طراحی مدار راه اندازی تک ضرب الکتروموتور:

هدف این مقاله بررسی عملکرد کلیدهای قطع و وصل فرمان، شستی‌های استارت، استپ و اضطراری در راه اندازی یک الکتروموتور به صورت تک‌ضرب یا Direct On Line Motor Starter توسط کنتاکتور بوده و برای سیم‌بندی این مثال‌ها به یک کلید فرمان، شستی استارت، شستی استپ، شستی اضطراری قفل‌شو، فیوز یا بریکر، کنتاکتور، بی‌متال، الکتروموتور، مقداری سیم و لوازم سیم‌بندی نیاز است. از جمله لوازم سیم بندی می توان ترمینال، وایرشو یا سرسیم، ابزارها مانند پیچ‌گوشتی، سیم چین، سیم لخت کن و … را نام برد.

در کتاب کلیدهای فشار ضعیف با ساختمان کنتاکتور و تمام لوازم جانبی آن آشنا شده و دیدیم که کنتاکتور یک کلید قابل کنترل با جریان الکتریکی و از نوع برگشت پذیر است. در اصل دلیل استفاده از کنتاکتور این است که با یک جریان بسیار کم در مدار فرمان، می‌توانیم بارهای بسیار بزرگ را در مدار قدرت قطع و وصل کنیم. این قابلیت به ما اجازه می‌دهد با استفاده از انواع کنترلرها، تایمرها و … به سادگی و طبق برنامه‌ریزی مشخص الکتروموتورها، لامپ‌ها، خازن‌ها و کلیه‌ی بارهای قدرت را خاموش و روشن کنیم.

مدار راه اندازی یک الکتروموتور به صورت تک‌ضرب دارای دو بخش قدرت و فرمان بوده که ابتدا مدار قدرت آن را بررسی می‌کنیم. در ابتدایی‌ترین قسمت مدار قدرت یک بریکر یا فیوز ذوب شونده‌ی سه فاز قرار می‌دهیم. این کار برای حفاظت مدار در برابر اتصال کوتاه و در برخی موارد اتصال کوتاه و اضافه بار می‌باشد. برای راه اندازی الکتروموتور سه فاز به یک کنتاکتور با قدرت مناسب و سه پلاتین قدرت نیاز است. این کنتاکتور بعد از فیوزها یا بریکر قرار گرفته و توسط سیم به آن‌ها متصل می‌شود.

بی‌متال نقش حفاظت در برابر اضافه بار را داشته و بعد از کنتاکتور نصب می‌شود. با این روش سه فاز خروجی کنتاکتور از بی‌متال گذشته و سپس وارد الکتروموتور می‌شود. برای ورودی و خروجی سیم‌ها می‌توان از ترمینال نیز استفاده کرد. سایز این ترمینال‌ها با توجه به جریان عبوری و قطر سیم‌ها انتخاب می‌شود. تمام بخش‌های ذکر شده را در تصویر زیر، مشاهده می‌کنید.

برای راه اندازی الکتروموتور با کنتاکتور می‌توان مدارهای فرمان مختلفی را طراحی کرد. طبق تصویر زیر،  ساده‌ترین حالت، استفاده از یک کلید فرمان است. در این مدار ابتدا سیم فاز وارد یک بریکر مینیاتوری آمپر پایین می‌شود. این بریکر که می‌تواند یک پل یا دو پل باشد، نقش حفاظت مدار فرمان در برابر اتصال کوتاه را خواهد داشت.

در مرحله‌ی بعد خروجی بریکر وارد پلاتین فرمان بی‌متال می‌شود. این پلاتین نرمال بسته، در صورتی که الکتروموتور دچار اشکال فنی یا الکتریکی شود، باز شده و مدار فرمان را قطع می‌کند. لازم به ذکر است که بی‌متال در مدار قدرت فقط نقش کنترل جریان را داشته و نمی‌تواند سه فاز منتهی به الکتروموتور را قطع کند. خروجی پلاتین فرمان بی‌متال وارد کلید سلکتوری دو حالته با پلاتین نرمال باز شده و در نهایت به بوبین متصل می‌شود.  با وصل بریکر مینیاتوری و تغییر وضعیت کلید فرمان از صفر به یک، جریان الکتریکی وارد بوبین کنتاکتور شده و آن را وصل می‌کند. این مدار برای بارهایی توصیه می‌شود که باید دائم وصل بمانند.

جهت قطع و وصل الکتروموتور به صورت لحظه‌ای می‌توان از یک شستی استارت با پلاتین نرمال باز به جای کلید فرمان استفاده کرد. با توجه به تصویر زیر، با وصل بریکر و فشردن شستی استارت، جریان الکتریکی وارد بوبین کنتاکتور شده و آن را وصل می‌کند. تفاوت اصلی این مدار با نمونه‌ی قبل، وصل باقی ماندن آن است. در مدار قبل تا وقتی کلید در حالت یک قرار داشته باشد کنتاکتور نیز روشن خواهند ماند اما در این مدار با برداشتن نیروی دست از روی شستی استارت، مسیر جریان قطع شده و در نتیجه کنتاکتور نیز خاموش می‌شود.

