ là gì?

Khởi động từ hay còn được gọi với cái tên là Contactor hoặc công tắc tơ. Nói rõ hơn nó là khí cụ điện hạ áp với nhiệm vụ đóng cắt thường xuyên các mạch điện động lực. Khởi động từ là một thiết bị quan trọng nhất của một hệ thống điện.

Nhờ có Contactor mà chúng ta có thể dễ dàng thực hiện các thao tác điều khiển các thiết bị như hệ thống chiếu sáng, tụ bù,  động cơ… bằng việc thông qua điều khiển từ xa hay nói cách khác là các núi ấn/ chế độ đã được cài đặt tự động.

Cấu tạo khởi động từ như thế nào? 

Công tắc tơ/ khởi động từ sẽ bao gồm 04 thành phần chính gồm: hệ thống dập hồ quang, nam châm điện, hệ thống tiếp điểm.

– Hệ thống dập hồ quang sẽ hoạt động như sau: Khi bắt đầu di chuyển mạch -> lúc này, hồ quang xuất hiện -> dẫn tới làm cháy, ăn mòn các mối tiếp điểm. Vì vậy, người ta sẽ sử dụng hệ thống dập hồ quang với mục đích để tránh được tình trạng trên.

– Nam châm điện sẽ gồm có 4 thành phần: Cuộn dây được sử dụng để tạo ra lực hút của cục nam châm,  Lò xo, Lõi sắt cùng tác dụng để đẩy phần nắp trở về vị trí lúc ban đầu.

– Hệ thống tiếp điểm được người ta phân chia thành 2 phần: tiếp điểm phụ và chính

Tiếp điểm phụ thường sẽ đóng còn tiếp điểm phụ thường sẽ được mở, chúng cho phép các dòng điện dưới 5A được đi qua. Thông thường khi cuộn dây ở bên trong khởi động từ ở trạng thái nghỉ thì lúc đó tiếp điểm thường đóng. Nó sẽ được mở ra khi mà thiết bị này hoạt động trở lại. Và ngược lại, các tiếp điểm thường mở, chúng sẽ luôn ở trạng thái mở khi và chỉ khi cuộn dây dừng hoạt động và đóng lại khi các Contactor hoạt động.

Đối với tiếp điểm chính sẽ cho phép các dòng điện lớn hơn 5A đi qua. Hầu hết các tiếp điểm chính của công tắc tơ thường hở, nó chỉ đóng lại khi mà mạch từ của thiết bị được cấp nguồn. Lúc đó mạch từ sẽ tự động đóng lại.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của khởi động từ

Cơ điện từ cho phép đóng ngắt Contactor. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động công tắc tơ , hãy theo dõi phần tiếp theo của chúng tôi. Có thể nói rằng: khởi động từ có nguyên lý hoạt động tương đối khá phức tạp.

Đầu tiên, khi mạch điện điều khiển được cung cấp nguồn có giá trị tương đối với giá trị của điện áp định mức khởi động từ vào vị trí 2 đầu cuộn dây được quấn trên phần lõi và sau đó cố định nó thì một lực từ sẽ được sản sinh ra. Lúc này, lực từ sẽ hút phần lõi thép di động và mạch từ sẽ vào trạng thái khép kín lại để hình thành một mạch từ kín. Lực từ tại thời điểm đó sẽ lớn hơn mức độ phản lực của lò xo. Đồng thời lúc này, công tắc cơ cũng bắt đầu đi dần vào trạng thái khởi động.

Tiếp điểm chính sẽ đóng khi bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động cùng với hệ thống tiếp điểm. Động cơ sẽ đi vào trạng thái bắt đầu hoạt động và tiếp điểm phụ sẽ bắt đầu chuyển đổi trạng thái (nếu đang đóng sẽ được mở ra còn nếu bình thường đang hở sẽ được đóng lại).

