در حال لود شدن آکادمی...
آموزش اصولی انواع راه‌اندازی الکتروموتور + نکات حفاظتی آن

آموزش اصولی انواع راه‌اندازی الکتروموتور + نکات حفاظتی آن

الکتروموتور چیست؟

الکتروموتور یا موتور الکتریکی دستگاهی است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی (حرکت چرخشی) تبدیل می‌کند. در ادامه این مقاله، با انواع راه‌اندازی الکتروموتور و مهم‌ترین نکات مهم حفاظتی از آن خواهیم پرداخت.

در تابلوهای برق فشار ضعیف (LV) و فشار متوسط (MV) و تابلوهای کنترلی، الکتروموتورها نقش کلیدی دارند و معمولاً همراه با تجهیزات حفاظتی، کنترلی و راه‌اندازی استفاده می‌شوند.

الکتروموتور از میدان مغناطیسی برای ایجاد گشتاور و چرخش محور استفاده می‌کند. انواع رایج آن شامل:

  1. موتورهای القایی (آسنکرون) سه‌فاز یا تک‌فاز
  2. موتورهای سنکرون
  3. موتورهای DC
  4. سرووموتور و استپ‌موتور

آشنایی با کاربرد الکتروموتور

برای اینکه هر دستگاه یا ماشین صنعتی بتواند کار کند، به یک «درایو» یا همان سیستم محرک نیاز دارد. قلب این سیستم، موتور الکتریکی است. انتخاب موتور مناسب کاملاً به نوع کاربرد بستگی دارد؛ یعنی باید ببینیم دستگاه چه سرعتی لازم دارد، چه مقدار گشتاور می‌خواهد و تا چه حد باید قابل کنترل باشد.

!توجه توجه!

این مقاله بر اساس راهنمای سیم‌کشی تابلو برق و وایرینگ تجهیزات شرکت Eaton، فصل سوم منوال Eaton، نسخه اول سال ۲۰۲۳ تهیه و ترجمه شده است. اگر می‌خواهید فایل کامل این راهنما را داشته باشید، کافی است روی فایل زیر کلیک کنید تا آن را دریافت کنید.

انواع الکتروموتورها

1. موتورهای آسنکرون سه‌فاز

موتور سه‌فاز آسنکرون

یکی از رایج‌ترین موتورهایی که در کارخانه‌ها و ساختمان‌های بزرگ استفاده می‌شود، موتور آسنکرون سه‌فاز است. این موتور به دلیل ساختار ساده، قیمت مناسب و مقاومت بالا، محبوبیت زیادی دارد.

در این موتور، جریان سه‌فاز یک میدان مغناطیسی در استاتور ایجاد می‌کند. این میدان از شکاف هوایی عبور کرده و به روتور می‌رسد. برای اینکه در روتور ولتاژ القا شود، باید بین سرعت میدان استاتور و سرعت روتور کمی اختلاف وجود داشته باشد که به آن لغزش می‌گویند. 

همین اختلاف سرعت باعث ایجاد جریان در میله‌های روتور و در نهایت تولید گشتاور می‌شود. اگر این اختلاف وجود نداشته باشد، موتور نمی‌تواند گشتاور تولید کند. به همین دلیل به آن «آسنکرون» می‌گویند.

2. موتورهای آهنربای دائم (PM)

موتور سه‌فاز آهنربای دائم (PM)

نوع دیگری از موتورهای پرکاربرد، موتورهای PM هستند. این موتورها سه‌فازند اما به جای القا، با آهنربای دائمی تحریک می‌شوند. سرعت آن‌ها مستقیماً با فرکانس برق ورودی متناسب است.

وجود آهنرباهای دائم روی روتور و تعداد قطب‌های زیاد در استاتور باعث می‌شود این موتورها:

  1. در سرعت‌های پایین گشتاور بسیار بالایی تولید کنند
  2. در بسیاری از کاربردها نیاز به گیربکس را حذف کنند
  3. راندمان و ضریب توان بسیار خوبی داشته باشند
  4. اندازه‌ای کوچک و وزنی کم داشته باشند

به همین دلیل در صنایع مختلف مثل درایوهای غلتکی و پرس، همزن‌ها و آسیاب‌ها، اکسترودرها و حتی سیستم‌های جرثقیل کاربرد گسترده‌ای دارند.

3. موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC)

موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC)

موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) برخلاف اسمشان، دقیقاً شبیه موتورهای DC معمولی نیستند. ساختار آن‌ها بیشتر شبیه موتورهای سنکرون سه‌فاز است. در این موتورها، سیم‌پیچ‌های سه‌فاز استاتور یک میدان مغناطیسی دوار ایجاد می‌کنند و روتور که دارای آهنربای دائم است، این میدان را دنبال می‌کند.

در سیستم‌های کنترلی، موقعیت روتور از طریق نیروی محرکه الکتریکی معکوس (Back EMF) که در سیم‌پیچ‌ها ایجاد می‌شود تشخیص داده می‌شود. به همین دلیل، درایو باید همیشه هر سه فاز را فعال نگه دارد، اگر روتور ثابت باشد. در این حالت، پالس‌های جریان کوتاهی ایجاد می‌شود که موتور را نمی‌چرخاند، اما میدان مغناطیسی روتور را تنظیم می‌کند.

رفتار کنترلی این موتورها شبیه موتور DC شنت است؛ یعنی کنترل سرعت و گشتاور آن‌ها دقیق و سریع انجام می‌شود. به همین دلیل، BLDCها در کاربردهایی مثل ماشین‌های ابزار، سروو درایوها، نوار نقاله‌ها، کمپرسورها و پمپ‌های دقیق استفاده می‌شوند.

راندمان موتورهای آسنکرون

راندمان موتورهای سه‌فاز آسنکرون

برای اینکه انتخاب موتورهای الکتریکی و اجزای درایو با راندمان بالا راحت‌تر شود، از سال ۲۰۰۸ یک سیستم طبقه‌بندی جهانی برای بهره‌وری انرژی موتورهای الکتریکی معرفی شد. این طبقه‌بندی‌ها در استاندارد بین‌المللی IEC 60034‑30‑1 تعریف شده‌اند و به کاربران کمک می‌کنند بدانند هر موتور چه مقدار انرژی را به صورت مفید مصرف می‌کند.

این استاندارد برای موتورهای تک‌فاز و سه‌فاز (با برخی استثناها) و در فرکانس‌های ۵۰ و ۶۰ هرتز، چهار سطح راندمان را مشخص کرده است:

  1. IE1 – راندمان استاندارد
  2. IE2 – راندمان بالا
  3. IE3 – راندمان برتر
  4. IE4 – راندمان فوق‌العاده بالا

در نمودارهای راندمان موتورهای آسنکرون، معمولاً مشاهده می‌شود که با افزایش توان موتور، راندمان نیز بیشتر می‌شود. به همین دلیل موتورهای بزرگ‌تر معمولاً بازده بالاتری دارند.

4. موتورهای سنکرون رلوکتانسی (SyncRM)

موتورهای سنکرون رلوکتانسی (SyncRM)

موتورهای سنکرون رلوکتانسی از نظر ظاهری شبیه موتور آسنکرون سه‌فاز هستند، اما تفاوت اصلی در روتور آن‌هاست. روتور از ورق‌های فولادی مغناطیسی نرم ساخته می‌شود تا جریان‌های گردابی کاهش یابد. این روتورها معمولاً دو نوع طراحی دارند.

در مدل‌هایی که قرار است مستقیماً به شبکه برق وصل شوند، روتور دارای قفس روتور شبیه موتور آسنکرون است. این قفس کمک می‌کند موتور ابتدا به صورت آسنکرون راه‌اندازی شود و سپس با سرعت میدان مغناطیسی همگام گردد.

در نوع پیشرفته‌تر که روتور دارای قطب‌های برجسته و مسیرهای هدایت و مانع شار است، برای کنترل دقیق نیاز به درایو فرکانس متغیر با کنترل برداری بدون حسگر است. این ترکیب باعث می‌شود موتور دقیقاً با سرعت میدان دوار بچرخد و حتی با تغییر بار، عملکرد بهینه داشته باشد. از آنجا که روتور تلفات بسیار کمی دارد، راندمان این موتورها بسیار بالاست.

موتورهای سنکرون رلوکتانسی می‌توانند به استاندارد راندمانی IE4 برسند، که از موتورهای آسنکرون معمولی بهتر است.

این موتورها بیشتر در توربو ماشین‌ها و تجهیزات دوار صنعتی استفاده می‌شوند؛ مثل:

  1. پمپ‌ها
  2. فن‌ها
  3. کمپرسورها
  4. توربین‌ها
  5. میکسرها
  6. سانتریفیوژها
  7. سیستم‌های نقاله

انواع روش‌های راه‌اندازی الکتروموتور

1. راه‌اندازی مستقیم

راه‌اندازی الکتروموتور روش‌های مختلفی دارد. ساده‌ترین روش راه‌اندازی الکتروموتور، راه‌اندازی مستقیم یا DOL است. در این روش، الکتروموتور بدون هیچ واسطه‌ای مستقیماً به برق وصل می‌شود و فقط یک کنتاکتور و تجهیزات حفاظتی مثل فیوز از آن محافظت می‌کنند. 

وقتی موتور را مستقیم به برق شهر وصل می‌کنیم، ولتاژ کامل به سیم‌پیچ‌ها می‌رسد و همین باعث می‌شود جریان راه‌اندازی خیلی زیادی از شبکه کشیده شود.

برای اینکه این افت ولتاژ مشکل‌ساز نشود، معمولاً گفته می‌شود موتورهای سه‌فاز فقط زمانی می‌توانند مستقیم راه‌اندازی شوند که توان ظاهری آن‌ها کمتر از ۵.۲ کیلوولت‌آمپر یا جریان راه‌اندازی‌شان کمتر از ۶۰ آمپر باشد. 

اگر ولتاژ شبکه ۴۰۰ ولت باشد و جریان راه‌اندازی حدود ۸ برابر جریان نامی باشد، این محدودیت یعنی موتورهایی با توان نامی حدود ۴ کیلووات را می‌توان مستقیم راه‌اندازی کرد. توان نامی همان توان مکانیکی است که موتور در شفت خروجی تحویل می‌دهد.

اما اگر موتوری جریان راه‌اندازی بالاتر از ۶۰ آمپر داشته باشد یا در کاربردهایی استفاده شود که راه‌اندازی سنگین، قطع و وصل زیاد یا مصرف ناپایدار دارند (مثل آسانسورها یا اره‌های رفت‌وبرگشتی)، دیگر راه‌اندازی مستقیم مناسب نیست. 

