Rơle tiếp điểm so với cầu dao tự động so với bộ khởi động động cơ

Hình 1. Công tắc tơ, cầu dao và bộ khởi động động cơ đảm nhiệm các nhiệm vụ điều khiển và bảo vệ khác nhau.

Ba thiết bị này thường xuất hiện trong cùng một tủ điều khiển động cơ, nhưng chúng giải quyết các vấn đề khác nhau. Công tắc tơ (contactor) đảm nhiệm việc chuyển mạch thường xuyên, từ xa hoặc tự động trong quá trình vận hành bình thường. Công tắc ngắt mạch (circuit breaker) ngắt dòng điện bất thường trong phạm vi công suất định mức của nó. Bộ khởi động động cơ (motor starter) thường kết hợp công tắc tơ với chức năng bảo vệ quá tải cho động cơ. Trong nhiều mạch điều khiển động cơ, chúng hoạt động phối hợp với nhau thay vì cạnh tranh lẫn nhau.

Hướng dẫn này so sánh các chức năng đó, giải thích vai trò của bộ khởi động động cơ, đồng thời nêu rõ các thông tin dự án cần thiết trước khi lựa chọn một bộ ngắt mạch công nghiệp.

So sánh giữa “Kiểm soát” và “Bảo vệ” – Câu trả lời nhanh

Hãy bắt đầu từ chức năng. Công tắc tơ đóng cắt tải nhiều lần theo tín hiệu điều khiển. Máy cắt ngắt dòng điện bất thường theo thiết kế bảo vệ. Bộ khởi động động cơ kết hợp chức năng đóng cắt bằng công tắc tơ với bảo vệ quá tải và vẫn cần một phương án bảo vệ ngắn mạch phù hợp. Không thể dùng tên gọi của thiết bị này để thay thế an toàn cho thiết bị khác.

Hình 2. Bắt đầu từ chức năng: công tắc tơ thực hiện điều khiển, máy cắt thực hiện bảo vệ và bộ khởi động động cơ kết hợp đóng cắt với bảo vệ quá tải động cơ.

Công tắc tơ thực hiện chức năng gì?

Công tắc tơ là một thiết bị đóng cắt được điều khiển bằng điện. Khi cuộn dây nhận đúng điện áp điều khiển, cơ cấu điện từ thay đổi trạng thái của các tiếp điểm chính và cho phép nguồn điện cấp tới tải. Khi tín hiệu điều khiển bị loại bỏ, các tiếp điểm trở về trạng thái bình thường.

Điều này giúp tách biệt mạch điều khiển khỏi mạch tải. Các thiết bị như nút nhấn, bộ hẹn giờ, rơle, bộ điều khiển logic lập trình (PLC) và hệ thống điều khiển tòa nhà có thể điều khiển một tải có công suất lớn hơn nhiều mà không cần tự mình chịu dòng điện tải đó. Chính nguyên lý này khiến các công tắc tơ trở nên hữu ích trong các bộ khởi động động cơ, máy bơm, quạt, máy nén, băng tải, hệ thống đèn chiếu sáng và thiết bị HVAC.

Dòng điện là một trong những yếu tố cần xem xét khi lựa chọn công tắc tơ. Người thiết kế cũng phải xác định loại tải, điện áp làm việc, hạng sử dụng, tần suất đóng cắt dự kiến, điện áp cuộn dây, dòng khởi động, điều kiện môi trường và tuổi thọ điện yêu cầu. Một thiết bị phù hợp với tải điện trở có thể không phù hợp với việc khởi động động cơ lặp đi lặp lại ở cùng mức dòng điện.

Một công tắc tơ cơ bản không thể thay thế cho thiết bị bảo vệ chống ngắn mạch. Một số sản phẩm được bán dưới dạng bộ khởi động phối hợp hoặc bộ lắp ráp bao gồm rơle quá tải hoặc thiết bị bảo vệ điện tử, nhưng những chức năng bổ sung đó thuộc về bộ lắp ráp hoặc thiết bị được thêm vào. Không nên suy diễn những chức năng đó chỉ dựa trên từ “công tắc tơ”. Để có lời giải thích đầy đủ hơn về cơ chế chuyển mạch, xem công tắc tơ là gì và hoạt động như thế nào.