Trạng thái này sẽ tiếp tục được duy trì cho đến khi cuộn dây không còn được cung cấp nguồn điện. Phần lõi di động sẽ trở về vị trí ban đầu của nó nếu khởi động từ bị ngắt điện dưới sự tác dụng của lò xo nén . Đồng thời các tiếp điểm chính và phụ cũng sẽ ngay lập tức trở về trạng thái ban đầu và các động cơ sẽ ngừng hoạt động.

Trong trường hợp xảy ra sự cố quá tải của động cơ. Lúc này, rơle nhiệt tự động ngắt các mạch điện của cuộn cảm. Vì vậy, khởi động từ sẽ bị ngắt, đồng thời động cơ điện cũng sẽ ngừng hoạt động theo.

Thông số cơ bản cần biết khi sử dụng khởi động từ 

Một khởi động từ đi vào hoạt động sẽ cần chú ý đến các thông số sau:

• Dòng điện định mức: khi đóng mạch điện phụ tải, dòng điện định mức sẽ trực tiếp đi qua hệ thống tiếp điểm chính của khởi động từ. Do đó, mạch dẫn điện chính của Contactor sẽ không bị tình trạng nóng quá mức cho phép. Dòng điện định mức của công tắc tơ tại tủ điện hạ áp thông dụng sẽ có các cấp từ: 10A, … 250 A, 300A, 600 A.
• Điện định mức: là điện áp được đặt trên 2 cực của mạch dẫn điện chính khởi động từ. Bên trong tủ điện thường có điện áp định mức là: 440V, 220V, 110V riêng  đối với dòng điện 1 chiều và 500V, 380V, 220V ,127V đối với dòng điện loại xoay chiều.
• Tính năng đóng: nó tương đương với giá trị của dòng điện mà khởi động từ có thể đóng thành công. Giá trị này thường sẽ bằng từ 1 đến 7 lần giá trị của điện định mức.
• Tính năng ngắt: nó tương đương với giá trị dòng điện ngắt. Khi đó thiết bị sẽ có thể tác động ngắt khỏi mạch điện một cách thành công. Giá trị này được người ta ước lượng bằng từ 1 đến 10 lần của điện định mức.
• Độ bền cơ: Hiểu đơn giản là số lần đóng ngắt của công tắc cơ khi mà dòng điện không đi qua tiếp điểm. Nếu vượt quá số lần đóng ngắt các tiếp điểm của công tắc cơ, nó sẽ được xem như đã bị hỏng đồng nghĩa với việc không thể tiếp tục sử dụng. Thông thường, công tắc tơ sẽ có độ bền cơ dao động khoảng từ 5 triệu đến 10 triệu lần đóng ngắt.
• Độ bền điện: Chỉ số mà dòng điện định mức được đóng ngắt. Một công tắc tơ loại thường sẽ có độ bền điện khoảng 200.000 đến 1.000.000 lần đóng ngắt.

Các loại khởi động từ trên thị trường 

Trong thị trường kinh doanh thiết bị kỹ thuật nhộn nhịp không quá khó khăn để bắt gặp các loại khởi động từ được bày bán. Bởi có vô vàn các loại khởi động từ, vì vậy chúng tôi đã phân chia chúng dựa trên các yếu tố sau:

• Xét về sự kết cấu: Khởi động từ được thiết kế dùng ở nơi bị hạn chế về diện tích như buồng điều khiển của tàu điện hay nằm ở gầm xe.
• Xét về nguyên lý truyền động của khởi động từ: Có 3 loại đó là khởi động từ điện từ, ép hơi và ép thủy lực. Trong đó, loại điện từ chính được người ta sử dụng nhiều và phổ biến nhất.
• Xét về chức năng chuyên dụng: Để đáp ứng nhu cầu ngày một cao của các đa dạng khách hàng thì một số hãng sẽ thiết kế các loại chuyên dụng riêng như khởi động từ của Schneider cho tụ bù…
• Xét về dòng điện: gồm 2 loại là dòng điện xoay chiều và dòng điện 1 chiều.
• Xét về cấp điện áp: Phân thành 2 loại dùng cho điện hạ thế và dùng cho loại điện trung thế.
• Xét về dòng điện định mức: Đây là cách chia phổ biến và thường được áp dụng nhất. Đối với các loại từ 9A, … cho đến 400A hay 800A hoặc lớn hơn nữa.
• Xét về số cực: Xuất hiện các loại Contactor 1 pha, 2 pha, 3 pha và 4 pha.
• Xét về điện áp của cuộn hút: loại xoay chiều 220v, 380v và loại 1 chiều 24v, 48v
• Một số loại khác: Contactor đơn, Contactor kép.

