Vietnamese 
English 
French 
German 
Spanish 
Portuguese 
Dutch 
Italian 
Russian 
Chinese 
Japanese 
Korean 
Indonesian 
Thai 
Arabic 
Turkish 
Hebrew 
Hindi 
Tại các khu sản xuất công nghiệp, kim ampe kế của động cơ điện xoay chiều (đặc biệt là động cơ không đồng bộ) thường lệch mạnh khi khởi động, cho thấy dòng điện khởi động vượt xa dòng điện định mức. Dòng điện khởi động của một số động cơ cỡ nhỏ và trung bình có thể đạt đến 5-7 lần giá trị định mức, và đối với động cơ cao áp cỡ lớn thì còn cao hơn nữa. Hiện tượng này không chỉ gây khó khăn cho nhân viên vận hành và bảo trì thiết bị mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Để giải đáp vấn đề này, chúng ta cần bắt đầu từ nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều và phân tích các tác hại cũng như biện pháp khắc phục kết hợp với điều kiện làm việc thực tế.
1. Nguyên nhân chính gây ra dòng khởi động quá mức
Đặc tính khởi động của động cơ điện xoay chiều không đồng bộ có liên quan mật thiết đến “từ trường quay” và “tỷ số trượt”. Khi động cơ đứng yên, tốc độ quay của rôto bằng 0, và tỷ số trượt s=1 (tỷ số trượt s=(tốc độ đồng bộ – tốc độ quay)/tốc độ đồng bộ). Lúc này, tốc độ mà dây dẫn rôto cắt từ trường quay đạt giá trị cực đại, và sức điện động cảm ứng và dòng điện cảm ứng của rôto cũng đạt giá trị cực đại tương ứng. Theo nguyên lý cảm ứng điện từ, từ trường do dòng điện rôto tạo ra sẽ tương tác với từ trường stato. Để duy trì sự cân bằng từ trường, stato sẽ tự động tăng dòng điện để bù lại ảnh hưởng của từ trường rôto, cuối cùng dẫn đến sự tăng đột ngột dòng điện khởi động của stato.
Từ góc độ mạch điện, trở kháng tương đương cực thấp của động cơ khi khởi động là một yếu tố quan trọng khác. Ở trạng thái tĩnh, cuộn dây stato của động cơ có thể được coi là một mạch nối tiếp gồm “điện trở + điện kháng rò rỉ”. Lúc này, điện kháng cảm ứng của cuộn dây ở giá trị nhỏ nhất vì rôto không quay, và bản thân điện trở cũng nhỏ. Theo định luật Ohm I=U/Z, dưới điện áp định mức, sự giảm trở kháng Z trực tiếp dẫn đến sự tăng đáng kể dòng điện I. Ngoài ra, các thanh rôto của động cơ không đồng bộ kiểu lồng sóc được làm bằng cấu trúc thanh nhôm hoặc đồng đúc, và điện trở mạch rôto nhỏ khi khởi động, điều này càng làm trầm trọng thêm hiệu ứng khuếch đại dòng điện.
2. Tác hại chính của dòng khởi động cao
Dòng khởi động quá mức sẽ gây ảnh hưởng tiêu cực đến lưới điện, bản thân động cơ và các thiết bị liên quan. Đối với lưới điện, dòng điện tăng đột ngột trong thời gian ngắn sẽ làm giảm điện áp lưới ngay lập tức, có thể gây ra hoạt động bất thường của các thiết bị khác trong cùng lưới điện (như thiết bị đo chính xác, hệ thống điều khiển PLC), thậm chí gây ra hiện tượng ngắt mạch và mất điện. Đối với động cơ, dòng điện quá mức sẽ khiến cuộn dây stato chịu một lực điện rất lớn. Việc khởi động thường xuyên trong thời gian dài có thể dẫn đến lão hóa và hư hỏng lớp cách điện của cuộn dây, gây ra hiện tượng ngắn mạch giữa các vòng dây. Đồng thời, nhiệt Joule sinh ra do dòng điện sẽ làm cho nhiệt độ cuộn dây tăng lên đột ngột, làm giảm tuổi thọ của động cơ.