راه‌اندازی مستقیم علاوه بر جریان زیاد، باعث تنش حرارتی و نیروهای الکترودینامیکی لحظه‌ای روی سیم‌پیچ‌ها می‌شود. اگر موتور خیلی زیاد و پشت‌سرهم به روش مستقیم راه‌اندازی شود، این تنش‌ها می‌توانند عمر سیم‌پیچ‌ها را کاهش دهند، مخصوصاً در کاربردهایی که موتور باید به‌طور متناوب روشن و خاموش شود.

2. راه‌اندازی ستاره مثلث

راه‌اندازی ستاره مثلث یکی از روش‌های رایج برای کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای آسنکرون سه‌فاز است. در این روش، سیم‌پیچ‌های موتور ابتدا در حالت ستاره و بعد از رسیدن موتور به سرعت مناسب، در حالت مثلث قرار می‌گیرند. برای این کار، جامپرهای تخته کلم موتور برداشته می‌شود و هر شش سر سیم‌پیچ به یک کلید یا مدار کنتاکتوری مخصوص ستاره مثلث وصل می‌شود.

در حالت کار عادی، موتور باید در اتصال مثلث کار کند. بنابراین ولتاژ نامی سیم‌پیچ‌ها باید با ولتاژ فاز شبکه برابر باشد. مثلاً اگر شبکه 400 ولت باشد، روی پلاک موتور باید مقدار 400/690 ولت نوشته شده باشد. در حالت ستاره، ولتاژ هر سیم‌پیچ حدود ۰.۵۸ برابر ولتاژ اصلی می‌شود؛ یعنی:

ولت 230  ولت 400 × 0.58

وقتی ولتاژ سیم‌پیچ‌ها کمتر می‌شود، جریان راه‌اندازی و جریان هجومی نیز تقریباً به یک‌سوم حالت مثلث کاهش پیدا می‌کند. به همین دلیل، این روش برای موتورهایی مناسب است که گشتاور بار کمی دارند یا بار آن‌ها با افزایش سرعت موتور زیاد می‌شود.

اما چون گشتاور راه‌اندازی در حالت ستاره کم است، این روش برای بارهای سنگین مناسب نیست.

تغییر حالت موتور از ستاره به مثلث

وقتی موتور به حدود ۷۵ تا ۸۰ درصد سرعت نامی رسید، باید از حالت ستاره به مثلث تغییر کند. این تغییر توسط یک تایمر انجام می‌شود. اگر تغییر خیلی سریع انجام شود، ممکن است در کنتاکت‌ها قوس الکتریکی ایجاد شود یا حتی اتصال کوتاه رخ دهد. 

اگر هم تغییر خیلی دیر انجام شود، سرعت موتور افت می‌کند و هنگام وصل شدن به مثلث، جریان بسیار زیادی کشیده می‌شود که به سیم‌پیچ‌ها و کنتاکتورها فشار وارد می‌کند.

در لحظه تغییر از ستاره به مثلث، چون ولتاژ کامل شبکه به سیم‌پیچ‌ها اعمال می‌شود، جریان و گشتاور موتور ناگهان افزایش می‌یابد. این موضوع می‌تواند باعث افت ولتاژ در شبکه یا تنش مکانیکی در سیستم شود. به همین دلیل در برخی کاربردها، هنگام تغییر حالت، از دمپر مکانیکی استفاده می‌شود تا ضربه ناگهانی به سیستم وارد نشود.

در مدار ستاره مثلث، ترتیب عملکرد کنتاکتورها به این صورت است:

1. ابتدا کنتاکتور ستاره سرهای U2، V2 و W2 را به هم وصل می‌کند.
2. سپس کنتاکتور اصلی ولتاژ شبکه را به سرهای U1، V1 و W1 می‌دهد.
3. بعد از زمان تنظیم‌شده، تایمر کنتاکتور ستاره را قطع می‌کند.
4. در نهایت کنتاکتور مثلث سرهای U2، V2 و W2 را به شبکه وصل می‌کند تا موتور در حالت مثلث کار کند.

در تمام این مراحل، رعایت توالی صحیح فازها بسیار مهم است. اگر فازها اشتباه وصل شوند، هنگام تغییر حالت ممکن است موتور دچار جریان‌های پیک شدید شود که هم به سیم‌پیچ‌ها آسیب می‌زند و هم کنتاکتورها را تحت فشار قرار می‌دهد.

3. سافت استارترها

سافت‌استارتر یا راه‌اندازی نرم برای راه‌اندازی آرام و کنترل‌شده موتورهای آسنکرون سه‌فاز استفاده می‌شود. در بسیاری از کاربردها، روش‌های معمول مثل راه‌اندازی مستقیم (DOL) یا ستاره مثلث مناسب نیستند، چون هنگام روشن شدن موتور، جریان‌های پیک بسیار بالا ایجاد می‌شود و این جریان‌ها می‌توانند هم به شبکه برق آسیب بزنند و هم باعث ضربه‌های گشتاوری شوند که به قطعات مکانیکی دستگاه فشار وارد می‌کند.

در سافت‌استارتر، ولتاژ موتور از یک مقدار اولیه قابل تنظیم شروع می‌شود و به‌تدریج تا ولتاژ نامی افزایش پیدا می‌کند. این افزایش تدریجی ولتاژ باعث می‌شود:

  1. گشتاور موتور بدون ضربه و کاملاً نرم بالا برود
  2. جریان راه‌اندازی به‌صورت کنترل‌شده و کمتر از حالت‌های معمول باشد
  3. تنش‌های مکانیکی روی شفت، کوپلینگ، پمپ و سایر اجزا کاهش یابد

سافت‌استارتر فقط برای روشن کردن موتور نیست؛ بلکه می‌تواند خاموش شدن موتور را هم کنترل کند. با کاهش تدریجی ولتاژ، موتور آرام‌تر متوقف می‌شود و از ضربه‌های ناگهانی جلوگیری می‌شود.

در موتورهای آسنکرون، گشتاور با مربع ولتاژ رابطه دارد. یعنی اگر ولتاژ نصف شود، گشتاور تقریباً به یک‌چهارم کاهش پیدا می‌کند. برای مثال، در روش ستاره مثلث، ولتاژ سیم‌پیچ‌ها به حدود ۵۸٪ می‌رسد و گشتاور تقریباً یک‌سوم می‌شود.

به همین دلیل، در کاربردهایی که موتور باید تحت بار روشن شود (یعنی بار از ابتدا روی موتور است و نمی‌توان بعداً اضافه کرد)، سافت‌استارتر انتخاب بسیار بهتری نسبت به ستاره مثلث است.

4. درایوهای فرکانسی متغیر (اینورتر)

درایو فرکانس متغیر یا اینورتر پیشرفته‌ترین و کامل‌ترین روش برای راه‌اندازی و کنترل موتورهای آسنکرون سه‌فاز است. این دستگاه نه‌تنها موتور را نرم و بدون ضربه راه‌اندازی می‌کند، بلکه امکان کنترل دقیق سرعت را نیز فراهم می‌کند.

وقتی موتور مستقیماً به برق شهر وصل می‌شود، فقط در سرعت نامی خود بهترین عملکرد را دارد. اما با اینورتر می‌توان سرعت موتور را در یک بازه وسیع کنترل کرد؛ مثلاً از 0.5 هرتز با ولتاژ 4 ولت تا 50 هرتز با ولتاژ 400 ولت. اینورتر نسبت ولتاژ به فرکانس (U/f) را ثابت نگه می‌دارد تا موتور در هر سرعتی بتواند گشتاور لازم را تولید کند.

اینورتر چند مزیت مهم دارد:

  1. جلوگیری از جریان‌های پیک هنگام راه‌اندازی
  2. راه‌اندازی و توقف نرم بدون ضربه مکانیکی
  3. کنترل دقیق سرعت برای هماهنگی با فرآیند تولید
  4. افزایش عمر تجهیزات مکانیکی
  5. صرفه‌جویی قابل توجه در انرژی مخصوصاً در پمپ‌ها و فن‌ها

اینورترها بستگی به نوع کنترل، دو روش اصلی دارند:

1. کنترل U/f یا کنترل ولتاژ و فرکانس
مناسب برای کاربردهای عمومی با نیاز به کنترل سرعت معمولی.

2. کنترل برداری یا کنترل سروو
مناسب برای دقت بالا، کنترل گشتاور قوی و کاربردهای حساس.

شماتیک انواع روش‌های راه‌اندازی الکتروموتور

شماتیک انواع روش‌های راه‌اندازی موتور الکتریکی

B1: اندازه‌گیری سرعت (مولد پالس)

F1: حفاظت فیوز (حفاظت در برابر اتصال کوتاه و کابل)

F2: حفاظت موتور (حفاظت در برابر اضافه بار حرارتی، رله اضافه بار)

M1: موتور آسنکرون سه فاز

Q1: سوئیچینگ (کنتاکتور، کنتاکتور موتور)

Q2: سافت استارتر، موتور استارتر الکترونیکی

T۱: درایوهای فرکانس متغیر

اتصالات تخته کلم الکتروموتور

برای اینکه یک موتور سه‌فاز را به برق شهری وصل کنیم، باید ابتدا اطلاعات روی پلاک موتور را بررسی کنیم. ولتاژ و فرکانس نوشته‌شده روی پلاک باید با ولتاژ و فرکانس شبکه برق کاملاً هماهنگ باشد.

اتصال استاندارد موتورهای سه‌فاز از طریق شش ترمینال در تخته کلم موتور انجام می‌شود. این شش ترمینال امکان می‌دهند که موتور را به دو روش مختلف سیم‌بندی کنیم:

  1. اتصال ستاره (Y)
  2. اتصال مثلث (Δ)

انتخاب بین ستاره یا مثلث به ولتاژ شبکه برق و ولتاژ نامی سیم‌پیچ‌های موتور بستگی دارد. اگر ولتاژ شبکه با مقدار پایین‌تر پلاک موتور هماهنگ باشد، معمولاً از اتصال مثلث استفاده می‌شود. اگر ولتاژ شبکه با مقدار بالاتر پلاک هماهنگ باشد، اتصال ستاره مناسب است.

سربندی ستاره مثلث در تخته کلم الکتروموتور

جهت چرخش یک موتور همیشه با نگاه مستقیم به شفت محرک موتور (از انتهای محرک) تعیین می‌شود. در موتورهایی با دو انتهای شفت، انتهای محرک با D (محرک) و انتهای غیر محرک با N (بدون محرک) نشان داده می‌شود.

نحوه چرخش شفت موتور الکتریکی

صرف نظر از نوع مدار و نوع موتور آسنکرون سه فاز، اتصالات باید لیبل‌گذاری شوند، به طوری که توالی الفبایی آنها (مثلاً U1، V1، W1) با ترتیب توالی ولتاژ برق شهری (L1، L2، L3) مطابقت داشته باشد و باعث چرخش موتور در جهت عقربه‌های ساعت شود.

