طراحی مدار چپ گرد و راست گرد سه فاز

در صنعت تغییر جهت و جابه‌جایی اغلب توسط الکتروموتورهای تک فاز یا سه فاز به صورت چپ گرد و راست گرد انجام می‌شود. با توجه به نرخ بالای استفاده از الکتروموتورهای سه فاز، در ادامه به بررسی مدارهای مختلف چپ گرد و راست گرد سه فاز می‌پردازیم.

طراحی مدار قدرت و مدار فرمان چپ گرد و راست گرد به آیتم زیادی از جمله نوع موتور و روش کنترل بستگی دارد. به منظور تغییر جهت گردش موتور سه فاز باید جای دوفاز ورودی آن را عوض کنیم. این کار باعث تغییر جهت میدان دوار و در نتیجه معکوس شدن جهت چرخش موتور می شود. مدارهای چپ گرد و راست گرد بر اساس جابجایی فاز کار کرده و می توانند با کلید زبانه ای، کنتاکتور و SSR طراحی شوند.

لازم به ذکر است که استفاده از کلیدهای زبانه‌ای در تغییر جهت گردش به صورت دستی به همراه ساختمان کنتاکتور و SSR در بخش مقالات آموزش مدارفرمان بررسی شده است. در تصویر زیر تاثیر توالی فاز در جهت گردش موتور را مشاهده می کنید. بخش یک راست گرد و بخش دو چپ گرد را نشان می دهد. به منظور تست جهت گردش می توان از توالی سنج نیز استفاده کرد.

مدار قدرت چپ گرد و راست گرد معمولا با دو کنتاکتور طراحی شده ولی مدار فرمان می تواند مدل های مختلفی مانند چپ گرد و راست گرد سریع، حفاظت کامل، لحظه ای و غیره داشته باشد. برای اجرای انواع مدار چپ گرد و راست گرد به تعدادی شستی استارت، استپ، شستی قارچی یا قطع اضطراری، میکروسوئیچ، جوی استیک، فیوز ذوب شونده یا بریکر، دو عدد کنتاکتور، اینترلاک مکانیکی، بی‌متال، الکتروموتور، مقداری سیم و لوازم سیم‌بندی نیاز است.

مدار قدرت چپ‌گرد و راست‎گرد

مدار فرمان در سیستم های چپ گرد و راست گرد می‌تواند حالت‌های مختلفی داشته باشد اما مدار قدرت در تمام آن‌ها ثابت است. در ابتدایی‌ترین قسمت مدار قدرت از فیوز ذوب شونده یا بریکر سه فاز استفاده می‌شود. این قسمت نقش حفاظت مدار در برابر اتصال کوتاه و در برخی موارد اتصال کوتاه و اضافه بار را خواهد داشت. طبق نقشه مدار قدرت چپ گرد و راست گرد به منظور جابه‌جایی دو فاز و در نتیجه تغییر جهت گردش موتور باید از دو کنتاکتور با سایز برابر استفاده کنیم.

جریان این کنتاکتورها بر اساس توان الکتروموتور، تعداد استارت‌ها، تغییر جهت گردش‌های سریع، ساعت‌ها، عوامل محیطی و غیره تعیین می‌شود. در این مثال فرض شده الکتروموتور به صورت تک‌ضرب در هر دو جهت گردش راه اندازی می‌شود. در آمپراژ بالاتر ممکن است مدار چپ گرد و راست گرد به صورت ستاره مثلث نیز راه اندازی شود.

نکته‌‌ی مهم در مدار قدرت، جابه‌جا شدن دو فاز توسط کنتاکتورها است. همانطور که مشاهده می کنید با وصل کنتاکتور راست گرد هر سه فاز به صورت مستقیم به موتور متصل می شوند. در طرف مقابل با وصل کنتاکتور چپ گرد فاز وسط تغییری نکرده اما جای دوفاز کناری عوض می شود. این جابجایی فاز باعث تغییر جهت گردش موتور سه فاز خواهد شد.

با توجه به یکسان بودن جریان موتور در حالت چپ گرد و راست گرد می توان از یک بی متال به منظور حفاظت در برابر اضافه بار استفاده کرد. خروجی بی متال وارد ترمینال ها شده و در نهایت به موتور سه فاز متصل می شود.

