Khởi động từ là gì? Khởi động từ (còn gọi là contactor hay công tắc tơ) là thiết bị đóng cắt điều khiển bằng nam châm điện, dùng để đóng, ngắt mạch động lực cấp điện cho động cơ và các tải công suất lớn. Chỉ cần cấp hoặc ngắt điện cho cuộn hút, khởi động từ sẽ đóng hoặc mở các tiếp điểm chính, nên có thể điều khiển từ xa bằng nút nhấn, công tắc, PLC hay tín hiệu tự động.
Bài viết giải thích khởi động từ là gì, cấu tạo và nguyên lý hoạt động, vì sao phải dùng kèm rơ le nhiệt, cách đấu mạch Start/Stop có tự giữ và cách chọn khởi động từ đúng dòng cho động cơ 3 pha. Các ký hiệu đầu nối trong bài theo quy ước IEC, được dùng trên khởi động từ của nhiều hãng phổ biến như LS, Schneider, Mitsubishi.
- Chức năng: đóng cắt mạch động lực, thường là động cơ 3 pha, bằng tín hiệu điều khiển; chịu được đóng cắt nhiều lần và điều khiển từ xa.
- Nguyên lý: cấp điện vào cuộn hút A1–A2, nam châm hút lõi động làm tiếp điểm chính đóng; ngắt điện cuộn hút, lò xo đẩy tiếp điểm mở ra.
- Đi kèm: rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ; aptomat hoặc MCCB phía trước bảo vệ ngắn mạch.
- Cách chọn: dòng định mức theo cấp AC-3 lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của động cơ, điện áp cuộn hút đúng với điện áp mạch điều khiển.
Khởi Động Từ Là Gì?
Khởi động từ là một công tắc điện từ. Phần điều khiển (cuộn hút) chỉ cần dòng điện nhỏ, còn phần tiếp điểm chính đóng cắt dòng điện lớn cấp cho tải. Nhờ tách riêng hai phần này, người vận hành chỉ thao tác trên nút nhấn hoặc để PLC ra lệnh, không phải chạm vào mạch động lực.
Khởi động từ được thiết kế để đóng cắt với tần suất cao và tuổi thọ cơ khí lớn, nhưng bản thân nó không phải thiết bị bảo vệ. Muốn bảo vệ động cơ, khởi động từ luôn phải đi cùng thiết bị bảo vệ ngắn mạch (aptomat, MCCB hoặc cầu chì) và thiết bị bảo vệ quá tải (rơ le nhiệt).
Khởi Động Từ, Contactor Và Công Tắc Tơ Có Khác Nhau Không?
Trong cách gọi phổ biến ở Việt Nam, ba tên gọi này thường chỉ cùng một thiết bị. Nói chặt chẽ theo kỹ thuật, contactor (công tắc tơ) là bản thân thiết bị đóng cắt, còn khởi động từ (magnetic starter) là bộ gồm contactor và rơ le nhiệt lắp liền nhau để khởi động và bảo vệ động cơ. Khi đặt hàng, nên ghi rõ mã contactor và mã rơ le nhiệt đi kèm để tránh nhầm.
Khởi động từ đơn dùng một contactor để chạy động cơ theo một chiều quay. Khởi động từ kép (đảo chiều) gồm hai contactor có khóa liên động cơ khí và điện, dùng để đảo thứ tự pha cho động cơ quay thuận, quay nghịch mà hai contactor không bao giờ đóng cùng lúc gây ngắn mạch.
Cấu Tạo Của Khởi Động Từ
Một khởi động từ thông dụng gồm các bộ phận sau:
- Cuộn hút (cuộn dây nam châm điện): đầu nối A1–A2, có nhiều cấp điện áp như 24 V, 110 V, 220 V, 380 V xoay chiều hoặc một chiều.
- Lõi thép tĩnh và lõi thép động: lõi động gắn với cụm tiếp điểm. Ở cuộn hút xoay chiều, lõi tĩnh có vòng ngắn mạch để lực hút không bị triệt tiêu khi dòng điện đổi chiều, giúp giảm rung và tiếng kêu.