ایجاد اختلاف فاز مکانی 120 درجه سیم‌پیچ‌های الکتروموتور سه‌فاز

در موتور آسنکرون سه‌فاز، سه سیم‌پیچ با فاصله ۱۲۰ درجه بر ثانیه (p=تعداد جفت قطب‌ها) از یکدیگر قرار گرفته‌اند. هنگامی که یک ولتاژ AC سه فاز با توالی فاز ۱۲۰ درجه اعمال می‌شود، یک میدان چرخشی در موتور ایجاد می‌شود.

نحوه تعویض جهت چرخش الکتروموتور

در موتورهای آسنکرون سه‌فاز، اندوکتانس سیم‌پیچ‌ها باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی چرخان می‌شود. این میدان چرخان روی سیم‌پیچ‌های روتور اثر می‌گذارد و باعث تولید گشتاور و در نتیجه چرخش موتور می‌شود.

سرعت چرخش این میدان مغناطیسی (و در نتیجه سرعت موتور) به دو عامل بستگی دارد:

1. تعداد جفت‌قطب‌های موتور
2. فرکانس برق ورودی

هرچه تعداد قطب‌ها بیشتر باشد، سرعت موتور کمتر می‌شود. هرچه فرکانس بیشتر باشد، سرعت بالاتر می‌رود.

نحوه عوض کردن جهت چرخش الکتروموتور

در موتورهای سه‌فاز، جهت چرخش بسیار ساده تغییر می‌کند. کافی است دو فاز از سه فاز ورودی را با هم جابه‌جا کنیم. با این کار، جهت میدان چرخان برعکس می‌شود و موتور در جهت مخالف شروع به چرخیدن می‌کند.

دو حالت اصلی جهت چرخش:

– چرخش رو به جلو (FWD)
میدان مغناطیسی در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.

– چرخش معکوس (REV)
میدان مغناطیسی خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.

این تغییر جهت در تابلوهای برق معمولاً با دو کنتاکتور مخصوص FWD و REV انجام می‌شود که ترتیب فازها را تغییر می‌دهند.

راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره

وقتی روی پلاک یک موتور نوشته شده ۲۳۰/۴۰۰ ولت، یعنی هر سیم‌پیچ موتور برای ۲۳۰ ولت طراحی شده است. اما اگر بخواهیم موتور را به شبکه سه‌فاز ۴۰۰ ولت وصل کنیم، باید آن را به صورت ستاره (Y) ببندیم.

نحوه راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره

در راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره، سه سر انتهایی سیم‌پیچ‌ها (معمولاً W2، U2 و V2) در تخته کلم به هم وصل می‌شوند و یک نقطه مشترک به نام نقطه ستاره می‌سازند. سه سر دیگر سیم‌پیچ‌ها به برق سه‌فاز وصل می‌شوند.

نحوه سربندی به صورت ستاره در راه‌اندازی الکتروموتور

چرا این کار لازم است؟
چون در اتصال ستاره، ولتاژی که به هر سیم‌پیچ می‌رسد کمتر از ولتاژ خط است. اگر ولتاژ خط ۴۰۰ ولت باشد، ولتاژ هر سیم‌پیچ حدود ۲۳۰ ولت می‌شود؛ دقیقاً همان مقداری که سیم‌پیچ برای آن طراحی شده است. بنابراین موتور بدون آسیب و در شرایط استاندارد کار می‌کند.

نحوه اتصال ستاره در تخته کلم الکتروموتور

راه‌اندازی الکتروموتور به روش مثلث

وقتی روی پلاک یک موتور الکتریکی ولتاژ ۴۰۰/۶۹۰ ولت نوشته شده باشد، یعنی این موتور باید در شبکه سه‌فاز ۴۰۰ ولت به صورت اتصال مثلث (Δ) راه‌اندازی شود.

نحوه اتصال مثلث در تخته کلم الکتروموتور

در راه‌اندازی الکتروموتور به روش مثلث، هر سیم‌پیچ موتور برای تحمل حداکثر ۴۰۰ ولت طراحی شده و می‌تواند مستقیماً به یکی از فازهای شبکه وصل شود.

سربندی و راه‌اندازی الکتروموتور به روش مثلث

برای ایجاد اتصال مثلث، سه سیم‌پیچ موتور در تخته کلم به شکل زیر به هم وصل می‌شوند:

  1. U1 به W2
  2. V1 به U2
  3. W1 به V2

با این ترکیب، سه سر آزاد باقی‌مانده مستقیماً به سه فاز شبکه وصل می‌شوند و موتور در حالت مثلث کار می‌کند.

اتصالات به روش مثلث در تخته کلم الکتروموتور

ویژگی‌های راه‌اندازی الکتروموتور آسنکرون سه‌فاز

 برای درک رفتار یک الکتروموتور آسنکرون هنگام راه‌اندازی، معمولاً از منحنی‌های مشخصه استفاده می‌شود. این منحنی‌ها رابطه‌ی میان گشتاور (M)، جریان (I) و سرعت (n) را در مراحل مختلف کار موتور نشان می‌دهند.

منحنی مشخصه انواع گشتاورهای الکتروموتور

سرعت موتور آسنکرون

سرعت موتور آسنکرون همیشه کمی کمتر از سرعت سنکرون است. این سرعت از رابطه زیر به دست می‌آید:

ns = (60×f) ÷ p

f: فرکانس برق (هرتز)
p: تعداد جفت‌قطب موتور
ns: سرعت سنکرون (دور بر دقیقه)

اختلاف بین سرعت سنکرون و سرعت واقعی موتور را لغزش می‌گویند:

s= [(ns – nr) ÷ ns] ×100

لغزش معمولاً بین ۱ تا ۵ درصد است.

نحوه محاسبه توان ورودی موتور

توان الکتریکی ورودی موتور از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

P1 = √3 × U × I × cosφ

U: ولتاژ نامی
I: جریان نامی
cosφ: ضریب توان

نحوه محاسبه توان خروجی موتور

توان مکانیکی شفت موتور از رابطه زیر به دست می‌آید:

P2 = (M × n) ÷ 9550

M: گشتاور (نیوتن‌متر)
n: سرعت (دور بر دقیقه)
P₂: توان خروجی (کیلووات)

 

انواع گشتاورها در الکتروموتور

موتور آسنکرون چند نوع گشتاور کلیدی دارد:

  1. Mₐ (گشتاور راه‌اندازی): گشتاوری که موتور در لحظه شروع حرکت تولید می‌کند.
  2. Mₘ (گشتاور شتاب‌گیری): گشتاوری که موتور برای افزایش سرعت از آن استفاده می‌کند.
  3. Mₛ (گشتاور بیشینه یا گشتاور شکست): بیشترین گشتاوری که موتور می‌تواند تولید کند.
  4. Mₙ (گشتاور نامی): گشتاوری که موتور در حالت کار پایدار تولید می‌کند.
  5. M (گشتاور بار): گشتاوری که بار از موتور می‌خواهد.

نقطه‌ای که گشتاور بار با گشتاور موتور برابر می‌شود، نقطه کار پایدار موتور است.

 

جریان راه‌اندازی الکتروموتور

در لحظه روشن شدن، موتور آسنکرون جریان بسیار بیشتری نسبت به جریان نامی می‌کشد. این جریان را جریان راه‌اندازی الکتروموتور می‌گویند. مقدار آن معمولاً چند برابر جریان نامی است.

منحنی مشخصه‌های راه‌‌اندازی مستقیم

راه‌اندازی الکتروموتور به روش مستقیم، موتور به‌طور مستقیم به شبکه برق وصل می‌شود. در این حالت، موتور در همان لحظه شروع، ولتاژ کامل شبکه را دریافت می‌کند.

منحنی ولتاژ

موتور در لحظه‌ی راه‌اندازی ۱۰۰٪ ولتاژ نامی را می‌گیرد. این موضوع باعث می‌شود موتور خیلی سریع شتاب بگیرد.

منحنی مشخصه ولتاژ الکتروموتور به روش راه‌اندازی مستقیم

منحنی جریان راه‌اندازی

جریان اولیه موتور بسیار زیاد است و معمولاً ۴ تا ۸ برابر جریان نامی می‌باشد. این جریان بالا به دلیل اتصال مستقیم موتور به ولتاژ کامل شبکه است.

منحنی مشخصه جریان الکتروموتور به روش راه‌اندازی مستقیم

منحنی گشتاور راه‌اندازی

گشتاور اولیه موتور نیز زیاد است و معمولاً ۱.۵ تا ۳ برابر گشتاور نامی می‌باشد. این گشتاور بالا باعث می‌شود موتور بتواند بارهای سنگین را در لحظه شروع حرکت دهد.

منحنی مشخصه گشتاور الکتروموتور به روش راه‌اندازی مستقیم

منحنی مشخصه‌های راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره مثلث

در راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره مثلث، موتور ابتدا در حالت ستاره روشن می‌شود تا جریان و گشتاور کمتری دریافت کند. پس از اینکه موتور به سرعت مناسب رسید، اتصال به حالت مثلث تغییر می‌کند تا موتور با توان کامل کار کند.

منحنی ولتاژ در راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره مثلث

در حالت ستاره، موتور فقط ۵۸٪ ولتاژ نامی را دریافت می‌کند. پس از سوئیچ به مثلث، ولتاژ به ۱۰۰٪ می‌رسد. این کاهش ولتاژ باعث می‌شود جریان و گشتاور اولیه کمتر باشد.

منحنی مشخصه ولتاژ الکتروموتور به روش راه‌اندازی ستاره مثلث

منحنی جریان راه‌اندازی

در حالت ستاره، جریان اولیه نسبت به روش مستقیم (DOL) بسیار کمتر است. معمولاً حدود ۲ برابر جریان نامی است.

در مقایسه با استارت مستقیم، جریان راه‌اندازی در ستاره مثلث تقریباً یک‌سوم جریان DOL است.

منحنی مشخصه جریان الکتروموتور به روش راه‌اندازی ستاره مثلث

منحنی گشتاور راه‌اندازی

در حالت ستاره، گشتاور اولیه کاهش می‌یابد. مقدار آن حدود ۰.۵ تا ۱ برابر گشتاور نامی است.

در مقایسه با راه‌اندازی مستقیم، گشتاور راه‌اندازی در ستاره مثلث تقریباً یک‌سوم گشتاور DOL است.

منحنی مشخصه گشتاور الکتروموتور به روش راه‌اندازی ستاره مثلث

منحنی مشخصه‌های راه‌اندازی الکتروموتور به روش سافت استارتر

منحنی ولتاژ در سافت‌استارتر

ولتاژ در لحظه شروع کم است و به‌تدریج افزایش می‌یابد. معمولاً از حدود ۳۰٪ ولتاژ نامی شروع می‌شود و تا ۱۰۰٪ بالا می‌رود. این رفتار باعث کاهش فشار روی شبکه و موتور می‌شود.

