نصب کنتاکتور در دو حالت دستی و اتوماتیک چه کاربردی دارد؟

مدار فرمان چیست؟

طبق تعریف کد الکتریکی ملی (NEC)، کنترل‌کننده تجهیز یا مجموعه تجهیزاتی است که به صورت پیش تعیین ‌شده، برق تحویلی به دستگاهی که به آن متصل است را مدیریت و کنترل می‌کند. «مدار فرمان» یا «مدار کنترل» (Control Circuit) اصطلاحی است که معنی گسترده‌ای دارد و از یک سوئیچ ضامن‌دار ساده تا یک سیستم پیچیده متشکل از رله‌ها، کنتاکتورها، تایمرها، سوئیچ‌ها و چراغ‌های سیگنال را در بر می‌گیرد. هر مدار الکتریکی برای روشن یا برق‌دار شدن دارای اجزای کنترلی است. یک نمونه از مدار فرمان ساده، کلید برقی است که برای روشن و خاموش شدن چراغ‌ها استفاده می‌شود.

در بسیاری از دستگاه‌ها و سیستم‌های صنعتی از مدار فرمان برای کنترل و حفاظت مدار قدرت استفاده می‌شود. به عنوان مثال، از کنترل موتور برای راه‌اندازی و توقف و محافظت از موتور، ماشین‌آلات وابسته و پرسنل استفاده می‌شود. علاوه بر این، ممکن است از کنترل‌کننده‌ موتور و الکتروشتاب برای تغییر سرعت، تغییر جهت، ترمز و … نیز استفاده شود. مدار فرمان برای دستیابی به درجه بالایی از عملکرد اتوماتیک و دقیق ماشین ممکن است پیچیده باشد.

مدار فرمان دستی

هنگامی که شخصی مدار را به صورت دستی کنترل کند، مدار فرمان دستی است. به عنوان مثال، ممکن است کسی سوئیچ راه‌انداز دستی یک موتور را بچرخاند تا آن را روشن یا خاموش کند.

مدار فرمان اتوماتیک

در حالی که کنترل دستی ماشین‌آلات هنوز هم رایج است، بسیاری از آن‌ها به طور خودکار راه‌اندازی و متوقف می‌شوند. در صنعت، غالباً ترکیبی از مدار فرمان دستی و اتوماتیک به کار می‌رود. ممکن است یک فرایند به صورت دستی آغاز شود، اما مدار آن را به طور خودکار متوقف کند.

برای آشنایی بیشتر با سنسورها، مدار فرمان و تأسیسات الکتریکی، پیشنهاد می‌کنیم به مجموعه آموزش های مهندسی قدرت مراجعه کنید که توسط فرادرس تهیه شده و لینک آن در ادامه آورده شده است.

اجزای مدار فرمان

اجزای یک مدار فرمان شامل کلیه تجهیزات و دستگاه‌های مربوط به عملکرد مدار است. این تجهیزات شامل مواردی مانند محفظه تابلو، سیم و کابل، رله‌ها، کنتاکتورها، تجهیزات پایلوت و تجهیزات محافظت از اضافه جریان است. انتخاب تجهیزات کنترل برای یک هدف خاص نیاز به درک کاملی از مشخصات عملکرد کنترل‌کننده و نحوه سیم‌کشی آن دارد. برای ساخت مدار فرمان، باید تجهیزات کنترلی مناسب انتخاب شوند و در طرح کلی به کار روند.

هر زبانی به منظور انتقال ایده‌ها و اطلاعات ایجاد شده و توسعه یافته است. بنابراین، برای درک ایده‌ها و اطلاعات منتقل شده، درک زبان لازم است. زبان کنترل‌ها و فرمان‌های الکتریکی نیز از مجموعه‌ای از نمادها تشکیل شده است که معمولاً استفاده از آن‌ها رایج است. در ادامه، همراه با معرفی اجزای مدار فرمان، نماد آن‌ها را نیز بیان می‌کنیم.

کنتاکت یا اتصال

از نمادهای اتصال یا کنتاکت برای نشان دادن مسیر باز یا بسته جریان استفاده می‌شود. کنتاکت‌ها به دو صورت «در حالت عادی باز» یا «نرمالی اُپن» (NO) و «در حالت عادی بسته» یا «نرمالی کلوزد» (NC) نشان داده می‌شوند. فعال‌سازی کنتاکت‌ها نیازمند تجهیزات دیگری است.

روش استاندارد نمایش یک کنتاکت، در واقع نشان دادن آن وضعیتی است که دستگاه تحریک در حالت بدون انرژی یا بدون برق (غیرفعال) است. به عنوان مثال، در تصویر زیر از یک رله به عنوان دستگاه محرک استفاده شده است. کنتاکت‌ها NO هستند، به این معنی که وقتی رله بدون انرژی است، کنتاکت باز است. بنابراین، مسیر بسته‌ای برای جریان وجود ندارد و چراغ خاموش است.

کنتاکت NO

در نقشه مدار فرمان، نمادها در حالت برق‌دار نشان داده نمی‌شوند. به عنوان مثال، در تصویر زیر مدار ابتدا در حالت بدون انرژی یا بدون برق نشان داده شده است. کنتاکت‌ها در حالت NO خود مشخص شده‌اند. وقتی رله برق‌دار می‌شود، کنتاکت‌ها بسته شده و مسیر جریان را کامل می‌کنند و چراغ روشن می‌شود. کنتاکت‌ها در شکل برجسته شده‌اند تا بسته شده آن‌ها را نشان دهیم. البته این برجسته کردن یک نماد رسمی نیست. در اینجا فقط برای نشان دادن عملکرد مدار از آن استفاده کرده‌ایم.

کنتاکت NC

در تصویر زیر، کنتاکت‌ها به صورت NC نشان داده شده‌اند، به این معنی که هنگامی که رله بی‌برق باشد، کنتاکت‌ها متصل هستند. مسیر کاملی از جریان وجود دارد و چراغ روشن است. وقتی رله انرژی می‌گیرد، کنتاکت‌ها باز می‌شوند و چراغ را خاموش می‌کنند.

سوئیچ یا کلید

از نماد سوئیچ در نقشه مدار فرمان نیز برای نشان دادن مسیر باز یا بسته جریان استفاده می‌شود. نماد سوئیچ برای نشان دادن لیمیت سوئیچ‌ها، فوت سوئیچ‌ها، سوئیچ‌های فشار، سوئیچ‌های سطح، سوئیچ‌های تحریک شونده با دما، سوئیچ‌های جریان و سلکتورها به کار می‌رود. سوئیچ‌ها، مانند کنتاکت‌ها، برای تغییر حالت خود به دستگاه یا عمل خارجی دیگری نیاز دارند. در مورد سوئیچ دستی شخص باید به طور دستی موقعیت سوئیچ را تغییر دهد.

سوئیچ NO

در تصویر زیر یک باتری به یک طرف یک سوئیچ NO و یک چراغ به طرف دیگر متصل است. با باز بودن سوئیچ از جاری شدن جریان به سمت چراغ جلوگیری می‌شود. وقتی شخصی سوئیچ را ببندد، مسیر جریان کامل و چراغ روشن می‌شود.

سوئیچ NC

در تصویر زیر یک باتری به یک طرف سوئیچ بسته شده و یک چراغ به طرف دیگر آن متصل است. با بسته شدن سوئیچ جریان به سمت چراغ برقرار می‌شود. با باز کردن سوئیچ، مسیر جریان قطع و چراغ خاموش می‌شود.

شستی

شستی‌ها یا همان دکمه‌های فشاری (پوش باتون) دو نوع اصلی دارند: لحظه‌ای و دائم. وقتی یک شستی لحظه‌ای NO را فشار دهیم، بسته خواهد شد. به طور مشابه، یک شستی لحظه‌ای NC با فشار دادن باز می‌شود. با فشار شستی نگهدارنده، دکمه در جای خود قرار می‌گیرد.

شستی NO

در تصویر زیر یک باتری به یک طرف شستی NO و یک چراغ به طرف دیگر آن متصل است. هنگامی که دکمه فشار داده می‌شود، یک مسیر کامل جریان از طریق شستی به وجود می‌آید و چراغ روشن می‌شود.

شستی NC

در شکل زیر تا زمانی که شستی فشار داده نشود، جریان به سمت چراغ برقرار می‌شود. با فشار دادن شستی، جریان قطع شده و چراغ خاموش می‌شود.

سیم‌پیچ یا کویل

از کویل‌ها در استارترهای الکترومغناطیسی، کنتاکتورها و رله‌ها استفاده می‌شود. هدف کنتاکتورها و رله‌ها باز و بسته شدن کنتاکت‌های مرتبط است. برای مشخص کردن سیم‌پیچ از یک حرف، مثلاً M و CR به ترتیب برای موتور و رله کنترل استفاده می‌شود. کنتاکت‌های متناظر نیز حرف شناسایی مشخصی دارند. کنتاکتورها و رله‌ها از یک عمل الکترومغناطیسی برای باز و بسته شدن این کنتاکت‌ها استفاده می‌کنند. کنتاکت‌ها می‌توانند NC یا NO باشند.

