Trong các hệ thống điện công nghiệp và tự động hóa, khởi động từ luôn là thiết bị không thể thiếu trong việc đóng cắt động cơ, phụ tải và điều khiển dây chuyền sản xuất. Đặc biệt, khởi động từ đơn và khởi động từ kép là hai dạng được sử dụng phổ biến nhất. Tuy nhiên, nhiều người vẫn nhầm lẫn giữa cách hoạt động, ứng dụng và điểm khác nhau của chúng. Bài viết này H&T Automation sẽ giúp bạn hiểu rõ khởi động từ đơn là gì, cấu tạo – nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm, ứng dụng thực tế và cách phân biệt với khởi động từ kép.
Khởi động từ là gì?
Khởi động từ là thiết bị điện kết hợp giữa Contactor và Relay nhiệt, dùng để đóng cắt dòng điện trong mạch động lực và mạch điều khiển dựa trên nguyên lý điện từ. Khi cuộn coil được cấp điện, lực hút từ sẽ kéo lõi thép động, làm đóng các tiếp điểm giúp thiết bị hoặc động cơ được cấp nguồn. Khi coil mất điện, lực hút mất đi và lò xo sẽ đẩy lõi thép trở về vị trí ban đầu, làm mở tiếp điểm và ngắt nguồn. Đồng thời khi có thêm Relay nhiệt sẽ giúp bảo vệ được các phụ tải khi quá dòng định mức cài đặt.
Điểm mạnh lớn nhất của khởi động từ so với các thiết bị đóng cắt cơ khí là khả năng điều khiển từ xa thông qua nút nhấn, PLC, rơ le trung gian hoặc Timer. Thiết bị cho phép đóng cắt nhanh, tần suất cao, tuổi thọ lớn và an toàn cho người vận hành khi cần kiểm soát các phụ tải công suất lớn.
Trong các hệ thống công nghiệp, khởi động từ luôn được tích hợp cùng MCB/MCCB và các thiết bị điều khiển khác để hình thành một mạch điều khiển hoàn chỉnh và có độ tin cậy cao.
Tính năng của khởi động từ
Khởi động từ đơn hay kép đều có những tính năng kỹ thuật nổi bật, giúp đảm bảo khả năng vận hành ổn định trong môi trường công nghiệp:
Đóng cắt phụ tải từ xa
Khởi động từ cho phép đóng/mở nguồn cấp cho động cơ hoặc tải điện qua tín hiệu điều khiển thấp áp, giúp người vận hành không cần tiếp xúc với mạch điện cao áp, đảm bảo an toàn tuyệt đối.
Đóng cắt với tần suất lớn
Contactor được thiết kế để hoạt động liên tục trong thời gian dài với số lần đóng cắt cao hơn nhiều so với cầu dao hay công tắc cơ. Điều này giúp thiết bị phù hợp với các hệ thống tự động hóa yêu cầu đóng cắt liên tục.
Kết hợp bảo vệ quá tải với rơ le nhiệt
Khi ghép nối với OLR (Overload Relay), khởi động từ có thể bảo vệ động cơ khỏi tình trạng quá tải, kẹt cơ hoặc mất pha, giúp tăng tuổi thọ thiết bị.
Tương thích với PLC – HMI
Hầu hết các dòng khởi động từ hiện đại đều hỗ trợ nhiều mức điện áp coil như 24VDC, 110VAC, 220VAC…, phù hợp với các hệ thống điều khiển thông minh.
Khả năng phối hợp thành nhiều kiểu mạch điều khiển
Chẳng hạn:
- Mạch chạy/dừng đơn
- Mạch đảo chiều thuận – nghịch
- Mạch sao – tam giác khởi động động cơ
- Mạch liên động an toàn
Nhờ tính linh hoạt này, contactor trở thành thiết bị trung tâm trong tủ điện điều khiển công nghiệp.
Cấu tạo của khởi động từ
Mặc dù có nhiều dòng khởi động từ khác nhau trên thị trường như LS, Schneider, Siemens, Mitsubishi…, cấu tạo chung của khởi động từ vẫn bao gồm các phần chính:
Phần Contactor
1. Cuộn hút (Coil)
Là bộ phận quan trọng nhất, hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Khi coil được cấp điện, từ trường sinh ra sẽ hút lõi thép động và đóng tiếp điểm.