Chức năng của bộ ngắt mạch là gì?

Bộ ngắt mạch là một thiết bị chuyển mạch bảo vệ. Loại và bộ ngắt của thiết bị này quyết định việc nó có phát hiện hoặc phản ứng với dòng điện quá tải, dòng điện ngắn mạch hay các tình trạng bất thường khác đã được xác định trước hay không, trước khi ngắt mạch trong phạm vi các thông số kỹ thuật đã công bố.

Việc lựa chọn cầu dao phải bắt đầu từ hệ thống, chứ không phải dựa vào thông số ampe trên nhãn. Người thiết kế phải xác định rõ điện áp, loại nguồn (dòng xoay chiều hay dòng một chiều), dòng điện định mức, số cực, dòng sự cố có thể xảy ra, khả năng ngắt mạch yêu cầu, đặc tính ngắt mạch, sự phối hợp với các thiết bị ở phía trước và phía sau, cũng như các điều kiện lắp đặt. Không được chấp thuận một cầu dao chỉ dựa trên dòng điện định mức.

Các bộ ngắt mạch vỏ đúc được sử dụng trong phân phối điện công nghiệp, bảo vệ đường dây cấp điện, lắp ráp tủ điện và một số ứng dụng mạch động cơ cụ thể. Các mẫu nhiệt-từ thường kết hợp khả năng phản ứng với quá tải và ngắn mạch. Các bộ ngắt mạch điện tử có thể bổ sung các chức năng bảo vệ có thể điều chỉnh. Trong cả hai trường hợp, khả năng cụ thể phụ thuộc vào dòng sản phẩm và mẫu cụ thể được lựa chọn, chứ không phải vào toàn bộ danh mục sản phẩm.

Mặc dù có thể vận hành công tắc ngắt bằng tay, nhưng vai trò bảo vệ của nó không tự động khiến nó trở thành thiết bị thay thế cho công tắc tơ. Việc chuyển mạch thường xuyên có thể đặt ra yêu cầu hoạt động khác so với việc vận hành thủ công thỉnh thoảng hoặc ngắt mạch khi có sự cố. Chỉ nên sử dụng công tắc ngắt cho việc chuyển mạch thường xuyên khi nhà sản xuất đã công bố rõ ràng thông số kỹ thuật của thiết bị cho ứng dụng đó. Bạn có thể tham khảo cơ chế bảo vệ cơ bản trong Cách hoạt động của một bộ ngắt mạch.

Các thành phần cấu thành bộ khởi động động cơ

Bộ khởi động động cơ là một cụm thiết bị, không phải là tên gọi khác của công tắc tơ. Một bộ khởi động từ thông dụng kết hợp công tắc tơ dùng để điều khiển động cơ với rơle quá tải, có khả năng phản ứng với các tình trạng quá tải kéo dài trong phạm vi định mức của nó. Cụm thiết bị này cũng có thể bao gồm vỏ bảo vệ, các nút điều khiển, các tiếp điểm phụ hoặc các phụ kiện khác.

Đây là khác biệt thực tế đằng sau các tìm kiếm “bộ khởi động động cơ so với công tắc tơ” và “công tắc tơ so với bộ khởi động”. Công tắc tơ là một bộ phận chính bên trong bộ khởi động. Bộ khởi động bổ sung chức năng bảo vệ quá tải và các chức năng điều khiển hỗ trợ, nhưng không tự động cung cấp khả năng cắt ngắn mạch đầy đủ. Trừ khi cụm bảo vệ được chọn cung cấp và xác nhận rõ chức năng đó, mạch vẫn cần máy cắt hoặc cầu chì được phối hợp.

Thuật ngữ “bộ khởi động động cơ” thường dùng để chỉ một bộ phận của ô tô, do đó không nên nhầm lẫn với bộ khởi động động cơ công nghiệp. Trong bài viết này, “bộ khởi động động cơ” dùng để chỉ thiết bị điện được sử dụng để khởi động, dừng và bảo vệ động cơ công nghiệp hoặc thương mại.