کویل با کنتاکت‌های NO

در مثال زیر، کنتاکت‌های M سری با موتور، توسط کویل M کنتاکتور کنترل می‌شوند. وقتی شخص سوئیچ را می‌بندد، مسیر کامل جریان از طریق سوئیچ و سیم‌پیچ M کنتاکتور به وجود می‌آید. سیم‌پیچ M کنتاکت‌های M را  فعال می‌کند. این کنتاکت‌ها خود در مسیر برق موتور هستند.

رله اضافه بار

رله‌های اضافه‌بار برای محافظت موتور از گرم شدن بیش از حد به دلیل اضافه‌بار ماشین‌آلات، کاهش ولتاژ یا قطع فاز در یک سیستم سه‌فاز استفاده می‌شوند. وقتی جریان بیش از حد در مدت زمان از پیش تعیین شده‌ای کشیده شود، رله باز شده و موتور از منبع توان جدا می‌شود.

چراغ سیگنال

چراغ پایلوت یا چراغ سیگنال، چراغ الکتریکی کوچکی است که برای نشان دادن شرایط خاص یک مدار استفاده می‌شود. به عنوان مثال، ممکن است از یک چراغ قرمز برای نشان دادن کار کردن موتور استفاده شود. حرف در مرکز نماد چراغ سیگنال نشان دهنده رنگ نور آن است.

نقشه مدار فرمان

زبان بیان ارتباط اجزای مدار فرمان یک دیاگرام خطی است که به آن دیاگرام نردبانی نیز گفته می‌شود. دیاگرام‌های نردبانی از مدار فرمان و مدار قدرت تشکیل شده‌اند. سیم‌های برق در دیاگرام خطی با خطوط نشان داده می‌شوند. گاهی برای بیان تفاوت سیم‌کشی مدار فرمان و مدار قدرت، سیم‌کشی مدار فرمان با یک خط نازک‌ و سیم‌کشی مدار قدرت با یک خط پررنگ‌ نشان داده می‌شود. یک نقطه یا گره کوچک در تقاطع دو یا چند سیم نیز نشان‌دهنده اتصال الکتریکی است.

دیاگرام‌های خطی ارتباط عملکردی اجزا و دستگاه‌ها را در یک مدار الکتریکی نشان می‌دهند، نه ارتباط فیزیکی. به عنوان مثال، تصویر زیر ارتباط فیزیکی چراغ سیگنال و شستی را نشان می‌دهد.

خواندن دیاگرام خطی

این رابطه عملکردی به صورت نمادین با دیاگرام خطی نشان داده شده است. نمودارهای خطی از چپ به راست خوانده می‌شوند. با فشار دادن شستی می‌توان جریان را از L1 از طریق شستی و چراغ سیگنال به L2 عبور داد. آزاد کردن شستی جریان را قطع می‌کند و چراغ سیگنال خاموش می‌شود.

مدار فرمان و مدار قدرت

مدار قدرت که توسط خط ضخیم نشان داده شده، همان چیزی است که در واقع برق را از منبع به بار متصل به آن (موتور) می‌رساند. مدار فرمان که با خط نازک نشان داده شده است، برای «کنترل» توزیع برق استفاده می‌شود.

اتصال اجزای مدار فرمان

مدار فرمان از بارهای کنترل و دستگاه‌های کنترل تشکیل شده است. بار کنترل یک قطعه الکتریکی است که از برق استفاده می‌کند. چراغ‌های سیگنال، رله‌ها و کنتاکتورها نمونه‌هایی از بارهای کنترل هستند. از قطعات کنترلی برای فعال کردن بار کنترل استفاده می‌شوند.

شستی‌ها و کلیدها نمونه‌هایی از دستگاه‌های کنترل هستند. تصویر زیر ارتباط مناسب یک چراغ سیگنال (بار) با یک شستی (قطعه کنترل) را نشان می‌دهد. خطوط برق به صورت عمودی رسم و با L1 و L2 مشخص شده‌اند. در این مثال، اختلاف ولتاژ بین L1 و L2 برابر با 120 ولت AC است. ولتاژ چراغ سیگنال انتخاب شده باید 120 ولت AC باشد. با فشار دادن شستی، ولتاژ کامل 120 ولت به چراغ سیگنال اعمال می‌شود.

اتصال بار کنترل

در هر خط مدار بین L1 و L2 تنها یک بار کنترل باید قرار گیرد. یک طرف بار کنترل به طور مستقیم یا در بعضی موارد از طریق کنتاکت‌های رله اضافه بار به L2 متصل می‌شود. در مثال زیر، یک چراغ سیگنال مستقیماً روی L2 در یک خط مدار به L2 متصل می‌شود. سیم‌پیچ کنتاکتور به طور غیرمستقیم از طریق مجموعه‌ای از کنتاکت‌های اضافه بار (OL) به L2 در یک خط مدار دوم متصل می‌شود. این اتصال یک اتصال موازی است. با فشار دادن شستی، ولتاژ به چراغ سیگنال و کنتاکتور M اعمال می‌شود.

بارهای فرمان معمولاً به صورت سری وصل نمی‌شوند. تصویر زیر دو روش اتصال بار کنترل یا فرمان را نشان می‌دهد. در یک نمونه که بارهای کنترل به طور نامناسب به صورت سری وصل می‌شوند، هنگامی که شستی فشار داده شود، ولتاژ L1 و L2 در هر دو بار تقسیم می‌شود. نتیجه اینکه هیچ‌یک از بارها 120 ولت لازم برای عملکرد مناسب را دریافت نمی‌کنند. اگر یکی از بارها در این پیکربندی خراب شود، کل مدار بی‌فایده خواهد بود.

در حالت دیگر، بارها به طور موازی و به صورت صحیح متصل می‌شوند. در این مدار برای هر خط فقط یک بار بین L1 و L2 وجود دارد. با فشار دادن شستی، ولتاژ کامل 120 ولت در هر بار ظاهر می‌شود. اگر یک بار در این پیکربندی خراب شود، بار دیگر به طور عادی به کار خود ادامه می‌دهد.

اتصال تجهیزات کنترل

تجهیزات کنترلی بین L1 و بار متصل می‌شوند. دستگاه کنترل بسته به نتایج مورد نظر می‌تواند به صورت سری یا موازی متصل شود. در تصویر زیر، شستی‌ها به طور موازی به هم متصل شده‌اند. با فشار دادن هر شستی، جریان از L1 به L2 می‌گذرد.

شماره‌گذاری خطوط

شماره‌گذاری هر خط درک نمودارهای پیچیده را آسان می‌کند. در تصویر زیر، خط 1 شستی 1 را به چراغ سیگنال متصل می‌کند.

مثال مدار فرمان ستاره مثلث

متداول‌ترین روش کنترل موتور برای کاهش جریان مورد نیاز برای راه‌اندازی موتورهای صنعتی، راه‌اندازی ستاره-مثلث است. مدار فرمان راه‌اندازی ستاره-مثلث موتور معمولاً شامل کنتاکتورهای مغناطیسی، تایمر و رله اضافه‌بار حرارتی است.

با توجه به هزینه کم و در دسترس بودن این دستگاه‌های الکترومکانیکی، روش ستاره-مثلث هنوز هم رایج‌ترین برای کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای القایی سه‌فاز است. راه‌اندازی ستاره-مثلث روشی است که در موتورهای با گشتاور کم استفاده می‌شود. در این بخش، مدار فرمان و مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث موتور القایی سه‌فاز را شرح می‌دهیم.

چرا از راه‌انداز استفاده می‌کنیم؟

به طور کلی، موتور، چه در صنعت و چه در لوازم مصرفی، بر اساس کاربردی که برای آن در نظر گرفته شده، باید بدون بار یا در بار کامل راه‌اندازی شود. اگر موتور بدون بار راه‌اندازی شود، برای غلبه بر لَختی اولیه به گشتاور کمی نیاز دارد. اما اگر موتور در بار کامل (یا هر بار دیگری) راه‌اندازی شود، گشتاور راه‌اندازی باید به اندازه‌ای باشد که موتور را با بار و لختی آن روشن کند.

به طور کلی، موتورهای سه‌فاز را می‌توان با اتصال مستقیم به منبع تغذیه راه‌اندازی کرد. در این حالت، جریان راه‌اندازی زیاد و در نتیجه گشتاور آغاز به کار موتور زیاد است. این گشتاور موتور را شتاب می‌دهد تا به سرعت نهایی خود برسد. از آنجا که شتاب موتور زیاد (سریع) است، تلفات مسی یعنی اتلاف حرارت، که با استفاده از رابطه $ RI^2$ محاسبه می‌شود، بسیار کم است. این نوع راه‌اندازی برای موتورهای کوچک، یعنی موتورهایی با قدرت تا ۵ اسب بخار، قابل اعمال است. اما نمی‌توان از این روش راه‌اندازی برای موتورهایی با ظرفیت بالاتر استفاده کرد. در ادامه، دلیل این امر را توضیح می‌دهیم.

