Phân tích 3 sơ đồ mạch đảo chiều sao tam giác dùng công tắc, nút nhấn và PLC, phân tích ưu nhược điểm của từng loại mạch điện.

Mạch Động Lực Khởi Động và Đảo Chiều

Mạch đảo chiều sao tam giác có thể được điều khiển bằng nhiều phương pháp khác nhau như dùng nút nhấn, công tắc, vi điều khiển, PLC. Nhưng đều có chung một mạch động lực, hình bên dưới là sơ đồ mạch động lực khởi động sao tam giác và đảo chiều quay động cơ.

Hình 1: Mạch động lực khởi động và đảo chiều quay

Sơ đồ mạch động lực là sự kết hợp giữa mạch đảo chiều động cơ và mạch khởi động sao tam giác động cơ 3 pha. Dưới đây là công dụng của các thành phần trong mạch:

• Dùng một MCB 3P để đóng cắt nguồn điện bằng tay và bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực.
• Sử dụng 2 contactor K1 và K2, contactor K1 nối 3 đầu dây động cơ với nguồn. Và contactor K2 nối sẽ đảo thứ tự 2 trong 3 pha, cụ thể là đổi thứ tự pha 1 với pha 3.
• Rơ le nhiệt nối tiếp với 2 contactor K1 và K2 sẽ bảo vệ quá tải co động cơ cả khi quay thuận hay nghịch, cả khi chạy sao hoặc tam giác.
• Sử dụng 2 contactor K3, K4 để chạy mạch sao, tam giác.

Contactor K3 đấu dây chạy chế độ sao nên 3 tiếp điểm trên nối chụm lại một điểm, 3 tiếp điểm dưới nối với 3 đầu dây cuối của động cơ. Còn 3 đầu dây đầu của động cơ nối vào đuôi rơ le nhiệt.

Contactor K4 thực hiện đấu dây chế độ tam giác, 3 tiếp điểm trên của contactor nối với 3 đầu dây đầu của động cơ, 3 tiếp điểm dưới nối với 3 đầu cuối của cuộn dây động cơ. Sao cho đầu cuộn dây này sẽ nối với cuối cuộn dây cụ thể trong mạch là U2 nối với W2, V1 nối với U2, W1 nối với V2.

3 Sơ Đồ Mạch Điều Khiển Đảo Chiều Sao Tam Giác

1. Mạch Khởi Động và Đảo Chiều Dùng Công Tắc 3 Vị Trí

Mạch bên dưới sử dụng công tắc 3 vị trí để điều khiển việc đảo chiều và khởi động cho động cơ 3 pha.

Hình 2: Sơ đồ mạch điều khiển dùng công tắc 3 vị trí

Công tắc 3 vị trí có 3 trạng thái là ON1 - OFF - ON2, khi để công tắc ở vị trí giữa thì không có tiếp điểm đóng. Khi bật công tắc qua trái hay phải thì tiếp điểm tương ứng bên trái hay phải sẽ đóng lại.

Nguyên lý điều khiển:

• Khi bật công tắc sang chạy thuận thì cuộn dây K1 được cấp điện, contactor K1 nên tiếp điểm thường mở K1 đóng lại. Tiếp điểm K1 đóng nên cuộn dây K3 và Timer T được cấp điện, động cơ lúc này chạy chế độ sao và Timer bắt đầu đếm thời gian.
• Khi Timer T đếm đến thời gian đặt trước thì tiếp điểm thường hở T mở ra ngắt điện cuộn K3. Và đồng thời tiếp điểm K4 đóng lại cấp điện cho cuộn K4, khi đó động cơ chạy chế độ tam giác.
• Do contactor K4 đóng nên thường đóng K4 mở ra ngắt điện cuộn dây Timer T. Do đó cần mắc thường mở của K4 song song với tiếp điểm thường mở của timer T để tự duy trì sau khi Timer T bị ngắt điện.
• Tương tự khi bật công tắc sang chạy nghịch thì K2 đóng nên động cơ được đấu ở chế độ chạy ngược. Vì tiếp điểm thường mở K1 song song với thường mở K2, nên K2 đóng thì mạch cũng bắt đầu thực hiện khởi động sao tam giác như ở trường hợp chạy thuận.
• Cuộn dây K1 nối tiếp với thường đóng K2, cuộn dây K2 nối tiếp với thường đóng K1 để 2 contactor K1 và K2 không thể dẫn cùng lúc. Vì nếu K1, K2 dẫn cũng lúc thì dẫn đến ngắn mạch, dẫn đến cháy nỗ. Tương tự cho K3 và K4 cũng được bảo vệ để chỉ 1 contactor đóng tại một thời điểm, cách đấu dây này được gọi là khóa chéo.

Ưu điểm và nhược điểm:

• Ưu điểm của mạch này là đơn giản, ít đấu dây, vận hành ít sai xót.
• Nhược điểm là động cơ sẽ tự động chạy lại trong trường hợp mất điện rồi có lại mà chưa đưa công tắc về vị trí OFF.

2. Mạch Đảo Chiều Sao Tam Giác Dùng Nút Nhấn ON, OFF

Nhược điểm của mạch sử dụng công tắc là động cơ tự động chạy lại, nên thường không được dùng trong ứng dụng công nghiệp. Thay vào đó, người ta sẽ thay công tắc bằng nút nhấn ON và OFF, sơ đồ mạch điện trình bày như hình dưới.

Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều sao tam giác dùng nút nhấn

Nút nhấn OFF ở dạng thường đóng, khi nhấn sẽ làm hở mạch. Nút nhấn ON ở dạng thường hở khi nhấn sẽ làm kín mạch. Đặc điểm của nút nhấn là khi nhã tay ra sẽ về trạng thái ban đầu. Do đó khi sử dụng nút nhấn ON ta cần mắc song song với một tiếp điểm thường đóng để duy trì trạng thái dẫn.

Nguyên lý mạch dùng nút nhấn:

Mạch sử dụng nút nhấn ON1, OFF điều khiển đóng, mở contactor K1. Khi nhấn nút ON1 thì K1 đóng, động cơ quay theo chiều thuận. Đồng thời tiếp điểm thường hở K1 đóng lại giữ trạng thái đóng của K1 khi nhã tay khỏi nút nhấn.

Khi nhấn nút ON2 thì K2 đóng, điều khiển động cơ chạy theo chiều ngược lại. Tiếp điểm thường hở K2 đóng lại duy trì trạng thái đóng của K2.

Khi K1 hoặc K2 đóng thì tiếp điểm K1 và K2 đóng lại, mạch thực hiện chế độ sao tam giác như ở mạch dùng công tắc.

Ưu và nhược điểm

Mạch này phức tạp hơn mạch dùng công tắc 3 vị trí vì có sử dụng mạch tự giữ. Nhưng giải quyết được nhược điểm của mạch dùng công tắc nên được sử dụng nhiều hơn.

3. Mạch Khởi Động và Đảo Chiều Động Cơ Dùng PLC

PLC là thiết bị được người dùng lập trình sẵn cho các ứng dụng tự động. Mạch sử dụng PLC sẽ đơn giản hóa được mạch điện và không cần thay đổi nhiều phần đấu dây.

Trong mạch đảo chiều sao tam giác dùng PLC sẽ không cần dùng đến Timer khi chuyển mạch tự động. Sơ đồ đấu dây với PLC được vẽ như sau.

Hình 4: Sơ đồ mạch điều khiển dùng PLC

• Ngõ vào PLC từ X0 đến X2 kết nối với các nút nhấn chạy thuận, nghịch và dừng.
• Ngõ ra PLC dạng rơ le kết nối với các cuộn dây contactor và với nguồn 220V.

Chương trình trên PLC:

• Khi nhấn nút chạy thuận thì X0 được bật lên, mạch kín nên y0 được kích. Trong chương trình tiếp điểm thường hở y0 mắc song song với X0 có chức năng tự giữ, nên không cần tự giữ nút nhấn ở mạch điện.
• Khi ngõ ra PLC được kích hoạt, rơ le ngõ ra sẽ thay đổi trạng thái từ thường hở sang thường đóng. Giả sử y0 được kích hoạt thì chân y0 với chân COM được nối lại với nhau. Do đó cuộn dây contactor K1 được cấp điện động cơ chạy chiều thuận.
• Tương tự khi nhấn nút chạy nghịch thì y1 được bật lên, contactor K2 đóng động cơ quay chiều nghịch.
• Khi y0 hoặc y1 được bật lên thì y2 được kích hoạt, động cơ chạy chế độ sao và timer trong PLC bắt đầu đếm. Do khởi động sao tam giác chỉ thực hiện một lần khi bật động cơ chạy nên chương trình sử dụng xung cạnh lên của y0 hoặc y1.
• Khi timer đếm đến thời gian đặt trước thì kích hoạt y3 đồng thời tắt y2. Động cơ lúc này chạy chế độ tam giác.

Hình 5: Chương trình mạch đảo chiều sao tam giác trên PLC

Ưu và nhược điểm:

Ưu điểm của mạch điều khiển dùng PLC là có khả năng mở rộng, kết hợp điều khiển mở rộng. Mạch đấu dây dùng PLC sẽ được đơn giản hóa. Độ tin cậy của PLC cao.

Nhược điểm là giá thành PLC khá cao, thích hợp cho ứng dụng quy mô tương đối lớn. Đòi hỏi phải biết kiến thức cơ bản lập trình PLC.

Xem thêm:

• TOP 4 loại contactor 3 pha thông dụng, nên sử dụng loại nào?
• Phân tích 4 sơ đồ mạch khởi động sao tam giác
• Sơ đồ, nguyên lý 6 mạch đảo chiều động cơ 3 pha