- Tiếp điểm chính: thường có 3 cực, loại thường mở (NO), chịu dòng tải lớn của động cơ.
- Tiếp điểm phụ: chịu dòng nhỏ, gồm thường mở (NO) và thường đóng (NC), dùng cho mạch tự giữ, khóa liên động, đèn báo.
- Buồng dập hồ quang: dập tia lửa điện sinh ra khi tiếp điểm chính cắt dòng.
- Lò xo nhả và vỏ cách điện: lò xo đưa tiếp điểm về vị trí ban đầu khi cuộn hút mất điện.
Các đầu nối trên khởi động từ và rơ le nhiệt được đánh số theo quy ước IEC. Nắm được bảng dưới đây là đọc được hầu hết sơ đồ tủ điện:
| Ký hiệu | Bộ phận | Ghi chú |
|---|---|---|
| A1 – A2 | Cuộn hút | Cấp đúng điện áp ghi trên cuộn hút |
| 1/L1, 3/L2, 5/L3 | Tiếp điểm chính, phía nguồn | Nối từ aptomat hoặc MCCB |
| 2/T1, 4/T2, 6/T3 | Tiếp điểm chính, phía tải | Nối sang rơ le nhiệt rồi đến động cơ |
| 13 – 14 | Tiếp điểm phụ thường mở (NO) | Hay dùng làm tiếp điểm tự giữ |
| 21 – 22 | Tiếp điểm phụ thường đóng (NC) | Dùng cho khóa liên động, đèn báo |
| 95 – 96 | Tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt | Mở ra khi quá tải, cắt điện cuộn hút |
| 97 – 98 | Tiếp điểm thường mở của rơ le nhiệt | Đóng khi quá tải, nối đèn hoặc còi báo lỗi |
Nguyên Lý Hoạt Động Của Khởi Động Từ
- Khi chưa cấp điện cho cuộn hút, lò xo giữ lõi động ở vị trí nhả: tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ thường mở đang hở, tiếp điểm phụ thường đóng đang kín.
- Khi cấp đúng điện áp vào A1–A2, cuộn hút sinh từ trường hút lõi động về phía lõi tĩnh. Tiếp điểm chính đóng lại cấp điện cho động cơ; đồng thời tiếp điểm phụ NO đóng, NC mở.
- Khi ngắt điện cuộn hút, từ trường mất, lò xo đẩy lõi động về vị trí nhả, tiếp điểm chính mở ra và động cơ dừng. Hồ quang lúc cắt được dập trong buồng dập hồ quang.
Một ưu điểm ít được để ý: khi lưới mất điện hoặc sụt áp sâu, khởi động từ tự nhả. Lúc có điện trở lại, mạch nút nhấn có tự giữ sẽ không tự đóng, nên động cơ không bất ngờ chạy lại, an toàn hơn cho người đang thao tác trên máy.
Vì Sao Khởi Động Từ Phải Đi Kèm Rơ Le Nhiệt?
Khởi động từ chỉ đóng cắt, không tự phát hiện quá tải. Aptomat hay MCCB ở đầu mạch chủ yếu bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ dây dẫn, trong khi động cơ có thể hỏng cách điện nếu chạy quá dòng định mức trong thời gian dài. Rơ le nhiệt (thermal overload relay) được lắp trên mạch động lực sau khởi động từ để bảo vệ quá tải cho động cơ.
Bên trong rơ le nhiệt có các thanh lưỡng kim. Khi dòng qua động cơ vượt giá trị cài đặt đủ lâu, thanh lưỡng kim nóng lên và uốn cong, làm tiếp điểm 95–96 mở ra, cắt điện cuộn hút và dừng động cơ. Nhiều loại rơ le nhiệt còn nhạy với mất pha, rất hữu ích vì động cơ 3 pha chạy mất pha sẽ quá nhiệt nhanh.