در موتورهای بزرگ، جریان راه‌اندازی بسیار زیاد است و اگر موتور مستقیماً به منبع تغذیه متصل شود، افت ولتاژ زیادی در خط ایجاد می‌شود. این افت ولتاژ رفتار سایر سیستم‌ها و بارهای متصل به منبع را تحت تأثیر قرار می‌دهد. جریان راه‌اندازی موتورهای القایی سه‌فاز بزرگ می‌تواند تا 6 برابر بیشتر از جریان بیشینه (جریان بار کامل) باشد. برای درک بهتر، مثالی را بیان می‌کنیم. یک موتور صنعتی 415 ولت، 50 اسب بخار برای حداکثر جریان (جریان بار کامل) 70 آمپر طراحی شده است. اگر این موتور با اتصال مستقیم آن به منبع تغذیه شروع به کار کند، جریان راه‌اندازی تقریباً 42۰ =۷۰ × 6 آمپر است.

از این رو، باید موتور القایی سه‌فاز را با یک روش راه‌اندازی مناسب راه‌اندازی کنیم. از آنجا که گشتاور موتور مستقیماً با مربع ولتاژ متناسب است (T∝V²)، کاهش ولتاژ منجر به کاهش مقدار بیشتری از گشتاور راه‌اندازی می‌شود. به این نوع راه‌اندزای ولتاژ کاهش‌یافته می‌گویند.

انواع مختلفی از روش‌های راه‌اندازی ولتاژ کاهش یافته وجود دارد که برخی از آن‌ها به شرح زیر است:

• راه‌انداز ستاره-مثلث
• راه‌انداز ولتاژ کاهش یافته مقاومتی
• راه‌انداز ولتاژ کاهش یافته اتوترانسفورماتور
• راه‌انداز مقاومت افزایشی
• راه‌انداز ولتاژ کاهش یافته سیم‌پیچ جزئی
• راه‌انداز ولتاژ کاهش یافته راکتانس

راه‌انداز ستاره مثلث

راه‌انداز ستاره-مثلث، که گاهی اوقات Y-Δ یا دلتا-وای نامیده می‌شود، یک نوع رایج از راه‌انداز ولتاژ کاهش یافته است. راه‌انداز ستاره-مثلث می‌تواند بدون نیاز به هیچ دستگاه خارجی، جریان راه‌اندازی را کاهش دهد. به طور کلی، از راه‌اندازها یا استارترهای ستاره-مثلث برای موتورهای القایی سه‌فاز قفس سنجابی استفاده می‌کنیم که معمولاً برای کار با اتصال مثلث طراحی شده‌اند. عمده‌ترین کاربردهای موتورهایی با راه‌انداز ستاره-مثلث، فن‌ها، پمپ‌ها، چیلرهای گریز از مرکز در تهویه مطبوع و غیره است.

در یک راه‌انداز ستاره-مثلث، اتصال اولیه سیم‌پیچ‌های استاتور به شکل ستاره است. اگر $V_L$ ولتاژ خط و $V_P$ ولتاژ فاز باشد، ولتاژ در هر فاز استاتور به صورت زیر به دست خواهد آمد:

$ \large V _ P = \frac {V_L}{\sqrt 3 } $

در تصویر دوم (سمت راست)، سیم‌پیچ‌های استاتور با اتصال مثلث به هم متصل شده‌اند. می‌دانیم که ولتاژ خط و ولتاژ فاز در اتصال مثلث برابر هستند و فرض می‌کنیم ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های استاتور $V$ باشد. اگر $I$ جریان فاز گذرنده از سیم‌پیچ استاتور در اتصال مثلث باشد، جریان خط $I_L-\sqrt 3 I$ است.

در تصویر اول (سمت چپ)، سیم‌پیچ‌های استاتور با اتصال ستاره متصل می‌شوند. از آنجا که ولتاژ خط $V$ است، ولتاژ فاز سیم‌پیچ‌های اتصال ستاره برابر با $V/\sqrt{3}$ خواهد بود.

از آنجا که ولتاژ سیم‌پیچ به میزان $\frac {1}{\sqrt 3 } $ برابر کاهش می‌یابد، جریان گذرنده در هر سیم‌پیچ نیز به همان میزان کم می‌شود. از این رو، جریان فاز یا جریان گذرنده از سیم‌پیچ به $I_P = \frac {I}{\sqrt 3 } $ تبدیل می‌شود. از آنجا که جریان خط و جریان فاز در اتصال ستاره برابر هستند، جریان خط $I_L = \frac {I}{\sqrt 3 } $ خواهد بود.

از تحلیل فوق می‌توان نتیجه گرفت:

$ \large I_{L,\Delta} = \sqrt 3 I, \;\;\; I_{L, Y} = \frac { I } { \sqrt 3} $

با توجه به دو معادله بالا، می‌توان گفت که جریان خط در اتصال ستاره یک‌سوم جریان خط در اتصال مثلث است.

همچنین، گشتاور راه اندازی یک موتور مستقیماً با مربع ولتاژ سیم‌پیچ‌ها متناسب است:

$\large T \propto V ^ 2 $

ولتاژ سیم‌پیچ موتور در اتصال ستاره $\frac {1}{\sqrt 3 } $ برابر ولتاژ سیم‌پیچ موتور نسبت به اتصال مثلث است. از این رو، هنگام اتصال موتور در اتصال مثلث، گشتاور راه‌اندازی موتور در اتصال ستاره $\frac 13 $ برابر گشتاور مثلث خواهد بود.

سیم‌پیچ‌های موتور

شکل زیر اتصالات سیم‌پیچ موتور را در راه‌اندازی ستاره مثلث نشان می‌دهد. سه سیم‌پیچ استاتور موتور القایی سه‌فاز به عنوان Y1-Y2 ،X1-X2 و Z1-Z2 نشان داده شده که در آن Y1 ،X1 و Z1 ابتدای سیم‌پیچ‌ها و Y2 ،X2 و Z2 انتهای آن‌ها هستند.

در اتصال ستاره، انتهای سیم‌پیچ‌ها به یکدیگر متصل می‌شوند و یک نقطه خنثی را تشکیل می‌دهند. همچنین می‌توانیم ابتدای سیم‌پیچ‌ها را به هم متصل کنیم تا نقطه خنثی ایجاد شود. در تصویر بالا، انتهای سیم‌پیچ‌ها، یعنی Y2 ،X2 و Z2 به هم متصل شده‌اند.

در اتصال مثلث، ابتدای یک سیم‌پیچ به انتهای سیم‌پیچ دیگر متصل می‌شود تا یک ساختار مطابق شکل بالا تشکیل شود. منبع به محل اتصالات متصل می‌شود. در نمایش فوق، اتصالات این‌گونه است: X2-Y1 ،X1-Z2 و Y2-Z1.

در یک راه‌انداز ستاره مثلث، ابتدا سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال ستاره متصل می‌شوند و با کمک سوئیچ‌ها، تایمرها و کنتاکتورها، سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث به کار عادی خود ادامه خواهد داد.

بر اساس عملکرد سوئیچینگ بین اتصال ستاره و اتصال مثلث، استارترهای ستاره-مثلث اساساً در دو نوع دستی و اتوماتیک طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه، با این دو نوع استارتر آشنا می‌شویم.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی

تصویر زیر نمودار اتصال یک استارتر ستاره-مثلث ساده را نشان می‌دهد.

سوئیچ این استارتر سه موقعیت دارد: 0 برای خاموش، 1 برای اتصال ستاره و 2 برای اتصال مثلث. اگر سوئیچ در موقعیت 0 قرار گیرد، سیم‌پیچ‌های موتور باز هستند و موتور خاموش است. برای فعال کردن اتصال ستاره، سوئیچ به موقعیت 1 منتقل می‌شود.

در این وضعیت، انتهای سیم‌پیچ‌ها، یعنی Y2 ،X2 و Z2 به هم متصل می‌شوند. این کار اتصال ستاره را کامل می‌کند و موتور شروع به چرخش می‌کند.

وقتی موتور شتاب می‌گیرد، سرعت آن بیشتر می‌شود و با نزدیک شدن سرعت موتور به سرعت نامی، سوئیچ از موقعیت 1 به 2 تغییر مکان می‌یابد.

موقعیت 2 سوئیچ با برقراری ارتباط Y2-Z1 ،X2-Y1 و Z2-X1 اتصال مثلث را فعال می‌کند. موتور اکنون در اتصال مثلث کار می‌کند و بدون هیچ مشکلی به سرعت نامی خود می‌رسد.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی با شستی

تصویر زیر نشان‌دهنده نمودار سیم‌کشی یک شستی است که راه‌اندازی ستاره-مثلث را انجام می‌دهد. این نوع استارتر معمولاً از 2 شستی، کلید ۴ پل ۳ وضعیته، یک کنتاکتور و یک رله اضافه‌بار تشکیل می‌شود.

