Tính chọn thiết bị bảo vệ động cơ 3 pha là công việc thiết yếu khi thiết kế tủ điện MCC (Motor Control Center) hay tủ điều khiển bơm, quạt. Chọn sai thông số CB hay relay nhiệt có thể khiến thiết bị ngắt liên tục (quá nhạy) hoặc không bảo vệ được động cơ (quá lớn). Bài viết này trình bày công thức đầy đủ và ví dụ tính toán cụ thể.

Dòng Định Mức Động Cơ — Công Thức Cơ Bản

Bước đầu tiên là tính dòng điện định mức (rated current) của động cơ từ thông số nameplate:

I_n = P / (√3 × U × cosφ × η) Trong đó: P = Công suất định mức (W) U = Điện áp dây định mức (V) — thường 380V hoặc 400V cosφ = Hệ số công suất (thường 0.80–0.88 cho động cơ cảm ứng) η = Hiệu suất động cơ (thường 0.88–0.95) √3 ≈ 1.732 Đơn vị: I_n (A), P (W), U (V). Nếu P tính bằng kW, nhân với 1000 trước khi tính.

Mẹo thực tế: Nếu biết hiệu suất và cosφ, dùng công thức gần đúng: I_n ≈ P(kW) × 2 (A) cho động cơ 380V thông thường (cosφ×η ≈ 0.76). Ví dụ: motor 15kW → I_n ≈ 30A. Công thức chính xác luôn tốt hơn nhưng xấp xỉ này hữu ích khi ước tính nhanh.

Dòng Khởi Động — Yếu Tố Quan Trọng Nhất

Động cơ 3 pha khi khởi động trực tiếp (DOL — Direct On Line) có dòng khởi động gấp 5-8 lần dòng định mức:

I_start = k × I_n k = hệ số bội số dòng khởi động k = 5÷8 (DOL), k = 1.5÷3 (khởi động qua biến tần) k ≈ 6 là giá trị thông dụng cho động cơ cảm ứng lồng sóc tiêu chuẩn.

CB bảo vệ phải chịu được dòng khởi động này mà không ngắt (ngưỡng magnetic trip của MCCB phải cao hơn I_start).

Chọn CB (MCCB) Bảo Vệ Động Cơ

Khi chọn MCCB cho mạch động cơ, cần thỏa mãn đồng thời hai điều kiện:

  1. In_CB ≥ I_n (motor): Dòng định mức CB phải lớn hơn hoặc bằng dòng định mức động cơ
  2. Magnetic trip ≥ I_start: Ngưỡng ngắt từ (short-circuit release) phải lớn hơn dòng khởi động DOL

Thực tế, nhiều nhà sản xuất có loại MCCB chuyên dụng cho tải motor (Motor Protection Circuit Breaker — MPCB) với chỉnh định magnetic trip 10×–14× dòng định mức, phù hợp với đặc tính khởi động động cơ.

Không dùng CB loại "B" (magnetic trip 3×–5× In) cho tải động cơ — sẽ ngắt khi khởi động DOL. Dùng loại "D" (10×–20×) hoặc loại Motor Protection (10×–14×) cho tải motor.

Chọn Contactor (Khởi Từ)

Contactor được chọn theo AC-3 duty (tiêu chuẩn cho tải động cơ — đóng cắt dòng khởi động, không tải):

  • Công suất contactor ≥ Công suất động cơ tại điện áp làm việc
  • Dòng thermal current (Ith) ≥ In_motor
  • Điện áp cuộn dây (coil voltage): 220VAC, 380VAC, hoặc 24VDC tùy thiết kế mạch điều khiển

Các hãng lớn (Schneider, ABB, LS, Siemens, Mitsubishi) đều ghi rõ AC-3 rating trong catalog: ví dụ Schneider LC1D25 (AC-3: 11kW/400V, Ith: 25A).