Giá trị trên núm chỉnh thường đặt bằng dòng định mức ghi trên nhãn động cơ. Theo IEC 60947-4-1, rơ le nhiệt được chia theo cấp tác động (trip class), thể hiện thời gian cắt khi dòng điện bằng 7,2 lần dòng cài đặt:
| Cấp tác động | Thời gian cắt ở 7,2 × dòng cài đặt | Thường dùng cho |
|---|---|---|
| Class 10A | 2 – 10 giây | Động cơ thông thường, khởi động nhanh |
| Class 10 | 4 – 10 giây | Động cơ thông thường, khởi động nhanh |
| Class 20 | 6 – 20 giây | Tải khởi động nặng, quán tính lớn |
| Class 30 | 9 – 30 giây | Tải khởi động rất nặng, thời gian khởi động dài |
Cách Đấu Khởi Động Từ Với Rơ Le Nhiệt: Mạch Start/Stop Có Tự Giữ
Đây là mạch cơ bản nhất để chạy một động cơ 3 pha. Mạch gồm hai phần: mạch động lực cấp điện cho động cơ và mạch điều khiển cấp điện cho cuộn hút.
Mạch Động Lực
Nguồn 3 pha đi qua aptomat hoặc MCCB, vào các cực 1/L1, 3/L2, 5/L3 của khởi động từ; ra ở 2/T1, 4/T2, 6/T3 nối vào rơ le nhiệt rồi đến động cơ. Vỏ động cơ và vỏ tủ phải được nối đất bảo vệ.
Mạch Điều Khiển Dùng Cuộn Hút 220 V
- Dây pha điều khiển, đi qua aptomat hoặc cầu chì riêng, nối vào tiếp điểm 95–96 của rơ le nhiệt.
- Từ 96 đi tiếp qua nút Stop (thường đóng, NC).
- Sau nút Stop là nút Start (thường mở, NO). Tiếp điểm phụ 13–14 của khởi động từ được đấu song song với nút Start để tự giữ.
- Ngõ ra của nút Start và tiếp điểm 14 cùng nối vào A1; A2 nối về dây trung tính N.
- Có thể thêm đèn báo chạy qua một tiếp điểm phụ NO khác, và đèn báo lỗi qua tiếp điểm 97–98 của rơ le nhiệt.
Khi nhấn Start, cuộn hút có điện, khởi động từ đóng và tiếp điểm 13–14 kín lại. Thả tay khỏi nút Start, dòng điện vẫn đi qua 13–14 nên động cơ tiếp tục chạy; đây gọi là mạch tự giữ hay mạch duy trì. Nhấn Stop, hoặc khi rơ le nhiệt tác động làm 95–96 mở, cuộn hút mất điện và động cơ dừng. Sau khi rơ le nhiệt tác động, cần tìm nguyên nhân quá tải, chờ rơ le nguội rồi mới nhấn reset và chạy lại.
Cuộn hút 220 V lấy điện giữa một dây pha và dây trung tính. Nếu tủ điện không có dây trung tính, hãy chọn cuộn hút 380 V và đấu giữa hai dây pha. Điện áp cấp vào A1–A2 phải đúng với điện áp ghi trên cuộn hút; xem thêm về điện áp pha và điện áp dây.
Cách Chọn Khởi Động Từ Cho Động Cơ 3 Pha
Chọn khởi động từ theo các tiêu chí sau:
- Dòng định mức theo cấp sử dụng AC-3 lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của động cơ. AC-3 là cấp dành cho động cơ lồng sóc khởi động và cắt khi đang chạy, đúng với phần lớn ứng dụng.
- Điện áp cuộn hút đúng với điện áp mạch điều khiển: 220 V AC, 380 V AC, hoặc 24 V DC khi điều khiển bằng PLC.
- Số tiếp điểm phụ đủ cho mạch tự giữ, khóa liên động, đèn báo; nếu thiếu có thể gắn thêm khối tiếp điểm phụ.