2. Lõi thép tĩnh và lõi thép động
Hai phần lõi này kết hợp tạo thành mạch từ. Khi có dòng điện chạy qua coil, mạch từ được đóng lại và kéo lõi động xuống làm đóng các tiếp điểm chính và phụ.
3. Tiếp điểm chính
Dùng để đóng cắt mạch động lực, chịu dòng lớn. Thông thường có cấu trúc 3 pha sử dụng cho động cơ ba pha.
4. Tiếp điểm phụ
Gồm tiếp điểm NO (thường mở) và NC (thường đóng), được dùng cho các chức năng điều khiển như liên động, giữ, báo tín hiệu hoặc phản hồi trạng thái.
5. Lò xo hồi
Trả lõi thép động về vị trí ban đầu khi coil ngắt điện.
Cấu tạo đơn giản nhưng chắc chắn này giúp khởi động từ hoạt động bền bỉ, ít hỏng hóc và dễ thay thế khi cần bảo trì.
Phần Relay nhiệt
Đây là phần đuôi được gắn thêm vào Contactor, bên trong nó được cấu tạo bằng một thanh lưỡng kim, có khả năng dãn nở do nhiệt sinh ra bởi dòng điện, khi dòng điện tăng cao làm cho thanh lưỡng kim này nóng lên, khi đủ thời gian sẽ làm thay đổi trạng thái tiếp điểm, người sử dụng có thể sử dụng trạng thái của tiếp điểm này để ngắt nguồn động lực cấp cho tải, tránh quá tải các thiết bị điện.
Ưu, nhược điểm của khởi động từ
Ưu điểm của khởi động từ
Khởi động từ có nhiều ưu điểm vượt trội:
- Cho phép điều khiển từ xa, đảm bảo an toàn cho người vận hành.
- Đóng cắt với tần suất lớn mà không làm mòn tiếp điểm quá nhanh.
- Tích hợp dễ dàng vào hệ thống điều khiển tự động hóa.
- Dễ dàng bảo trì, thay thế, chi phí vừa phải.
- Hoạt động ổn định, độ bền tiếp điểm cao.
- Có thể bảo vệ động cơ khỏi quá tải và mất pha.
Đây là lý do khởi động từ luôn được sử dụng trong các nhà máy, xưởng sản xuất, tòa nhà và hệ thống HVAC.
Nhược điểm của khởi động từ
Bên cạnh ưu điểm, thiết bị cũng tồn tại một số hạn chế:
- Không có khả năng bảo vệ ngắn mạch → bắt buộc phải dùng MCB/MCCB.
- Cuộn coil sinh nhiệt khi hoạt động lâu.
- Không phù hợp với phụ tải yêu cầu độ êm tuyệt đối vì có tiếng kêu nhẹ khi hút.
- Nếu điện áp coil thấp hơn tiêu chuẩn, contactor dễ bị rung hoặc không hút.
Những nhược điểm này có thể khắc phục bằng cách chọn thiết bị chính hãng, đúng thông số và thiết kế mạch điều khiển hợp lý.
Ứng dụng của khởi động từ
Khởi động từ được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
- Điều khiển khởi động/dừng động cơ 1 pha – 3 pha.
- Máy bơm nước, quạt gió công nghiệp, máy nén khí.
- Băng tải, máy trộn, máy ép, máy hút bụi công nghiệp.
- Hệ thống HVAC và điều hòa không khí.
- Điều khiển đèn công suất lớn tại nhà xưởng.
- Tích hợp PLC – HMI trong dây chuyền sản xuất.
- Điều khiển hệ thống nâng hạ, đóng mở cửa cuốn, cầu trục.
Trong các tủ điện, khởi động từ là thành phần chính tạo ra lệnh đóng/ngắt tải một cách linh hoạt và an toàn.