So sánh công tắc tơ và máy cắt

Các công việc khác nhau trong cùng một mạch điện

Công tắc tơ trả lời câu hỏi: “Khi nào tải cần hoạt động?” Máy cắt trả lời câu hỏi: “Thiết bị nào phải mở mạch khi dòng điện vượt quá điều kiện cho phép?”

Cả hai thiết bị đều có các tiếp điểm và đều có khả năng ngắt dòng điện, điều này khiến việc so sánh trông có vẻ đơn giản hơn thực tế. Các tiếp điểm, cơ chế vận hành và hệ thống kiểm soát hồ quang của chúng được thiết kế cho các nhiệm vụ khác nhau. Công tắc tơ được tối ưu hóa cho việc chuyển mạch theo lệnh; còn công tắc ngắt mạch được thiết kế và định mức để loại bỏ các tình trạng sự cố cụ thể.

Tần suất chuyển mạch và tuổi thọ hoạt động

Thiết bị công nghiệp có thể khởi động và dừng lại nhiều lần trong một ca làm việc. Một công tắc tơ được lựa chọn đúng cách được thiết kế để đáp ứng yêu cầu vận hành lặp đi lặp lại đó, và cuộn dây của nó tạo ra kết nối hiệu quả với các thiết bị khóa liên động, mạch điều khiển khẩn cấp, bộ hẹn giờ, cảm biến và hệ thống tự động hóa.

Máy cắt thường tác động ít hơn nhiều. Thiết bị dẫn dòng liên tục, phản ứng khi có sự cố và có thể tạo điểm cách ly nếu thiết bị được chọn phù hợp cho chức năng cách ly. Thông số định mức của sản phẩm quyết định số lần và loại thao tác được phép. Không có một số lần thao tác chung cho mọi trường hợp; hãy kiểm tra dữ liệu của nhà sản xuất cho đúng model và chế độ làm việc.

Khả năng ngắt mạch và khả năng chịu tải

Khả năng ngắt mạch có thể loại trừ một bộ ngắt mạch ngay cả khi định mức dòng điện làm việc của nó có vẻ phù hợp. Thiết bị phải có khả năng ngắt dòng điện sự cố dự kiến tại điểm lắp đặt theo định mức và điều kiện áp dụng. Nếu dòng điện sự cố có thể xảy ra vượt quá khả năng đó, việc đảm bảo dòng điện làm việc phù hợp sẽ không đảm bảo an toàn cho hệ thống lắp đặt.

Khả năng đóng cắt tải bình thường của công tắc tơ không phải là khả năng cắt ngắn mạch. Khi dòng sự cố cao, thiết bị có thể không cắt an toàn, các tiếp điểm có thể bị hàn dính hoặc thiết bị có thể hư hỏng nghiêm trọng. Vì vậy, mạch cần có bảo vệ ngắn mạch ở phía nguồn.

Tín hiệu điều khiển và tự động hóa

Cuộn dây công tắc tơ kết nối hệ thống điều khiển với mạch nguồn. Một tín hiệu điều khiển tương đối nhỏ có thể điều khiển động cơ hoặc các tải khác, trong khi các tiếp điểm phụ báo trạng thái hoặc hỗ trợ cơ chế khóa liên động.

Một số loại cầu dao được lựa chọn cũng có thể lắp đặt các phụ kiện như bộ ngắt dòng song song, bộ ngắt khi hạ áp, bộ truyền động động cơ và các tiếp điểm phụ. Các tùy chọn này hỗ trợ chức năng ngắt từ xa, hiển thị trạng thái hoặc vận hành từ xa, nhưng không phải mọi loại cầu dao đều phù hợp cho việc đóng/mở với tần suất cao. Vui lòng xác nhận tính tương thích của phụ kiện và điều kiện làm việc cụ thể cho từng mẫu sản phẩm.

Bảo vệ quá tải là một vấn đề thiết kế riêng biệt

Bảo vệ chống ngắn mạch và bảo vệ quá tải động cơ nhằm giải quyết các sự cố khác nhau. Hiện tượng ngắn mạch có thể tạo ra dòng điện rất lớn, đòi hỏi phải ngắt ngay lập tức. Trong khi đó, quá tải động cơ có thể có cường độ dòng điện thấp hơn nhưng kéo dài đủ lâu để khiến động cơ bị quá nhiệt. Việc coi cả hai trường hợp này là cùng một vấn đề trong quá trình lựa chọn sẽ dẫn đến lỗ hổng trong hệ thống bảo vệ.

