Tủ điện điều khiển là gì? Cấu tạo, phân loại và chức năng

Chu Văn An

Với vai trò điều khiển, điều khiển và bảo vệ các thiết bị trong hệ thống điện, tủ điều khiển điện không thể thiếu trong điện dân dụng và công nghiệp. Bài viết dưới đây của chúng tôi sẽ giúp bạn tìm hiểu chi tiết tủ điều khiển điện là gì, loại tủ này có cấu tạo và phân loại như thế nào?

Tủ điện điều khiển là gì?

Tủ điều khiển điện được coi là “bộ não” của toàn bộ hệ thống điện, chịu trách nhiệm điều khiển, giám sát tất cả các thiết bị trong hệ thống, đặc biệt là các phụ tải công suất lớn trong các nhà máy, xí nghiệp, nhà xưởng như động cơ, quạt bơm, đường dây… Loại tủ này thường được trang bị màn hình HMI, PLC, biến tần, rơle, cảm biến để thực hiện chức năng tự động hóa hoặc hỗ trợ các cơ chế vận hành thủ công tùy theo mục đích sử dụng.

Ngoài chức năng chính là cung cấp điện cho tải, tủ điều khiển còn đảm nhận nhiều chức năng quan trọng như:

• Phân phối dòng điện và điện áp chính xác đến tải
• Kiểm soát việc khởi động và vận hành các thiết bị, hệ thống
• Bảo vệ tải khỏi ngắn mạch, quá tải, mất pha và lỗi pha
• Cho phép lập trình và cài đặt các thiết bị điện tử phức tạp
• Bảo vệ chống truy cập trái phép.

Cấu trúc tủ điều khiển

Tương tự như cấu tạo chung của tủ điện, tủ điều khiển điện cũng bao gồm 2 bộ phận chính là vỏ tủ và các thiết bị, linh kiện bên trong.

Vỏ tủ

Vỏ tủ điều khiển điện chủ yếu được làm từ tấm inox sơn tĩnh điện, tấm tôn mạ kẽm hoặc inox 304 có độ dày tiêu chuẩn 1-2mm, đảm bảo các tiêu chí về độ kín, độ cứng và độ chắc chắn. Đi kèm với tủ là các phụ kiện như ổ khóa, bản lề, gioăng cao su ngăn nước, bụi xâm nhập.

Thiết bị trong tủ

• Thiết bị điều khiển trung tâm (PLC): “Bộ não” của tủ điều khiển, chịu trách nhiệm điều khiển các quá trình, hoạt động trong tủ, cung cấp khả năng điều khiển từ xa và tích hợp với nhiều thiết bị khác. Nhóm thành phần điều khiển tương tự cũng bao gồm các ổ đĩa servo và bộ xử lý lõi CTRL-X.
• Thiết bị chuyển mạch: Trong đó có MCB, MCCB, ACB, RCBO… giúp bảo vệ các thiết bị, hệ thống khi xảy ra sự cố về điện.
• Thiết bị điều khiển: Rơ-le, công tắc tơ, bộ hẹn giờ… tăng cường khả năng đóng mạch tự động và điều khiển các chức năng phụ trợ.
• Nguồn điện: Chịu trách nhiệm chuyển đổi điện áp để cung cấp nguồn điện ổn định, an toàn cho nhóm thiết bị điều khiển.
• Người khởi xướng: Biến tần/Khởi động mềm, khởi động sao tam giác… giúp điều chỉnh và giám sát tốc độ – mômen khởi động của động cơ 3 pha.
• Thanh cái: Dẫn điện và phân phối điện đến các khối chức năng trong tủ, đồng thời có khả năng duy trì điện áp ổn định và tản nhiệt sinh ra. Thanh cái thường được sơn epoxy hoặc mạ kẽm để tăng khả năng cách nhiệt và chống ăn mòn.
• Hệ thống làm mát: Bao gồm quạt làm mát và bộ lọc bụi giúp duy trì nhiệt độ tủ trong ngưỡng quy định.
• Hệ thống dây điện: Chịu trách nhiệm truyền tải điện và đấu nối các thiết bị điện trong tủ. Đi kèm với hệ thống này là thang, cầu nối, ống dẫn…

Ứng dụng tủ điện điều khiển

Tủ điều khiển điện được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ dân dụng đến công nghiệp, đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống điện tự động hóa.