- Rơ le nhiệt có dải chỉnh chứa dòng định mức của động cơ và lắp vừa với khởi động từ (cùng hãng, cùng dòng sản phẩm).
- Chế độ làm việc nặng như đảo chiều liên tục, chạy nhấp (inching) thuộc cấp AC-4, cần chọn khởi động từ lớn hơn so với khi chọn theo AC-3.
| Cấp sử dụng | Ứng dụng điển hình |
|---|---|
| AC-1 | Tải thuần trở hoặc cảm nhẹ: lò điện trở, điện trở sấy |
| AC-2 | Động cơ rotor dây quấn (động cơ vành trượt) |
| AC-3 | Động cơ lồng sóc: khởi động, cắt khi động cơ đang chạy |
| AC-4 | Động cơ lồng sóc: khởi động, hãm ngược, chạy nhấp |
| AC-15 | Điều khiển tải điện từ xoay chiều như cuộn hút, van điện từ |
Ví Dụ Chọn Khởi Động Từ Cho Động Cơ 7,5 kW
Động cơ 3 pha 7,5 kW, điện áp 380 V, hệ số công suất cosφ = 0,85, hiệu suất η = 0,9. Dòng định mức ước tính theo công thức:
I = P / (√3 × U × cosφ × η) = 7.500 / (1,732 × 380 × 0,85 × 0,9) ≈ 14,9 A
Khi đó chọn khởi động từ có dòng AC-3 từ 15 A trở lên, ví dụ Schneider LC1D18M7 (18 A theo AC-3, cuộn hút 220 V AC), kèm rơ le nhiệt LRD21 có dải chỉnh 12–18 A, cấp tác động Class 10A, đặt ở dòng ghi trên nhãn động cơ. Số liệu trên nhãn động cơ luôn ưu tiên hơn giá trị tính toán, vì cosφ và hiệu suất thực tế khác nhau giữa các hãng.
Khởi Động Từ Khác Gì Aptomat, Rơ Le Trung Gian Và Biến Tần?
| Thiết bị | Chức năng chính | Bảo vệ |
|---|---|---|
| Khởi động từ (contactor) | Đóng cắt mạch động lực nhiều lần, điều khiển từ xa | Không tự bảo vệ; cần rơ le nhiệt và aptomat |
| Aptomat, MCCB | Đóng cắt bằng tay, tự ngắt khi quá tải hoặc ngắn mạch | Có, bảo vệ dây dẫn và mạch điện |
| Rơ le trung gian | Đóng cắt tín hiệu điều khiển dòng nhỏ | Không dùng để đóng cắt động cơ công suất lớn |
| Biến tần, khởi động mềm | Khởi động êm, giảm dòng khởi động; biến tần còn chỉnh được tốc độ | Có nhiều chức năng bảo vệ động cơ tích hợp |
Với động cơ khởi động trực tiếp, dòng khởi động thường khoảng 6 lần dòng định mức. Mạch khởi động sao – tam giác dùng 3 khởi động từ để giảm dòng và mô-men khởi động xuống khoảng 33% so với đấu tam giác trực tiếp; còn biến tần vừa khởi động êm vừa điều chỉnh được tốc độ. Nếu aptomat tổng hay tác động mỗi lần động cơ khởi động, xem thêm bài aptomat nhảy liên tục.
Hư Hỏng Thường Gặp Ở Khởi Động Từ
- Cháy cuộn hút: cấp sai điện áp (ví dụ cuộn 220 V cấp 380 V), điện áp quá thấp làm lõi hút không kín, hoặc đóng cắt quá dày.
- Kêu rè, rung: mặt lõi thép bám bụi, gỉ, vòng ngắn mạch bị nứt hoặc điện áp điều khiển thấp.
- Tiếp điểm rỗ, dính: chọn khởi động từ nhỏ so với tải, dùng cho chế độ AC-4 nhưng chọn theo AC-3, hoặc có ngắn mạch phía tải.
