موتور راه انداز ستاره مثلث: وظیفه، قطعات، نقشه سیم کشی

یکی از روش های قدیمی راه اندازی موتور های القایی، راه اندازی به روش مستقیم می باشد که به دلیل بالا رفتن جریان در موتور های القایی بزرگ و اختلال در ولتاژ خط تغذیه، منسوخ شده و به جای آن از روش راه اندازی ستاره مثلث برای این موتور ها استفاده می شود. مطالعه این مقاله را به افراد شاغل در حوزه سیم پیچی موتور و دانش آموزان هنرستانی برای داشتن اطلاعات دقیق در مورد موتور راه انداز ستاره مثلث و اجزای آن، نحوه سیم کشی مدار قدرت و مدار فرمان پیشنهاد می کنیم.

موتور راه انداز ستاره مثلث (Y-Δ) چیست؟

راه اندازی موتور های الکتریکی 3 فاز به روش ستاره مثلث یکی از متداول ترین روش های راه اندازی می باشد که از ترکیب دو اتصال ستاره و مثلث تشکیل شده است. به همین خاطر این روش با نام ستاره – مثلث بین سیم پیچان موتور مشهور است. دلیل محبوبیت این روش به خاطر نیاز به جریان کم برای شروع به کار موتور است.

در موتور راه انداز ستاره مثلث، اولویت با اتصال ستاره می باشد. وقتی که اجزای موتور به شکل ستاره به هم وصل شد و سرعت کارکرد موتور به حد مشخصی رسید، اتصال موتور به مثلث تغییر شکل پیدا می کند. تا زمانی که سرعت به 80 درصد مقدار حداکثر خود برسد، اتصال مثلث همچنان پا برجا می باشد تا در نهایت با وارد شدن سیم پیچ استاتور به مدار، موتور به طور کامل راه بیفتد.

جزء کلیدی در موتور راه انداز ستاره مثلث، یک سوئیچ می باشد که وظیفه تغییر و جابجایی روش راه اندازی سیم پیچ استاتور را بر عهده دارد. این سوئیچ که با نام TPDP شناخته می شود، مسئول تغییر وضعیت از اتصال ستاره به مثلث می باشد.

ولتاژ اعمال شده به موتور در زمان راه اندازی برابر با 58 درصد  ()کل ولتاژ می باشد که در واقع یک مزیت بزرگ موتور راه انداز ستاره مثلث است. این کاهش ولتاژ مستقیما روی مقدار مورد نیاز جریان برای راه اندازی تاثیر گذار بوده و بدون دخالت هیچ وسیله یا دستگاه خارجی می توان جریان را کم کرد. طبق محاسبات انجام شده جریان مورد نیاز برای موتور راه انداز ستاره مثلث برابر با 30 درصد جریان با راه اندازی روش مستقیم است. به همین علت این نوع خاص راه اندازی موتور ها به روش ولتاژ کاهش یافته نیز معروف است. در ادامه خواهیم دید که چگونه یک موتور راه انداز ستاره مثلث، جریان راه اندازی یک موتور القایی سه فاز را کاهش می دهد.

اجزای به کار رفته در موتور راه انداز ستاره مثلث

موتور راه انداز ستاره مثلث برای موتور های سایز بزرگ با جریان عبوری بالا مورد استفاده قرار می گیرد. این موتور های راه انداز که با ویژگی کاهش موثر جریان شناخته می شوند، از بخش های مختلفی تشکیل شده اند. اجزای به کار رفته در موتور راه انداز ستاره مثلث عبارتند از:

1. کنتاکتور
2. رله اضافه بار
3. تایمر
4. فیوز
5. فیوز مینیاتوری (MCB)
6. کلید شروع (NO)
7. کلید توقف (NC)

کنتاکتور

به دلیل این که اکثر موتور های سنگین به جریانی بالایی برای شروع کار خود نیاز دارند، باید از قطعات قدرتمندی برای روشن کردن آن ها استفاده کرد. کنتاکتور با داشتن عملکردی مشابه رله، این وظیفه مهم را به عهده دارد. 3 کنتاکتور به نام های کنتاکتور اصلی، کنتاکتور ستاره و کنتاکتور مثلث در موتور راه انداز ستاره مثلث وجود دارد. این کنتاکتور ها در ابعاد کوچک تا بزرگ برای موتور های 3 فاز القایی با جریان های راه اندازی مختلف در بازار موجود است.