Ưu điểm nổi bật của khởi động từ

Người ta nghiên cứu và đưa ra 6 ưu điểm nổi bật của khởi động từ, cụ thể như sau:

• Có kích thước nhỏ, vì vậy có thể lắp đặt tại những nơi/ địa điểm có diện tích nhỏ hẹp. Đồng thời nó có thể thực hiện các công việc mà cầu dao không làm được.
• Tính năng tự động điều khiển đóng cắt từ xa
• Đảm bảo an toàn cho người thao tác lắp đặt và hệ thống điện khi có lớp vỏ ngăn hồ quan có thể  bắn ra ngoài
• Thời gian cắt đóng của khởi động từ được đánh giá là khá nhanh
• Công suất tiêu thụ của khởi động từ thấp nhất
• Khởi động từ được đánh giá là có độ bền tốt và luôn hoạt động ở trạng thái ổn định.

Công dụng của khởi động từ trong cuộc sống 

Để giúp bạn độc hiểu rõ hơn về ứng dụng của khởi động từ trong đời sống và hoạt động sản xuất của con người, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu dưới đây

Trong công nghiệp hoặc đời sống hàng ngày

• Vai trò 1: điều khiển hệ thống chiếu sáng- người sử dụng có thể tự động bật tắt đèn theo ngày giờ đã định trước thông qua  rơ le hoặc PLC cài đặt thời gian.
• Vai trò 2: khởi động động cơ sao-tam giác: Thay đổi các thao tác hoạt động của động cơ từ khởi động sao từ tam giác này sang tam giác khác khi động cơ của thiết bị ở  trạng thái  ổn định.  Do đó, nó sẽ giữ cho dòng khởi động ở mức độ thấp nhất.
• Vai trò 3: điều khiển động cơ- cung cấp một nguồn điện để khởi động động cơ trực tiếp, cùng lúc kết hợp với một số rơle nhiệt với mục đích bảo vệ động cơ trong trường hợp bị  quá tải.
• Vai trò 4: điều khiển tụ điện- các kỹ sư thường sử dụng thiết bị này để điều khiển đóng ngắt các tụ điện để bù công suất phản kháng. Trong một vài trường hợp của hệ thống tụ bù tự ngẫu, khởi động từ sẽ được điều khiển trực tiếp bởi bộ bù với mục đích chuyển cấp của tụ sao cho phù hợp với hệ thống tải vận hành.

Trong vận hành ngành tự động hóa

Đối với những công việc mà cần tới sự chính xác cao, độ an toàn, các thao tác phức tạp thì nên sử dụng thiết bị khởi động từ để hỗ trợ. Được ví như 1 chiếc cần cẩu, các kỹ sư khuyên nguồn điện chuyển mạch nên xuất hiện ở tất cả các hệ thống của bộ điều khiển tự động hóa công nghiệp.

Đây là 1 trong những bước để tiếp cận cơ điện đối với các giải pháp của tự động hóa đa năng. Vì vậy, khi làm việc với những hệ thống có yêu cầu cao hơn thì chúng ta nên sử dụng phương pháp tiếp cận cơ điện từ và điều cần thiết là phải sử dụng thiết bị khởi động từ.