در سوئیچ سه وضعیته ۴ پل، از 3 پل برای اتصال 3 سیم‌پیچ موتور به منبع با 3 وضعیت 0 (خاموش)، 1 (ستاره) و 2 (مثلث) استفاده می‌شود. پل چهارم در مدار فرمان استفاده می‌شود.

وقتی سوئیچ در موقعیت 0 قرار دارد (خاموش)، اگر شستی ON فشار داده شود، کنتاکتور M انرژی نمی‌گیرد. اگر سوئیچ به موقعیت 2 – (مثلث یا Run) منتقل شود و اگر دکمه ON فشار داده شود هم کنتاکتور M انرژی نمی‌گیرد. در هر دو مورد موتور روشن نمی‌شود.

اکنون، فرض می‌کنیم وضعیت سوئیچ به وضعیت 1 (ستاره) منتقل شده است. حال اگر شستی ON فشار داده شود، سیم‌پیچ کنتاکتور M برق‌دار می‌شود و کنتاکت‌های موتور را به منبع تغذیه متصل می‌کند. اکنون موتور به صورت ستاره متصل است و در نتیجه شروع به چرخش می‌کند.

باید دکمه ON را فشار داد، زیرا موتور سرعت بیشتری می‌گیرد و سوئیچ به وضعیت 2 (مثلث) منتقل می‌شود. همان‌طور که موتور در اتصال مثلث در حال کار است، می‌توان شستی ON را آزاد کرد، زیرا M1 باعث می‌شود تا کنتاکتور M برق‌دار شود.

شستی ON تنها پس از اینکه سیم‌پیچ موتور به اتصال مثلث روشن شد، آزاد می‌شود. برای خاموش کردن موتور می‌توان شستی OFF را فشار داد.

تصویر زیر مدار فرمان ستاره مثلث با شستی را نشان می‌دهد. این شامل سوئیچ کنترل C، کنتاکتM1 و شستی‌های ON و OFF است. شکل زیر، مدار فرمان ستاره مثلث دستی را نشان می‌دهد.

مدار فرمان ستاره مثلث نیمه‌اتوماتیک

در یک استارتر نیمه‌اتوماتیک ستاره-مثلث، برای اتصال سیم‌پیچ موتور به سه کنتاکتور نیاز داریم. نمودار سیم‌کشی استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک در تصویر زیر همراه با نمودار سیم‌پیچ اتصال مثلث نشان داده شده است.

ابتدا از کنتاکتور S (اتصال ستاره) برای متصل کردن سیم‌پیچ‌ها در اتصال ستاره استفاده می‌شود. با بستن کنتاکتور اصلی M می‌توان موتور را در اتصال ستاره روشن کرد، زیرا Y2 ،X2 و Z2 متصل می‌شوند. پس از سرعت گرفتن موتور، کنتاکتور S باز شده و کنتاکتور D (برای اتصال مثلث) بسته می‌شود تا سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث پیکربندی شوند، زیرا سیم‌پیچ‌های موتور Y2 ،X2 و Z2 به ترتیب به Z1 ،Y1 و X1 متصل می‌شوند. دقت کنید که باید اتصال ستاره (کنتاکتور S) را قبل از اتصال مثلث باز کرد، در غیر این صورت، اتصال کوتاه رخ می‌دهد. تصویر زیر مدار فرمان استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک را نشان می‌دهد.

ابتدا، وقتی دکمه ON را فشار می‌دهیم، کنتاکتور S برق‌دار می‌شود و در نتیجه سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال ستاره متصل می‌شوند. کنتاکت‌های مکمل S، یعنی S1 و S2 به ترتیب بسته و باز می‌شوند. از آنجا که S1 بسته است، کنتاکتور اصلی M برق‌دار می‌شود و موتور در اتصال ستاره روشن می‌شود. بعد از این، کنتاکتور M از طریق مکمل M1 انرژی می‌گیرد. از آنجا که S2 باز است، هنگام فعال شدن اتصال ستاره نمی‌توان اتصال مثلث را برقرار کرد و برای فعال‌سازی اتصال مثلث، باید اتصال ستاره را قطع کنیم.

هنگامی که دکمه ON روشن می‌شود، با از کار انداختن کنتاکتور S کنتاکت S1 باز و S2 بسته است. از آنجا که S2 بسته است و M از قبل توسط M1 انرژی می‌گیرد، موتور اکنون در اتصال مثلث کار می‌کند. برای خاموش کردن موتور، دکمه OFF فشار داده می‌شود که باعث می‌شود کنتاکتورهای M و D بی‌برق شوند.

مدار فرمان ستاره مثلث اتوماتیک (انتقال مدار باز)

تفاوت اصلی بین راه‌انداز ستاره-مثلث دستی و راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک، تغییر خودکار از اتصال ستاره به اتصال مثلث بر اساس بازه‌های زمانی از پیش تعیین شده است. از رله تأخیر زمانی برای تأخیر زمان لازم قبل از تغییر از ستاره به مثلث استفاده می‌شود. بسته به ظرفیت موتور و شرایط بار آن، تأخیر زمانی می‌تواند در حدود 10 ثانیه بیشتر یا کمتر شود. مدار قدرت استارتر ستاره-مثلث اتوماتیک، مانند استارتر ستاره مثلث نیمه‌اتوماتیک است،. البته در مدار فرمان تفاوت قابل توجهی وجود دارد که در تصویر زیر نشان داده شده است.

ابتدا دکمه ON فشار داده می‌شود و کنتاکتور S انرژی می‌گیرد. با این کار، کنتاکت S1 بسته می‌شود و از این رو کنتاکتور M انرژی می‌گیرد. از آنجا که هر دو کنتاکتور S و M فعال هستند، موتور در اتصال ستاره شروع به چرخش می‌کند.

وقتی کنتاکتور S فعال شود، رله تأخیر زمانی T نیز فعال می‌شود. در نتیجه، سیم‌پیچ‌های موتور تا زمان تعیین شده در رله در اتصال ستاره باقی می‌مانند. بعد از اتمام زمان از پیش تعیین شده (مثلاً 10 ثانیه)، کنتاکت رله تأخیر زمانی، یعنی T1، باز می‌شود و در نتیجه کنتاکتور S بی‌برق خواهد شد. با بی‌برق شدن S1 ،S باز شده و S2 بسته می‌شود. از آنجا که کنتاکتور M توسط M1 فعال شده است و اکنون که S2 بسته شده، سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال مثلث قرار می‌گیرند.

کنتاکت D1، که یک کنتاکت مکمل کنتاکتور D است، هنگام فعال شدن اتصال مثلث باز می‌شود. با فعال شدن اتصال مثلث، از فعال شدن اتصال ستاره جلوگیری می‌شود. در این راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک، اتصال مثلث فقط پس از برقراری اتصال ستاره برقرار می‌شود. به این نوع اتصال انتقال مدار باز گفته می‌شود.

مدار فرمان ستاره مثلث اتوماتیک (انتقال مدار بسته)

نوع مدار باز راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک بخش قبل تقریباً برای تمام موتورها کفایت می‌کند. اما برای جلوگیری از اغتشاش توان به یک راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک نوع انتقال مدار بسته نیاز داریم. با تغییر اندکی در راه‌انداز مدار باز می‌توان یک راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک مدار بسته را طراحی کرد. اجزای اضافی این مدار نسبت به مدار قبل، یک کنتاکتور 3 پل و مقاومت هستند. تصویر زیر مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار بسته را نشان می‌دهد.

مشکل اصلی در راه‌نداز مدار باز این است که سیم‌پیچ‌های موتور در طول انتقال از اتصال ستاره به اتصال مثلث برای مدت زمان کوتاهی از منبع تغذیه جدا می‌شوند. می‌توانیم با حفظ انرژی سیم‌پیچ موتور با کمک مقاومت در هنگام تغییر اتصال سیم‌پیچ از ستاره به مثلث بر این مشکل غلبه کنیم.

در هنگام راه‌اندازی، کنتاکتورهای S و M (کنتاکتورهای اتصال ستاره و کنتاکتور اصلی) فعال می‌شوند و موتور شروع به چرخش می‌کند. با افزایش سرعت، کنتاکتور T رله تأخیر زمانی انرژی‌دار می‌شود. تفاوت اصلی انتقال مدار باز و بسته در این است که کنتاکتور تایمر T به طور موازی با کنتاکتور مثلث D از طریق مقاومت‌ها متصل می‌شود. پس از تأخیر زمانی، کنتاکتور S غیرفعال شده و کنتاکتور D فعال می‌شود. در نتیجه، سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث متصل می‌شوند.

طی این انتقال (باز شدن کنتاکتور S و بسته شدن کنتاکتور D)، سیم‌پیچ‌های موتور با کمک مقاومت‌های سری از طریق کنتاکتور T به موتور متصل می‌شوند. شکل زیر مدار فرمان انتقال مدار بسته را برای راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک نشان می‌دهد.