مدار لحظه‌ای برای سیستم‌هایی استفاده می‌شود که نیاز به دقت و حضور اپراتور دارند. به عنوان مثال کنترل جرثقیل‌ها، پرس‌ها و … باید به نحوی باشد که اپراتور با برداشتن دست خود از روی کنترلرها، سیستم را متوقف کرده و نیازی به صدور فرمان اضافی برای قطع نباشد. برای شرح مدار نهایی که بسیار پرکاربرد است، دو نکته را باید بررسی کنیم:

یک: استفاده از کلید سلکتوری دو وضعیتی در مدارهای فرمان که نیاز به حفاظت در برابر قطع و وصل برق یا کنترل از چند نقطه داشته باشند اصلا توصیه نمی‌شود. دو: برای سیستم‌هایی که نیاز به کار کردن در ساعت‌های طولانی دارند نمی‌توان از حالت لحظه‌ای استفاده کرد.

به عنوان مثال و طبق تصویر زیر،  تصور کنید از کلید سلکتوری برای راه اندازی یک پرس سنگین یا دستگاه برش استفاده شده باشد. در صورتی که هنگام روشن بودن ماشین برق قطع شود، تمام کارها متوقف خواهد شد. تا این‌جا مشکلی دیده نمی‌شود اما اگر چند دقیقه‌ی بعد برق وصل شود چه اتفاقی خواهد افتاد؟

در خوش‌بینانه‌ترین حالت، دستگاه بدون حضور شما روشن شده و باعث اتلاف انرژی می‌شود اما روشن شدن دستگاه بدون هماهنگی باعث بروز اتفاقات بیشتری مانند صدمه به اپراتورها، از بین رفتن مواد اولیه، اشکالات فنی در ماشین و … نیز شده است. پس برای پاسخ به تمام نیازها باید مداری طراحی کنیم که با یک شستی استارت روشن شده و به کار خود ادامه دهد و از طرفی در مقابل قطع و وصل برق ایمن شده باشد.

این حالت‌ها طبق تصویر زیر با استفاده از یک پلاتین فرمان کنتاکتور امکان پذیر خواهد بود. در این مدار سیم فاز از  بریکر و پلاتین کمکی بی‌متال عبور کرده و به صورت مشترک به ورودی شستی استارت و یکی از پلاتین‌های نرمال باز کنتاکتور متصل می‌شود.

در نهایت خروجی شستی استارت و پلاتین نرمال باز کنتاکتور به صورت مشترک به یک سمت بوبین و سیم نول نیز به سمت دیگر آن متصل می‌شود. در این مدار هنگامی که شستی استارت فشرده شود کنتاکتور روشن شده و پلاتین کمکی آن نیز بسته می‌شود.

طبق تصویر زیر،  با برداشتن دست از روی شستی، پلاتین آن باز شده ولی جریان الکتریکی از طریق مسیر دوم یعنی پلاتین کمکی کنتاکتور عبور می‌کند. به همین علت به پلاتین نرمال باز کنتاکتور پلاتین خودنگهدار نیز گفته می شود.

این نوع اتصال باعث می‌شود بوبین کنتاکتور تا زمانی که قطع برق رخ نداده به کار خود ادامه دهد. به عبارت ساده‌تر قطع برق اصلی، قطع بریکر فرمان و یا باز شدن پلاتین کمکی بی‌متال در یک لحظه‌ی کوتاه باعث خاموش شدن کنتاکتور و باز شدن پلاتین کمکی آن می‌شود.  قابل ذکر است که وصل مجدد برق به تنهایی نمی‌تواند مدار فوق را روشن کرده و حتما باید شستی استارت فشرده شود.

استفاده از پلاتین کمکی، مشکل وصل باقی ماندن بعد از قطع برق و کنترل از چند نقطه را حل می‌کند؛ ولی سوال این‌جاست که اگر خودمان بخواهیم این کنتاکتور را خاموش کنیم راه بهتری به غیر از قطع بریکر یا پلاتین فرمان بی‌متال وجود ندارد؟

چون قطع برق در یک لحظه‌ی کوتاه باعث خاموش شدن کنتاکتور و برگشت آن به حالت اول می‌شود، می‌توانیم از یک شستی استپ با پلاتین نرمال بسته در مدار فرمان استفاده کنیم.

طبق تصویر زیر، این شستی می‌تواند در سه محل مختلف از مدار نصب شود. نصب شستی استپ در شاخه‌‌های (b) و (c) توصیه نمی‌شود چون فقط یک مسیر از مدار را قطع کرده و نمی‌تواند خاموش شدن صد در صد کنتاکتور یا کنتاکتورها را تضمین کند.

طبق تصویر زیر، بهترین محل قرارگیری شستی استپ، بعد از المان‌های حفاظتی مانند بریکر، بی‌متال و … بوده به نحوی که بتواند برق کل مدار فرمان را قطع کند.

مدار فوق را می‌توان با فشردن شستی استارت به صورت دائم روشن کرده و با فشردن شستی استپ به سادگی خاموش کرد. برای افزایش سطح ایمنی مدار می‌توان یک شستی قطع اضطراری نیز به آن اضافه کرد. در فصل اول کتاب شرح داده شد که شستی‌های معمولی بعد از برداشتن نیروی دست به حالت اول خود برمی‌گردند اما شستی‌های اضطراری در مدل‌های قفل شو ساخته می‌شوند.

با توجه به نکات ذکر شده، شستی قطع اضطراری را باید بعد از پلاتین کمکی بی‌متال قرار داد تا بعد از تحریک برق، کل مدار فرمان را به صورت دائم قطع کند. در تصویر زیر، مدار نهایی فرمان و قدرت راه اندازی یک الکتروموتور را به صورت تک‌ضرب مشاهده می‌کنید.

دوره ی تصویری تجهیزات کنترل و فرمان