Đối với sản xuất công nghiệp, dòng khởi động đột ngột cũng có thể ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống cơ khí. Sự dao động mô-men xoắn khởi động tương ứng với dòng điện cao sẽ khiến phần kết nối giữa động cơ và tải (như quạt, bơm nước, băng tải) chịu tải trọng va đập, dẫn đến các hư hỏng cơ khí như lỏng khớp nối và mài mòn bánh răng, đồng thời làm tăng chi phí bảo trì thiết bị. Trong các môi trường dễ cháy nổ (như công nghiệp hóa chất, mỏ than), dòng khởi động có thể gây ra tia lửa điện, tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn.
3. Các chiến lược trấn áp hiệu quả trong bối cảnh công nghiệp
Tùy thuộc vào công suất và điều kiện làm việc khác nhau, các phương pháp giảm xung thường dùng trong công nghiệp có thể được chia thành hai loại: “khởi động giảm áp” và “khởi động mềm”. Đối với động cơ không đồng bộ cỡ nhỏ và trung bình (thường dưới 55kW), khởi động giảm áp là một lựa chọn kinh tế và thiết thực. Ý tưởng cốt lõi là giảm điện áp stato khi khởi động để giảm dòng khởi động. Các phương pháp phổ biến bao gồm khởi động sao-tam giác (Y-Δ), khởi động giảm áp bằng biến áp tự ngẫu và khởi động giảm áp bằng cuộn cảm. Trong đó, khởi động sao-tam giác được sử dụng rộng rãi nhất. Trong quá trình khởi động, cuộn dây stato được đấu nối theo hình sao, sao cho điện áp của mỗi cuộn dây pha giảm xuống còn 1/√3 giá trị định mức, và dòng khởi động sau đó giảm xuống còn 1/3 so với khởi động trực tiếp. Sau khi tốc độ động cơ tăng lên, nó được chuyển sang đấu nối tam giác để khôi phục hoạt động ở điện áp định mức.
Đối với động cơ lớn (trên 100kW) hoặc các trường hợp yêu cầu cao về độ êm ái khi khởi động (như thang máy, máy công cụ chính xác), bộ khởi động mềm và biến tần là giải pháp tốt hơn. Bộ khởi động mềm sử dụng điều khiển pha của bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon (SCR) để làm cho điện áp stato tăng dần từ thấp lên cao. Dòng khởi động có thể được điều khiển ở mức gấp 2-3 lần giá trị định mức, tránh hiện tượng tăng giảm điện áp đột ngột. Đồng thời, nó có chức năng bảo vệ quá dòng và quá tải, phù hợp với nhiều đặc tính tải khác nhau. Biến tần điều khiển quá trình khởi động động cơ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện. Trong quá trình khởi động, tần số tăng dần từ 0, và tốc độ tăng dần một cách đồng bộ. Dòng khởi động có thể được giới hạn trong phạm vi giá trị định mức, và nó cũng có thể thực hiện chức năng điều chỉnh tốc độ, giải quyết được hai vấn đề cùng một lúc trong các trường hợp yêu cầu vận hành tốc độ biến đổi (như điều chỉnh tốc độ bằng biến tần và tiết kiệm năng lượng cho quạt).
Ngoài ra, các biện pháp hỗ trợ như “khởi động từng bước” hoặc “khởi động không tải” có thể được áp dụng cho các tải trọng cụ thể. Ví dụ, đối với thiết bị tải nặng như băng tải, tải được ngắt bằng ly hợp trước khi khởi động, và tải được nối lại sau khi động cơ đạt tốc độ định mức; đối với thiết bị máy nén khí, van bypass có thể được sử dụng để giảm áp suất xi lanh, giảm sức cản khởi động và gián tiếp giảm dòng điện khởi động.
Tóm lại, dòng khởi động quá mức của động cơ điện xoay chiều là hiện tượng vốn có do đặc tính điện từ của chúng quyết định, nhưng tác hại của nó có thể được kiểm soát hiệu quả thông qua các phương pháp khởi động khoa học. Trong môi trường công nghiệp, cần kết hợp các yếu tố như công suất động cơ, đặc tính tải và khả năng chịu tải của lưới điện để lựa chọn phương án giảm thiểu “kinh tế và khả thi” hoặc “chính xác và có thể kiểm soát được”, nhằm đảm bảo an toàn thiết bị và nâng cao tính ổn định sản xuất.
