Công Tắc Ly Tâm Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Làm Việc Và Ứng Dụng

Công tắc ly tâm là bộ tiếp điểm cơ khí gắn trong motor 1 pha, đóng mạch cuộn đề (cuộn khởi động) và tụ đề khi motor đứng yên, rồi tự ngắt khi rotor đạt khoảng 70–80% tốc độ định mức. Nhờ nó, motor 1 pha có momen khởi động lớn mà cuộn đề không bị cháy. Khi thay công tắc ly tâm, chọn theo đường kính trục, kiểu quả văng, dòng tiếp điểm và tốc độ ngắt của motor đang dùng.

1) Công tắc ly tâm là gì, nằm ở đâu trong motor

Trong một motor 1 pha chạy tụ khởi động, có hai cuộn dây: cuộn chạy (cuộn làm việc) và cuộn đề. Cuộn đề chỉ cần làm việc vài giây lúc khởi động. Công tắc ly tâm là "người gác cổng" cho cuộn đề: motor đứng thì tiếp điểm đóng, motor quay đủ nhanh thì tiếp điểm mở.

Công tắc gồm hai phần tách rời: phần quả văng (bộ ly tâm) lắp chặt trên trục rotor, quay theo trục; phần tiếp điểm (cánh bướm, má vít) bắt cố định vào nắp motor phía sau. Thợ hay gọi chung là "vít ly tâm" hoặc "cóc ly tâm". Gặp nhiều nhất ở động cơ điện 1 pha từ khoảng 0.75kW trở lên, motor máy nén khí, máy bơm, máy cưa bàn, máy giặt đời cũ.

2) Cấu tạo công tắc ly tâm

• Quả văng: hai cánh hoặc hai quả nặng gắn trên khớp xoay, ôm quanh trục.
• Lò xo hồi: kéo quả văng về vị trí đóng khi motor dừng hoặc quay chậm.
• Ống trượt (cốc đẩy): bằng nhựa chịu nhiệt hoặc bakelite, trượt dọc trục khi quả văng bung ra, đẩy vào cánh tiếp điểm.
• Bộ tiếp điểm cố định: má đồng hoặc hợp kim bạc, có lá lò xo giữ lực ép, bắt vào nắp motor bằng 2 vít.
• Dây dẫn nối tiếp điểm với cuộn đề và tụ đề.

Dòng định mức tiếp điểm hay gặp trên hàng thay thế: 14A, 22A, 30A, 37A. Đường kính lỗ quả văng phổ biến 14 mm, 16 mm, 19 mm, 24 mm, 28 mm theo cỡ trục motor.

3) Nguyên lý làm việc của công tắc ly tâm motor

a) Lúc đóng điện

Motor đứng yên, lò xo kéo quả văng vào, ống trượt lùi, tiếp điểm đóng. Điện đi qua tụ đề vào cuộn đề, dòng cuộn đề lệch pha với cuộn chạy, sinh từ trường quay và momen khởi động. Motor 1 pha khởi động tụ có thể đạt momen khởi động 2–3 lần momen định mức.

b) Khi motor lên tốc độ

Ở khoảng 70–80% tốc độ (motor 4 cực khoảng 1000–1200 vòng/phút, motor 2 cực khoảng 2100–2400 vòng/phút), lực ly tâm thắng lực lò xo, quả văng bung ra, ống trượt bị rút về phía quả văng, cánh tiếp điểm nhả ra, cuộn đề bị ngắt. Motor chạy tiếp bằng cuộn chạy (và tụ ngậm nếu là loại tụ kép). Khi tắt máy, tốc độ giảm, lò xo kéo quả văng lại, tiếp điểm đóng sẵn cho lần khởi động sau.

c) Vì sao cuộn đề phải ngắt

Cuộn đề quấn dây nhỏ, mật độ dòng cao, thiết kế chỉ chịu được vài giây. Tụ đề (tụ hóa không phân cực, thường 100–400 µF) cũng chỉ chịu chế độ ngắn hạn. Nếu công tắc không ngắt, sau khoảng 1–3 phút tụ đề phồng nổ, cuộn đề nóng đen và cháy.

