تایمر ستاره مثلث یا Star-Delta

در این مقاله تایمر ستاره مثلث را به عنوان یکی از پرکاربرد ترین تجهیزات مدار فرمان در تابلو برق صنعتی بررسی می کنیم. همانطور که در بخش راه اندازی موتورهای سه فاز شرح داده شد مدار ستاره مثلث اتوماتیک یکی از روش های روتین برای راه اندازی موتورهای سه فاز است. در این روش از سه کنتاکتور با عنوان‌های اصلی، ستاره و مثلث استفاده می‌شود. همانطور که می دانید در مدار ستاره مثلث ابتدا کنتاکتورهای ستاره و نرمال روشن شده و موتور با جریان پائین راه اندازی می شود. پس از گذشت چند ثانیه کنتاکتور ستاره توسط یک تایمر خاموش شده و بالافاصله کنتاکتور مثلث روشن می شود. زمان سوئیچ بین کنتاکتورها به توان الکتروموتور و میزان بار آن بستگی داشته و باید به درستی تنظیم شود.

در این ویدئو عملکرد یک نمونه تایمر ستاره مثلث را مشاهده می کنید. این ویدئو برگرفته از دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتورهای سه فاز است.

جابه‌جایی بین کنتاکتورهای ستاره و مثلث باید با نهایت سرعت و ایمنی کامل انجام شود. نکته‌ی مهم ایمنی در مدارهای ستاره مثلث عدم وصل هم‌زمان کنتاکتور ستاره و مثلث است. وصل همزمان کنتاکتورهای ستاره و مثلث باعث وقوع اتصال کوتاه سه فاز در کنتاکتورها خواهد شد. در مدار ستاره مثلث معمولا از پلاتین های نرمال بسته به منظور ایجاد اینترلاک الکتریکی و جلوگیری از وصل همزمان کنتاکتورهای ستاره و مثلث استفاده می شود. ایمنی مدار را می توان با استفاده از اینترلاک مکانیکی و تایمر ستاره مثلث افزایش داد. همانطور که در بخش های قبل شرح داده شد اینترلاک مکانیکی بین دو کنتاکتور قرار گرفته و آن ها از نظر مکانیکی به یکدیگر وابسته می کند.

نحوه کار تایمر ستاره مثلث

با شرح موارد بالا ممکن است این سوال مطرح شود که تایمر ستاره مثلث چه تفاوتی با مدل‌های دیگر دارد و چرا باید از آن استفاده کنیم؟ تایمر ستاره مثلث از نظر نوع و تعداد خروجی در مدل‌های متنوعی ساخته شده و با نماد های های مختلف نیز نمایش داده می‌شود. نحوه کار تایمر ستاره مثلث به این گونه است که  با ایجاد یک وقفه زمانی بین خاموش شدن کنتاکتور ستاره و روشن شدن کنتاکتور مثلث از همزمانی جلوگیری می کند. ایجاد وقفه در تایمرهای ستاره مثلث با روش های مختلفی انجام شده و با توجه به برند و مدل متفاوت است. برای درک بهتر این موضوع یک تایمر معمولی تاخیر در وصل با پلاتین چنج آور را در نظر بگیرید. در این تایمر پس از اتمام زمان سنجی کنتاکت فرمان جابجا شده و وقفه ی بین باز و بسته شدن آن در حد چند میلی ثانیه است. این وقفه کوتاه در مدارهای فاقد اینترلاک الکتریکی و مکانیکی می تواند حادثه ساز باشد. پلاتین فرمان چنج آور در تایمر تاخیر در وصل را می توانید در تصویر  زیر مشاهده کنید.

انواع تایمر ستاره مثلث

همانطور که شرح داده شد تایمرهای ستاره مثلث از نظر تنظیمات و نوع پلاتین های فرمان در مدل های مختلفی تولید می شوند. در تصویر زیر و گزینه‌ی (a) تایمر ستاره مثلث دو سیمه با دو پلاتین باز، (b) تایمر ستاره مثلث سه سیمه با یک پلاتین چنج آور و (c) تایمر ستاره مثلث سه سیمه با یک پلاتین بسته و یک پلاتین باز مجزا را مشاهده می‌کنید. این علائم توسط شرکت ABB برای معرفی انواع تایمر ستاره مثلث در نظر گرفته شده و ممکن است این تایمر در استانداردهای مرجع با نمادهای متفاوتی نمایش داده شوند. تایمرهای ستاره مثلث در مدل های دو سیمه و سه سیمه ساخته شده و استفاده‌ی هریک در مدار فرمان متفاوت است.