Cách chọn khởi động từ phù hợp cho thiết bị 

Đối với động cơ

Khởi động từ sẽ giúp việc đóng ngắt dòng điện cung cấp cho động cơ trở nên dễ dàng và hiệu quả.Vì động cơ sẽ hoạt động với công suất lớn nên dòng điện qua nó sẽ cao hơn. Do đó mà trước khi đến với động cơ người ta cần phải dẫn dòng điện đi qua các tiếp điểm bên trong của nó.

Ngoài ra, khi có dòng điện đi vào, thiết bị này cũng giúp các động cơ khởi động 1 cách trực tiếp. Sự kết hợp rơle nhiệt sẽ giúp bảo vệ nếu xảy ra hiện tượng quá tải.

Vấn đề khiến nhiều người sử dụng cảm thấy đau đầu là việc lựa chọn khởi động từ đơn hay khởi động từ kép cho động cơ. Mặt khác, khách hàng cũng cần chú ý đến tiếp điểm phụ và điện áp cuộn hút khi chọn lựa khởi động từ

Đối với tụ bù

Trong quá trình làm việc, xảy ra tình trạng tụ bù bị hỏng, nguyên nhân ở đây là do biến tần có công suất lớn hoặc tụ bù quá độ. Giải pháp được đưa ra đó là kết nối khởi đồng từ lại với nhau. Trong trường hợp trên, khởi động từ sẽ điều khiển tụ bù, đóng ngắt dòng điện một cách linh hoạt và tuân theo các cấp phù hợp với tải vận hành.

Để chọn được khởi động từ phù hợp cho tụ bù, khách hàng  nên dựa vào các thông số của dòng điện định mức tụ bù.

Điều hiển nhiên là dòng điện mức càng cao thì sẽ có giá thành càng cao, đồng nghĩa kích thước cũng lớn hơn nên khi mua khởi động từ cần tính toán kỹ vị trí lắp đặt cũng như các chi phí trước khi lựa chọn để tránh mua mà không sử dụng được.

Khởi động từ có tuổi thọ bao lâu và giá thành như thế nào? 

Trên thị trường hiện nay, muốn sở hữu 1 khởi động từ là điều rất dễ dàng bởi sự phong phú về mẫu mã và giá thành đa dạng từ vài chục nghìn đến hàng triệu hay vài triệu cho 1 chiếc khởi động từ. Vì vậy người mua hàng cần lựa chọn thiết bị phù hợp với nhu cầu và khả năng tránh gây lãng phí.

Để đáp ứng được nhu cầu sử dụng của người dân, các nhà sản xuất đã đưa ra nhiều phân khúc để người dùng dễ lựa chọn như: với hộ gia đình thì Khởi động từ có giá từ vài chục hoặc  vài trăm nghìn đồng. Đối với các nhà máy nhỏ có thể dùng loại khởi động từ có giá 500 nghìn đồng cho đến 1-2 triệu đồng. Riêng đối với những công ty lớn thì khởi động từ sẽ có giá vài triệu động.

Vậy loại khởi động từ nào có tuổi thọ cao? 

Các thiết bị chính hãng sẽ có tuổi thọ cao và rất ít khi xảy ra hỏng hóc đồng thời họ còn giúp khách hàng lắp đặt hay sửa chữa một cách nhanh chóng. Theo như những thông tin mà chúng tôi tổng hợp thì có loại khởi động từ đạt độ bền lên khoảng 3-5 năm. Và nếu người sử dụng muốn tăng độ bền thì nên thường xuyên kiểm tra và bảo trì để kịp thời phát hiện và xử lý hỏng hóc nhằm đảm bảo khởi động từ vận hành tốt nhiệm vụ của mình.

Bài viết trên đã cung cấp thông tin cơ bản về khởi động từ (contactor hay con tắc tơ ) như: khái niệm, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, thông số cơ bản, cách chọn khởi động từ phù hợp và giá thành cũng như tuổi thọ của nó. Hi vọng qua bài viết này bạn đọc có được những thông tin bổ ích về khởi động từ và có thể dựa vào nhu cầu của bản thân  tìm mua được sản phẩm phù hợp.