با فشار دادن دکمه ON، کنتاکتور رله کنترل CR انرژی گرفته و کنتاکت‌های مکمل مربوطه CR1 و CR2 بسته می‌شوند. با بسته شدن CR2، کنتاکتور S اتصال ستاره انرژی می‌گیرد. کنتاکت‌های کمکی S یعنی S1 و S2 به ترتیب بسته و باز می‌شوند. به دلیل اتصال کنتاکت S1، کنتاکتور اصلی M فعال می‌شود و بنابراین موتور در اتصال ستاره شروع به کار می‌کند. کنتاکت M با کمک M1 انرژی خود را حفظ می‌کند. همراه با کنتاکتور اصلی M، تایمر A فعال می‌شود. بعد از یک زمان از پیش تعیین شده، کنتاکت کمکی A، یعنی A1، بسته می‌شود و به کنتاکت تایمر T و تایمر B انرژی می‌دهد.

اکنون، انرژی‌دار شدن T منجر به اتصال مقاومت‌ها به موازات سیم‌پیچ موتور می‌شود. تایمر B که توسط A1 انرژی گرفته است، پس از تأخیر زمانی عمل کرده و کنتاکت کمکی B1 خود را باز می‌کند. حال، B1 باز کنتاکتور S را غیرفعال می‌کند، که منجر به قطع اتصال ستاره از سیم‌پیچ موتور می‌شود. با بدون برق شدن S، کنتاکت S2 بسته شده و در نتیجه، کنتاکتور مثلث فعال می‌شود. کنتاکتور T به سیم‌پیچ‌های اتصال مثلث کمک می‌کند تا از طریق مقاومت‌های سری به منبع تغذیه متصل باشند.

مدار فرمان و مدار قدرت چیست ؟

مدار الکتریکی از دو بخش مدار قدرت و فرمان تشکیل شده است. فرق مدار فرمان با مدار قدرت در این است که مدار فرمان شامل فیوز، کلید مینیاتوری، تایمر، بی متال و … می شود که وظیفه کنترل مدار را به عهده دارد و از برق تک فاز تغذیه می کند اما مدار قدرت عموماً با برق سه فاز کار می کند و تابع مدار فرمان است. با قطع مدار فرمان، مدار قدرت نیز قطع می شود و می توان با استفاده از مدار فرمان، مدار قدرت را کنترل کرد.

نقشه مدار قدرت : نقشه مدار قدرت معرف مسیر جریان رسانی به مصرف کننده است.

نقشه مدار فرمان: نقشه مدار فرمان معرف نمایش چگونگی عملکرد مدار قدرت است.

نکته:

نمایش تیغه های (کنتاکت ها) مدار قدرت با اعداد تک رقمی و کنتاکت های مدار فرمان با اعداد دو رقمی نمایش داده می شوند. در نقشه مدار قدرت ارقام ۱ و ۲ نشان دهنده کنتاکت بسته و ارقام ۳ و ۴ نشان دهنده کنتاکت باز است. در نقشه مدار فرمان رقم یکان کنتاکت های مدار معرف باز یا بسته بودن تیغه ها و رقم دهگان آن معرف شماره کنتاکت (چندمین کنتاکت بودن) در مدار است. در مدار فرمان، نشانه گذاری کنتاکت های قطعاتی همچون بی متال یا تایمر مطابق با ارقام روی خود قطعات انجام می شود.

اجزای مدار قدرت و فرمان 

 برای طراحی مدارهای کنترل و کار با آنها باید وسایل تشکیل دهنده آن را به طور کامل شناخت و با اصول ساختمان و موارد استفادۀ این وسایل آشنا شد. در ادامه به تحلیل نمونه های پرکاربرد از مدار قدرت و فرمان می پردازیم. وسایلی که در مدارهای فرمان به کار می روند، عبارت اند از:

کنتاکتور

 کنتاکتور یک کلید مغناطیسی است که برای قطع و وصل مدار، کنترل و فرمان مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است تشکیل شده است که با یک فنر از هم جدا می شوند. کنتاکتور نوعی کلید ساده سه فاز است که ۳ کنتاکت اصلی با قدرت برای ارتباط تجهیزات و دستگاه های الکتریکی به شبکه و همچنین تعدادی کنتاکت کمکی برای استفاده در طراحی مدارهای فرمان دارد.

  کنتاکتور اشنایدر

کلید مینیاتوری

   حفاظت از شبکۀ برق و تجهیزات درون شبکه و همچنین مصرف کننده ها در برابر خطرات و عوارض ناشی از اتصال کوتاه و اضافه بار مانند آسیب دستگاه یا مدار، آتش سوزی (ناشی از برق و ورود صاعقه) و برق گرفتگی مهم ترین دلیل برای حفاظت است. کلید مینیاتوری به عنوان قطع کننده، وسیله ای حفاظتی در مدار قدرت و فرمان برای حفاظت از آن است.

تایمر 

تایمر یکی از وسایل فرمان دهنده در مدار فرمان و قدرت است که وظیفۀ کنترل مدار را برای مدت زمانی معین برعهده دارد. ﮔﺎﻫﻲ اوﻗﺎت اﻧﺘﻈﺎر ﻣﻲرود ﻛﻪ ﻳﻚ مدار ﻣﺪت زﻣﺎﻧﻲ ﭘﺲ از گرفتن فرمان، ﺷﺮوع ﺑﻪ ﻛﺎر ﻧﻤﺎﻳﺪ ﻳﺎ اﻳﻦ ﻛﻪ ﺑﻌﺪ از ﻣﺪت زﻣﺎﻧﻲ از ﻛﺎر ﺑﻴﺎﻓﺘﺪ. مثلاً موتوری با یک سافت استارتر راه اندازی می شود و بعد می خواهیم سافت استارتر پس از راه اندازی از مدار خارج شود.

بی متال

رله بی متال برای حفاظت از موتور الکتریکی در مقابل اضافه بار استفاده می شود و به کنتاکتور متصل است. عملکرد بی متال اشنایدر به این صورت است که اگر جریانی بیش از حد جریان تنظیم شده روی بی متال از آن عبور کند، عمل کرده و مسیر جریان را قطع می کند. پوش باتن یا شستی، وسیله ای است با مکانیزم ساده سوئیچی که برای کنترل کردن پروسه یک سیستم عملیاتی و یا یک دستگاه به کار می رود. جنس بدنه و قسمت های مختلف پوش باتن معمولاً از پلاستیک یا فلز یا باکالیت مقاوم و سخت ساخته می شود.  پوش باتن های فلزی و پلاستیکی دارای کنتاکت کمکی هستند.

چند مثال از تحلیل مدار قدرت و فرمان

حالا که با بعضی تجهیزات پرکاربرد در مدار قدرت و فرمان آشنا شدیم، تحلیل مدار قدرت و فرمان را با چند مثال آغاز می کنیم:

انواع موتورهای الکتریکی در مدار قدرت همواره باید به ترتیب به وسیله فیوز، کنتاکتور و بی متال به شبکه وصل شوند. می توان به جای استفاده از فیوز و بی متال به طور مجزا، از کلید محافظ که هردو را شامل می شود، استفاده کرد.

در مدار فرمان نیز ابتدا باید تجهیزات حفاظتی شامل فیوز، تیغه بستۀ بی متال و شستی استپ قرار گیرد و برای اتصال دائمی موتور به شبکه باید تیغه خودنگهدار کنتاکتور با شستی، به صورت موازی وصل شود.

۱– تحلیل  مدار قدرت  و فرمان راه اندازی یک موتور از یک نقطه به صورت لحظه ای

یکی از مدارهای مهم برق صنعتی، مدار راه اندازی یک موتور از یک نقطه به صورت لحظه ای است. ﺑﺮای ﻃﺮاﺣﻲ اﺑﺘﺪا ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻣﻮرد ﻧﻴﺎز ﺑﺮای ﻣﺪار ﻗﺪرت آن را در ﻧﻈﺮ ﻣﻲﮔﻴﺮﻳﻢ ﺳﭙﺲ ﺑﺎ ﺗﻮﺟﻪ ﺑﻪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ آنها و ﻧﻮع ﻛﻨﺘﺮل، ﺑﻪ ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺪار ﻣﻲﭘﺮدازﻳﻢ.

در طراحی مدار قدرت با توجه به شکل نیاز به فیوز جهت حفاظت در برابر اتصال کوتاه (اضافه جریان) خواهیم داشت. همچنین به منظور حفاظت از الکتروموتور در برابر fault هایی از قبیل اضافه بار و یا دو فاز شدن باید کلید حرارتی مناسبی در مسیر جریان عبوری از سه فاز قرار گیرد که ترتیب قرار گرفتن فیوزهای قدرت و تیغه های قدرت کنتاکتور و کلید حرارتی در شکل نشان داده شده است.

