بررسی راه اندازی ستاره مثلث

راه اندازی موتورهای الکتریکی به خصوص موتورهای سه فاز اهمیت زیادی دارد. موتورهای الکتریکی در هنگام راه اندازی، جریانی بسیار بالاتر از جریان نامی از شبکه می کشند که ممکن است به مدارها صدمه بزند. به همین دلیل برای راه اندازی یک موتور سه فاز روش های مختلفی وجود دارد تا از جریان راه اندازی تا حد امکان کاسته شود، مثل راه اندازی با استفاده از اینورتر، سافت استارتر، راه اندازی مستقیم، راه انداز ستاره مثلث و … که در این مقاله راه اندازی ستاره مثلث را بررسی می کنیم با فرنام الکتریک همراه باشید.

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.

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.

تخته کلم موتور ستاره مثلث 

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.

نکته: موتوری که ستاره  مثلث راه اندازی می شود، هیچ گاه در حالت ستاره زیر بار قرار نگیرد. زیرا برای غلبه بر نیروی بار به توان در حالت مثلث نیاز است و همان طور که گفته شد در حالت ستاره توان ۱/۳ توان حالت مثلث است و به توان نامی نمی رسد. این راه اندازی به دو طریق انجام می شود :

برای طراحی مدار قدرت و فرمان ستاره مثلث به چه تجهیزاتی احتیاج داریم ؟ 

برای طراحی مدار قدرت و فرمان راه انداز ستاره – مثلث از تجهیزاتی چون کنتاکتور، تایمر، شستی و فیوز یا کلید مینیاتوری استفاده می شود. در ادامه با تجهیزات تشکیل دهنده مدار ستاره مثلث آشنا می شویم.

۱-کنتاکتور ستاره مثلث

کنتاکتور یک کلید مغناطیسی است که برای قطع و وصل کردن مدار و 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 شده اند. در میان هستۀ ثابت، یک بوبین یا سیم پیچ قرار دارد. وقتی بوبین برقدار می شود، در هسته ثابت نیروی الکترومغناطیسی القا می شود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کششی فنر را خنثی می کند و هسته متحرک به هسته ثابت نزدیک و سبب می شود که کنتاکت ها به یکدیگر متصل 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.

۲-کلید مینیاتوری

تایمر یکی از وسایل فرمان دهنده در مدارهای کنترل اتوماتیک هستند که وظیفۀ کنترل مدار را برای مدت زمانی معین برعهده دارند. 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 ﺑﻴﻓﺘﺪ. مثلاً موتوری با یک سافت استارتر راه اندازی می شود و بعد می خواهیم سافت استارتر پس از راه اندازی از مدار خارج شود. در این نوع مدارهای ﺑﺮق ﺻﻨﻌﺘﻲ از ﺗﺎﻳﻤﺮ ﻫﺎ اﺳﺘﻔﺎده ﻣﻲ ﺷﻮد.

۴-بی متال

رله بی متال برای حفاظت از موتور الکتریکی در مقابل اضافه بار استفاده و به کنتاکتور متصل می شود. 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 نموده و مسیر جریان را قطع می کند (مدار فرمان 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. شستی ها در مدارهای قدرت و فرمان کاربرد زیادی دارند که در مثال ها به آن بر می خوریم.

نکات مهم در راه انداز ستاره مثلث

۱- هر موتور آسنکرون سه فاز نمی تواند با اتصال ستاره مثلث راه اندازی شود.

۲- قبل از راه اندازی، باید به پلاک الکتروموتور توجه کرد که سیم پیچ های آن برای ولتاژ خطی طراحی شده باشند؛ یا به عبارت دیگر، ولتاژ حالت مثلث باید برابر ولتاژ خطی شبکه باشد؛ مثلاً در شبکه ایران، فقط موتورهایی با پلاک ۶۶۰/۴۰۰v,∆۴۰۰∆/ג  می توانند به صورت ستاره مثلث راه اندازی شوند.

۳- موتوری که ستاره مثلث راه اندازی می شود، هیچ گاه نباید در اتصال ستاره، زیر بار قرار گیرد.