اصلی‌ترین وظیفه‌ی تایمر ستاره مثلث ایجاد وقفه پس از خاموش کردن کنتاکتور ستاره و روشن کردن کنتاکتور مثلث است. این تأخیر باید به حدی باشد که مکانیزم کنتاکتور ستاره به صورت کامل به حالت اول برگشته و پلاتین‌های N.C آن نیز مجدد بسته شوند. در نظر داشته باشید که استفاده از تایمر ستاره مثلث به معنی حذف اینترلاک ها نیست. در هر صورت بین کنتاکتورهای ستاره و مثلث باید اینترلاک های الکتریکی و مکانیکی کافی وجود داشته باشد. قابل ذکر است که در تایمر ستاره مثلث زمان راه اندازی ستاره قابل تنظیم بوده ولی زمان وقفه به صورت ثابت یا قابل تنظیم و کمتر از ثانیه است. برای درک بهتر از شیوه‌ی کار تایمرهای ستاره مثلث لطفا به تصویر زیر توجه کنید.

بخش (a) از این تصویر مربوط به تایمر ستاره مثلث دو سیمه با دو پلاتین مجزا و N.O است. شمای الکتریکی این تایمر را می توانید در تصویر بالا با گزینه ی (a) مشاهده کنید. با وصل تغذیه‌ این تایمر بالافاصله پلاتین 17 به 18 متصل شده و موتور در حالت ستاره راه اندازی می‌شود. در واقع کنتاکت 17 و 18 بدون وقفه زمانی بوده و در تصویر بالا نیز این حالت به خوبی نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می کنید در خط چین 17 به 18 از نیم دایره استفاده نشده ولی در کنتاکت 17 به 28 این علامت وجود دارد. پس از پایان زمان تنظیم شده در t1 پلاتین 17 از 18 جدا شده و وقفه زمانی یا t2 آغاز می شود. پس از پایان t2 کنتاکت 17 به 28 متصل شده و کنتاکتور مثلث روشن می شود. پس به صورت کلی می توان گفت که در این تایمر دو پلاتین نرمال باز با وقفه زمانی وجود دارد که یک سمت آن ها مشترک شده است. بخش مشترک این کنتاکت ها را نیز می توانید در تصویر بالا مشاهده کنید.

گزینه ی (b) مربوط به یک تایمر ستاره مثلث سه سیمه با پلاتین فرمان چنج آور است. در بخش (b) از نمودار کاری می توانید مشاهده کنید که کنتاکت بسته یا 16-15 حتی قبل از وصل تغذیه به همین حالت است. در واقع پس از وصل تغذیه و کنتاکت کنترل بالافاصله کنتاکتور ستاره روشن خواهد شد. زمان راه اندازی در این نمودار با t1 نمایش داده شده است. پس از سپری شدن t1 پلاتین بسته باز شده و وقفه زمانی یا t2 آغاز می شود. نکته ی جالب در این تایمر برگشت پلاتین فرمان به حالت اول است. این پروسه یعنی قطع و وصل شدن پلاتین فرمان باید با یک مدار خاص باعث قطع کنتاکتور ستاره و روشن شدن کنتاکتور مثلث شود.

گزینه ی (c) در هردو تصویر مربوط به یک تایمر ستاره مثلث سه سیمه با دو پلاتین فرمان مجزا است. طبق نمودار پلاتین 16-15 در این تایمر به صورت N.C بوده و قبل از وصل تغذیه به همین شکل است. پس از وصل تغذیه و کنتاکت فرمان تایمر زمان سنجی t1 آغاز خواهد شد. در این زمان کنتاکتور ستاره روشن شده و موتور راه اندازی می شود. پس از اتمام زمان سنجی وقفه ی t2 آغاز می شود. همانطور که مشاهده می کنید در این زمان هردو پلاتین فرمان باز هستند. پس از اتمام t2 پلاتین نرمال باز با شماره 18-15 بسته شده و کنتاکتور مثلث را روشن می کند.

مدار فرمان تایمر ستاره مثلث

نصب تایمر ستاره مثلث معمولی بسیار ساده بوده و پلاتین های دقیقا جایگزین تایمر تاخیر در وصل می شود. تاکید می شود که هنگام سیم بندی تایمر ستاره مثلث باید به نوع و تعداد پلاتین های فرمان آن توجه کنیم. همانطور که در بخش های ابتدایی این مقاله شرح داده شد هر تایمر ممکن است دو پلاتین نرمال باز، یک پلاتین چنج آور یا یک باز و بسته ی مجزا داشته باشد. در تصویر زیر مدار فرمان با تایمر ستاره مثلث مجهز به دو پلاتین نرمال باز را مشاهده می کنید. نحوه ی کار این مدار به همراه مدل های دیگر تک ضرب، ستاره مثلث و غیره در مقالات بخش راه اندازی موتور سه فاز به صورت کامل شرح داده شده است.