منحنی مشخصه ولتاژ راه‌اندازی الکتروموتور به روش سافت استارتر

منحنی جریان راه‌اندازی

جریان اولیه موتور در سافت‌استارتر ۲ تا ۶ برابر جریان نامی است. هرچه ولتاژ آرام‌تر بالا برود، جریان راه‌اندازی کمتر می‌شود. این مقدار نسبت به روش‌های راه‌اندازی مستقیم و ستاره مثلث کنترل‌شده‌تر و قابل تنظیم است.

منحنی مشخصه جریان راه‌اندازی الکتروموتور به روش سافت استارتر

منحنی گشتاور راه‌اندازی

گشتاور اولیه موتور در سافت‌استارتر بین ۰.۱ تا ۱ برابر گشتاور نامی است. با افزایش تدریجی ولتاژ، گشتاور نیز به‌صورت نرم و قابل تنظیم بالا می‌رود. این رفتار از ضربه‌های مکانیکی جلوگیری می‌کند.

منحنی مشخصه گشتاور راه‌اندازی الکتروموتور به روش سافت استارتر

منحنی مشخصه‌های راه‌اندازی الکتروموتور به روش اینورتر

منحنی ولتاژ

درایو می‌تواند ولتاژ خروجی را به‌صورت کاملاً کنترل‌شده تنظیم کند. مقدار ولتاژ در شروع کار ثابت و مشخص نیست و بستگی به تنظیمات درایو تعیین می‌شود. این کنترل دقیق باعث کاهش فشار روی شبکه و موتور می‌شود.

منحنی مشخصه ولتاژ راه‌اندازی الکتروموتور به روش اینورتر

منحنی جریان راه‌اندازی

جریان اولیه موتور در اینورتر معمولاً ۱ تا ۲ برابر جریان نامی است. این مقدار قابل تنظیم است و نسبت به روش‌های دیگر بسیار کمتر و کنترل‌شده‌تر می‌باشد. به دلیل کنترل فرکانس، موتور بدون ضربه و با جریان نرم شروع به کار می‌کند.

منحنی مشخصه جریان راه‌اندازی الکتروموتور به روش اینورتر

منحنی گشتاور راه‌اندازی

گشتاور اولیه در اینورتر می‌تواند بین ۰.۱ تا ۲ برابر گشتاور نامی تنظیم شود. با استفاده از روش کنترل U/f (کنترل ولتاژ و فرکانس)، گشتاور کاملاً قابل تنظیم است. این ویژگی باعث می‌شود موتور حتی با بارهای سنگین نیز به‌صورت نرم و بدون ضربه راه‌اندازی شود.

منحنی مشخصه گشتاور راه‌اندازی الکتروموتور به روش اینورتر

آشنایی با حفاظت‌های الکتروموتور

حفاظت الکتروموتور یعنی مجموعه تجهیزاتی که کمک می‌کنند موتور الکتریکی در برابر شرایط خطرناک مثل اضافه‌بار، قطع فاز یا اتصال کوتاه آسیب نبیند. 

1. رله اضافه‌بار

یکی از مهم‌ترین این تجهیزات، رله اضافه‌بار است که انواع مختلفی دارد و هرکدام در شرایط خاصی استفاده می‌شوند.

رله اضافه‌بار با قابلیت reclosing lockout، زمانی استفاده می‌شود که موتور توسط تجهیزاتی کنترل می‌شود که تماس آن‌ها دائمی است؛ مثل سوئیچ‌های فشار یا سوئیچ‌های موقعیت. در این حالت اگر موتور به دلیل اضافه‌بار خاموش شود، نباید خودش دوباره روشن شود، چون ممکن است خطرناک باشد. 

به همین دلیل این رله‌ها نیاز به تنظیم مجدد دستی دارند. البته اپراتور می‌تواند آن‌ها را به حالت تنظیم مجدد خودکار هم تغییر دهد، اما حالت دستی ایمن‌تر است. معمولاً دکمه ریست را در جایی نصب می‌کنند که همه بتوانند به آن دسترسی داشته باشند.

2. رله‌های اضافه‌بار سه سیمه

نوع دیگری از این رله‌ها، رله اضافه‌بار با قابلیت reclosing lockout مخصوص کنترل سه‌سیمه است. این نوع فقط زمانی استفاده می‌شود که فرمان موتور از طریق شستی‌های فشاری یا تجهیزات پالسی داده می‌شود. در این حالت، حتی اگر رله بعد از خنک شدن آماده شود، موتور خودبه‌خود روشن نمی‌شود، چون برای روشن شدن نیاز به فشردن دوباره شستی است.

3. مدارهای خاص

در برخی مدارها مثل ستاره مثلث، رله‌هایی که با ترانس جریان کار می‌کنند، ممکن است لازم باشد جریان تنظیم رله دقیقاً برابر جریان نامی موتور نباشد و کمی تغییر کند. این به دلیل شرایط خاص عملکرد این مدارهاست.

4. استفاده از فیوزهای پشتیبان با قطع آنی

وقتی موتور تعداد دفعات روشن و خاموش شدن زیادی دارد، حفاظت آن سخت‌تر می‌شود. چون رله اضافه‌بار سریع‌تر گرم می‌شود و ممکن است زودتر از حد لازم عمل کند. برای جلوگیری از این مشکل، جریان رله را کمی بالاتر از جریان نامی موتور تنظیم می‌کنند. 

موتورهایی که برای کارهای سنگین ساخته شده‌اند، معمولاً این شرایط را بهتر تحمل می‌کنند. البته این کار حفاظت کامل در برابر اضافه‌بار را تضمین نمی‌کند، اما از روشن نشدن موتور در شرایط خطرناک جلوگیری می‌کند.

نحوه تنظیم و عملکرد رله اضافه‌بار

رله اضافه‌بار باید روی چه جریانی تنظیم شود؟

دقیقاً روی جریان نامی موتور. اگر کمتر تنظیم شود، موتور نمی‌تواند توان واقعی خود را ارائه دهد. اگر بیشتر تنظیم شود، حفاظت کامل در برابر اضافه‌بار از بین می‌رود. همچنین اگر رله درست تنظیم شده باشد اما زیاد قطع کند، یا باید بار موتور کم شود یا موتور و رله مناسب‌تری انتخاب گردد.

چه زمانی رله اضافه‌بار باید عمل کند؟

زمانی که جریان موتور به دلیل شرایطی مثل اضافه‌بار مکانیکی، افت ولتاژ، قطع یکی از فازها یا قفل کردن روتور افزایش پیدا کند. این اتفاق معمولاً زمانی رخ می‌دهد که موتور تحت بار کامل یا نزدیک به آن کار می‌کند.

چه زمانی رله اضافه بار با وجود اینکه موتور در معرض خطر است، به موقع عمل نمی‌کند؟

گاهی با وجود اینکه موتور در شرایط خطرناک قرار دارد، رله اضافه‌بار به‌موقع عمل نمی‌کند. دلیل آن این است که برخی مشکلات موتور باعث افزایش جریان نمی‌شوند و رله اضافه‌بار فقط افزایش جریان را تشخیص می‌دهد. این مشکلات شامل موارد زیر است:

  1. رطوبت داخل موتور که باعث کاهش عایق‌بندی و گرم شدن غیرعادی می‌شود.
  2. کم شدن خنک‌کنندگی موتور به دلیل کاهش سرعت چرخش یا کثیف شدن بدنه و پره‌های خنک‌کننده.
  3. گرمای خارجی محیط که به‌طور موقت دمای موتور را بالا می‌برد.
  4. سایش یاتاقان‌ها که باعث افزایش اصطکاک و داغ شدن موتور می‌شود.

در همه این حالت‌ها، موتور در خطر است اما چون جریان زیاد نمی‌شود، رله اضافه‌بار واکنش نشان نمی‌دهد.

چه چیزی باعث خرابی رله اضافه‌بار می‌شود؟

رله اضافه‌بار معمولاً تجهیزی بسیار مطمئن است و به‌ندرت خراب می‌شود. اما یک حالت وجود دارد که می‌تواند آن را از بین ببرد:

  1. وقوع اتصال کوتاه در سمت بار رله در حالی که فیوز پشتیبان بزرگ‌تر از مقدار مجاز انتخاب شده باشد.

در این شرایط، جریان بسیار زیادی از رله عبور می‌کند و چون فیوز مناسب نیست، رله آسیب می‌بیند. معمولاً در چنین وضعیتی کنتاکتور و حتی موتور هم در خطر جدی قرار می‌گیرند. به همین دلیل همیشه باید حداکثر جریان فیوزی که روی رله نوشته شده دقیقاً رعایت شود.

اتصال رله‌های اضافه‌بار سه‌فاز

وقتی از رله اضافه‌بار سه‌فاز برای موتورهای تک‌فاز یا DC استفاده می‌شود، باید طوری سیم‌کشی شود که هر سه‌فاز رله جریان را عبور دهند.
این کار باعث می‌شود رله به‌درستی گرم شود و عملکرد حفاظتی آن دقیق باشد.

  1. در مدارهای تک‌فاز، جریان باید از هر سه فاز عبور داده شود.
  2. در مدارهای دو‌فاز نیز همین اصل برقرار است.
  3. در موتورهای سه‌فاز هم که به‌طور طبیعی هر سه فاز درگیر هستند.
اتصال رله اضافه‌بار در سیستم‌های تکفاز و دوفاز

کلاس‌های قطع رله اضافه‌بار چیست؟

طبق استاندارد IEC/EN 60947-4-1، رله‌های اضافه‌بار در کلاس‌های مختلفی ساخته می‌شوند؛ مثل:

  1. کلاس 10A
  2. کلاس 10
  3. کلاس 20
  4. کلاس 30

این کلاس‌ها نشان می‌دهند که رله در شرایط قفل کردن روتور یا اضافه‌بار شدید، در چه مدت زمانی باید مدار را قطع کند.

  1. کلاس‌های پایین‌تر (مثل 10A) برای موتورهایی مناسب‌اند که سریع راه‌اندازی می‌شوند.
  2. کلاس‌های بالاتر (مثل 20 یا 30) برای موتورهایی هستند که راه‌اندازی سنگین و طولانی دارند.

انتخاب درست کلاس رله باعث می‌شود موتور هنگام راه‌اندازی اشتباهاً قطع نشود و در عین حال در برابر خطرات واقعی محافظت شود.

ظرفیت رله اضافه‌بار

رله‌ها و رله‌های اضافه‌بار در مدارهای الکتریکی وظیفه دارند از الکتروموتور در برابر گرم‌شدن بیش از حد محافظت کنند. داخل این رله‌ها سیم‌پیچ‌هایی وجود دارد که اگر جریان زیادی از آن‌ها عبور کند، داغ می‌شوند و ممکن است آسیب ببینند.

وقتی الکتروموتور روشن یا خاموش می‌شود، جریان‌های لحظه‌ای نسبتاً بزرگی از رله عبور می‌کند. مقدار این جریان‌ها بستگی به نوع کاربرد و اندازه موتور معمولاً بین ۶ تا ۱۲ برابر جریان نامی موتور است.

