طراحی مدارات راه اندازی موتور به صورت ستاره مثلث در تابلو برق

طراحی مدارات راه اندازی موتور به صورت ستاره مثلث در تابلو برق

اگر موتور شما کوچک باشد (توان کمتر از 4kw) میتوان موتور را هم بصورت ستاره و هم به صورت مثلث راه اندازی نمود. اما اگر موتور شما بیش از 4 kw باشد برای راه اندازی آن هم بالا خواهد بود و این مورد اشکالاتی را به همراه خواهد آورد به عنوان مثال آسیب دیدن و کاهش عمر مفید تجهیزات برقی شما مانند کنتاکتورها و سیم ها و از همه مهم تر عمر مفید موتور شما به شدت کاهش می یابد. برای راه اندازی این نوع موتورها روش های مختلفی وجود دارد که باعث می شود جریان راه اندازی موتور کاهش یابد. این روش ها عبارت اند از :

1- روش مستقیم : جریان استارت تا 8 برابر جریان نامی

2- روش ستاره-مثلث : شوک ستاره به مثلث 5 تا 6 برابر جریان نامی

3- سافت استارتر : جریان استارت 2 تا 3 برابر جریان نامی

4- استفاده از اینورتر : جریان استارت حداکثر به 1/1 برابر جریان نامی کاهش می یابد.

حال در این مطلب به بررسی روش ستاره – مثلث خواهیم پرداخت.

ستاره – مثلث

روش ستاره – مثلث یکی از روش های راه اندازی موتور های سه فاز روتور قفسه ای می باشد. به طور کلی ۲ شرط  برای استفاده از روش راه اندازی ستاره – مثلث ضروری است:

الف) حتما باید ولتاژ نامی موتور بصورت 380/660 ولت باشد در واقع باید ولتاژ نامی موتور بصورت 380 ولت مثلث طراحی شده باشد  مثلا الکتروموتور زیر رو نمی توانیم با اتصال ستاره مثلث راه اندازی کنیم. چون ولتاژ نامی حالت مثلث اش 230 ولت می باشد.

این موتور با این پلاک را نمی توان با روش ستاره – مثلث راه اندازی کرد.

ولی می توانید موتور زیر را بصورت ستاره – مثلث راه اندازی کنید. چون ولتاژ نامی حالت مثلث اش 415-380 ولت می باشد.

ب) باید هر 2 سر کلاف ها (مجموعا 6 سر) در تخته کلم الکتروموتور در دسترس باشند. با باز کردن درپوش تخته کلم این 6 ترمینال رو خواهید دید. در اینجا u1 , u2  دو سر کلاف فاز اول، v1 , v2 دو سر کلاف فاز دوم و w1 , w2  دو سر کلاف فاز سوم هستند. به محل قرارگیری سر هر کلاف بیشتر توجه کنید.

یک موتور سه فاز روتور قفسه ای دارای ۶ عدد ترمینال است و سه خط ولتاژ قرار است به این موتور متصل شود بایستی تغییری در ترمینالها یا اتصال ترمینالهای موتور سه فاز بدهیم تا بتوانیم موتور را بااین سه خط فاز راه اندازی کنیم.

می توانیم به صورت شکل زیر ترمینالها را به یکدیگر متصل کنیم که اتصال موتور در این حالت ستاره می شود.

و یا می توانیم اتصال ترمینال های موتور را به صورت شکل زیر در آوریم که به آن اتصال مثلث می گویند.

موتور سه فاز به صورت ستاره راه اندازی می شود و شروع به کار می کند و در عرض چند ثانیه دور موتور به سرعت نهایی پایدار می رسد. یعنی حدود 85-75% سرعت نامی. در این حالت گشتاور موتور و بار با هم بالانس شده اند.

سپس در این لحظه تایمر عمل می کند و در مدار فرمان ابتدا کنتاکتور ستاره قطع شده و سپس کنتاکتور مثلث وصل می شود و سربندی موتور به صورت مثلث می شود. در واقع موتور سه فاز در حالت نامی خودش به کارش ادامه میدهد.