بنابراین با ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺪار ﻗﺪرت ﺣﺎل ﺑﻪ ﻣﻨﻈﻮر ﻛﻨﺘﺮل ﻣﺪار ﺑﻪ ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺪار ﻓﺮﻣﺎن ﺧﻮاﻫﻴﻢ ﭘﺮداﺧﺖ. در ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺪار ﻓﺮﻣﺎن یک فیوز مجزا، ﻧﻴﺎز است ﻛﻪ ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺳﺮی در ﻣﺴﻴﺮ ﻋﺒﻮر ﺟﺮﻳﺎن ﻓﺮﻣﺎن ﻗﺮار ﻣﻲﮔﻴﺮد و ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ باید پس از ﻓﻴﻮز از ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﺑﺴﺘﻪ ﻛﻠﻴﺪ ﺣﺮارﺗﻲ ﻛﻪ ﻛﻮﭘﻞ ﺑﺎ ﺗﻴﻐﻪ ﻫﺎی ﻗﺪرت ﺑﻲﻣﺘﺎل است اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد و در ﺻﻮرت ﻋﻤﻠﻜﺮد ﻛﻠﻴﺪ ﺣﺮارﺗﻲ ﺿﻤﻦ ﻗﻄﻊ ﻧﻤﻮدن ﻣﺪار ﻗﺪرت، ﻧﻴﺰ ﻣﺴﻴﺮ ﺟﺮﻳﺎن ﻋﺒﻮری را ﻗﻄﻊ ﻣﻲﻧﻤﺎﻳﺪ و ﺑﻪ ﺻﻮرت ﺳﺮی ﺑﺎ دﻳﮕﺮ ﺗﺠﻬﻴﺰات ﻗﺮار ﻣﻲﮔﻴﺮد.

حال ما نیاز به کلید های STOP به منظور قطع جریان عبوری در مواقع مورد نیاز خواهیم داشت و در مدار طراحی شده زیر برای راه اندازی مدار از شستی استفاده می شود.

تا زمانی که دست بر روی شاستی START قرار دارد ﺟﺮﻳﺎن اﻟﻜﺘﺮﻳﻜﻲ ﺑﻪ ﺑﻮﺑﻴﻦ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﻣﻮرد ﻧﻈﺮ ﻣﻲرﺳﺪ و در ﺻﻮرت ﺑﺮداﺷﺘﻦ دﺳﺖ نباید ﺑﻪ ﻫﻴﭻ وﺟﻪ ﺟﺮﻳﺎﻧﻲ ﺑﻪ ﺑﻮﺑﻴﻦ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﺑﺮﺳﺪ. اﻣﺎ ﻧﻜﺎت مهم و اساسی در طراحی این مدار این است که در صورت تحریک کلید STOP و START به طور همزمان نباید به بوبین کنتاکتور جریانی برسد و همچنین در صورت عدم تحریک در لحظه ابتدایی نه تنها این مدار بلکه کلیه مدارهایی که به آن اشاره می شود نباید بوبین کنتاکتور تحریک شود. انتخاب فیوزها و کلید حرارتی و کنتاکتور مربوطه باید مطابق نوع قدرت موتور باشد.

۲– تحلیل مدار قدرت و فرمان راه اندازی یک موتور از یک نقطه به صورت دائم

مدار قدرت راه اندازی موتور از یک نقطه به صورت دائم، همانند مدار قدرت راه اندازی یک موتور به صورت لحظه ای است و هیچ تغییری در مدار قدرت صورت نمی گیرد، ﺑﻠﻜﻪ ﻧﺤﻮه ﻛﻨﺘﺮل ﺗﻐﻴﻴﺮات ﻛﻮﭼﻜﻲ ﺧﻮاﻫﺪ داﺷﺖ. ﭼﻮن در ﻧﺤﻮه ﻛﻨﺘﺮل ﺧﻮاﺳﺘﻪ ﺷﺪه از ﻣﺎ اﻟﻜﺘﺮوﻣﻮﺗﻮری ﻛﻪ می خواهد با تمام شرایط ایمنی، به صورت دائم با زدن استارت شروع به کار نماید بنابراین مدار فرمان، مانند مدار قبلی است با این تفاوت زمانی نیاز به این داریم که با زدن استارت موتور شروع به کار نماید و با برداشتن دست از روی شاستی استارت موتور به کار خود ادامه دهد.

بنابراین نیاز به یک نگهدارنده (تیغه NO از کنتاکتور موازی با کلید استارت) خواهیم داشت، یعنی پس از عبور جریان از کلید اﺳﺘﺎرت در ﻣﺮﺣﻠﻪ آﻏﺎزﻳﻦ ﺑﻮﺑﻴﻦ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﺗﺤﺮﻳﻚ ﺷﺪه و ﺗﻴﻐﻪ ﻫﺎی ﻗﺪرت و ﻓﺮﻣﺎن ﻋﻤﻞ می کنند و ﺗﻴﻐﻪ باز ﻣﻮازی ﺷﺪه ﺑﺎ اﺳﺘﺎرت، بسته شده و با برداشتن دست از روی آن در این لحظه جریان کنتاکتور از طریق تیغه باز کنتاکتور که اکنون بسته شده عبور می نماید.

تا زمانی کلید STOP و یا دیگر تجهیزات ایمنی تحریک نشوند الکتروموتور در جهت تعیین شده به کار خود ادامه می دهد، که مدار فرمان آن در شکل نمایش داده شده است.

۳– تحلیل مدار قدرت و فرمان راه اندازی یک موتور به صورت دائم بیش از یک نقطه

در طراحی مدارهای پایه برق صنعتی هم چون این مدار در بخش قدرت هیچ تغییری صورت نخواهد گرفت بلکه در نحوه کنترل و مدار فرمان باید اندکی تغییر صورت پذیرد. پس مدار قدرت آن به صورت همان مدار قبلی مدار فرمان آن نیز همانند مدار فرمان شکل قبل بوده با این تفاوت که باید یک تعداد شاستی STOP و START دیگری را در نقاطی از مدار اضافه نماییم و ساختار کلی ما تغییری نخواهد کرد.

برای درک بیشتر مطلب در نظر بگیرید که گاهی در برخی از صنایع این نیاز به وجود می آید که یک پروسه از چندین نقطه (در نزدیک پروسه و یا دورتر) کنترل شود، که این کار بسیار ساده است. برای این منظور ما می دانیم کلیدهای قطع کننده معمولاً کنتاکت های بسته بوده و به طور سری در مسیر جریان قرار می گیرند یعنی اینکه برای قطع یک مدار از چندین نقطه کافیست شاستی های STOP به صورت سری و پشت سر هم قرار گیرند.

همچنین به این مطلب هم آگاهیم که معمولاً وصل کننده های کنتاکت باز بوده و به صورت موازی با هم قرار دارند یعنی برای آنکه بتوان یک مدار را از نقاط مختلفی وصل کنیم باید شاستی های START را به صورت موازی با هم قرار داد. پس می توان این نتیجه را گرفت که کلیدهای وصل کننده کنتاکت باز و به صورت موازی بوده و کلیدهای قطع کننده کنتاکت بسته و معمولاً به صورت سری هستند و در همه مدارها این مطلب صادق است.

ﻣﻄﺎﻟﺐ ﮔﻔﺘﻪ ﺷﺪه ﻓﻮق ﺷﺎﻣﻞ ﺳﻪ ﻣﺪار ﺑﻮد ﻛﻪ اﺻﻮل ﻛﻠﻲ و ﭘﺎﻳﻪ ﺑﺮای تمامی ﻣﺪارﻫﺎی ﻓﺮﻣﺎن و ﻗﺪرت ﺻﻨﻌﺘﻲ ﻣﻲﺑﺎﺷﺪ. ﺑﺎ رﺟﻮع ﺑﻪ اﻳﻦ اﺻﻮل و رﻋﺎﻳﺖ ﺗﻤﺎﻣﻲ ﻧﻜﺘﻪ ﻫﺎی آن ﻣﻲﺗﻮان ﺑﻪ راﺣﺘﻲ اﻧﻮاع ﻣﺪارات ﻓﺮﻣﺎن و ﻗﺪرت را ﻃﺮاﺣﻲ ﻛﺮد.

۴– تحلیل مدار قدرت و فرمان یک موتور سه فاز آسنکرون رتور قفسی برای اتصال لحظه ای و دائم به شبکه

در این مدار فرمان در ابتدا، تجهیزات حفاظتی شامل فیوز، بی متال و شستی استپ SO قرار می گیرند. در صورتی که شستی استارت S1 فشرده شود، کنتاکتور K وارد مدار شده و با بسته شدن کنتاکت خودنگهدار آن، این کنتاکتور به صورت دائم به شبکه وصل می شود. اما در صورتی که شستی دوبل S۲ فشرده شود مسیر کنتاکت خودنگهدار K باز خواهد شد و از طرفی در همان زمان مسیر تغذیه کنتاکتور K به وسیله این شستی بسته شده تا وصل کنتاکتور K به صورت لحظه ای اتفاق بیفتد.