میزان جریان کنتاکتور از 10 آمپر تا چند صد آمپر متغیر است. مواد به کار رفته در ساخت کنتاکتور ها موجب تفاوت جریان شان شده است. هر چه فلز داخلی کنتاکتور قوی تر باشد، کنتاکتور قادر به عبور جریان های بالاتری خواهد بود. به طور مثال کنتاکتور هایی که از آلیاژ نقره ساخته شده اند، به نام کنتاکتور جریان بالا برای موتور های بسیار قوی استفاده می شوند. اگر در هنگام کار عوض شدن موقعیت کنتاکتور، قوس الکتریکی ایجاد شود، منجر به اکسید شدن کنتاکت های داخلی می شود. با این حال، استفاده از کنتاکتور های با آلیاژ نقره به دلیل رسانایی بالای نقره و اکسید نشدن آن ها، این مشکل را رفع کرده است. یکی دیگر از وظایف کنتاکتور ها، حفاظت از اضافه بار می باشد. در حالی که برخلاف فیوز، از کنتاکتور برای قطع جریان اتصال کوتاه استفاده نمی شود.

 رله اضافه بار

افت فاز در موتور های القایی یکی از مشکلات رایج آن ها می باشد که می تواند منجر به گرمایش بیش از حد و تخریب عایق سیم پیچ ها شود. این پدیده عمدتا به دو دلیل اضافه بار و ولتاژ تغذیه نامتعادل رخ می دهد. بهترین راه برای حفاظت از موتور ها در برابر افت فاز و جلوگیری از آسیب ناشی از بارگذاری بیش از حد، استفاده از رله اضافه بار (Over Load Relay) می باشد. این قطعه یکی از بخش های مهم در موتور راه انداز ستاره مثلث است که  برای محافظت از موتور و پیشگیری از خرابی سیم پیچ استفاده می شود.

تایمر

تایمر یک قطعه پر کاربرد در صنایع مختلف می باشد که در موتور های راه انداز نیز کاربرد دارد. برای تغییر وضعیت سیم پیچ های داخلی موتور از ستاره به مثلث لازم است زمان بندی خاصی رعایت شود. عملکرد یک تایمر در موتور راه اندازه ستاره مثلث این است که هنگامی که سرعت موتور به 90 درصد دور کامل رسید، کنتاکتور از ستاره به مثلث تغییر وضعیت دهد.

فیوز

فیوز برای محافظت از موتور در برابر جریان بیش از حد یا شرایط اتصال کوتاه استفاده می شود. به طور معمول فیوز ها از آلیاژی تشکیل شده اند که نقطه ذوب پایینی دارند. در فیوز ها یک نوار فلزی قرار دارد که به صورت سری با مدار موتور وصل می شود. هنگامی که جریان از حد عادی خود بیشتر شود، این نوار فلزی ذوب شده و مدار را قطع می کند تا در نهایت موتور را از منبع تغذیه جدا کند و از وارد شدن آسیب های جدی به موتور جلوگیری شود.

 فیوز مینیاتوری (MCB)

فیوز مینیاتوری (MCB) یک کلید الکتریکی است که به طور خودکار عمل می کند تا از مدار الکتریکی در برابر آسیب ناشی از جریان اضافی، اضافه بار یا اتصال کوتاه محافظت کند. هنگامی که فیوز مینیاتوری متوجه عیبی در موتور راه انداز شود، بلافاصله جریان را قطع می کند. در این شرایط به جای آسیب دیدن موتور، فیوز مینایتوری خراب شده یا به طور کامل از بین می رود. اما جای هیچ نگرانی نبوده و به راحتی می توان آن را تعویض یا تعمیر کرد.

دکمه فشاری شروع (NO)

دکمه فشاری شروع از نوع  (Normal Open) است که برای راه اندازی موتور استفاده می شود.

دکمه فشاری توقف (NC)

یکی دیگر از اجزای موتور راه انداز ستاره مثلث، یک دکمه فشاری نوع Normal Close است که برای متوقف کردن موتور مورد استفاده قرار می گیرد.

نمودار سیم کشی مدار قدرت راه انداز ستاره مثلث

مدار قدرت راه انداز ستار مثلث با نام مدار فرمان نیز شناخته می شود. این نمودار سیم کشی شامل تایمر، دکمه فشاری برای شروع و توقف است. در زمان آغاز به کار موتور، دکمه فشاری شروع، فشرده می شود تا منبع تغذیه تک فاز  در موتور شروع به کار کند. در این لحظه تایمر فعال شده و  کنتاکت NO 17-28 بسته می شود. به طور همزمان کنتاکت NC 17-28 باز شده و سیم پیچ کنتاکتور ستاره راه اندازی می شود.. پس از مدتی که موتور به 90 درصد سرعت نامی رسید، مدار تایمر استارت از حالت ستاره به حالت مثلث منتقل شده تا ولتاژ کامل به موتور اعمال شود و در نهایت موتور با سرعت کامل به چرخش خود ادامه می دهد. تا لحظه ای که دکمه فشاری توقف فشرده شده و موتور راه انداز متوقف شود.