• Tự động hóa công nghiệp: Tủ điều khiển quản lý, điều khiển dây chuyền lắp ráp, robot công nghiệp, dây chuyền sản xuất, quy trình đóng gói…
• Tự động hóa tòa nhà: Tủ điều khiển thực hiện chức năng quản lý hệ thống chiếu sáng, hệ thống HVAC, hệ thống an ninh và kiểm soát truy cập.
• Phân phối năng lượng: Tại các nhà máy điện, trạm biến áp, tua bin gió, tua bin hơi nước, các tủ điều khiển giúp điều khiển, giám sát mạng lưới năng lượng.
• Trong giao thông vận tải và giao thông: Tủ điều khiển được sử dụng trong hệ thống điều khiển giao thông tại sân bay, kho bãi, cảng biển…, đặc biệt là điều khiển hệ thống lực kéo, phanh trong ngành đường sắt, tàu hỏa hay quản lý hệ thống cấp điện khẩn cấp cho thang máy, thang cuốn.

Cách phân loại tủ điều khiển điện

Tủ điều khiển được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau như: chức năng, thiết bị điều khiển, phương pháp khởi động… Dưới đây là các loại tủ điều khiển phổ biến.

Tủ điều khiển động cơ (MCC)

Loại tủ này thường được sử dụng để điều chỉnh cơ cấu khởi động, thay đổi tốc độ hoặc lưu lượng của các động cơ công suất lớn như máy bơm, quạt, trạm trộn bê tông, máy nghiền, máy cắt, tời… Ngoài chức năng cấp nguồn, tủ MCC còn có khả năng bảo vệ động cơ khỏi quá tải, ngắn mạch, quá áp.

Dựa vào phương pháp khởi động, tủ điều khiển động cơ được chia thành:

• Khởi động cứng: Áp dụng cho động cơ công suất nhỏ (
• Khởi động mềm: Thích hợp cho động cơ có mô men quán tính lớn nhưng nguồn điện yếu, giúp tiết kiệm năng lượng và duy trì tuổi thọ của động cơ.
• Bắt đầu sử dụng biến tần: Nguyên lý hoạt động của phương pháp này khá giống với khởi động mềm, với khả năng thay đổi tốc độ động cơ. Khởi động bằng biến tần mang lại khả năng ổn định điện áp, giảm thiểu hiện tượng sụt áp ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ.

Tủ điều khiển PLC

Tủ PLC được lập trình bằng phần mềm PLC, cho phép điều khiển tự động các máy theo yêu cầu của quá trình sản xuất. Mọi thao tác lắp đặt, điều chỉnh, giám sát tủ PLC đều được thực hiện thông qua màn hình cảm ứng. Loại tủ này có tính bảo mật cao. Nếu bạn muốn thay đổi các tham số và chức năng, bạn cần có mật khẩu; Đồng thời có thể kết nối với máy tính giám sát và dễ dàng mở rộng khi có nhu cầu tăng công suất hoặc bổ sung thêm thiết bị phụ trợ.

Tủ PLC được ưu tiên sử dụng trong các hệ thống điện thông minh đòi hỏi độ chính xác cao nhằm tối ưu hóa năng suất làm việc và giảm thiểu lao động thủ công.

Tủ điều khiển HVAC

Trong hệ thống điều hòa không khí, tủ điều khiển có nhiệm vụ điều phối quạt, bơm cấp gió, van điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm.

Hệ thống tủ này thường áp dụng phương pháp khởi động sao-tam giác, khởi động mềm hoặc khởi động biến tần cho quạt và máy nén. Ngoài ra, tủ điều khiển HVAC còn có khả năng bảo vệ chống mất pha, ngược pha, quá dòng, quá áp đảm bảo tuổi thọ cho các thiết bị bên trong.

Tủ điều khiển xử lý nước

Loại tủ này phổ biến tại các trạm cấp nước hoặc xử lý nước thải quy mô lớn, có chức năng điều khiển máy bơm, máy khuấy, máy thổi khí, van điều tiết hóa chất theo tín hiệu từ PLC và cảm biến.