4) Các loại công tắc ly tâm phổ biến

a) Loại lò xo nén

Lò xo xoắn nén giữ quả văng, điểm ngắt ổn định, phản ứng nhanh. Hay gặp ở motor máy nén khí, motor 1 pha công suất vừa.

b) Loại lò xo thả (lò xo kéo)

Hai lò xo kéo căng giữa hai quả văng, kết cấu đơn giản, dễ thay lò xo. Điểm ngắt dao động nhiều hơn khi lò xo đã giãn.

c) Loại lò xo lá

Dùng lá thép đàn hồi thay cho lò xo xoắn, mỏng gọn, hay gặp ở motor nhỏ, motor máy giặt, quạt công nghiệp đời cũ.

5) Dòng điện, điện áp motor có công tắc ly tâm và chuyện dùng biến tần

• Motor 1 pha 220V có công tắc ly tâm thường từ 0.75kW đến 7.5kW. Dòng định mức tham khảo: 0.75kW khoảng 5–6A, 1.5kW khoảng 9.5–11A, 2.2kW khoảng 13–15A, 3.7kW khoảng 22–25A, 7.5kW khoảng 40–48A.
• Dòng qua tiếp điểm lúc khởi động bằng dòng cuộn đề, có thể gấp 3–5 lần dòng định mức trong vài giây; vì vậy chọn công tắc có dòng tiếp điểm bằng hoặc lớn hơn bản gốc.
• Motor có công tắc ly tâm không chạy được với biến tần thông thường: giảm tần số làm tốc độ xuống dưới điểm ngắt, cuộn đề và tụ đề đóng lại liên tục và cháy. Cần điều tốc thì dùng motor 3 pha + biến tần (nguồn 1 pha thì dùng biến tần 1 pha vào, 3 pha 220V ra).
• Điện áp nguồn thấp dưới khoảng 190V làm motor lên tốc độ chậm, tiếp điểm đóng lâu hơn, dễ cháy cuộn đề.

Tra dòng điện theo công suất tại bài bảng tra công suất motor 3 pha, 1 pha. Motor 3 pha không có cuộn đề nên không có công tắc ly tâm, xem nhóm motor điện 3 pha.

6) Cách kiểm tra công tắc ly tâm

a) Đo nguội bằng đồng hồ

• Ngắt điện, xả tụ (chập hai cực tụ qua điện trở hoặc tua vít cán cách điện).
• Tháo một dây khỏi tiếp điểm, đặt đồng hồ thang Ω vào hai má: motor đứng yên phải thông mạch (gần 0 Ω).
• Dùng tay đẩy cánh tiếp điểm như lúc quả văng bung: đồng hồ phải báo hở mạch.
• Nhìn má tiếp điểm: rỗ, đen, lõm sâu là phải thay hoặc đánh lại.

b) Kiểm tra khi chạy

Kẹp ampe kìm vào dây cuộn đề: lúc đóng điện có dòng lớn, sau 1–2 giây phải về 0. Nghe tiếng "tách" nhẹ khi tắt máy lúc motor chậm dần là tiếng tiếp điểm đóng lại.

7) Ứng dụng của công tắc ly tâm

• Công tắc ly tâm motor 1 pha cho máy nén khí piston, máy bơm nước giếng, bơm tăng áp đời cũ.
• Công tắc ly tâm motor máy cưa bàn, máy bào, máy khoan bàn, máy mài dùng điện 1 pha.
• Vít ly tâm cho motor máy xay bột, máy xay thịt, máy trộn bột, máy ép mía.
• Công tắc ly tâm motor máy giặt, máy sấy đời cũ, quạt công nghiệp 1 pha.
• Bộ ly tâm trong motor 1 pha công suất lớn 3.7kW – 7.5kW cho máy xát lúa, máy nghiền thức ăn chăn nuôi ở vùng chỉ có điện 1 pha.

8) Ưu điểm và nhược điểm

• Ưu điểm: đơn giản, rẻ, cho phép motor 1 pha có momen khởi động lớn mà không cần mạch điện tử; thay thế được tại chỗ trong 20–30 phút.
• Ưu điểm: không phụ thuộc điện áp như rơ le dòng, điểm ngắt chỉ theo tốc độ.
• Nhược điểm: tiếp điểm cơ khí mòn theo số lần đóng ngắt, sinh tia lửa nhỏ; bụi, dầu, hơi ẩm làm kẹt hoặc đánh lửa.
• Nhược điểm: tải đóng ngắt liên tục (máy nén khí khởi động hàng chục lần mỗi giờ) làm công tắc và tụ đề mau hỏng.