در نظر داشته باشید که وصل همزمان کنتاکتور چپ گرد و راست گرد باعث ایجاد اتصال کوتاه شدید می شود. برای افزایش حفاظت علاوه بر اینترلاک الکتریکی مدار فرمان، می‌توان از اینترلاک مکانیکی بین دو کنتاکتور نیز استفاده کرد. این قطعه حرکت‌های مکانیکی را محدود کرده و حتی در صورت اشکال در مدار فرمان، اجازه‌ی وصل هم‌زمان کنتاکتورها را نخواهد دارد. اینترلاک مکانیکی در مدار قدرت چپ گرد و راست گرد بالا با خط چین و یک مثلث بین کنتاکتورها نمایش داده شده است. اطلاعات بیشتر در خصوص اینترلاک مکانیکی را می توانید در مقاله روش نصب اینترلاک مطالعه کنید.

برای مدار قدرت چپ گرد و راست گرد سه فاز می توان از ست های آماده استفاده کرد. در این ویدئو که برگرفته از دوره آموزشی حفاظت و راه اندازی موتورهای سه فاز است با ست زیمنس آشنا می شویم. برای این مدار از دو کنتاکتور، یک اینترلاک مکانیکی، باسبار و پلاتین های کمکی استفاده شده است.

مدار فرمان چپ گرد و راست گرد

نوع مدار فرمان برای تغییر جهت گردش موتور به شرایط ماشین، حالت‌های حفاظتی، نوع بهره‌برداری و خواسته‌های کارفرما بستگی دارد. به عنوان مثال از نظر کاری می‌توان مدار چپ گرد و راست گرد را به صورت لحظه‌ ای، دائم، یا سریع طراحی کرد. نحوه صدور فرمان در این مدار نیز متفاوت بوده و ممکن است توسط شستی، ریموت کابلی، ریموت بدون سیم، جوی استیک غیره انجام شود.

در مدار فرمان چپ گرد و راست گرد به منظور ایجاد محدودیت های حرکتی از انواع میکروسوئیچ و سنسور استفاده می شود. با توجه به این‌که وصل هم‌ زمان کنتاکتور راست‌گرد و چپ‌گرد باعث بروز اتصال کوتاه دو فاز در سیستم می‌شود، باید مسائل ایمنی از جمله اینترلاک مکانیکی و الکتریکی را در مدار فرمان و قدرت لحاظ کنیم.

مدار چپ گرد و راست گرد می تواند با توجه به وجود میکروسوئیچ، سنسور و تایمر به صورت خودکار نیز طراحی شود. به عنوان مثال در مدار فرمان چپ گرد و راست گرد با تایمر می توان مدل های مختلف تایمر تاخیر در قطع، تاخیر در وصل یا تایمر چپ گرد و راست گرد را انتخاب کرد.

مدار فرمان چپ‌گرد و راست‌گرد لحظه‌ای

چپ گرد و راست گرد لحظه‌ ای ساده‌ترین مدار فرمان برای تغییر جهت گردش الکتروموتور است. طبق تصویر زیر در این مدار فرمان از پلاتین‌های نرمال باز کنتاکتورها برای کار دائم استفاده نشده است. به عبارت دیگر در این مدار تا زمانی که نیروی دست روی یکی از شستی‌ها باشد، الکتروموتور کار خواهد کرد.

برای سیم‌بندی مدار فرمان چپ گرد و راست گرد لحظه ای به یک بریکر مینیاتوری تک فاز، شستی قارچی اضطراری قفل شو و دو عدد شستی استارت نیاز داریم. سیم فاز بعد از عبور از بریکر مینیاتوری، پلاتین فرمان بی‌متال و شستی قطع اضطراری، به صورت مشترک به ورودی هر دو استارت متصل می‌شود.

خروجی شستی استارت راست گرد یا SF2 برای اطمینان از عدم وصل هم‌زمان دو کنتاکتور، وارد پلاتین نرمال بسته‌ی کنتاکتور مخالف می‌شود. این امر در مورد شستی استارت چپ‌گرد یا SF3 نیز صادق است. با این کار در صورتی که یکی از کنتاکتور ها وصل باشد، مسیر وصل کنتاکتور مخالف باز بوده و در صورت فشردن هر دو شستی استارت هیچ اتفاقی رخ نمی‌دهد. استفاده از پلاتین‌های بسته برای ایجاد حالت حفاظتی بسیار پرکاربرد بوده و در مدارهای دیگر مانند ستاره مثلث نیز استفاده می‌شود.