به طور مثال فرض کنید یک موتور با ولتاژ نامی 380 ولت مثلث داریم. همچنین امپدانس هر کلاف این موتور 4/0 اهم است. اگر راه اندازی به صورت مستقیم باشد کلاف ها به صورت مثلث سربندی می شود. در این حالت ولتاژ اعمالی به هر فاز همان 380 ولت خواهد بود و جریانی که از هر فاز می گذرد را با قانون اهم محاسبه می کنیم.

در اینجا با توجه به سربندی مثلث جریان هر خط 1.73 برابر جریان فاز خواهد بود.

اما اگر همین موتور را در شبکه 3فاز 380 ولت بخواهیم با اتصال ستاره – مثلث راه اندازی کنیم در هنگام راه اندازی سربندی به صورت ستاره خواهد بود. پس ولتاژ هر فاز بصورت زیر محاسبه می شود:

در اینجا هم با توجه به قانون اهم جریان موتور محاسبه می شود.

در سربندی ستاره موتور جریان خط و فاز برابرند پس جریان راه اندازی 72/1662 آمپر در راه اندازی مستقیم به مقدار 554 آمپر در راه اندازی با اتصال ستاره – مثلث رسیده است.

مشکلات و عیب های این روش

مشاهده نمودیم که در راه اندازی با اتصال ستاره – مثلث گشتاور راه اندازی حدود 4/1 برابر گشتاور راه اندازی مستقیم هستش. این مقدار گشتاور راه اندازی برای استارت بارهای سبک یا الکتروموتور هایی که اصولا به صورت بی بار راه اندازی می شوند (مثلا اره های صنعتی برش چوب) کافی می باشد ولی در بارهای سنگین ممکن است با مشکل مواجه شویم. اگر گشتاور استارت برای راه اندازی بارهای سنگین کافی نباشد، الکتروموتور دور نمیگیرد و بار راه اندازی نمی شود.

لذا قبل از استفاده از این سیستم بایستی مطمئن شد که آیا گشتاور ستاره – مثلث برای استارت الکتروموتور سه فاز کافی می باشد یا خیر چون بعدا دیگر امکان تنظیم آن وجود ندارد.

مسئله دیگری که در راه اندازی ستاره – مثلث وجود داره ایجاد پیک جریان هنگام سوئیچ از سربندی ستاره به سربندی مثلث است. توضیح اینکه اصولا برای اجتناب از اتصال کوتاه شدن فازها، چیزی حدود 50-30 میلی ثانیه تاخیر وجود داره بین قطع شدن کنتاکتور ستاره تا وصل شدن کنتاکتور مثلث. یعنی در این چند میلی ثانیه جریان موتور سه فاز کاملا قطع می شود. در این تغییر وضعیت سربندی به دلیل وجود نیروی مقاوم-الکترومغناطیس در هسته استاتور، جریان های لحظه ای بزرگی ایجاد می شود.

این مسئله جریان سوئیچینگ در راه اندازی بارهایی مثل الکتروپمپ می تونه بسیار حادتر باشد. در این بارها در هنگام تغییر سربندی از ستاره به مثلث (یعنی حدود 85-80% دور) هنوز گشتاور بار از مقدار نهایی بسیار کمتره چون بخش بزرگی از گشتاور بار در دورهای بالای 80% به وجود می آید (موقعی که موتور در حالت مثلث کار می کند). ازاین رو افزایش گشتاور مورد نیاز بار در سربندی مثلث نسبت به سربندی ستاره در این قبیل بارها بر شدت جریان گذرا خواهد افزود که می تواند از جریان راه اندازی مستقیم نیز بیشتر باشد.

طراحی مدار فرمان و قدرت

همیشه برای طراحی مدرات فرمان ابتدا مدار قدرت را ترسیم نموده و سپس با توجه به مدار قدرت و ملاحظات طراحی مدار فرمان را طراحی نمایید.

مدار قدرت مربوط به راه اندازی موتور در حالت ستاره – مثلث

سیم بندی مدار قدرت

مدار فرمان مربوط به راه اندازی موتور سه فاز بصورت ستاره – مثلث بصورت دستی

مدار فرمان مربوط به راه اندازی موتور سه فاز بصورت ستاره – مثلث اتوماتیک