Một chi tiết cơ khí khác trên motor cũng hay bị nhầm với công tắc ly tâm là cổ góp của motor chổi than, xem bài cổ góp motor.

9) Câu hỏi thường gặp về công tắc ly tâm

a) Người sắp mua công tắc ly tâm cần hỏi gì, xác minh gì

• Mua công tắc ly tâm thay thế cần mang theo thông tin gì? Đường kính trục chỗ lắp quả văng (đo bằng thước kẹp), khoảng cách hai lỗ vít bắt tiếp điểm trên nắp, công suất và tốc độ motor trên tem, dòng ghi trên tiếp điểm cũ. Tốt nhất mang cả bộ cũ ra so trực tiếp, vì cùng đường kính trục nhưng hành trình ống trượt khác nhau vài mm là tiếp điểm không nhả.
• Chọn dòng tiếp điểm bao nhiêu là đủ? Bằng hoặc lớn hơn bộ gốc. Motor 1.5kW–2.2kW thường dùng 22A trở lên; motor 3.7kW–7.5kW dùng 30A hoặc 37A. Lắp tiếp điểm 14A cho motor 3.7kW thì vẫn chạy được một thời gian nhưng má tiếp điểm rỗ rất nhanh.
• Làm sao nhận ra hàng kém chất lượng? Má tiếp điểm mỏng, màu đồng thau vàng thay vì có lớp bạc trắng; ống trượt bằng nhựa mềm, ấn móng tay vào thấy lún; lò xo quả văng mảnh, kéo nhẹ đã giãn. Lắp vào motor quay tay thấy quả văng lắc lư quanh trục là lỗ đã to hơn trục.
• Có nên mua cả bộ hay chỉ mua phần tiếp điểm? Nếu chỉ má tiếp điểm cháy rỗ, quả văng và ống trượt còn tốt thì thay phần tiếp điểm là đủ. Ống trượt mòn khuyết, quả văng gãy chốt hoặc lò xo yếu thì thay cả bộ để điểm ngắt đúng như thiết kế.
• Giá công tắc ly tâm khoảng bao nhiêu? Theo giá trung bình thị trường Việt Nam, bộ tiếp điểm rời khoảng vài chục nghìn đồng, bộ quả văng kèm tiếp điểm cho motor nhỏ khoảng 50.000–150.000 đ, loại cho motor lớn 30–37A cao hơn. Chi phí thấp, nhưng công tắc hỏng có thể kéo theo tiền quấn lại cuộn đề nên đáng chọn loại tốt.

b) Người đã mua: lắp cho đúng, dùng cho tối ưu

• Lắp quả văng lên trục thế nào cho đúng? Đánh dấu vị trí bộ cũ trên trục trước khi tháo (dùng bút sơn hoặc đo từ vai trục). Bộ mới phải nằm đúng vị trí đó để khi ống trượt ở trạng thái nghỉ, cánh tiếp điểm bị ép đóng, còn khi quả văng bung thì cánh nhả ra 1–2 mm. Siết vít hãm hoặc ép bằng ống tuýp, không đóng búa trực tiếp vào quả văng.
• Đấu dây công tắc ly tâm ra sao? Tiếp điểm nằm nối tiếp giữa tụ đề và cuộn đề. Sơ đồ thường gặp: nguồn – tụ đề – công tắc ly tâm – cuộn đề – về nguồn. Motor có tụ ngậm thì tụ ngậm nối song song với cụm tụ đề + công tắc, không đi qua công tắc.
• Chạy thử sau khi thay thế nào? Đóng điện không tải, motor lên tốc độ trong 1–2 giây và có tiếng "tách". Kẹp ampe kìm ở dây cuộn đề, dòng phải về 0 sau khi motor lên tốc. Tắt máy, nghe tiếng tiếp điểm đóng lại khi motor chậm dần. Sau đó mới lắp tải chạy thử.
• Dùng thế nào để công tắc bền? Hạn chế bật tắt liên tục: máy nén khí nên chỉnh rơ le áp có độ chênh rộng hơn để giảm số lần khởi động mỗi giờ. Giữ điện áp đủ, dây nguồn đủ lớn để motor lên tốc nhanh. Thổi bụi trong nắp sau định kỳ, nhất là xưởng gỗ, xưởng xay bột.
• Motor thỉnh thoảng không đề được thì làm gì? Ngắt điện, mở nắp sau xem tiếp điểm có bị bụi hoặc dầu bám, lau bằng cồn, đánh nhẹ giấy nhám mịn nếu có muội. Kiểm tra tụ đề bằng đồng hồ đo µF. Nếu hiện tượng lặp lại, thay bộ tiếp điểm.

c) Các lỗi người dùng thường mắc và cách chỉnh sửa

• Lắp quả văng lệch vị trí? Triệu chứng: motor đề xong vẫn còn dòng ở cuộn đề, tụ đề nóng, có mùi khét; hoặc ngược lại, bật điện motor chỉ kêu ù không quay vì tiếp điểm không đóng. Cách sửa: tháo nắp, chỉnh lại vị trí quả văng theo dấu cũ, kiểm tra bằng đồng hồ ở hai trạng thái nghỉ và bung tay.
• Nối tắt công tắc ly tâm để "chạy tạm"? Triệu chứng: motor đề được nhưng chỉ vài phút sau tụ đề nổ, cuộn đề cháy. Cách sửa: thay tụ đề, đo điện trở cuộn đề; cuộn đề đã cháy thì phải quấn lại, rồi lắp công tắc ly tâm mới.
• Đánh nhám quá mạnh má tiếp điểm? Triệu chứng: lớp bạc mất, tiếp điểm nhanh rỗ trở lại, đánh lửa nhiều. Cách sửa: thay má tiếp điểm mới; lần sau chỉ làm sạch bằng cồn và giấy nhám rất mịn, kéo nhẹ một hai lần.
• Thay tụ đề nhỏ hơn bản gốc? Triệu chứng: motor lên tốc chậm, công tắc phải đóng lâu, tiếp điểm và cuộn đề nóng. Cách sửa: thay tụ đề đúng µF, điện áp từ 250V trở lên.
• Cho motor có công tắc ly tâm chạy qua biến tần hoặc dimmer? Triệu chứng: giảm tốc thì motor rung, nóng, công tắc đóng ngắt liên tục và cháy. Cách sửa: trả motor về chạy trực tiếp lưới; cần chỉnh tốc thì đổi sang motor 3 pha và biến tần phù hợp.

d) Dành cho sinh viên cơ điện mới vào ngành: nên tìm hiểu gì trước

• Cần nắm khái niệm gì trước khi học về công tắc ly tâm? Từ trường đập mạch và từ trường quay, góc lệch pha giữa dòng qua tụ và dòng qua cuộn cảm, momen khởi động, tốc độ đồng bộ và độ trượt, lực ly tâm F = m × ω² × r. Hiểu vì sao motor 1 pha không tự khởi động thì mới hiểu vai trò của cuộn đề và công tắc ly tâm.
• Nên học motor nào trước? Học motor 3 pha rotor lồng sóc trước để nắm từ trường quay chuẩn. Sau đó học motor 1 pha tách pha (split-phase), motor tụ khởi động, motor tụ khởi động – tụ ngậm. Cuối cùng so sánh với motor tụ ngậm thường trực (quạt) không có công tắc ly tâm.
• Tự kiểm chứng trên motor thật bằng cách nào? Đo điện trở hai cuộn: cuộn đề thường lớn hơn cuộn chạy. Gắn ampe kìm vào dây cuộn đề rồi bật motor, quan sát dòng tắt sau 1–2 giây. Dùng máy đo tốc độ, tắt máy và ghi lại tốc độ lúc nghe tiếng tiếp điểm đóng để biết điểm ngắt thực tế.
• Những linh kiện liên quan nên tìm hiểu tiếp? Tụ đề và tụ ngậm (cách đọc µF, điện áp, cách đo), rơ le dòng khởi động trong máy nén tủ lạnh, rơ le điện thế (potential relay) trong máy nén điều hòa. Ba thiết bị này cùng làm một việc là cắt cuộn đề, nhưng cảm biến theo dòng, theo áp thay vì theo tốc độ.
• Thứ tự học hợp lý? Lý thuyết từ trường, motor 3 pha, motor 1 pha và các kiểu khởi động, tụ điện, công tắc ly tâm và rơ le khởi động, cuối cùng là đấu dây và đảo chiều motor 1 pha trên bàn thực hành.