هر رله یک «نقطه تخریب» دارد؛ یعنی جایی که اگر جریان از آن حد بیشتر شود، رله دیگر نمی‌تواند به‌درستی کار کند و آسیب می‌بیند. این نقطه به طراحی و اندازه رله بستگی دارد و معمولاً بین ۱۲ تا ۲۰ برابر جریان نامی است. نقطه تخریب در واقع محل برخورد منحنی عملکرد رله با مقدار جریان است.

در مدار اصلی موتور، اگر جریان اتصال کوتاه از ظرفیت قطع تجهیزات حفاظتی بیشتر شود، ممکن است راه‌انداز الکتروموتور (کنتاکتور و رله) آسیب ببیند. استانداردها (مثل EN 60947-1) اجازه می‌دهند که در چنین شرایطی تا زمان عمل‌کردن وسیله حفاظتی، مقداری آسیب به استارتر وارد شود.

برای همین، در استانداردها دو نوع هماهنگی حفاظتی تعریف شده است:

هماهنگی نوع 1: بعد از اتصال کوتاه، ممکن است استارتر آسیب ببیند و نیاز به تعمیر داشته باشد.
هماهنگی نوع 2: بعد از اتصال کوتاه، استارتر باید بدون آسیب جدی و بدون نیاز به تعمیر دوباره قابل استفاده باشد.

آشنایی با حفاظت رله اضافه‌بار نوع 1

در این حالت، اگر اتصال کوتاه رخ دهد:

  1. استارتر نباید برای افراد یا تجهیزات خطر ایجاد کند.
  2. اما لازم نیست بعد از رفع اتصال کوتاه دوباره قابل استفاده باشد.
  3. یعنی ممکن است آسیب ببیند و نیاز به تعمیر یا تعویض داشته باشد. هدف اصلی این نوع هماهنگی، حفظ ایمنی است، نه سالم ماندن تجهیزات.

آشنایی با حفاظت رله اضافه‌بار نوع 2

در این حالت، اگر اتصال کوتاه رخ دهد:

  1. مانند نوع 1، نباید خطری برای افراد یا تجهیزات ایجاد شود.
  2. اما تفاوت مهم این است که استارتر باید بعد از رفع اتصال کوتاه دوباره قابل استفاده باشد و آسیب جدی نبیند.
  3. تنها اتفاقی که ممکن است بیفتد، جوش خوردن کنتاکت‌ها است؛ یعنی کنتاکت‌ها به هم بچسبند.

حفاظت از الکتروموتور در کاربردهای خاص

گاهی موتورهایی داریم که شرایط کاری آن‌ها سخت‌تر از حالت معمول است؛ مثلاً موتورهایی که بار سنگین را راه‌اندازی می‌کنند یا اینرسی بالایی دارند. در این شرایط، انتخاب و تنظیم درست تجهیزات حفاظتی اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

راه‌اندازی با بار سنگین

برای اینکه موتور بتواند به‌صورت نرم و بدون قطع ناخواسته راه بیفتد، باید زمان قطع رله اضافه‌بار به اندازه کافی طولانی باشد. در بیشتر کاربردها، استفاده از رله‌های اضافه‌بار یا کلیدهای محافظ موتور مناسب است.

اما اگر موتور اینرسی بالا داشته باشد و زمان راه‌اندازی آن طولانی‌تر از زمان تأخیر قطع رله باشد، معمولاً برخی افراد رله را روی جریان بالاتر از جریان نامی تنظیم می‌کنند تا در زمان راه‌اندازی قطع نکند. این کار اشتباه است، چون:

  1. مشکل راه‌اندازی را حل می‌کند
  2. اما در زمان کار عادی، موتور دیگر محافظت کافی ندارد

نوع قطع رله اضافه‌بار

نوع عملکرد رله اضافه‌بار نباید با مشخصه قطع آن پس از اتصال کوتاه مغایرت داشته باشد. یعنی رله باید همان‌طور که در استاندارد و کاتالوگ تعریف شده عمل کند.

قدرت اتصال کوتاه کنتاکت کمکی

سازنده تجهیزات حفاظتی مشخص می‌کند که کنتاکت‌های کمکی چه مقدار جریان اتصال کوتاه را می‌توانند تحمل کنند. این کنتاکت‌ها تحت سه آزمایش با جریان ۱۰۰۰ آمپر و ضریب توان ۰٫۵ تا ۰٫۷ تست می‌شوند. طبق استاندارد EN 60947-5-1، نباید در این شرایط کنتاکت‌ها جوش بخورند.

رله‌های اضافه‌بار با ترانسفورماتور جریان

این نوع رله‌ها از سه ترانسفورماتور جریان با هسته اشباع تشکیل شده‌اند که یک رله اضافه‌بار را تغذیه می‌کنند. این سیستم بیشتر برای موتورهای متوسط و بزرگ استفاده می‌شود.

ویژگی‌های مهم آن:

  1. تا حدود ۲ برابر جریان نامی، رفتار ترانسفورماتورها تقریباً خطی است و مثل رله‌های معمولی عمل می‌کنند.
  2. اما در جریان‌های بزرگ‌تر (مثلاً ۱۲ برابر جریان نامی) جریان ثانویه دیگر متناسب با جریان اولیه افزایش نمی‌یابد.
  3. این رفتار غیرخطی باعث می‌شود زمان قطع طولانی‌تر شود و موتور بتواند زمان راه‌اندازی بیشتری داشته باشد بدون اینکه رله بی‌دلیل قطع کند.
دیاگرام رله اضافه‌بار با ترانس جریان

تنظیم جریان در رله‌های اضافه‌بار

رله‌های اضافه‌بار برای موتورهایی با جریان‌های مختلف استفاده می‌شوند. محدوده تنظیم این رله‌ها در کاتالوگ مشخص شده است، اما یک نکته مهم وجود دارد:
اگر بخواهیم این رله را برای موتوری با جریان نامی کمتر از حداقل محدوده تنظیم استفاده کنیم، باید سیم ورودی را چند بار از داخل حلقه رله عبور دهیم.

این کار باعث می‌شود رله جریان بیشتری «احساس» کند و بتواند برای موتورهای کوچک‌تر هم به‌درستی تنظیم شود. رابطه تعداد حلقه‌ها با جریان نامی معکوس است؛ یعنی هرچه حلقه‌ها بیشتر باشد، جریان قابل تنظیم کمتر می‌شود.

جامپر کردن حفاظت هنگام راه‌اندازی الکتروموتور

در موتورهای کوچک، گاهی برای جلوگیری از قطع ناخواسته در زمان راه‌اندازی، از روش جامپر کردن (Bypass) استفاده می‌شود. در این روش:

  1. یک کنتاکتور به‌صورت موازی با رله اضافه‌بار قرار می‌گیرد.
  2. هنگام راه‌اندازی، این کنتاکتور فعال می‌شود و رله اضافه‌بار جریان کامل راه‌اندازی را تحمل نمی‌کند.
  3. وقتی موتور به سرعت نامی رسید، کنتاکتور جامپر شده قطع می‌شود و از آن لحظه به بعد، رله اضافه‌بار جریان کامل موتور را دریافت و حفاظت واقعی را انجام می‌دهد.
دیاگرام جامپ کردن حفاظت در راه‌اندازی الکتروموتور
دیاگرام جامپ کردن حفاظت در هنگام راه‌اندازی الکتروموتور
دیاگرام جامپ کردن حفاظت در راه‌اندازی الکتروموتور با استفاده از رله
دیاگرام جامپ کردن حفاظت در هنگام راه‌اندازی الکتروموتور با استفاده از رله

محدودیت‌های موتور و انتخاب روش مناسب

در موتورهایی که جرم چرخشی زیاد دارند (مثل فن‌های بزرگ، سانتریفیوژها و آسیاب‌ها)، زمان راه‌اندازی طولانی است و موتور حرارت زیادی تولید می‌کند. در این شرایط:

  1. باید مطمئن شد موتور می‌تواند این حرارت را تحمل کند.
  2. روش راه‌اندازی و نوع موتور باید با دقت انتخاب شود.
  3. ممکن است رله اضافه‌بار معمولی نتواند حفاظت کافی ارائه دهد.

اگر حفاظت کافی فراهم نشود، باید از رله‌های پیشرفته‌تر استفاده کرد، مثل:

  1. رله‌های الکترونیکی
  2. رله‌های ترمیستوری همراه با رله اضافه‌بار

آشنایی با تغییر وضعیت از ستاره به مثلث

در راه‌اندازی الکتروموتور به روش ستاره مثلث، موتور ابتدا در حالت ستاره (Y) روشن می‌شود تا جریان راه‌اندازی الکتروموتور کاهش یابد، سپس بعد از یک زمان مشخص به حالت مثلث (Δ) تغییر می‌کند تا موتور با توان کامل کار کند. در این روش، تنظیم درست رله اضافه‌بار و نحوه حفاظت موتور اهمیت زیادی دارد.

۱. جهت عملکرد و زمان تغییر حالت از ستاره به مثلث

زمان تغییر از حالت ستاره به مثلث باید با رله اضافه‌بار هماهنگ باشد. این زمان معمولاً به سه محدوده زیر تقسیم می‌شود:

جهت عملکرد و زمان تغییر کلید ستاره مثلث

۲. تنظیم رله اضافه‌بار در حالت ستاره

وقتی موتور در حالت ستاره (Y) کار می‌کند، جریان هر فاز حدود ۰٫۵۸ برابر جریان نامی است. بنابراین رله اضافه‌بار باید روی مقدار: 

0.58 × جریان نامی موتور 

تنظیم شود تا حفاظت کامل در حالت ستاره برقرار باشد.

۳. تغییر وضعیت‌های چندسرعته

برخی موتورها چند سرعت دارند و سیم‌پیچ‌های متفاوتی برای هر سرعت استفاده می‌شود.

موتور دو سرعته با دو سیم‌پیچ جداگانه

هر سرعت سیم‌پیچ مخصوص خود را دارد. رله اضافه‌بار فقط بخشی از حفاظت را فراهم می‌کند، چون جریان هر سیم‌پیچ متفاوت است.

دیاگرام کلیدهای چند سرعته

موتور دو سرعته با یک سیم‌پیچ تپ‌دار

در حالت ستاره، موتور محافظت کامل ندارد چون جریان واقعی کمتر از مقدار تنظیم‌شده است.

دیاگرام کلیدهای با یک سیم‌پیج و یک انشعاب

موتور سه سرعته

ترکیبی از یک سیم‌پیچ تپ‌دار + یک سیم‌پیچ جداگانه است. باید به حفاظت اتصال کوتاه و رله اضافه‌بار مناسب توجه شود. گاهی لازم است ورودی‌های تغذیه جداگانه برای هر سرعت در نظر گرفته شود.