در مثال زیر وجود مثلث و خط‌چین بین دو بوبین کنتاکتور به معنی استفاده از اینترلاک مکانیکی است. اینترلاک مکانیکی این اطمینان را می‌دهد که در صورت بروز اشکال در مدار فرمان، کنتاکتورها هرگز به صورت هم‌زمان وصل نخواهند شد.

مدار فرمان چپ گرد و راست گرد لحظه ای با میکروسوئیچ

بسیاری از ماشین‌ها یا تأسیسات باید در محدوده‌ی مجاز کار کرده و یا فعالیت‌های مکانیکی خاصی را انجام دهند. به عنوان مثال در جرثقیل‌ها نهایت حرکت به چپ و راست یا بالا و پایین بردن بار کاملا مشخص بوده و تجاوز از این محدوده باعث بروز خسارت‌های مکانیکی و حتی جانی می‌شود.

برای شناسایی موقعیت اجسام، محدود کردن حرکت‌های مکانیکی یا شمارش آن‌ها می‌توان از انواع میکروسوئیچ استفاده کرد. این قطعه نیز مانند شستی‌های استارت و استپ دارای یک یا چند پلاتین نرمال باز و نرمال بسته بوده و می‌توانند به عنوان فعال یا غیرفعال کننده در مدارهای فرمان استفاده شوند. به عنوان مثال در مدار فرمان زیر از دو میکروسوئیچ با پلاتین نرمال بسته برای محدود کردن حداکثر حرکت مجاز به چپ و راست در کنترل جرثقیل به صورت لحظه‌ای استفاده شده است.

مدار فرمان چپ‌گرد و راست‌گرد دائم

برای استفاده از مدار چپ‌گرد و راست‌گرد به صورت دائم می‌توان از پلاتین‌ نرمال باز کنتاکتورها استفاده کرد. در مدار فرمان زیر آیتم شماره‌ی 8 پلاتین نرمال باز کنتاکتور راست‌گرد و شماره‌ی 9 پلاتین نرمال باز کنتاکتور چپ‌گرد است.

این پلاتین‌ها باید به نحوی با شستی های استارت موازی شوند تا بین شستی استپ و پلاتین بسته‌ی حفاظتی قرار بگیرند. در مدار فرمان چپ گرد و راست گرد دائم با فشردن هر یک از شستی‌ها، کنتاکتور مربوطه روشن و پایدار می‌شود. در صورتی که یکی از کنتاکتور ها وصل باشد، به علت استفاده از اینترلاک مکانیکی و الکتریکی، کنتاکتور مخالف آن فرمان وصل نخواهد گرفت. برای تغییر جهت گردش باید ابتدا توسط شستی قارچی یا استپ معمولی مدار را خاموش کرده، سپس دور مخالف را انتخاب کرد.

مدار چپ گرد و راست گرد دائم دارای حفاظت در برابر قطع برق است. به عبارت دیگر پس از قطع برق این مدار خاموش شده و نیاز به راه اندازی مجدد دارد.

مدار فرمان چپ گرد و راست گرد با حفاظت کامل

حفاظت کامل در مدار فرمان چپ گرد و راست گرد به معنی جلوگیری از صدور فرمان همزمان است. به عنوان مثال با استفاده از دو شستی دوبل می توان نوعی حفاظت بیشتر را ایجاد کرد. در نقشه مدار فرمان زیر شستی های استارت دارای یک پلاتین نرمال بسته یا N.C نیز هستند. این پلاتین به نحوی در مدار فرمان قرار گرفته تا با پلاتین N.O یا نرمال باز شستی استارت دیگر سری باشد.

همانطور که مشاهده می کنید هنگام فشار دادن شستی استارت راست گرد با تگ SF07- ابتدا پلاتین N.C آن در مسیر بوبین کنتاکتور چپ گرد باز شده و در ادامه پلاتین N.O آن کنتاکتور راست گرد را روشن می کند. در طرف مقابل نیز شستی SF06- دارای یک پلاتین N.C در مسیر بوبین کنتاکتور راست گرد است.

