1. Giới thiệu về khởi động từ

Khởi động từ-contactor là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) các động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc.
Khởi động từ có một Contactor gọi là khởi động từ đơn thường để đóng ngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai Contactor là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.

2. Phân loại khởi động từ

Phân loại Contactor trong tủ điện tuỳ theo các đặc điểm sau:

- Theo nguyên lý truyền động: ta có Contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Thông thường trong tủ điện sử dụng Contactor kiểu điện từ.
- Theo dạng dòng điện: Contactor một chiều và Contactor xoay chiều (Contactor 1 pha và 3 pha).
- Điện áp định mức của cuộn hây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V.
- Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước nổ…
- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: Không đảo chiều quay và đảo chiều quay.
- Số lượng và loại tiếp điểm: Thường hở, thường đóng.

3. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động

A. Cấu tạo:

Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ).

a) Nam châm điện:

Nam châm điện gồm có 4 thành phần:

- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.

- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm hai phần: Phần cố định và phần nắp di động. Lõi thép nam châm có thể có dạng EE, EI hay dạng CI.

- Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầy

b) Hệ thống dập hồ quang điện tủ điện điều khiển:

Khi Contactor trong tủ điện chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của Contactor trong tủ điện.

c) Hệ thống tiếp điểm của Contactor trong tủ điện điều khiển.

Hệ thống tiếp điểm của Contactor trong tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm cuẩn Contactor thành hai loại:

- Tiếp điểm chính của Contactor trong tủ điện: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor trong tủ điện làm mạch từ Contactor hút lại.

- Tiếp điểm phụ của Contactor trong tủ điện : Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở của Contactor trong tủ điện. Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong Contactor trong tủ điện điều khiển ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này hở ra khi Contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường hở.

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor trong tủ điện (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các Contactor theo quy trình định trước). 

Theo một số kết cấu thông thường của Contactor trong tủ điện, các tiếp đỉểm phụ trong tủ điện có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ Contactor, tuy nhiên cũng có một vài nhà sản xuất chỉ bố trí cố định số tiếp điểm chính trên mỗi Contactor, còn các tiếp điểm phụ trong tủ điện được chế tạo thành những khối rời đơn lẻ. Khi cần sử dụng ta chỉ ghép thêm vào trên Contactor, số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí trong tủ điện tuỳ ý.

B. Nguyên lý hoạt động:

a. Khởi động từ và hai nút nhấn

Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động M, cuộn hây Contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại: Làm đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động. Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lò xo nén làm phần lõi di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở. Động cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện.
Sơ đồ:

b) Khởi động từ đảo chiều và ba nút nhấn

Khi nhấn nút nhấn MT cuộn dây Contactor T có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kién lại; làm đóng các tiếp điểm chính T để khởi động động cơ quay theo chiều thuận và đóng tiếp điểm phụ thường hở T để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động MT.

Để đảo chiều quay động cơ, ta nhấn nút nhấn MN cuộn dây Contactor T mất điện, cuộn dây Contactor N có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại; làm đóng các tiếp điểm chính N, lúc này trên mạch động lực đảo hai dây trong ba pha điện làm cho động cơ đảo chiều quay ngược lại và tiếp điểm phụ thường hở N để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động MN.

Quá trình đảo chiều quay được lặp lại như trên.

Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ N (hoặc T) bị ngắt điện, động cơ dừng hoạt động.

Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi độngt ừ và dừng động cơ điện.

4. Các thông số cơ bản của contactor

a. Điện áp định mức của Contactor trong tủ điện

Điện áp định mức của Contactor Uđm là điện áp của mạch điện trong tủ điện điều khiển tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch từ hút lại.

Cấp điện áp định mức trong tủ điện : 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.

b. Dòng điện định mức của Contactor trong tủ điện
Dòng điện định mức của Contactor trong tủ điện Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài.

Dòng điện định mức của Contactor trong tủ điện hạ áp thông dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A. Nếu đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm kém mát, dòng điện cho phép qua Contactor còn phải lấy thấp hơn nữa trong chế độ làm việc dài hạn.

5. Lựa chọn và lắp ráp khởi động từ

Động cơ điện không đồng bộ ba pha có thể làm việc liên tục được hay không tuỳ thuộc vào mức độ tin cậy của khởi động từ. Do đó khởỉ động từ cần phải thoả mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao.

- Khả năng đóng – cắt cao.

- Thao tác đóng – cắt dứt khoát.

- Tiêu thụ công suất ít nhât.

- Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài (có Rơle nhiệt).

Hiện nay ở nước ta, động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có công suất từ 0,6 đến 100KW được sử dụng rộng rãi. Để điều khiển vận hành chúng, ta thường dùng khởi động từ. Vì vậy để thuận lợi cho việc lựa chọn khởi động từ, nhà sản xuất thường không những chỉ cho cường độ dòng điện suất định mức mà còn cho cả công suất của động cơ điện mà khởi động từ phục vụ ứng với các điện áp khác nhau.

Để khởi động từ làm việc tin cậy, khi lắp đặt cần phải bắt chặt cứng khởi động từ trên một mặt phẳng đứng (độ nghiêng cho phép so với trục thẳng đứng 50), không cho phép bôi mỡ vào các tiếp điểm và các bộ phận động. Sau khi lắp đặt khởi động từ và trước khi vận hành, phải kiểm tra:

- Cho các bộ phận chuyển động bằng tay không bị kẹt, vướng.

- Điện áp điều khiển phải phù hợp điện áp định mức của cuộn dây.

- Các tiếp điểm phải tiếp xúc đều và tốt.

- Các dây đấu điện phải theo đúng sơ đồ điều khiển.

- Rơle nhiệt phải đặt khởi động từ cần đặt kẻm theo cầu chì bảo vệ.