Tủ xử lý nước giúp người vận hành theo dõi, giám sát chặt chẽ các thông số chất lượng nước và dễ dàng phát hiện những bất thường. Từ đó, quá trình xử lý nước được diễn ra an toàn, ổn định, giảm thiểu sự can thiệp thủ công và thụ động.

Tủ điều khiển trạm bơm

Tủ điện điều khiển tại các trạm bơm cấp nước, chữa cháy thường sử dụng PLC, cảm biến, công tắc dòng chảy để tự động bật/tắt máy bơm theo chương trình đã cài đặt.

Ngoài ra, chiếc tủ này còn có thể theo dõi dòng điện, điện áp, áp suất hay nhiệt độ của máy bơm để tránh tình trạng quá tải, quá nhiệt, thất thoát nước, ngược pha. Hầu hết các tủ điều khiển trạm bơm đều được tích hợp biến tần để tự động điều khiển tốc độ bơm và tối ưu hóa áp suất theo yêu cầu hệ thống.

Tủ tụ điện

Chức năng chính của tụ điện là điều chỉnh hệ số công suất phản kháng, tăng hệ số cosφ để giảm tiền phạt hàng tháng từ Điện lực.

Nhóm thiết bị cụ thể trong tủ tụ điện bao gồm tụ điện và cuộn kháng bảo vệ tụ điện, với các phương pháp bù linh hoạt gồm: bù nền, bù tĩnh, bù động, bù riêng, bù nhóm…

tủ ATS

Tủ ATS được sử dụng phổ biến trong các hệ thống có yêu cầu cao về độ ổn định nguồn điện. Hoạt động theo cơ chế ưu tiên nguồn điện chính, tủ điều khiển ATS có nhiệm vụ tự động chuyển nguồn điện trong trường hợp nguồn điện chính gặp sự cố hoặc khi lưới điện đã được khôi phục. Nguồn chính của tủ ATS thường là điện lưới hoặc điện tái tạo (năng lượng mặt trời, gió), nguồn thứ cấp thường là máy phát điện/nguồn điện dự phòng trong ắc quy lưu trữ.

Lưu ý khi lắp đặt và vận hành tủ điều khiển

• Bạn cần chọn mua tủ điều khiển của các thương hiệu uy tín trong và ngoài nước. Tuyệt đối không mua những loại tủ nổi, kém chất lượng, không rõ nguồn gốc hoặc không đạt tiêu chuẩn kỹ thuật hiện hành.
• Bắt buộc phải có sơ đồ điện trước khi lắp đặt tủ điều khiển. Ngoài ra, vỏ tủ, các thiết bị, linh kiện trong tủ phải phù hợp với các thông số, yêu cầu trong sơ đồ điện.
• Trước khi mở tủ điều khiển để can thiệp, đảm bảo nguồn điện cấp vào tủ đã được ngắt hoàn toàn và có biển cảnh báo tắt máy đột ngột.
• Trong trường hợp cần kiểm tra trực quan các linh kiện, kết nối của tủ điều khiển điện hoặc kiểm tra mùi của sứ cháy, cần ngắt dây nguồn vào tủ.
• Người chịu trách nhiệm vận hành, giám sát, kiểm tra tủ điện phải có kiến ​​thức chuyên môn cao và hiểu biết các quy định về an toàn điện để tránh những tai nạn điện đáng tiếc.

Những câu hỏi thường gặp về tủ điều khiển điện

Câu hỏi 1: Tủ phòng cháy chữa cháy có phải là tủ điều khiển điện không?

Hồi đáp: Có. Tủ phòng cháy chữa cháy là một loại tủ điều khiển điện có nhiệm vụ điều tiết hoạt động chữa cháy như phát tín hiệu cảnh báo, điều khiển hoạt động bơm nước theo các nguồn ưu tiên đã được lập trình.

Câu 2: Tủ điều khiển có chức năng bảo vệ không?

Hồi đáp: Có. Một trong những chức năng chính của tủ điều khiển là bảo vệ phụ tải gas khỏi các sự cố về điện như: đoản mạch, quá tải, mất pha, lỗi pha.