نکته:

مانند آنچه در مدار فرمان موتور با کارکرد دائم و لحظه ای به چشم می خورد، هرگاه بخواهیم به صورت همزمان، در فرمان یکسان یا متفاوت قطع و وصل را به دو مکان صادر کنیم، از شستی های دوبل استفاده می کنیم.

۵–تحلیل مدار قدرت و فرمان راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپ گرد و راست گرد با حفاظت کامل و عملکرد کند

الکتروموتور ها ماشین های الکتریکی گردانی هستند که انرژی الکتریکی را دریافت نموده و تبدیل به انرژی مکانیکی می کنند. با گسترش شبکه های جریان متناوب و استفاده از برق سه فاز به عنوان برق صنعتی، قسمت های زیادی از صنعت، روی محور الکتروموتورهای جریان متناوب و خصوصاً موتورهای سه فاز کار می کنند.

ﺑﺮای ﻃﺮاﺣﻲ ﻫﺮ ﻣﺪاری ﻛﺎﻓﻴﺴﺖ ﻣﺪار ﻗﺪرت آن را ﻃﺮاﺣﻲ کنیم. برای راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپ گرد و راست گرد و تغییر ﺟﻬﺖ راه اﻧﺪازی ﻣﻮﺗﻮر، باید در ﻣﺪار ﻗﺪرت با استفاده از ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﻫﺎ ﺟﺎی دو ﻓﺎز ﻋﻮض ﺷﻮد.

ﻫﻤﭽﻨﻴﻦ ﺑﺎﻳﺪ ﺑﻪ اﻳﻦ ﻧﻜﺘﻪ ﺗﻮﺟﻪ کنید ﻛﻪ ﻗﺮار ﮔﺮﻓﺘﻦ دو ﺑﻲ ﻣﺘﺎل ﺿﺮورﺗﻲ ﻧﺪارد. از آﻧﺠﺎ ﻛﻪ ﻣﻲﺗﻮان ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ ﻃﺮاﺣﻲ ﻣﺪار ﻗﺪرﺗﻲ ﻛﻪ در اداﻣﻪ اراﺋﻪ ﺷﺪه اﺳﺖ از ﻳﻚ ﻛﻠﻴﺪ ﺣﺮارﺗﻲ (ﺑﻲﻣﺘﺎل) اﺳﺘﻔﺎده ﻧﻤﻮد ﺑﻨﺎﺑﺮاﻳﻦ در ﻣﺪار ﻗﺪرت آن ﻧﻴﺎز ﺑﻪ دو ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﺷﺒﻴﻪ ﺑﻪ ﻫﻢ و ﻳﻚ ﻛﻠﻴﺪ ﺣﺮارﺗﻲ و ﻳﻚ ﻓﻴﻮز ﺳﻪ ﻓﺎز خواهیم داشت.

   در طراحی مدار فرمان آن باید به این موضوع توجه داشت که هیچ یک از دو کنتاکتور با هم حتی برای یک لحظه وارد مدار نشوند. به همین دلیل کنتاکت بسته کنتاکتورها در سر راه یکدیگر قرار می گیرند. یعنی کنتاکتور بسته K1 را در مسیر بوبین کنتاکتور K2 و کنتاکت بسته K2 را در مسیر بوبین کنتاکتور K1 قرار می دهیم. به منظور وصل هر یک از کنتاکتورهای (چپگرد و یا راستگرد) از شستی دوبل STOP وSTART استفاده می شود که کنتاکت باز (START) برای راه اندازی کنتاکتور مربوطه و کنتاکت بسته آن به منظور قطع کنتاکتور دیگر است.

   باید به این نکته توجه داشته باشید که با فشار دادن هر دو شستی دوبل چپگرد و راستگرد نباید برقی به بوبین هیچ یک از کنتاکتورها برسد و در صورت برق دار شدن دو کنتاکتور به طور هم زمان از آنجایی که دو فاز غیرهمنام با یکدیگر برخورد  می کنند، تجهیزات الکتریکی آسیب می‌بینند. بنابراین با دانستن مطالب گفته شده می توانی گفت به شاستی STOP به منظور قطع کامل مدار و دو شاستی STOP و  START دوبل نیاز خواهیم داشت.

شستی STOP و START دوبل اول، وظیفه وصل مسیر عبور جریان برای کنتاکتور اول و قطع مسیر عبور جریان برای کنتاکتور دوم و شستی STOP و START دوبل دوم وظیفه وصل مسیر عبور جریان برای کنتاکتور دوم و قطع مسیر عبور جریان برای کنتاکتور اول را بر عهده دارند. بنابراین در مدار فرمان الکتروموتور سه فاز به صورت چپگرد و راستگرد با عملکرد کند حتماً برای تغییر جهت گردش باید شستی STOP زده شود.

این مدار برای موتورهای کیلو وات بالا و تک فاز مناسب است. در شرایطی که موتور بزر باشد تغییر دور بلافاصله به موتور و شفت فشار زیادی از لحاظ مکانیکی وارد می کند. بنابراین زمانی که موتور می چرخد ابتدا باید استپ شود سپس در جهت دیگری شروع به کار کند. پلاک الکتروموتور اطلاعات مهمی درمورد نحوه کار و ولتاژ اعمالی در اختیار ما قرار می دهد و کار با موتور را به مراتب برای ما آسان تر می‌کند.

۶– راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپ گرد و راست گرد قطع سریع

مدار قدرت مدار راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپگرد و راستگرد و قطع سریع مانند مدار قبلی است و کافیست مشابه مدار قبل جای دو فاز را از روی کنتاکتور دوم عوض کنیم. ﻣﺪار ﻓﺮﻣﺎن از ﻟﺤﺎظ ﻗﻄﻌﺎت و ﺗﺠﻬﻴﺰات مانند ﻣﺪار ﻓﺮﻣﺎن ﭼﭙﮕﺮد و راﺳﺘﮕﺮد کند است ﺑﺎ اﻳﻦ ﺗﻔﺎوت ﻛﻪ ﭼﻴﺪﻣﺎن آن ﻫﺎ  کمی ﻓﺮق ﻣﻲﻛﻨﺪ. ﺗﻨﻬﺎ ﺗﻔﺎوت این مدار با مدار قطع کند در اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ این مدار برای ﻣﻮﺗﻮرﻫﺎی ﻛﻮﭼﻚ استفاده می شود.

چون دﻳﮕﺮ ﺑﺮای تغییر دور نیاز به زدن شستی STOP نیست بلکه هر یک از شستی های STOP و START دوبل، به صورت خودکار عمل قطع مدار را انجام می دهند. شستی دوبل S1 وصل کننده کنتاکتور K1 و قطع کننده کنتاکتور K2 و شستی دوبل S2 وصل کننده کنتاکتور K2 و قطع کننده کنتاکتور K1 خواهد بود.

اﻣﺎ ﻧﻜﺘﻪ ای ﻛﻪ در اﻳﻨﺠﺎ ﻣﻤﻜﻦ اﺳﺖ ﻃﺮاح را دﭼﺎر ﺗﺮدﻳﺪ کند اﻳﻦ اﺳﺖ ﻛﻪ در ﺑﺮﺧﻲ از طراحی ها ﺟﺎی ﻛﻨﺘﺎﻛﺖ ﻫﺎ ﺑﺎ ﻧﻤﻮﻧﻪ ﻫﺎی اراﺋﻪ ﺷﺪه در دﻳﮕﺮ طرح ها ﻓﺮق ﻣﻲﻛﻨﺪ ﻛﻪ اﻳﻦ اﺻﻼً ﻣﻬﻢ ﻧﻴﺴﺖ چون ﻣﻲ ﺗﻮان ﺟﺎی ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﻫﺎی ﺳﺮی و ﻳﺎ ﻣﻮازی را ﺑﺎ ﻫﻢ ﻋﻮض کرد.

   مثلاً در مدار بالا اگر جای کنتاکت بسته S2 و K2 را با هم عوض کنیم هیچ تغییری در عملکرد مدار ایجاد نمی‌شود و تحلیل هر دو مدار ما را به یک نتیجه یکسان می رساند. کاربرد مدارهای چپگرد و راستگرد در صنعت به وفور به چشم می خورد به طوری که در تمامی پروسه های صنعتی که حرکت رفت و برگشت افقی و یا عمودی مورد نیاز است (مانند جرثقیل ها و بالابرها) از این مدار استفاده می شود. از آنجایی که در جرثقیل معمولاً به صورت اتوماتیک کار می کند بنابراین از میکروسوئیچ به عنوان شستی STOP و  START دوبل استفاده می شود که دقیقاً مانند STOP و  STARTدوبل تحریک دستی است اما اعمال تحریک آنها یک فشار مکانیکی است.

