Bộ điều khiển tụ bù hoạt động dựa trên nguyên lý đo lường và điều chỉnh hệ số công suất (cos φ) trong hệ thống điện. Thiết bị được kết nối với biến dòng (CT Current Transformer) để đo dòng điện thực tế trên dây pha. Từ đó, nó phân tích độ lệch pha giữa điện áp và dòng điện nhằm tính toán hệ số công suất tại thời điểm đó.
Một số bộ điều khiển hiện đại còn tích hợp thêm chức năng phân tích sóng hài, đo điện áp ba pha, dòng điện từng pha, giúp nâng cao độ chính xác trong việc đánh giá tải và công suất phản kháng cần bù. Giá trị cos φ thu được sẽ là cơ sở để bộ điều khiển quyết định đóng hoặc ngắt các cấp tụ sao cho đạt giá trị đặt trước (thường từ 0.9 đến 0.95).
Sau khi phân tích hệ số công suất, bộ điều khiển tiến hành so sánh với giá trị ngưỡng đã được cài đặt. Nếu cos φ thấp hơn mức yêu cầu, bộ điều khiển sẽ phát tín hiệu đóng tụ bù theo từng cấp, giúp bổ sung công suất phản kháng. Ngược lại, nếu cos φ vượt quá ngưỡng (do tải giảm), thiết bị sẽ ngắt bớt cấp tụ để tránh tình trạng bù dư.
Việc đóng ngắt thường được thực hiện theo nguyên tắc ưu tiên tuần tự hoặc xoay vòng để đảm bảo các tụ bù hoạt động luân phiên, kéo dài tuổi thọ và tránh hiện tượng đóng lặp liên tục một cấp tụ. Một số bộ điều khiển còn có chế độ học tải để tự động tối ưu hóa thứ tự đóng ngắt theo thời gian thực.
Bộ điều khiển tụ bù không trực tiếp đóng cắt tụ, mà thực hiện thông qua trung gian là contactor (khởi động từ) hoặc các module đóng cắt bán dẫn (thyristor). Tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển sẽ kích hoạt cuộn hút của contactor tương ứng với cấp tụ cần đóng. Khi ngắt, tín hiệu sẽ bị cắt, contactor trả về trạng thái mở.
Trong các hệ thống yêu cầu tốc độ phản hồi nhanh hoặc môi trường có tải dao động liên tục (như máy hàn, thang máy), module thyristor được sử dụng thay thế contactor để đóng cắt nhanh, êm và không gây sốc điện. Bộ điều khiển phải tương thích với loại thiết bị đóng cắt này để đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác.
Một sơ đồ điện của hệ thống tụ bù tự động có bộ điều khiển thường bao gồm các thành phần chính sau:
Sơ đồ sẽ thể hiện rõ cách kết nối CT về bộ điều khiển, đường điều khiển từ bộ đến contactor, cũng như sơ đồ nối tụ bù vào lưới điện.
Quy trình đấu dây chuẩn kỹ thuật thường bao gồm các bước cơ bản sau:
1. Lấy tín hiệu dòng từ biến dòng
2. Đấu nguồn nuôi bộ điều khiển
Kết nối nguồn cấp (thường 220V hoặc 380V tùy loại thiết bị) vào đầu vào nguồn của bộ điều khiển.
3. Đấu dây điều khiển các cấp tụ
4. Kết nối tụ bù với contactor
Tụ bù nối trực tiếp với lưới điện qua contactor, đi kèm với điện trở xả và cuộn kháng nếu cần.
5. Kiểm tra, thử nghiệm và hiệu chỉnh cos φ mục tiêu.
Để đọc hiểu sơ đồ đấu dây bộ điều khiển tụ bù, kỹ thuật viên cần xác định chính xác các điểm kết nối quan trọng trong sơ đồ điện. Một sơ đồ chuẩn sẽ bao gồm:
Thông thường, nhà sản xuất sẽ ký hiệu rõ các cổng bằng mã số hoặc chữ (L, N, C1, C2,…). Việc đọc đúng sơ đồ giúp tránh đấu nhầm, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định ngay từ lần vận hành đầu tiên.
Chọn dây dẫn đúng chuẩn là yếu tố quan trọng trong việc lắp đặt theo sơ đồ đấu dây. Một số lưu ý cần tuân thủ gồm:
Mỗi bộ điều khiển chỉ điều khiển được số cấp tụ nhất định, ví dụ 4, 6, 8 hoặc 12 cấp. Do đó, cần xác định trước:
Tùy vào yêu cầu đóng ngắt và môi trường sử dụng, hệ thống có thể dùng:
Bộ điều khiển cần tương thích với loại phần tử đóng cắt: điện áp kích, thời gian trễ đóng ngắt, dạng tín hiệu (relay thường hở hoặc thường đóng). Nếu không tương thích, hệ thống dễ gặp lỗi đóng ngắt sai hoặc nhanh hỏng thiết bị.
Với các hệ thống hiện đại, bộ điều khiển cần có khả năng tích hợp vào hệ thống SCADA, BMS hoặc giám sát từ xa qua giao thức:
Cuối cùng, lựa chọn bộ điều khiển tụ bù cần dựa vào sơ đồ wiring tổng thể của tủ điện. Một số thiết bị có cấu hình ngõ ra linh hoạt (đổi được thứ tự cấp tụ, điều chỉnh thời gian delay, hỗ trợ học tải…), giúp thuận tiện hơn trong thiết kế hệ thống tự động hóa.
Từ khâu thiết kế sơ đồ đến lắp đặt thực tế, kỹ thuật viên cần nắm rõ từng điểm kết nối, nguyên lý xử lý tín hiệu và tương thích giữa thiết bị. Một hệ thống tụ bù chỉ thực sự hiệu quả khi bộ điều khiển được cấu hình đúng và sơ đồ đấu dây được thực hiện chuẩn xác theo từng cấp công suất và loại tải cụ thể.