دیاگرام کلیدهای سه سرعته

رله اضافه‌بار ترمیستوری

رله‌های اضافه‌بار ترمیستوری تجهیزاتی هستند که با کمک سنسورهای حساس به دما (ترمیستورها) از تجهیزات مختلف مثل موتورهای الکتریکی، ترانسفورماتورها، المنت‌های حرارتی، یاتاقان‌ها و… محافظت می‌کنند. این سنسورها با تغییر دما، مقاومتشان تغییر می‌کند و رله از روی این تغییرات، دمای دستگاه را تشخیص می‌دهد.

ترمیستورها دو نوع‌اند:
PTC:
با بالا رفتن دما، مقاومت آن‌ها ناگهان زیاد می‌شود.
NTC: با افزایش دما، مقاومت آن‌ها کم می‌شود و تغییراتشان آرام‌تر است.

برای حفاظت موتورهای الکتریکی معمولاً از PTC استفاده می‌شود، چون تغییر مقاومت آنها در دمای خطرناک بسیار سریع و قابل تشخیص است.

چرا رله ترمیستوری برای موتور مهم است؟

رله‌های اضافه‌بار ترمیستوری مطابق استاندارد EN 60947-8 ساخته می‌شوند و مخصوص تشخیص بر دمای موتور هستند. اما هنگام انتخاب حفاظت مناسب، باید بدانیم موتور از نظر حرارتی در کدام دسته قرار می‌گیرد:

۱. موتورهای بحرانی از نظر استاتور

در این موتورها سیم‌پیچ استاتور زودتر از روتور داغ می‌شود.
اگر در سیم‌پیچ استاتور سنسور PTC نصب شود، حتی اگر روتور قفل کند یا نچرخد، رله به‌موقع دما را تشخیص می‌دهد و موتور را خاموش می‌کند تا آسیب نبیند.

۲. موتورهای بحرانی از نظر روتور

این دسته معمولاً موتورهای قفس‌سنجابی بزرگ‌تر از ۱۵ کیلووات هستند.
در این موتورها هنگام گیرپاژ، روتور سریع‌تر از استاتور داغ می‌شود.
چون سنسور PTC در استاتور نصب می‌شود، ممکن است دمای استاتور دیرتر بالا برود و رله دیر عمل کند.
برای همین توصیه می‌شود در کنار رله ترمیستوری، یک رله اضافه‌بار معمولی هم نصب شود تا حفاظت کامل انجام شود.

الزامات استانداردی

طبق استانداردهای IEC 204 و IEC/EN 60204، موتورهای بالای ۲ کیلووات که زیاد روشن و خاموش می‌شوند، باید حتماً حفاظت حرارتی مناسب داشته باشند.
این کار معمولاً با نصب سنسورهای دما انجام می‌شود.
اگر سنسور نتواند در شرایط گیرپاژ روتور حفاظت کافی ایجاد کند، باید رله اضافه‌جریان هم اضافه شود.

چه زمانی ترکیب رله اضافه‌بار و رله ترمیستوری لازم است؟

در شرایط زیر بهتر است هر دو نوع حفاظت استفاده شود:

  1. روشن و خاموش شدن مکرر موتور
  2. کارکرد متناوب
  3. بارگذاری‌های سنگین و تغییرات زیاد جریان

در این حالت رله اضافه‌بار روی جریانی کمی بالاتر از جریان کاری تنظیم می‌شود تا بی‌دلیل قطع نکند.
رله ترمیستوری هم دمای سیم‌پیچ را کنترل می‌کند و اگر موتور بیش از حد گرم شود، آن را خاموش می‌کند.

اسناد مدار چیست؟

اسناد مدار مجموعه‌ای از نقشه‌ها و دیاگرام‌هایی است که برای توضیح نحوه کار یک سیستم الکتریکی یا الکترونیکی استفاده می‌شود. این اسناد کمک می‌کنند تا تجهیزات الکتریکی به‌درستی ساخته، نصب و نگهداری شوند.

تأمین‌کننده و مصرف‌کننده باید با هم توافق کنند که اسناد مدار به صورت کاغذی یا دیجیتال ارائه شود. همچنین باید مشخص شود که اسناد به چه زبانی نوشته شوند. برای ماشین‌آلات، طبق مقررات ایمنی اروپا، اطلاعات کاربر باید به زبان رسمی کشور محل استفاده نوشته شود.

دسته‌بندی اسناد مدار

اسناد مدار را می‌توان از دو دیدگاه دسته‌بندی کرد:

۱. طبقه‌بندی بر اساس هدف

این دسته‌بندی مربوط به این است که داکیومنت چه چیزی را توضیح می‌دهد؛ عملکرد مدار، اتصالات یا محل قرارگیری تجهیزات.

شامل موارد زیر است:

  1. دیاگرام‌های مدار (circuit diagrams) برای فهم عملکرد کلی
  2. دیاگرام‌های بلوکی (Block diagrams) نمایش بخش‌های اصلی سیستم
  3. دیاگرام‌های معادل مدار (Equivalent circuit diagrams) برای تحلیل و محاسبات
  4. جداول یا ریپورت‌های فنی
  5. دیاگرام‌های جریان جریان (Flow diagrams)
  6. دیاگرام‌های سیم‌کشی (Wiring diagrams)
  7. دیاگرام‌های سیم‌کشی دستگاه (Device wiring diagrams)
  8. دیاگرام‌های اتصالات (Interconnection diagrams)
  9. دیاگرام‌های ترمینال (Terminal diagrams)
  10. نمودارهای تخصیص (Assignment diagrams) نشان می‌دهد هر سیم یا ترمینال مربوط به کدام بخش است

۲. طبقه‌بندی بر اساس نوع نمایش

این دسته‌بندی مربوط به شکل ظاهری و روش رسم دیاگرام است:

  1. ساده یا تفصیلی
  2. تک‌خطی یا چندخطی
  3. نمایش اتصالات، نیمه‌اتصالات یا جداگانه
  4. نمایش توپوگرافی (نمایش بر اساس موقعیت فیزیکی قطعات)

استاندارد DIN EN IEC 61082-1 نمونه‌هایی برای نحوه رسم این اسناد ارائه کرده است.

دیاگرام‌های مدار چه چیزی را نشان می‌دهند؟

دیاگرام‌های مدار وضعیت سیستم الکتریکی را در حالت بدون ولتاژ یا بدون جریان نمایش می‌دهند. این دیاگرام‌ها برای درک ساختار و عملکرد مدار بسیار مهم‌اند.

سه نوع اصلی دیاگرام وجود دارد:

۱. دیاگرام بلوکی

نمایش ساده‌شده مدار با بخش‌های اصلی آن. 

این دیاگرام نشان می‌دهد سیستم از چه قسمت‌هایی تشکیل شده و هر بخش چه نقشی دارد.

۲. دیاگرام مدار

نمایش دقیق و جزئی مدار با تمام اجزای آن. 

این دیاگرام برای درک کامل نحوه کار سیستم و مسیرهای جریان استفاده می‌شود.

۳. دیاگرام مدار معادل

دیاگرام مدار معادل

نسخه‌ای ساده‌شده از دیاگرام مدار که برای تحلیل و محاسبه ویژگی‌های الکتریکی مدار استفاده می‌شود.

دیاگرام سیم‌کشی چیست؟

دیاگرام‌های سیم‌کشی نقشه‌هایی هستند که اتصالات سیم‌ها و رساناها را بین دستگاه‌های الکتریکی نشان می‌دهند. این دیاگرام‌ها فقط مسیر سیم‌ها و نقاط اتصال را نمایش می‌دهند و معمولاً هیچ توضیحی درباره نحوه عملکرد مدار ارائه نمی‌کنند.

انواع دیاگرام‌های سیم‌کشی

۱. دیاگرام تک‌خطی

این دیاگرام تمام اتصالات داخل یک دستگاه یا مجموعه‌ای از دستگاه‌ها را نشان می‌دهد. مثلاً در یک تابلو برق، تمام سیم‌کشی‌های داخلی در این دیاگرام مشخص می‌شود.

۲. دیاگرام اتصالات

این دیاگرام اتصالات بین چند دستگاه را نمایش می‌دهد. برای مثال، نشان می‌دهد که خروجی یک کنترلر به ورودی یک رله یا سنسور چگونه وصل شده است.

۳. دیاگرام ترمینال

این دیاگرام نقاط اتصال (ترمینال‌ها) را در یک سیستم الکتریکی نشان می‌دهد. در این دیاگرام مشخص می‌شود که هر سیم به کدام ترمینال وصل شده و مسیر سیم‌ها از کجا وارد و خارج می‌شود. این نوع دیاگرام برای نصب و عیب‌یابی بسیار کاربردی است.

۴. دیاگرام لوکیشن

این دیاگرام محل فیزیکی دستگاه‌های الکتریکی را نشان می‌دهد. نیازی نیست این نقشه دقیقاً مقیاس‌دار باشد؛ فقط باید محل قرارگیری تجهیزات را مشخص کند تا نصاب بداند هر قطعه در کجا نصب شده است.

علامت‌گذاری کنتاکتورها در نقشه‌های الکتریکی

در نقشه‌های الکتریکی، کنتاکتورها باید طبق استاندارد EN 81346‑2 علامت‌گذاری شوند.
در این استاندارد، برای نشان دادن نوع دستگاه و عملکرد آن از یک حرف کد و یک عدد استفاده می‌شود.

کنتاکتورها با حرف Q مشخص می‌شوند.
عدد کنار آن نیز عملکرد یا نوع کنتاکتور را نشان می‌دهد.

مثال:
Q22 یعنی یک کنتاکتور اصلی که عملکرد آن چرخش خلاف جهت عقربه‌های ساعت برای یک موتور سه‌سرعته با سرعت بالا است.

گاهی یک مدار از چند نوع کنتاکتور تشکیل می‌شود؛ مثلاً:

  1. کنتاکتورهای معکوس‌کننده
  2. کنتاکتورهای ستاره  مثلث
  3. کنتاکتورهای کمکی

در این حالت، نوع پایه هر کنتاکتور باید حفظ شود.
یعنی اگر یک مدار ترکیبی ساخته می‌شود، علامت‌گذاری آن باید بر اساس مدارهای استاندارد انجام شود.

راه‌اندازی الکتروموتور سه‌فاز به صورت مستقیم

برای راه‌اندازی الکتروموتور سه‌فاز به روش راه‌اندازی مستقیم (Direct On Line یا DOL)، معمولاً از کنتاکتور استفاده می‌شود.

راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور با کنتاکتور

در ساده‌ترین حالت، موتور با یک کنتاکتور روشن می‌شود. اما اگر در مدار فیوز یا رله اضافه‌بار وجود نداشته باشد، موتور در برابر خطرات محافظت نمی‌شود. به همین دلیل، استفاده از تجهیزات حفاظتی ضروری است.