در ویدئوی زیر نحوه عملکرد تایمر ستاره مثلث را به عنوان یکی از پرکاربردترین تجهیزات مدار فرمان در تابلو برق صنعتی بررسی می کنیم. این ویدئو برگرفته از دوره آموزش مدار فرمان است.

تایمر ستاره مثلث ممکن است به صورت مجزا و یا ترکیب شده با رله های دیگر در بازار وجود داشته باشد. به عنوان مثال شرکت ایرانی شیوا امواج اقدام به ترکیب تایمر ستاره مثلث با رله کنترل فاز کرده است. این رله با عنوان کنترل فاز ستاره مثلث عرضه شده و طبق تصویر زیر دارای ورودی و خروجی های مختلفی است. از ورودی های این رله می توان به نمونه ی ولتاژ سه فاز و نول به همراه ترمینال های استارت و استپ اشاره کرد. این رله دارای سه خروجی مجزا برای کنتاکتورهای اصلی، ستاره و مثلث است. قابل ذکر است که زمان وقفه بین خاموش شدن کنتاکتور ستاره و روشن شدن کنتاکتور مثلث در این رله به صورت ثابت و حدود 50 میلی ثانیه است. با توجه به سیگنال های روی رله به راحتی می توان خطاهای ولتاژی و وضعیت کاری رله را مشاهده کرد.

نصب کنترل فاز ستاره مثلث در تابلو برق هایی توصیه می شود که دارای یک خط راه اندازی هستند. به عبارت ساده تر این رله فقط برای یک مدار راه اندازی مناسب بوده و نمی تواند بخش های دیگر تابلو برق را در برابر قطع فاز، عدم تعادل، کاهش یا افزایش ولتاژ محافظ کند. در صورتی که تابلو دارای چندین الکتروموتور باشد بهتر است از یک کنترل فاز برای کل مدار فرمان استفاده کنیم.

نحوه تنظیم تایمر ستاره مثلث

راه اندازی ستاره مثلث به منظور کاهش جریان اولیه موتور استفاده می شود. این روش باعث کاهش گشتاور شده و ممکن است معایبی مانند عدم راه اندازی یا طولانی شدن راه اندازی را ایجاد کند. در بخش راه اندازی موتورهای سه فاز به صورت کامل شرح داده شد که در بسیاری از بارها مانند پمپ یا فن سانتریفیوژ با افزایش سرعت موتور گشتاور مورد نیاز بار نیز افزایش پیدا می کند. در این گونه بارها هنگام رسیدن سرعت به 80 تا 85 درصد دور نامی گشتاور موتور و گشتاور بار مساوی شده و شتاب گیری متوقف خواهد شد. به عبارت دیگر اگر زمان تایمر ستاره مثلث به درستی تنظیم نشود ممکن است موتور در پروسه راه اندازی دچار اختلال شود. در اغلب منابع محدوده ی زمان سوئیچ ستاره مثلث در 75 درصد دور نامی بیان شده است. با این کار موتور می تواند گشتاور کافی برای ادامه ی راه اندازی را ایجاد کند.

تنظیم تایمر ستاره مثلث می تواند با توجه به صدای موتور، آمپراژ دریافتی، اندازه گیری دور یا توسط فرمول \(t=4+2\sqrt{P_{kW}}\) انجام شود. در این فرمول P توان موتور بر اساس کیلو وات بوده و t زمان تنظیمی در تایمر بر اساس ثانیه است. در صورت ثابت بودن بار موتور هنگام راه اندازی می توانید جریان آن را بررسی و رسیدن به 75 درصد دور نامی را به صورت تقریبی اندازه گیری کنید. در این روش حداکثر جریان راه اندازی موتور باید مد نظر قرار بگیرد. به عبارت ساده تر موتور راه اندازی شده و ضمن ثبت حداکثر جریان باید زمان سنجی را آغاز کنیم. با کاهش این جریان و رسیدن آن به محدوده ی 20 تا 30 درصد می توان زمان سنجی را متوقف کرده و تایمر را تنظیم کرد. روش استاندارد دیگر اندازه گیری دور موتور به همراه ثبت زمان است. شما می توانید بالافاصله پس از راه اندازی موتور زمان سنجی را شروع کرده و پس از رسیدن به 75 درصد دور نامی آن را متوقف کنید.