Một số bộ ngắt mạch bảo vệ động cơ kết hợp chức năng bảo vệ chống ngắn mạch với chức năng bảo vệ quá tải có thể điều chỉnh. Một cách bố trí phổ biến khác là sử dụng bộ ngắt mạch hoặc cầu chì để bảo vệ chống ngắn mạch, công tắc tơ để chuyển mạch và rơle quá tải để bảo vệ động cơ khỏi quá tải. Hãy lựa chọn giữa các phương án này dựa trên đặc điểm của động cơ, phương pháp khởi động, nguồn cấp điện, yêu cầu điều khiển, dữ liệu phối hợp và các quy định địa phương.

Tại sao các mạch động cơ thường cần cả hai

Một đường dẫn điều khiển động cơ thông thường phân công các chức năng theo thứ tự sau:

Nguồn điện → Bộ ngắt mạch hoặc cầu chì → Công tắc tơ → Thiết bị bảo vệ quá tải (nếu cần) → Động cơ

Mỗi phần tử đều có một chức năng riêng biệt:

• Thiết bị bảo vệ phía thượng nguồn ngắt dòng điện ngắn mạch và thực hiện các chức năng bảo vệ quá dòng theo thiết kế.
• Công tắc tơ khởi động và dừng động cơ theo các lệnh điều khiển.
• Rơle quá tải hoặc chức năng bảo vệ động cơ chuyên dụng sẽ phản ứng khi xảy ra tình trạng quá tải kéo dài, rôto bị kẹt, mất pha hoặc các tình huống khác nằm trong phạm vi khả năng hoạt động đã công bố.
• Cần kiểm tra toàn bộ hệ thống về sự phối hợp, dòng điện sự cố có thể chịu được, đặc tính tải và các yêu cầu khu vực có liên quan.

Hình 3. Một sơ đồ điều khiển động cơ điển hình phân công các chức năng bảo vệ ngắn mạch, chuyển mạch và bảo vệ quá tải cho các chức năng riêng biệt nhưng được phối hợp với nhau.

Tài liệu hướng dẫn bảo vệ động cơ của Schneider Electric mô tả các máy cắt bảo vệ động cơ nhiệt-từ có chức năng bảo vệ ngắn mạch và quá tải, đồng thời trình bày các hệ thống ghép máy cắt từ hoặc cầu chì với một rơ le quá tải riêng. Tài liệu ứng dụng của ABB cũng xem động cơ điều khiển bằng công tắc tơ và động cơ điều khiển bằng máy cắt là hai phương án bảo vệ khác nhau. Việc chọn một linh kiện không loại bỏ yêu cầu phân định đầy đủ mọi chức năng điều khiển và bảo vệ cần thiết.

Để tìm hiểu về kiến trúc sản phẩm liên quan, hãy tham khảo cầu dao bảo vệ động cơ loại. Việc thiết kế cuối cùng và kiểm tra xác nhận phải do nhân viên có trình độ chuyên môn thực hiện. Bài viết này không cung cấp hướng dẫn về thử nghiệm khi có điện, mạch nối tắt hoặc đấu dây tại hiện trường.

Bạn cần thiết bị nào?

Hình 4. Chọn danh mục thiết bị theo công việc, sau đó đối chiếu để xác định chính xác mẫu thiết bị dựa trên dữ liệu hệ thống, tải, sự cố và phối hợp.

Sử dụng bảng để xác định loại thiết bị nào cần có trong mạch. Không dùng bảng để chọn model. Quyết định đó vẫn cần dữ liệu dự án và thông tin phối hợp bảo vệ của nhà sản xuất.