1. حفاظت با کلید محافظ موتور (MPCB)

برای اینکه هم اتصال کوتاه و هم اضافه‌بار کنترل شود، می‌توان از کلید محافظ موتور استفاده کرد. این کلیدها:

  1. در برابر اتصال کوتاه سریع عمل می‌کنند
  2. در برابر اضافه‌بار نیز موتور را محافظت می‌کنند
  3. جایگزین فیوز و رله اضافه‌بار می‌شوند

این کلیدها معمولاً در ورودی مدار نصب می‌شوند.

2. حفاظت با فیوز و رله اضافه‌بار

در برخی مدارها از ترکیب فیوز و رله اضافه‌بار استفاده می‌شود:

الف) حفاظت اتصال کوتاه با فیوز F1
فیوز F1 وظیفه دارد در صورت اتصال کوتاه، مدار را سریع قطع کند تا کنتاکتور و سیم‌کشی آسیب نبینند.

ب) حفاظت اضافه‌بار با رله F2
رله اضافه‌بار (Overload Relay) جریان موتور را کنترل می‌کند. اگر موتور بیش از حد بار بگیرد، رله عمل کرده و کنتاکتور را قطع می‌کند تا موتور نسوزد.

3. انتخاب اندازه فیوز و رله

  1. اندازه فیوز باید مطابق اطلاعات روی پلاک رله اضافه‌بار انتخاب شود.
  2. همچنین می‌توان از کاتالوگ فنی کنتاکتورها برای انتخاب دقیق فیوز مناسب استفاده کرد.
راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور با کنتاکتور

راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور بدون رله اضافه‌بار

در برخی کاربردها، الکتروموتور بدون رله اضافه‌بار راه‌اندازی می‌شود. یعنی فقط از:

  1. شستی استارت
  2. شستی استپ
  3. کنتاکتور استفاده می‌شود.

این روش حفاظت اضافه‌بار ندارد و فقط برای مواردی مناسب است که موتور تحت بار سبک و کنترل‌شده کار می‌کند.

هنگام انتخاب فیوز FO باید ظرفیت تحمل جریان اتصال کوتاه کنتاکت‌های مدار را در نظر گرفت. یعنی فیوز باید طوری انتخاب شود که در زمان اتصال کوتاه، قبل از آسیب دیدن کنتاکت‌ها عمل کند.

راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور بدون رله اضافه‌بار

راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور با رله اضافه‌بار

در حالت استاندارد و ایمن، از رله اضافه‌بار (F2) استفاده می‌شود. این رله در مسیر فرمان قرار می‌گیرد و اگر موتور بیش از حد جریان بکشد، مدار فرمان را قطع می‌کند.

هنگام انتخاب فیوز FO باید ظرفیت تحمل جریان اتصال کوتاه کنتاکت‌های مدار را در نظر گرفت. یعنی فیوز باید طوری انتخاب شود که در زمان اتصال کوتاه، قبل از آسیب دیدن کنتاکت‌ها عمل کند.

اگر مدار دارای رله اضافه‌بار باشد:

  1. رله F2 دارای یک کنتاکت (95-96) NC  است.
  2. در حالت عادی این کنتاکت بسته است و اجازه عبور فرمان را می‌دهد.
  3. اگر موتور دچار اضافه‌بار شود، رله F2 عمل کرده و کنتاکت 95-96 را باز می‌کند.
  4. با باز شدن این کنتاکت، برق بوبین Q11 قطع می‌شود.
  5. کنتاکتور آزاد شده و موتور خاموش می‌شود. به این ترتیب، موتور در برابر سوختن ناشی از اضافه‌بار محافظت می‌شود.
راه‌اندازی مستقیم الکتروموتور با رله اضافه‌بار

آشنایی با حالت خودنگهدار در مدار

این مدار با سه تجهیز اصلی کار می‌کند:

  1. شستی I (استارت)
  2. شستی 0 (استپ)
  3. کنتاکتور Q11

1. با فشردن شستی I، بوبین کنتاکتور Q11 برق‌دار می‌شود.

2. کنتاکتور موتور را روشن می‌کند.
3. پس از رها کردن شستی I، کنتاکتور از طریق کنتاکت کمکی خود (Q11/13-14) در مدار باقی می‌ماند؛ به این حالت خودنگهدار می‌گویند.
4. برای خاموش کردن موتور، شستی 0 فشار داده می‌شود و مدار قطع می‌شود.

آشنایی با حالت خودنگهدار در مدار

راه‌اندازی الکتروموتور با حفاظت Bypass

وقتی موتور سه‌فاز قرار است یک بار سنگین را راه‌اندازی کند، مثلاً کمپرسور، نوار نقاله سنگین، میکسر یا پمپ‌های بزرگ، جریان راه‌اندازی بسیار بالا می‌رود. در این شرایط، مدار باید طوری طراحی شود که:

  1. از موتور محافظت کند
  2. از کنتاکتور محافظت کند
  3. در برابر اتصال کوتاه مقاوم باشد
  4. در برابر اضافه‌بار واکنش مناسب نشان دهد

به همین دلیل از ترکیب فیوز F1، رله اضافه‌بار F2 و کنتاکتور M1 استفاده می‌شود.

راه‌اندازی الکتروموتور با حفاظت کامل

در این مدار:

  1. سه فاز L1، L2، L3 وارد مدار می‌شوند.
  2. فیوز F1 حفاظت اتصال کوتاه را انجام می‌دهد.
  3. رله اضافه‌بار F2 از موتور در برابر بار بیش از حد محافظت می‌کند.
  4. کنتاکتور M1 موتور را روشن و خاموش می‌کند.

این ترکیب برای موتورهایی که راه‌اندازی سنگین دارند بسیار مناسب است، چون هم حفاظت کامل فراهم می‌شود و هم تجهیزات آسیب نمی‌بینند.

اگر به جای فیوز و رله اضافه‌بار از کلید محافظ موتور (MPCB) استفاده شود، در این صورت، این کلیدها هم حفاظت اتصال کوتاه و هم حفاظت اضافه‌بار را با هم انجام می‌دهند. بنابراین دیگر نیازی به فیوز F1 یا رله F2 نیست.

راه‌اندازی مدار یکی پس از دیگری با تایمر

وقتی شستی فشاری I را فشار می‌دهیم، کنتاکتور Q14 روشن می‌شود. این کنتاکتور بعد از روشن شدن، از طریق کنتاکت Q14/13-14 (حالت خودنگهدار) خودش را در حالت روشن نگه می‌دارد (یعنی نیاز نیست شستی را نگه داریم). همزمان با این اتفاق، برق به تایمر K1 هم می‌رسد تا شمارش زمان شروع شود.

در همین لحظه، کنتاکتور برق Q11 نیز توسط کنتاکت Q14/44-43 فعال می‌شود و خودش را از طریق Q11/14-13 در حالت روشن نگه می‌دارد.

وقتی زمان تنظیم‌شده روی رله K1 تمام شد، رله K1 باعث می‌شود کنتاکتور Q14 قطع شود و دیگر در مدار نباشد.

  1. K1 هم مانند Q14 فقط زمانی دوباره فعال می‌شود که موتور خاموش شده باشد و دکمه 0 (خاموش) را فشار دهیم.
  2. کنتاکت NC Q11/22-21 اجازه نمی‌دهد Q14 و K1 در زمانی که موتور در حال کار است دوباره فعال شوند. این کار برای جلوگیری از خطا و آسیب است.
  3. اگر اضافه‌بار رخ دهد، کنتاکت 95-96 در رله اضافه‌بار F2 که معمولاً بسته است، باز می‌شود و برق مدار را قطع می‌کند تا از موتور محافظت شود.
راه‌اندازی مدار یکی پس از دیگری با تایمر
شستی دوبل مورد استفاده در راه‌اندازی مدار یکی پس از دیگری

راه‌اندازی مدار چپگرد راستگرد

در راه‌اندازی الکتروموتور سه‌فاز به روش مستقیم، معمولاً از کنتاکتور و تجهیزات حفاظتی استفاده می‌شود تا موتور هم درست روشن شود و هم در برابر خطراتی مثل اتصال کوتاه یا اضافه‌بار محافظت شود. در این نوع راه‌اندازی، اگر بخواهیم موتور در دو جهت کار کند (چپ‌گرد و راست‌گرد)، از کنتاکتور معکوس‌کننده DIUL استفاده می‌شود.

۱. حالت بدون فیوز و بدون رله اضافه‌بار

در این روش، حفاظت موتور و مدار به‌طور کامل توسط کلید محافظ موتور (MPCB) انجام می‌شود.

این کلیدها هم حفاظت اتصال کوتاه و هم حفاظت اضافه‌بار را انجام می‌دهند.
اندازه فیوز یا تنظیمات حفاظتی باید مطابق با کاتالوگ تجهیزات یا دستورالعمل سازنده انتخاب شود.

راه‌اندازی مدار چپگرد راستگرد حالت بدون فیوز و بدون رله اضافه‌بار

۲. حالت دارای فیوز و دارای رله اضافه‌بار

در این حالت، حفاظت اتصال کوتاه برای کنتاکتور و رله اضافه‌بار توسط فیوزهای F1 انجام می‌شود.
یعنی اگر اتصال کوتاه رخ دهد، فیوز F1 مدار را قطع می‌کند و از تجهیزات محافظت می‌کند.

راه‌اندازی مدار چپگرد راستگرد حالت دارای فیوز و دارای رله اضافه‌بار

۳. حالت حفاظت ترکیبی

در این روش:

  1. حفاظت اتصال کوتاه توسط فیوزهای F1 انجام می‌شود.
  2. حفاظت اضافه‌بار توسط رله محافظ موتور F2 انجام می‌شود.

رله F2 وقتی جریان موتور بیش از حد مجاز شود، مدار را قطع می‌کند تا موتور آسیب نبیند.

راه‌اندازی مدار چپگرد راستگرد با حفاظت ترکیبی

تغییر جهت موتور در راه‌اندازی چپگرد راستگرد

وقتی شستی I را فشار می‌دهیم، سیم‌پیچ کنتاکتور Q11 فعال می‌شود. با فعال شدن Q11، موتور در جهت ساعت‌گرد شروع به کار می‌کند. بعد از رها کردن شستی I، کنتاکتور Q11 از طریق کنتاکت کمکی Q11/14-13 و وجود شستی 0، خودش را در حالت روشن نگه می‌دارد.

برای جلوگیری از اینکه موتور هم‌زمان در دو جهت روشن شود، یک کنتاکت معمولاً بسته Q11/22-21 وجود دارد که اجازه نمی‌دهد کنتاکتور Q12 (جهت معکوس) هنگام کار Q11 فعال شود.

وقتی شستی II را فشار می‌دهیم، کنتاکتور Q12 فعال می‌شود و موتور را در جهت خلاف عقربه‌های ساعت به کار می‌اندازد.