در نظر داشته باشید که مدار فرمان فوق به صورت سریع نبوده و جهت توقف حتما باید از شستی استپ یا قارچی استفاده شود. برای درک بهتر این موضوع تصور کنید شستی SF07- را برای راه اندازی حالت راست گرد فشار می دهیم. این شستی ابتدا پلاتین N.C در مسیر دیگر را باز کرده و از استارت همزمان جلوگیری می کند. با فشار دادن این شستی ترمینال N.O آن مدار راست گرد را روشن می کند. این کنتاکتور با استفاده از کنتاکت N.O خود به صورت پایدار در آمده و به کار خود ادامه می دهد.

در این شرایط فشار دادن شستی SF06- نمی تواند مدار راست گرد را خاموش کند چون مسیر تیغه ی پایدار کننده قبل از آن است. این حالت در هردو جهت گردش صادق است. همانطور که مشاهده می کنید در این مدار فرمان نیز از اینترلاک الکتریکی در مسیر بوبین ها استفاده شده است. مدار فوق دارای حفاظت در برابر قطع برق بوده و پس از خاموش شدن نیاز به فرمان راه اندازی دارد.

مدار فرمان چپ‌گرد و راست‌گرد سریع

در طراحی مدار فرمان چپ گرد و راست گرد سریع از شستی های دوبل استفاده می شود. تغییر جهت گردش در این مدار نیازی به فشردن شستی استپ  نداشته و به صورت همزمان با شستی های استارت انجام می شود. نقشه مدار فرمان چپ گرد و راست گرد سریع را در تصویر زیر مشاهده می کنید. موقعیت قرارگیری کنتاکت های N.C شستی های دوبل در این نقشه و مدار چپ گرد و راست گرد حفاظت کامل متفاوت است. در واقع پلاتین های N.C شستی ها در مدار سریع بالاتر از تیغه ی پایدار کننده قرار دارند.

با توجه به این نقشه شستی دوبل راست‌گرد یا SF3 به صورت هم‌زمان مدار چپ‌گرد را خاموش و مدار راست‌گرد را روشن می‌کند. این کار توسط پلاتین نرمال بسته ی آن با تگ SF3- انجام می شود. در برخی از نقشه ها ممکن است ارتباط بین شستی های دوبل با خط چین نمایش داده شود. شستی SF4 نیز می‌تواند مدار راست‌گرد را خاموش و چپ گرد را روشن کند. در نظر داشته باشید که وجود پلاتین‌های حفاظتی و اینترلاک مکانیکی از وصل هم‌زمان کنتاکتور‌ها جلوگیری کرده و برای قطع کامل مدار باید شستی استپ یا اضطراری را فشار دهیم.

این مدار دارای پایدار کننده بوده و می توان از آن در مدت زمان طولانی استفاده کرد. به عنوان مثال با فشار دادن شستی SF3- پلاتین بسته ی آن در مسیر چپ گرد باز شده و پلاتین باز آن در مسیر راست گرد بسته می شود. پس از روشن شدن کنتاکتور راست گرد، پلاتین نرمال باز آن مدار را پایدار می کند. کنتاکتور راست گرد تا زمان فشار دادن شتسی دوبل چپ گرد و یا شستی استپ یا قارچی به کار خود ادامه می دهد. این مدار نیز دارای حفاظت در برابر قطع برق بوده و پس از هرگونه خاموشی باید دوباره راه اندازی شود.

در برخی مدارها مانند چپ گرد و راست گرد موتور سه فاز یا ستاره مثلث باید از ورود هم زمان کنتاکتورها به مدار جلوگیری کرد. جلوگیری از ورود هم زمان دو تا چند تجهیز توسط اینترلاک انجام می شود. اینترلاک یا وابستگی داخلی به دو شکل الکتریکی و مکانیکی انجام می شود. در این ویدئو اینترلاک کنتاکتور زیمنس به شکل الکتریکی و مکانیکی را مشاهده می کنید.

استفاده از ریموت‌ها در مدار فرمان چپ گرد و راست گرد

در تأسیسات الکتریکی مخصوصا جرثقیل‌ها از ترکیب چند مدار چپ‌گرد و راست‌گرد با سرعت‌های مختلف استفاده می‌شود. برای کنترل این مدارهای پیچیده می‌توان از شستی‌های جداگانه یا انواع ریموت استفاده کرد. شستی‌های جداگانه نیاز به بستر مناسب جهت نصب فیزیکی، افزودن پلاتین‌های کمکی، مارک، لیبل و غیره دارند. این موارد علاوه بر افزایش زمان نصب، سیم‌بندی و عیب یابی‌، ایمنی مدار را کاهش می‌دهد.

برای رفع مشکلات فوق می‌توان از ریموت‌های کابلی یا ریموت‌های بدون سیم استفاده کرد. شاید در نظر اول تفاوت خاصی بین ریموت‌های کابلی و استفاده از شستی‌های معمولی مشاهده نشود اما واقعیت چیز دیگری است. برخی از مزایای ریموت‌های کابلی عبارت‌اند از:

• تنوع در مدل با تعداد مختلف شستی‌ها، کنترل سرعت، قطع اضطراری و …
• یک‌پارچه بودن تمام شستی‌ها و کاهش ابعاد، زمان نصب، سیم‌بندی و عیب‌یابی
• پلاتین‌های فرمان کافی در هر حرکت
• قابلیت تغییر سرعت با فشردن یک شستی
• گروه‌بندی شستی‌ها و مشخص بودن حرکت‌ها با لیبل
• اینترلاک مکانیکی بین شستی‌های هر گروه
• وجود شستی قطع اضطراری: در نظر داشته باشید که ریموت‌ها برای کنترل لحظه‌ای استفاده شده و معمولا فاقد استپ برای هر مدار هستند.
• مقاومت در برابر آلودگی‌ها و نفوذ اجسام

شستی‌های استفاده شده در ریموت‌ها معمولا از نوع دوبل بوده و دارای یک پلاتین نرمال بسته و یک پلاتین نرمال باز هستند. در مدل‌های دو سرعته هر شستی علاوه بر پلاتین‌های نرمال بسته و نرمال باز، دارای یک پلاتین دوم نیز می‌باشد. فشردن شستی در مرحله‌ی اول باعث باز شدن پلاتین نرمال بسته و بسته شدن پلاتین نرمال باز اول می‌شود. در صورتی که فشار روی شستی بیشتر شود، پلاتین نرمال باز دوم که برای تغییر سرعت استفاده می‌شود هم بسته خواهد شد.

یکی از مزایای اصلی و متمایز کننده‌ی ریموت‌ها نسبت به شستی‌های معمولی، وجود اینترلاک مکانیکی در آن‌هاست. این اینترلاک به نحوی تعبیه شده است که نتوان شستی‌های مربوط به یک گروه کاری مانند چپ و راست یا بالا و پایین را به صورت هم‌زمان تحریک کرد. استفاده از ریموت با اینترلاک داخلی به همراه اینترلاک مکانیکی و الکتریکی کنتاکتورها ضریب اطمینان مدار را به شدت بالا می‌برد.

اتصال الکتریکی ریموت‌ کابلی با شستی‌های معمولی تفاوتی نداشته ولی قبل از هر کاری باید  به تعداد گروه‌ها در آن توجه کرد. به عنوان مثال و طبق نقشه زیر در یک ریموت با چهار جهت اصلی در واقع از دو مدار چپ گرد و راست گرد مجزا استفاده شده است.

روش اتصال الکتریکی ریموت بدون سیم نیز همانند ریموت آویز بوده و می‌تواند به صورت کنتاکتوری و یا با درایو استفاده شود. قابل ذکر است که در صورت استفاده از درایو جهت راه اندازی الکتروموتورها، می‌توان ریموت را مستقیما به آن‌ها و یا به کنترلر اصلی متصل کرد. در تصویر زیر دیاگرام نصب ریموت بدون سیم به صورت کنتاکتوری را مشاهده می کنید. هر گروه دارای سه کنتاکتور شامل راست، چپ و ترمز می‌باشد.

محتوای این مقالات برگرفته از کتاب تجهیزات سوئیچ و کنترل تالیف مثلث زرد با مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی است. هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد از این محتوا غیرمجاز بوده و پیگرد قانونی دارد.