نمودار سیم کشی مدار فرمان راه انداز ستاره مثلث

علاوه بر نمودار سیم کشی قدرت، یک مدار فرمان نیز در موتور های راه انداز وجود دارد که به راحتی می توان آن را به صورت دستی فعال کرد. این عملیات با حضور اپراتور و با کمک یک شستی انجام می شود. اما راه اندازه مدار فرمان به روش اتوماتیک نیز بسیار راحت است و می تواند خطر برق گرفتگی را به طور موثری کاهش دهد. وظیقه اصلی مدار فرمان در موتور راه انداز ستاره مثلث، تغییر وضعیت از حالت ستاره به مثلث و برعکس در زمان های خاصی می باشد که با کمک تایمر انجام می شود.

نحوه کار موتور راه انداز ستاره مثلث

همان طور که گفته شد این روش راه اندازی به نوعی روش راه اندازی ولتاژ کاهش یافته است. کاهش ولتاژ در هنگام راه اندازی ستاره-مثلث با پیکربندی مجدد فیزیکی سیم پیچ های موتور به دست می آید. در شروع راه اندازی موتور، سیم پیچ ها به شکل ستاره ای متصل می شوند و منجر به کاهش ولتاژ و در نتیجه گشتاور در هر سه سیم پیچ می گردد. پس از مدتی سیم پیچ به صورت مثلث تنظیم می شود و موتور به طور عادی کار می کند.

موتور های راه انداز ستاره مثلث به عنوان وسیله ای برای کاهش اختلالات و تداخل در منبع الکتریکی، دارای 3 حالت زیر می باشد:

در حالت اول موتور از اتصال ستاره استفاده می کند. در طول این زمان کنتاکتور اصلی و کنتاکتور ستاره در حالت بسته و سیم کشی برق کامل اجرا می شود. با کاهش ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ موتور به   ولتاژ خط در اتصال ستاره، موتور با سرعت کند تری شروع به کار می کند. هنگامی که موتور به سرعت کافی در حدود 90 درصد دور موتور برسد، تایمر متصل در مدار فعال می شود. ابتدا کنتاکتور، اتصال ستاره را قطع می کند و کنتاکتور مثلث بسته می شود.

در حالت دوم که به حالت باز شناخته می شود، مدار بین تغییر از ستاره به مثلث، باز می شود و موتور نه در حالت ستاره و نه در حالت مثلث باقی می ماند. سپس در حالت آخر، تایمر فعال شده و موتور از حالت ستاره به مثلث تغییر می کند. در حالت اتصال مثلث، ولتاژ فاز برابر با ولتاژ خط است. از این رو ولتاژ خط کامل به سیم پیچ موتور اعمال شده و موتور با سرعت کامل نامی خود کار می کند.

کاربرد موتور راه نداز ستاره مثلث

همان طور که در مزایا و معایب بالا توضیح داده شد، یک راه ‌انداز ستاره مثلث برای برنامه‌ هایی مناسب است که جریان راه ‌اندازی مورد نیاز کم است و جریان خط در حداقل مقدار خود باشد. راه انداز ستاره مثلث برای کاربرد هایی که در آن به تحویل گشتاور راه اندازی بالا نیاز است، مناسب نیست. برای این برنامه ها، به جای آن باید از یک موتور راه انداز به روش مستقیم استفاده شود. مثالی از کاربرد یک موتور راه انداز ستاره مثلث ، کمپرسور گریز از مرکز است.

مزایای و معایب استفاده از موتور راه انداز ستاره مثلث

راه اندازی به روش ستاره مثلث به خاطر مزایایی که دارد، به عنوان روش محبوب راه اندازی موتور های القایی بزرگ شناخته می شود. مزایای استفاده از موتور راه انداز ستاره مثلث عبارتند از:

• قیمت پایین موتور راه انداز ستاره مثلث
• استفاده از آن ها به طور نامحدود
• کاهش جریان راه اندازی تقریبا به 30 درصد جریان نامی موتور
• تولید گشتاور بالا در هر جریان خط
• راندمان بالای موتور به دلیل عدم تولید گرما

با وجود نقاط قوت استفاده از روش راه اندازی ستاره مثلث برای موتور های القایی، این روش داری معایبی می باشد که استفاده از آن را در برخی موارد محدود می کند. به عنوان مثال برای استفاده از این روش به مجموعه خاصی از موتور ها مورد نیاز است و نمی توان آن را برای همه موتور ها استفاده کرد. یکی دیگر از معایب این روش، کاهش گشتاور راه اندازی به 1/3 گشتاور بار کامل می باشد.

نتیجه گیری

در این مقاله درباره موتور راه انداز ستاره مثلث صحبت کردیم و اطلاعات جامعی را در این باره در اختیارتان قرار دادیم. امیدواریم که این مطالب برای شما مفید بوده باشد. در صورتی که سوالی داشتید می توانید در پایین صفحه از کارشناسان ما بپرسید تا به صورت کامل شما را راهنمایی کنند.