تغییر جهت موتور

بستگی به نوع طراحی مدار، تغییر جهت موتور می‌تواند به دو روش انجام شود:

1. روش اول:
ابتدا باید شستی 0 را بزنیم تا موتور کاملاً خاموش شود، سپس جهت دیگر را انتخاب کنیم.

2. روش دوم:
با فشردن مستقیم شستی جهت مخالف، مدار به‌طور خودکار جهت را تغییر می‌دهد (البته با رعایت اینترلاک‌های الکتریکی و مکانیکی).

حفاظت در برابر اضافه‌بار

اگر موتور دچار اضافه‌بار شود، یکی از این دو اتفاق می‌افتد:

  1. کنتاکت‌های 95-96 در رله اضافه‌بار F2 که معمولاً NC هستند، باز می‌شوند و مدار را قطع می‌کنند.
  2. یا کنتاکت‌های 13-14 در کلید محافظ موتور باز می‌شوند و موتور خاموش می‌شود.

در هر دو حالت، هدف این است که موتور و تجهیزات از آسیب دیدن محافظت شوند.

مدار راه‌اندازی چپگرد و راستگرد پس از فعال شدن شستی O
تغییر جهت چرخش پس از فعال شدن شستی O
مدار راه‌اندازی چپگرد و راستگرد بدون فعال شدن شستی O
تغییر جهت چرخش بدون فعال شدن شستی O

مدار قدرت راه‌اندازی الکتروموتور با کنتاکتورهای تغییر جهت

در بعضی از الکتروموتورهای سه‌فاز، مخصوصاً موتورهایی که برای درایوهای تغذیه، نوار نقاله‌ها یا ماشین‌های صنعتی استفاده می‌شوند، لازم است موتور هم دو جهت داشته باشد (Forward و Reverse) و هم دو سرعت (معمولاً سرعت بالا و سرعت کم). برای این کار از کنتاکتورهای معکوس‌کننده و یک مدار ویژه با سیم‌پیچ تپ‌دار استفاده می‌شود.

۱. عملکرد جهت‌ها و سرعت‌ها

جهت Forward:

  1. وقتی شستی یا فرمان «Forward» فعال شود:
  2. موتور در جهت ساعت‌گرد می‌چرخد.
  3. سرعت موتور روی سرعت بالا تنظیم می‌شود.
  4. این حالت معمولاً برای تغذیه مواد، حرکت اصلی یا کارکرد عادی استفاده می‌شود.

عقب (Reverse):

  1. وقتی فرمان «Reverse» فعال شود:
  2. موتور در جهت خلاف عقربه‌های ساعت می‌چرخد.
  3. اما فقط با سرعت بالا کار می‌کند.
  4. این حالت معمولاً برای برگشت سریع یا اصلاح موقعیت استفاده می‌شود.

توقف (Stop):

  1. وقتی شستی«استپ» زده می‌شود:
  2. موتور خاموش می‌شود.
  3. سیم‌پیچ تپ‌دار وارد مدار می‌شود تا موتور کاملاً بی‌بار و ایمن متوقف شود.
  4. این سیم‌پیچ معمولاً برای جلوگیری از ضربه مکانیکی یا توقف ناگهانی استفاده می‌شود.
مدار قدرت راه‌اندازی الکتروموتور با کنتاکتورهای تغییر جهت

مدار فرمان راه‌اندازی الکتروموتور با کنتاکتورهای تغییر جهت

در این مدار، موتور سه‌فاز می‌تواند در جهت Forward با دو سرعت و همچنین در جهت Reverse با سرعت بالا کار کند. کنترل این حالت‌ها با چند شستی و چند کنتاکتور انجام می‌شود.

حرکت رو به Forward با فشردن شستی I یا شستی IL آغاز می‌شود. با فشردن این شستی‌ها، کنتاکتور Q17 فعال می‌شود و موتور در سرعت پایین و جهت Forward شروع به کار می‌کند. 

پس از رها کردن شستی، Q17 از طریق کنتاکت کمکی Q17/13-14 خودش را در مدار نگه می‌دارد. اگر بخواهیم موتور در جهت Forward اما با سرعت بالا کار کند، شستی II را فشار می‌دهیم. این شستی باعث فعال شدن کنتاکتور سرعت بالای جلو (Forward) Q21 می‌شود. 

Q21 تنها زمانی فعال می‌شود که کنتاکتور ستاره Q23 نیز در مدار باشد. Q23 از طریق کنتاکت Q23/13-14 فعال می‌شود و سپس Q21 از طریق کنتاکت کمکی Q21/13-14 خود را حفظ می‌کند. در این مدار، تغییر مستقیم از سرعت پایین به سرعت بالا در جهت Forward امکان‌پذیر است.

مدار فرمان راه‌اندازی الکتروموتور با کنتاکتورهای تغییر جهت

برای توقف موتور، شستی 0 فشار داده می‌شود و تمام کنتاکتورها قطع می‌شوند.
حالت‌های عملکرد به این صورت هستند:

  1. I → سرعت پایین FORWARD (Q17)
  2. II → سرعت بالا FORWARD (Q21 + Q23)
  3. III → سرعت بالا Reverse (Q22 + Q23)
  4. 0 → استپ

تغییر جهت چرخش

برای حرکت معکوس، شستی III فشار داده می‌شود. با این کار، رله کمکی K1 فعال می‌شود و از طریق کنتاکت K1/14-13، کنتاکتور ستاره Q23 را روشن می‌کند. سپس کنتاکتور سرعت بالای Reverse Q22 از طریق کنتاکت‌های باز K1/43-44 و Q23/44-43 فعال می‌شود و از طریق کنتاکت Q22/13-14 خودش را در مدار نگه می‌دارد. 

در این حالت، موتور تنها با سرعت بالا و در جهت Reverse کار می‌کند و توقف آن فقط با شستی 0 امکان‌پذیر است. همچنین تغییر مستقیم بین FORWARD و Reverse ممنوع است تا از آسیب مکانیکی و الکتریکی جلوگیری شود.

در این مدار، نقش هر کنتاکتور به این صورت است:

  1. Q17 برای حرکت FORWARD با سرعت پایین
  2. Q21 برای حرکت FORWARD با سرعت بالا
  3. Q23 کنتاکتور ستاره برای راه‌اندازی سرعت بالا
  4. Q22 برای حرکت Reverse با سرعت بالا
  5. K1 رله کمکی برای کنترل حالت معکوس

نمونه‌هایی از مدارهایی با کنتاکتورهای تغییر وضعیت

شستی فشاری استارت برای تغییر وضعیت کنتاکتورها
شستی فشاری استارت
دو شستی فشاری برای تغییر وضعیت کنتاکتورها
دو شستی فشاری
شستی فشاری دارای نشانگر سیگنال برای تغییر وضعیت کنتاکتورها
شستی فشاری دارای نشانگر سیگنال
شماتیک کلیید 0 و 1 برای تغییر وضعیت کنتاکتورها
کلید صفر و 1
کلیدهای سه وضعیتی 0 و 1 و 2
کلیدهای سه وضعیتی 0 و 1 و 2
شماتیک کلیدهای ON/Off
سوئیچ‌های ON/Off
شماتیک کلیدهای فشار
کلیدهای فشار

کلید ستاره مثلث با رله اضافه‌بار

در مدارهای راه‌اندازی ستاره مثلث برای موتورهای سه‌فاز، معمولاً از رله اضافه‌بار برای محافظت موتور در برابر جریان بیش از حد استفاده می‌شود. در حالت استاندارد، این رله در مسیر کابل‌هایی قرار می‌گیرد که به ترمینال‌های موتور (U1، V1، W1 یا V2، W2، U2) وصل هستند. 

چون رله به صورت سری با سیم‌پیچ موتور قرار می‌گیرد، جریانی که از آن عبور می‌کند در حالت ستاره حدود ۰.۵۸ برابر جریان نامی موتور است. به همین دلیل، رله در این حالت هم می‌تواند وظیفه محافظت را انجام دهد.

دیاگرام کلید ستاره مثلث با رله اضافه‌بار

در برخی مدارها، به جای قرار دادن رله در مسیر موتور، آن را در خط تغذیه اصلی نصب می‌کنند. در این حالت، دیاگرام مدار نسبت به حالت استاندارد کمی تغییر می‌کند. اگر رله اضافه‌بار (F2) طوری تنظیم شده باشد که هنگام راه‌اندازی موتور در حالت ستاره عمل نکند، می‌توان آن را برای جریان نامی موتور در خط اصلی قرار داد.

در حالت ستاره، جریان موتور از رله عبور می‌کند، اما چون مقدار جریان در این حالت کمتر است و تا حدود ۱.۷۳ برابر جریان فاز افزایش می‌یابد، رله نمی‌تواند محافظت کامل ارائه دهد. با این حال، همچنان می‌تواند موتور را در برابر عدم راه‌اندازی یا گیرپاژ اولیه محافظت کند.

دیاگرام کلید ستاره مثلث با تغیذه رله اضافه‌بار از خط تغذیه اصلی

مدار ستاره مثلث نصب رله اضافه‌بار در اتصال مثلث

در برخی مدارهای راه‌اندازی ستاره مثلث، به‌جای اینکه رله اضافه‌بار را در مسیر موتور یا در خط تغذیه اصلی قرار دهند، آن را در اتصال مثلث نصب می‌کنند. در این حالت، شکل مدار نسبت به مدار استاندارد کمی تغییر می‌کند.

وقتی موتورهایی داریم که راه‌اندازی بسیار سنگین و طولانی دارند، مثل سانتریفیوژها، می‌توان از رله‌ای استفاده کرد که جریان نامی آن برابر دو برابر جریان نامی موتور باشد. این رله (که معمولاً با ضریب 0.58 تنظیم می‌شود) در کابل‌های بین کنتاکتور مثلث (Q15) و کنتاکتور ستاره (Q13) قرار می‌گیرد.

در این نوع اتصال، هنگام راه‌اندازی موتور در حالت ستاره، هیچ جریانی از رله اضافه‌بار عبور نمی‌کند. بنابراین رله در مرحله راه‌اندازی نمی‌تواند از موتور محافظت کند. اما این روش زمانی استفاده می‌شود که راه‌اندازی موتور آن‌قدر سنگین است که رله‌های معمولی (به‌خصوص رله‌هایی که با ترانس جریان هسته اشباع کار می‌کنند) خیلی سریع عمل می‌کنند و اجازه نمی‌دهند موتور به‌درستی راه بیفتد. به همین دلیل، رله را طوری قرار می‌دهند که فقط در حالت مثلث فعال باشد و در مرحله راه‌اندازی دخالت نکند.

دیاگرام کلید ستاره مثلث با نصب رله اضافه‌بار در اتصال مثلث
یادگیری تحلیل نقشه‌های برق صنعتی
شروع آموزش

آیا این مقاله برایتان مفید بود؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *