Contactor và relay nhiệt trong tủ điều khiển động cơ

Mở một tủ điều khiển động cơ trong nhà máy, bạn sẽ thấy hầu như ở lộ nào cũng có bộ ba quen thuộc: aptomat, contactor và relay nhiệt. Ba thiết bị này nối tiếp nhau và mỗi thiết bị giữ một vai trò riêng. Hiểu rõ chức năng của contactor và relay nhiệt giúp bạn chọn đúng thiết bị, đấu nối chính xác và xử lý sự cố nhanh hơn khi máy bơm, quạt, máy nén hay băng tải bỗng dưng dừng. Bài viết này đi từ nguyên lý đến cách chọn và chỉnh định, theo cách dễ hiểu cho cả chủ xưởng lẫn thợ điện.

Contactor là gì và hoạt động ra sao?

Contactor, trong tiếng Việt thường gọi là khởi động từ hay công tắc tơ, là thiết bị đóng cắt bằng điện từ. Bên trong có cuộn dây (cuộn hút), lõi sắt từ và hệ thống tiếp điểm. Khi cuộn hút được cấp điện áp điều khiển, lực từ kéo phần lõi di động xuống, làm các tiếp điểm chính đóng lại và cấp điện cho động cơ. Ngắt điện cuộn hút, lò xo đẩy lõi trở về và tiếp điểm mở ra.

Nhờ nguyên lý đó, contactor cho phép đóng cắt mạch công suất lớn từ xa bằng tín hiệu điều khiển nhỏ, ví dụ nút nhấn, công tắc phao, rơ le thời gian hay đầu ra PLC. Ngoài các tiếp điểm chính cho mạch động lực, contactor còn có tiếp điểm phụ thường mở (NO) và thường đóng (NC) dùng để tự giữ, khóa chéo hoặc báo trạng thái.

Khác với aptomat, contactor được thiết kế cho tần suất đóng cắt cao, hàng nghìn đến hàng triệu lần trong suốt vòng đời. Tuy nhiên contactor không có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn, nên luôn phải có aptomat hoặc cầu chì đứng trước để bảo vệ.

Relay nhiệt: người gác cổng quá tải của động cơ

Relay nhiệt (rơ le nhiệt, overload relay) có nhiệm vụ bảo vệ động cơ khỏi quá tải kéo dài. Động cơ bị quá tải khi kẹt cơ khí, chạy quá tải trọng, mất pha hoặc điện áp thấp kéo dài. Lúc đó dòng điện cao hơn định mức, cuộn dây nóng lên và nếu không ngắt kịp, lớp cách điện sẽ lão hóa rồi cháy.

Loại relay nhiệt phổ biến dùng phần tử lưỡng kim. Dòng điện chạy qua làm lưỡng kim nóng và uốn cong, khi vượt ngưỡng đã chỉnh, nó đẩy cơ cấu làm mở tiếp điểm NC trong mạch điều khiển, từ đó cuộn hút contactor mất điện và động cơ dừng. Đặc tính của relay nhiệt là tác động có trễ, dòng càng lớn thì ngắt càng nhanh, nhờ đó chịu được dòng khởi động ngắn mà vẫn bảo vệ được khi quá tải thật. Nhiều relay nhiệt còn có chức năng nhạy với mất pha và nút reset bằng tay hoặc tự động.

Ngoài relay nhiệt, hiện nay còn có relay bảo vệ động cơ điện tử với nhiều chức năng như bảo vệ mất pha, đảo pha, kẹt rotor, chạm đất. Loại này thường dùng cho động cơ quan trọng hoặc công suất lớn, nơi dừng máy đột ngột gây tổn thất đáng kể.

Vì sao phải phối hợp aptomat, contactor và relay nhiệt?

Mỗi thiết bị chỉ giỏi một việc nên mạch động cơ chuẩn gồm ba lớp bảo vệ. Aptomat hoặc cầu chì xử lý ngắn mạch. Contactor đóng cắt thường xuyên theo lệnh điều khiển. Relay nhiệt cắt khi quá tải. Nếu thiếu aptomat, ngắn mạch có thể hàn dính tiếp điểm contactor. Nếu thiếu relay nhiệt, quá tải lâu ngày sẽ làm hỏng động cơ dù aptomat không hề nhảy. Nếu thiếu contactor, việc đóng cắt thường xuyên bằng aptomat sẽ làm aptomat nhanh mòn.

Ba thiết bị còn phải phối hợp về dòng điện. Dòng định mức contactor cần đủ cho dòng làm việc và dòng khởi động của động cơ, theo cấp sử dụng (thường là AC-3 cho động cơ lồng sóc). Dải chỉnh của relay nhiệt phải bao trùm dòng định mức động cơ. Aptomat cần đủ ngưỡng để không nhảy khi khởi động nhưng vẫn bảo vệ được dây dẫn và contactor khi ngắn mạch. Các hãng thiết bị thường công bố bảng phối hợp (coordination table) cho từng công suất động cơ, bạn nên tra bảng này thay vì ước chừng.

Sơ đồ khởi động trực tiếp, sao/tam giác và các giải pháp khác

Khởi động trực tiếp (DOL)

Đây là cấu hình đơn giản nhất: một aptomat, một contactor, một relay nhiệt cho mỗi động cơ. Phương án này phù hợp động cơ công suất nhỏ và vừa, nơi lưới đủ mạnh để chịu dòng khởi động. Theo catalogue NEWSUN, dòng tủ MCC khởi động trực tiếp có model MCC-DOL-9A (0,06–4 kW) đến MCC-DOL-32A (15 kW), xem thêm tại mục tủ điều khiển MCC.

Khởi động sao/tam giác

Với động cơ công suất lớn hơn, dòng khởi động trực tiếp gây sụt áp và sốc cơ khí. Giải pháp truyền thống là khởi động sao/tam giác: dùng ba contactor (chính, sao, tam giác) và một rơ le thời gian. Ban đầu cuộn dây nối hình sao để giảm dòng và mô men khởi động, sau thời gian đặt thì chuyển sang tam giác chạy định mức. NEWSUN có dòng tủ khởi động sao/tam giác từ MCC-SD-9A (4 kW) đến MCC-SD-185A (90 kW).

Khởi động mềm và biến tần

Khi cần khởi động êm hoặc điều chỉnh tốc độ, tủ dùng khởi động mềm hoặc biến tần thay cho phương pháp contactor thuần túy. Trong trường hợp này contactor vẫn có thể xuất hiện làm contactor bypass hoặc contactor đóng cắt nguồn, còn chức năng bảo vệ quá tải thường được tích hợp trong thiết bị. Nhóm sản phẩm này nằm trong tủ biến tần và khởi động mềm của NEWSUN.

Cách chọn contactor và relay nhiệt cho động cơ

1. Đọc nhãn động cơ: lấy công suất, điện áp, dòng định mức, cách đấu sao hay tam giác và hệ số công suất.
2. Chọn contactor theo cấp sử dụng: động cơ lồng sóc thường chọn theo AC-3; nếu có đảo chiều hoặc nhồi động nhiều lần, cần tra cấp AC-4 hoặc chọn dư dòng.
3. Chọn điện áp cuộn hút: 24 VDC, 24 VAC, 110 VAC hay 220/380 VAC tùy mạch điều khiển; mạch có PLC thường dùng 24 VDC kèm relay trung gian hoặc contactor có cuộn phù hợp.
4. Chọn relay nhiệt theo dải chỉnh: dòng định mức động cơ phải nằm giữa dải chỉnh của relay, tốt nhất ở khoảng giữa.
5. Chọn cấp tác động (class): động cơ khởi động nặng như quạt lớn, máy nghiền cần class phù hợp để không ngắt nhầm khi khởi động kéo dài.
6. Kiểm tra phối hợp với aptomat: tra bảng phối hợp của hãng hoặc nhờ nhà cung cấp tư vấn.

NEWSUN phân phối thiết bị điện của nhiều hãng như Schneider, ABB, Siemens, Mitsubishi, LS, Chint nên có thể đề xuất bộ aptomat, contactor, relay nhiệt đồng bộ cùng một hãng. Dùng thiết bị cùng hãng giúp phụ kiện lắp lẫn, bảng phối hợp rõ ràng và dễ bảo hành. Bạn có thể xem thêm tổng quan trong mục thiết bị đóng cắt.

Cách chỉnh dòng relay nhiệt và các lỗi thường gặp

Quy trình chỉnh cơ bản như sau. Đặt núm chỉnh dòng bằng dòng định mức trên nhãn động cơ. Cho động cơ chạy ổn định với tải thực, dùng ampe kìm đo dòng ở từng pha. Nếu dòng thực thấp hơn nhiều so với định mức, có thể chỉnh sát dòng thực cộng một khoảng hợp lý, nhưng luôn không vượt quá dòng định mức cho phép của động cơ. Sau đó thử nút test của relay để chắc chắn tiếp điểm NC thực sự cắt mạch điều khiển.

Các lỗi hay gặp ngoài thực tế gồm:

• Relay nhiệt ngắt liên tục: thường do chỉnh dòng thấp, động cơ quá tải thật, hoặc mối nối lỏng làm tăng nhiệt ở đầu cực.
• Contactor kêu ù hoặc rung: do điện áp cuộn hút thấp, bụi bẩn bám mặt lõi từ hoặc vòng chập mòn.
• Tiếp điểm bị cháy rỗ hoặc hàn dính: do đóng cắt vượt cấp sử dụng, dòng khởi động lớn hoặc ngắn mạch mà bảo vệ phía trước tác động chậm.
• Không tự khởi động lại sau reset: kiểm tra chế độ reset tay hay tự động và mạch tự giữ.
• Sai sót khi đấu dây: nhầm thứ tự pha làm động cơ quay ngược, cần đảo hai pha trước khi chạy tải thật.

Với các tủ điều khiển phức tạp có nhiều động cơ, nên sắp xếp contactor và relay nhiệt có nhãn rõ ràng, dây điều khiển tách khỏi dây động lực, chừa khoảng trống để tản nhiệt. Những chi tiết nhỏ như vậy giúp giảm đáng kể thời gian bảo trì.

Liên hệ NEWSUN để được tư vấn tủ điều khiển động cơ

NEWSUN Group Vina sản xuất tủ MCC, tủ sao/tam giác, tủ biến tần, khởi động mềm và tủ PLC theo yêu cầu, đồng thời cung cấp thiết bị đóng cắt từ các hãng quen thuộc. Hãy gửi cho chúng tôi danh sách động cơ gồm công suất, điện áp và kiểu khởi động mong muốn, kỹ sư sẽ đề xuất cấu hình thiết bị phù hợp và báo giá. Liên hệ hotline 0924.625.688 hoặc Zalo cùng số này để được hỗ trợ.