   ﭘﺲ در ﺻﻨﻌﺖ ﻫﺮ ﺟﺎﻳﻲ ﻛﻪ ﻧﻴﺎز ﺑﺎﺷﺪ فرآیندی ﺑﻪ ﺻﻮرت اﺗﻮﻣﺎﺗﻴﻚ باشد ﻣﻲﺗﻮان از ﻣﻴﻜﺮوﺳﻮﺋﻴﭻ اﺳﺘﻔﺎده ﻛﺮد، ﻳﻌﻨﻲ زﻣﺎﻧﻲ ﻛﻪ ﺟﺮﺛﻘﻴﻞ ﺑﻪ ﻃﺮف ﺑﺎﻻ ﺣﺮﻛﺖ ﻣﻲ کند ﺑﺎ ﺑﺮﺧﻮرد ﺑﻪ ﻣﻴﻜﺮوﺳﻮﺋﻴﭻ ﻛﻨﺘﺎﻛﺘﻮر ﻣﺮﺑﻮﻃﻪ ﻗﻄﻊ ﺷﺪه و در ﺧﻼف ﺟﻬﺖ ﺣﺮﻛﺖ ﻗﺒﻠﻲ ﺑﻪ ﺣﺮﻛﺖ در ﻣﻲآﻳﺪ.

۷– راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپ گرد و راست گرد عملکرد سریع به صورت لحظه ای و دائم

   مدار قدرت راه اندازی الکتروموتور سه فاز به صورت چپگرد و راستگرد با عملکرد سریع به صورت لحظه ای و دایم مانند مدار قبل است. در طراحی مدار فرمان شستی دوبل S2 وصل کننده مسیر عبور جریان کنتاکتور K1، به صورت دائم و شستی دوبل S2، وصل کننده مسیر عبور جریان کنتاکتور K3 به صورت دائم خواهد بود. تا این مرحله با مدار جریان چپگرد و راستگرد هیچ تفاوتی ندارد.

   برای اعمال کنتاکت های لحظه ای کافیست در مسیر عبور جریان از یک شستی STOP و  START دوبل استفاده کنیم که کنتاکت باز آن موازی با کنتاکت های باز START دائم و کنتاکت بسته آن سری با خود نگه دارنده باشد. مجموعه موازی با استارت های دائم و لحظه ای خواهند بود که این مجموعه می تواند موتور را به صورت لحظه ای وارد مدار کند. شستی دوبل S1 مسیر عبور جریان لحظه ای را (تا زمانی که دست بر روی شاستی باشد) برقرار می کند و موتور را در یک جهت می چرخاند و شاستی دوبل S4 مسیر عبور جریان لحظه ای، موتور را در جهت دیگر می چرخاند.

۸– تحلیل مدار قدرت و فرمان راه اندازی دو الکتروموتور سه فاز به صورت یکی پس از دیگری

مدار یکی پس از دیگری در بسیاری از مکان ها مورد استفاده قرار می گیرد. مانند برخی ماشین های صنعتی که در آنها تا پمپ روغن برای خنک کردن راه اندازی نشود، موتور اصلی نباید راه اندازی شود. در مدار قدرت و مدار فرمان دو موتور M۱ و M۲، کارکرد یکی از موتورها وابسته به کارکرد موتور دیگری است. در مدار فرمان این موتورها، بازهم ابتدا تجهیزات حفاظتی قرار می گیرند و برای وابسته کردن عملکرد کنتاکتور K2 به عملکرد کنتاکتور K1، باید کنتاکت بازی از کنتاکتور K1 بر سر راه بوبین کنتاکتور K2 قرار گیرد.

در مدار فرمان اتوماتیک نشان داده شده نیز عملکرد کنتاکتور K2 وابسته به عملکرد کنتاکتور K1 است، به طوری که پس از وصل کنتاکتور K1، ابتدا تایمر K3، وارد مدار می شود و پس از سپری شدن مدت زمان تنظیم شده بر روی تایمر، تیغه باز آن K3 کنتاکتور موتور دوم K2 را وارد مدار خواهد کرد و این کنتاکتور نیز بلافاصله پس از وصل شدن، تایمر را از مدار خارج می کند.

راه اندازی موتور سه فاز به روش ستاره مثلث

راه اندازی به روش ستاره مثلث روشی برای راه اندازی گشتاور پایین در موتور است. جریان راه اندازی در موتور سه فاز به ۶ تا ۷ برابر بار نامی موتور می رسد. در راه انداز ستاره مثلث جریان راه اندازی موتور تا حد زیادی کاهش می یابد و از صدمات ناشی از جریان راه اندازی بالا به موتور و سیستم برق جلوگیری می کند. اما چطور این اتفاق می افتد. برای اینکه به نحوۀ عملکرد راه انداز ستاره مثلث بپردازیم باید اول مدار ستاره و مثلث و روابط آن ها را معرفی کنیم.

فرمول های ستاره مثلث

عبارت “ستاره مثلث” به معنی یک سیستم سه فاز است که در آن سیم بندی موتور از “اتصال ستاره” به “اتصال مثلث” تغییر می کند. در اتصال ستاره، ولتاژ تغذیه یا ولتاژ خط ۳√ برابر ولتاژ فاز است. اما جریان خط و جریان فاز با هم برابرند. در اتصال مثلث ولتاژ خط با فاز برابر است اما جریان خط ۳√ برابر جریان فاز است. اگر امپدانس هسته را برابر Z در نظر بگیریم خواهیم دید که جریان فاز در اتصال ستاره ۳۳ درصد جریان فاز در اتصال مثلث است. در نتیجه با اتصال ستاره، موتور با جریان کمتری راه اندازی می شود و گشتاور راه اندازی موتور نیز کاهش می یابد.

محاسبه جریان ستاره مثلث

حال با یک مثال اساسی به بیان چگونگی روابط جریان و ولتاژ در دو حالت اتصال ستاره و مثلث می پردازیم. تصاویر زیر به خوبی گویای این مفاهیم هستند.

تخته کلم موتور سه فاز

حالا که مفهوم اتصال ستاره مثلث را متوجه شدیم می توانیم یک موتور را با جریان راه اندازی کمتر با این روش راه اندازی کنیم. برای اینکار باید سیستم نیرو برای مدتی به صورت ستاره روی سیم پیچ موتور قرار بگیرد و وقتی جریان موتور به اندازه ۸۰ درصد بار نامی رسید به حالت مثلث تبدیل شود تا موتور کامل راه اندازی شود. پس سراغ جعبه ترمینال موتور می رویم.

روی همه موتورهای سه فاز یک جعبه ترمینال وجود دارد که شامل شش ترمینال هستند و با حروف و عدد مشخص می شوند. U1,V1,W1 و U2,V2,W2. ترمینال های U به فاز ۱، ترمینال های V به فاز ۲ و ترمینال های W به فاز ۳ متصل می شوند.

در اتصال ستاره ترمینال های U2,W2 و V2 و در اتصال مثلث W1 به V2، ترمینال V1 به U2 و ترمینال U1 به W2 متصل می شود. برای اینکه مدار از حالت ستاره به مثلث برود لازم است که ابتدا تغذیه به طور کامل قطع شود، سیم بندی تغییر کند و دوباره تغذیه وصل شود که عملی نیست. به همین دلیل باید از راه انداز ستاره مثلث استفاده کرد. راه انداز ستاره مثلث با استفاده از سه کنتاکتور و یک تایمر به راحتی کار می کند. این مدار موتور را در حالت ستاره راه اندازی می کند تا جریان راه اندازی کاهش یابد، بعد از مدتی با فرمان تایمر مدار به حالت مثلث می رود.

روش های راه اندازی موتور به روش ستاره مثلث

همان طور که می دانید موتورهای قدرت پایین (کمتر از ۵٫۵ کیلووات، در شبکه ۴۰۰ ولتی) را می توان به طور مستقیم به شبکه وصل کرد. اما الکتروموتور با قدرت های بالاتر را به علت جریان نسبتاً زیاد در راه اندازی (در حدود ۴ تا ۶ برابر جریان نامی موتور) نباید مستقیماً به شبکه وصل کرد. روش های مختلفی برای این کار وجود دارد و ساده ترین آنها راه اندازی با اتصال ستاره مثلث است.

این روش برای الکتروموتورهای سه فاز ۳kW به بالا، مورد استفاده قرار می گیرد. در این روش در لحظۀ راه اندازی موتور به صورت ستاره شروع به کار کرده و در این حالت توان و جریان موتور یک سوم توان درج شده بر روی موتور است. پس از مدت زمانی موتور به حالت مثلث خواهد رفت بنابراین به توان نامی خود دست پیدا خواهد کرد. برای مثال، ما می دانیم که جریان راه اندازی موتور ۳ تا ۷ برابر جریان نامی آن است بنابراین با کاهش جریان به اندازۀ یک سوم می توان جریان لحظۀ راه اندازی را کاهش داد.

با استفاده از راه اندازی ستاره، جریان راه اندازی به یک سوم میزان خود خواهد رسید. از آنجا که در هنگام راه اندازی جریان حدوداً دو برابر جریان نامی است تجهیزات حفاظتی می توانند حفاظتی مطمئنی را داشته باشند. پس می توان گفت، روش ستاره – مثلث، یک روش راه اندازی به طریقه کاهش ولتاژ است.