Chọn Relay Nhiệt (Overload Relay)

Relay nhiệt bảo vệ động cơ khỏi quá tải (overcurrent liên tục). Cài đặt dòng bảo vệ:

I_set ≈ 1.0 × I_n (chỉnh đúng dòng định mức) Dải chỉnh: 0.8 × I_n ÷ 1.25 × I_n Chọn relay có dải điều chỉnh bao trùm I_n của motor. Không đặt I_set > 1.25 × I_n vì sẽ mất bảo vệ quá tải.

Ví Dụ Tính Toán Thực Tế — Motor Bơm 15 kW

Bài Toán: Tủ Điều Khiển Bơm — Motor 15 kW, 380V, 3 Pha

Thông số motor từ nameplate:

  • P = 15 kW = 15.000 W
  • U = 380V (3 pha)
  • cosφ = 0.85
  • η = 0.92 (hiệu suất)

Bước 1 — Tính dòng định mức:

I_n = 15.000 / (1.732 × 380 × 0.85 × 0.92) = 15.000 / 514.3 ≈ 29,2 A

Bước 2 — Tính dòng khởi động (k = 6):

I_start = 6 × 29,2 = 175 A

Bước 3 — Chọn MCCB:
In_CB ≥ 29,2A → chọn MCCB 32A (hoặc 40A nếu cần dự phòng). Loại: Motor Protection (magnetic trip 10×In = 10 × 32 = 320A > 175A ✓).

Ví dụ: ABB MS116 range 28-40A hoặc Schneider GV2ME hoặc LS MMS-32S.

Bước 4 — Chọn Contactor (AC-3, 380V):
Chọn contactor AC-3 ≥ 15kW/380V → Schneider LC1D25 (11kW/400V AC-3) ← nâng lên LC1D32 (15kW/400V AC-3). Ith = 32A ≥ 29,2A ✓.

Bước 5 — Chọn Relay Nhiệt:
I_set = 29,2A → chọn relay nhiệt dải 23-32A hoặc 28-40A. Ví dụ: Schneider LRD332 (23-32A) hoặc LRD340 (30-40A). Chỉnh I_set = 29-30A.

✓ Kết quả: MPCB 32A + Contactor LC1D32 + Relay LRD340 (set 29A)

Bảng Tra Nhanh Cho Động Cơ Tiêu Chuẩn 380V

Công suất motorI_n (A)CB chọn (A)Contactor (AC-3)Relay nhiệt
0,75 kW1,84A9A (Schneider LC1D09)LRD06 (1-1.6A)
1,5 kW3,66A9A (LC1D09)LRD07 (1.6-2.5A)
3 kW6,810A9A (LC1D09)LRD12 (5.5-8A)
5,5 kW1216A18A (LC1D18)LRD16 (9-13A)
7,5 kW1620A18A (LC1D18)LRD21 (12-18A)
11 kW2332A25A (LC1D25)LRD325 (17-25A)
15 kW3040A32A (LC1D32)LRD340 (30-40A)
22 kW4450A40A (LC1D40)LRD350 (37-50A)
30 kW5963A65A (LC1D65)LRD365 (48-65A)
37 kW7280A80A (LC1D80)LRD380 (60-80A)

Lưu ý: Bảng tham khảo cho cosφ = 0.85, η = 0.92. Luôn kiểm tra lại với nameplate motor thực tế.

KT
Kỹ Sư Thiết Kế INDOME
Phòng Thiết Kế Tủ Điện — INDOME CO., LTD · Bình Dương
Tính chọn CBĐộng cơ 3 phaMCCB ContactorRelay nhiệtTủ MCC Motor protectionAC-3

Tài Liệu Tham Khảo

  1. IEC 60947-4-1:2018 — "Low-voltage switchgear — Part 4-1: Contactors and motor-starters", IEC
  2. IEC 60947-2:2016 — "Low-voltage switchgear — Part 2: Circuit-breakers", IEC
  3. Schneider Electric — "Motor Starter Selection Guide — TeSys Range" (catalog.schneider-electric.com, 2023)
  4. ABB AG — "Low Voltage Products — Motor Protection and Control", ABB Technical Guide (2022)
  5. IEC 60034-1:2017 — "Rotating electrical machines — Part 1: Rating and performance", IEC