- Rơ le nhiệt tác động liên tục: động cơ quá tải thật, mất pha, cài dòng thấp hơn dòng định mức, hoặc đầu cốt lỏng gây nóng.
Khi kiểm tra, luôn cắt cả nguồn động lực và nguồn điều khiển trước. Có thể đo điện trở cuộn hút bằng đồng hồ vạn năng: giá trị gần 0 (chập) hoặc vô cùng lớn (đứt) đều cho thấy cuộn hút đã hỏng. Thay tiếp điểm, cuộn hút hoặc thay cả khởi động từ theo hướng dẫn của hãng.
Câu Hỏi Thường Gặp
Khởi Động Từ Và Contactor Có Phải Là Một?
Trong mua bán ở Việt Nam thường được hiểu là một. Theo kỹ thuật, contactor là thiết bị đóng cắt, còn khởi động từ đầy đủ là contactor ghép với rơ le nhiệt.
Khởi Động Từ Đơn Là Gì?
Là khởi động từ dùng một contactor để chạy động cơ theo một chiều. Khi cần đảo chiều quay, dùng khởi động từ kép gồm hai contactor có khóa liên động.
Đã Có Aptomat Thì Có Cần Rơ Le Nhiệt Không?
Nên có. Aptomat thường được chọn theo dây dẫn để bảo vệ ngắn mạch và quá tải của mạch, chưa chắc khớp với đặc tính của động cơ. Rơ le nhiệt cài theo dòng động cơ nên bảo vệ quá tải và mất pha tốt hơn. Một lựa chọn khác là aptomat bảo vệ động cơ (MPCB), tích hợp cả bảo vệ ngắn mạch và quá tải theo động cơ.
Cuộn Hút 220 V Có Dùng Cho Điện 380 V Được Không?
Không. Điện áp cao hơn định mức làm cuộn hút quá nhiệt và cháy nhanh. Nếu mạch điều khiển lấy giữa hai dây pha (380 V), phải dùng khởi động từ có cuộn hút 380 V hoặc thay cuộn hút đúng điện áp.
Vì Sao Khởi Động Từ Kêu Rè?
Thường do bụi, gỉ trên mặt tiếp xúc của lõi thép, vòng ngắn mạch bị nứt hoặc điện áp cuộn hút thấp. Cắt điện, vệ sinh mặt lõi và kiểm tra điện áp điều khiển; nếu vẫn kêu thì nên thay mới.
Động Cơ 5,5 kW Dùng Khởi Động Từ Bao Nhiêu A?
Với động cơ 3 pha 380 V, dòng định mức thường khoảng 11–12 A tùy hiệu suất và cosφ. Chọn khởi động từ có dòng AC-3 từ 12 A trở lên và rơ le nhiệt có dải chỉnh chứa dòng ghi trên nhãn động cơ.
Kết Luận
Khởi động từ là thiết bị đóng cắt trung tâm trong tủ điều khiển động cơ: cuộn hút nhận lệnh, tiếp điểm chính đóng cắt mạch động lực. Để dùng an toàn, hãy chọn theo dòng AC-3, đúng điện áp cuộn hút, luôn kết hợp rơ le nhiệt với thiết bị bảo vệ ngắn mạch, và để thợ điện có chuyên môn đấu nối.
Nếu cần vật tư cho tủ điện công nghiệp như thiết bị đóng cắt, tủ điều khiển, tủ ATS, bạn có thể tham khảo Green Power Sài Gòn.
Nguồn Tham Khảo
- Wikipedia – Utilization categories (IEC 60947)
- Stoklink – Overload relay trip classes 10A, 10, 20, 30
- Industrial Monitor Direct – IEC contactor and overload relay terminal numbering
- Schneider Electric – Contactor TeSys Deca LC1D18M7
- Schneider Electric – Rơ le nhiệt TeSys Deca LRD21
- Rehlko (Kohler) – Sizing generators for motor starting (PDF)
Ảnh đại diện và Hình 1: Power TIPS.