Cách xác định phía của bộ ngắt mạch

Trước khi yêu cầu đề xuất hoặc báo giá về MCCB, hãy chuẩn bị sẵn các thông tin sau:

1. Hệ thống AC hoặc DC và điện áp định mức.
2. Loại tải, dòng điện hoạt động và các điều kiện khởi động dự kiến.
3. Số cột cần thiết và thông tin liên quan đến hệ thống nối đất.
4. Dòng điện sự cố có thể xảy ra tại điểm lắp đặt hoặc khả năng ngắt mạch yêu cầu.
5. Các đặc tính bảo vệ quá tải và ngắn mạch bắt buộc.
6. Các yêu cầu về sự phối hợp giữa các khâu trước và sau hoặc về tính chọn lọc.
7. Môi trường lắp đặt, điều kiện bên trong vỏ thiết bị và tần số hoạt động.
8. Số lượng, thị trường đích và các tài liệu kỹ thuật cần thiết.

Hình 5. Để lập báo giá cho một bộ ngắt mạch kết hợp (MCCB), cần có đầy đủ các thông tin về hệ thống, tải, sự cố, bảo vệ và dự án — chứ không chỉ dựa vào thông số dòng điện định mức.

Không yêu cầu MCCB chỉ dựa trên dòng điện định mức. Bộ thông tin đầu vào đầy đủ cho phép nhà cung cấp so sánh các lựa chọn nhiệt-từ, điện tử, có thể điều chỉnh và định mức DC mà không áp dụng khả năng của một model cho cả dòng sản phẩm. Nếu vẫn thiếu dữ liệu quan trọng của dự án thì chưa thể đưa ra khuyến nghị model.

OOHMAGE cung cấp nhiều dòng sản phẩm MCCB dành cho hệ thống phân phối công nghiệp và lựa chọn theo dự án. Hãy tham khảo Dòng cầu dao vỏ đúc và đối chiếu các thông số đã công bố của đúng model với dự án trước khi đặt hàng. Không giả định một dòng sản phẩm phù hợp chỉ vì dải dòng điện của nó có vẻ gần đúng.

Những sai lầm thường gặp

Sử dụng công tắc tơ làm thiết bị bảo vệ chống ngắn mạch

Công tắc tơ có thể mở tải trong vận hành bình thường, nhưng điều đó không mang lại cho nó khả năng cắt dòng sự cố của máy cắt. Mạch vẫn cần một thiết bị bảo vệ phù hợp.

Sử dụng công tắc ngắt mạch để chuyển mạch tự động thường xuyên

Dùng máy cắt như công tắc tơ có thể vượt quá chế độ làm việc được thiết kế cho thiết bị. Hãy kiểm tra định mức đóng cắt cụ thể hoặc sử dụng công tắc tơ được thiết kế cho chu kỳ vận hành yêu cầu.

Sự nhầm lẫn giữa bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch

Cả tình trạng quá tải và ngắn mạch đều liên quan đến dòng điện quá mức, nhưng cường độ, thời gian kéo dài và mức độ phản ứng cần thiết của chúng lại khác nhau. Một động cơ có thể cần có biện pháp bảo vệ quá tải bên cạnh biện pháp bảo vệ ngắn mạch ở phía thượng nguồn.

Chỉ chọn theo dòng điện định mức

Dòng điện định mức là yếu tố cơ bản. Các yếu tố như điện áp, tính phù hợp với dòng điện xoay chiều (AC) hoặc một chiều (DC), loại tải, dòng điện sự cố có thể xảy ra, khả năng ngắt mạch, số cực, đặc tính ngắt mạch và điều kiện môi trường đều có thể ảnh hưởng đến việc lựa chọn.

Giả định rằng các thông số định mức AC và DC có thể thay thế cho nhau

Sự gián đoạn dòng điện một chiều (DC) đặt ra những yêu cầu khác nhau đối với việc kiểm soát hồ quang. Hãy sử dụng mô hình có các thông số kỹ thuật đã được công bố tương ứng với điện áp một chiều thực tế và cách bố trí cực. Không được áp dụng thông số kỹ thuật dành cho dòng điện xoay chiều (AC) dựa trên giả định.

Bỏ qua sự phối hợp

Máy cắt, công tắc tơ và rơ le quá tải phải hoạt động như một hệ thống thống nhất. Hãy kiểm tra dữ liệu phối hợp của nhà sản xuất và các yêu cầu tại địa phương; các giá trị dòng điện giống nhau trên nhãn không chứng minh rằng tổ hợp đó phù hợp.

Các câu hỏi thường gặp

Công tắc tơ có thể thay thế cho cầu dao không?

Không. Một công tắc tơ cơ bản chỉ điều khiển tải trong quá trình vận hành bình thường; nó không thể thay thế cho cầu dao hoặc cầu chì được lựa chọn để ngắt dòng điện ngắn mạch. Bất kỳ mạch điện nào sử dụng công tắc tơ vẫn cần có biện pháp bảo vệ thích hợp ở phía trước.

Máy cắt có thể thay thế công tắc tơ không?

Thông thường thì không, đặc biệt khi tải yêu cầu việc ngắt mạch thường xuyên, từ xa hoặc tự động. Một bộ ngắt mạch có thể hỗ trợ vận hành thủ công, các phụ kiện điều khiển từ xa hoặc các nhiệm vụ ngắt mạch được định sẵn, nhưng thiết bị cụ thể và ứng dụng đó phải được thiết kế phù hợp với mục đích sử dụng đó.

Tại sao lại sử dụng rơle quá tải cùng với công tắc tơ?

Công tắc tơ điều khiển động cơ. Rơle quá tải giám sát các tình trạng dòng điện kéo dài có thể gây quá nhiệt cho động cơ và ngắt mạch điều khiển khi cần thiết. Việc bảo vệ chống ngắn mạch vẫn do một bộ ngắt mạch hoặc cầu chì phù hợp đảm nhiệm, trừ khi có một thiết bị phối hợp thực hiện cả hai chức năng này.

Tất cả các mạch điện động cơ đều cần cả hai thiết bị này hay không?

Không có sơ đồ nào phù hợp với mọi mạch động cơ. Các thiết bị cần thiết phụ thuộc vào công suất động cơ, phương pháp khởi động, nguồn cấp điện, yêu cầu điều khiển, sơ đồ bảo vệ, dữ liệu phối hợp và các quy định địa phương. Nhiều mạch động cơ tự động sử dụng cả công tắc tơ và thiết bị bảo vệ vì việc đóng cắt và bảo vệ sự cố vẫn là hai nhiệm vụ riêng biệt.

Cần những thông tin nào để lập báo giá MCCB?

Cung cấp thông tin về điện áp hệ thống, loại nguồn AC hay DC, dòng điện định mức, số cực, khả năng ngắt mạch yêu cầu, phương pháp bảo vệ, tải hoặc ứng dụng, số lượng, điều kiện lắp đặt và thị trường đích. Chỉ nên chọn mẫu sau khi đã kiểm tra các dữ liệu được công bố về dòng sản phẩm MCCB được đề xuất.

Điểm chính cần ghi nhớ

Công tắc tơ điều khiển hoạt động bình thường. Công tắc ngắt mạch bảo vệ khỏi các tình trạng dòng điện bất thường đã được xác định. Việc có hình dáng tương tự trong tủ điện không có nghĩa là các thông số kỹ thuật hoặc chức năng của chúng có thể thay thế cho nhau. Do đó, nhiều mạch động cơ sử dụng công tắc ngắt mạch hoặc cầu chì để bảo vệ chống sự cố, công tắc tơ để điều khiển khởi động và dừng, cùng với rơle quá tải hoặc chức năng bảo vệ động cơ chuyên dụng khi cần thiết.

Trước tiên, hãy gán từng chức năng, sau đó chọn thiết bị dựa trên các thông số dự án đã được xác minh. Đối với phía cầu dao của tủ điện công nghiệp, hãy gửi các thông số về điện áp, dòng điện, số cực, công suất ngắt yêu cầu, ứng dụng, số lượng và thị trường đích thông qua Trang liên hệ của OOHMAGE. Nếu có một loạt OOHMAGE phù hợp, phản hồi cần nêu rõ lý do và chỉ ra các tài liệu kỹ thuật có sẵn. Nếu không có loạt nào phù hợp, không nên ép buộc lựa chọn.

Tài liệu tham khảo kỹ thuật

• Bộ ngắt mạch bảo vệ động cơ của Schneider Electric
• Sơ đồ bảo vệ động cơ cơ bản của Schneider Electric
• Hệ thống bảo vệ và điều khiển động cơ ABB
• Hướng dẫn ứng dụng cầu dao ABB trong bảo vệ động cơ