Nguyên lý hoạt động của khởi động từ
Nguyên lý làm việc của khởi động từ dựa trên hiện tượng điện từ. Khi cuộn hút được cấp điện áp, dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường:
F = k · N · I
Trong đó:
- F: lực hút điện từ
- N: số vòng dây
- I: dòng điện cuộn hút
- k: hằng số phụ thuộc cấu trúc mạch từ
Từ trường này tạo lực hút kéo lõi thép động xuống, làm đóng các tiếp điểm chính – cấp điện cho tải. Đồng thời, các tiếp điểm phụ cũng thay đổi trạng thái để thực hiện chức năng liên động hoặc tự giữ.
Khi coil mất điện:
- Từ trường biến mất
- Lò xo hồi đẩy lõi thép động trở lại
- Tiếp điểm chính mở → động cơ dừng
Quá trình này diễn ra nhanh, chính xác và lặp lại hàng triệu lần.
Cách lựa chọn khởi động từ đơn cho hệ thống điều khiển
Lựa chọn khởi động từ đúng thông số giúp hệ thống vận hành ổn định và an toàn.
Dòng định mức của động cơ
Chọn contactor có dòng Ie lớn hơn 1.2–1.5 lần dòng định mức của động cơ để đảm bảo độ bền lâu dài.
Điện áp coil điều khiển
Thông dụng:
- 24VDC: dùng với PLC, HMI
- 220VAC: dùng với mạch điều khiển truyền thống
Số lượng tiếp điểm phụ
Tùy theo yêu cầu liên động, báo trạng thái hoặc tự giữ.
Khả năng kết nối với rơ le nhiệt
OLR phải tương thích với chân gắn contactor theo tiêu chuẩn của từng hãng.
Điều kiện môi trường
Nếu lắp trong môi trường bụi, nhiệt hoặc độ ẩm cao → ưu tiên loại có độ bền cơ, bền điện cao hơn.
Phân biệt điểm khác nhau giữa khởi động từ đơn và khởi động từ kép
Khởi động từ đơn
Khởi động từ đơn là hệ thống sử dụng một contactor duy nhất để điều khiển đóng – ngắt tải. Loại này chỉ điều khiển động cơ chạy theo một chiều duy nhất.
Đặc điểm:
- Mạch điều khiển đơn giản
- Kết hợp rơ le nhiệt để bảo vệ động cơ
- Chi phí thấp
- Dễ bảo trì, dễ lắp đặt
- Thường dùng với tải chạy một chiều (bơm, quạt, máy nén…)
Khởi động từ đơn là lựa chọn phổ biến nhất trong các tủ điện dân dụng – công nghiệp nhờ sự đơn giản và độ tin cậy cao.
Khởi động từ kép
Khởi động từ kép bao gồm hai contactor được mắc đối nghịch để điều khiển động cơ chạy thuận và nghịch.
Đặc điểm:
- Mạch điều khiển phức tạp hơn
- Yêu cầu liên động điện và liên động cơ khí để tránh đóng đồng thời
- Cho phép đảo chiều động cơ 3 pha
- Ứng dụng trong các hệ thống nâng hạ, kéo – đẩy, băng tải đảo chiều
So với khởi động từ đơn, khởi động từ kép đa năng hơn nhưng cũng đòi hỏi kỹ thuật thiết kế mạch điều khiển cao hơn để đảm bảo an toàn.
Kết luận
Khởi động từ đơn là thiết bị cốt lõi trong hệ thống điều khiển động cơ và các mạch điện công nghiệp nhờ vào cấu tạo đơn giản, độ bền cao và khả năng đóng cắt nhanh. Khi so sánh với khởi động từ kép, sự khác biệt rõ nhất nằm ở khả năng điều khiển hướng quay động cơ: khởi động từ đơn chỉ hỗ trợ chạy 1 chiều, trong khi khởi động từ kép hỗ trợ chạy thuận – nghịch. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách lựa chọn contactor phù hợp giúp kỹ sư thiết kế tủ điện an toàn, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
H&T Automation là đơn vị chuyên cung cấp các khóa học, giải pháp và thiết bị về mảng tự động hóa, từ thiết kế hệ thống điều khiển, lập trình PLC – HMI, đến tư vấn lựa chọn thiết bị công nghiệp.
Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm và định hướng chia sẻ kiến thức chuẩn kỹ thuật – thực tế, H&T Automation luôn đồng hành cùng khách hàng và học viên trên con đường phát triển tự động hóa thông minh, an toàn và hiệu quả.