راه اندازی تک ضرب یا مستقیم یا ولتاژ کامل موتور

روش راه اندازی تک ضرب ساده‌ترین و متداولترین حالت راه‌اندازی موجود در صنعت است. تجهیزات راه‌اندازی در مدار تک‌ضرب بسیار محدود و شامل یک کنتاکتور و رله اضافه‌بار حرارتی یا الکترونیک می‌شود. نقطه ضعف این روش دریافت بالاترین جریان راه‌اندازی از مدار است. مقدار نرمال جریان راه‌اندازی در حالت تک ضرب بین ۶ تا ۷ برابر جریان نامی موتور بوده اما مقادیر ۹ تا ۱۰ برابر جریان نامی نیز  ممکن است در لحظه ی استارت ایجاد شود. علاوه بر جریان راه‌اندازی یک پیک جریان نیز در مدار وجود دارد  که می‌تواند تا ۱۴ برابر جریان نامی افزایش پیدا کند. این مقدار به علت عدم وجود انرژی در لحظه‌ی اول استارت است.

لوازم تابلو برق تک ضرب

مقادیر اعلام شده به طراحی و سایز موتور بستگی داشته اما به‌صورت کلی موتورهای کوچک مقادیر بیشتری نسبت به موتورهای بزرگ دریافت می‌کنند. علاوه بر جریان راه‌اندازی بالا در حالت تک‌ضرب، گشتاور راه‌اندازی نیز بسیار  بالا بوده و برای اغلب تأسیسات غیر ضروری و حتی غیر مفید است. اگر گشتاور یا نیروی تولیدی توسط الکتروموتور مقدار بالایی داشته باشد، تنش های زیادی به کوپلینگ ها و قسمت های متحرک وارد می‌کند. تأسیسات زیادی وجود دارد که در آن‌ها راه‌اندازی تک‌ضرب بسیار عالی بوده و در برخی موارد نیز این تنها روش راه‌اندازی است.

در ویدئوی زیر یک تابلوی راه اندازی به صورت تک ضرب را بررسی میکنیم. این ویدئو برگرفته از دوره راه اندازی و حفاظت الکتروموتورهای سه فاز است:

در این ویدئو با مدار فرمان و قدرت راه اندازی تک ضرب موتور سه فاز آشنا می شویم. این مدار می تواند با تجهیزات بسیار متنوعی پیاده شود. در ساده ترین حالت می توانید از فیوز، کنتاکتور و بی متال در مدار قدرت استفاده کنید. مدار قدرت به تجهیزات دیگری مانند ترمینال و ایزولاتور نیز نیاز دارد. در مدار فرمان قطعاتی مانند ترانس 400 به 220، شستی استارت، شستی استپ و چراغ سیگنال را مشاهده می کنید. از ترانس 400 به 220 در مدارهای بدون نول استفاده می شود.

1 فیوز دیسکانکتور

در ابتدایی ترین قسمت فیدر الکتروموتور باید یک المان حفاظتی به صورت فیوز یا بریکر سه فاز قرار داده شود.

در این مثال از یک فیوز دیسکانکتور سه فاز با تگ FC1A استفاده شده است. فیوزهای ذوب شونده ارزان ترین راه حفاظت در برابر اضافه بار و اتصال کوتاه بوده و مدل‌های بسیار متنوعی دارند. شرح کوتاهی در خصوص فیوزها را در مقاله ی کوردینه سازی و انواع فیوز مطالعه کنید. در نظر داشته باشید که سیستم اضافه بار فیوز برای مدارهای موتوری مناسب نبوده و فقط از حفاظت اتصال کوتاه آن استفاده می‌شود.

2 کنتاکتور

در این مثال از یک کنتاکتور با تگ QA1A برای سوئیچ الکتروموتور استفاده شده‌است. کنتاکتور بعد از فیوز یا بریکر اصلی قرار گرفته و باید توانایی قطع و وصل جریان الکتروموتور و تحمل جریان راه‌اندازی را داشته باشد. این اطلاعات به همراه میزان جریان مجاز به صورت کدهای استاندارد روی پلاک یا نیم پلیت کنتاکتور قید می‌شود. به عنوان مثال برای قطع و وصل الکتروموتورهای القایی قفس سنجابی در شرایط نرمال باید از کنتاکتور AC3 استفاده کنیم.

3 حفاظت اضافه بار یا Over load Protection

برای حفاظت اضافه بار الکتروموتور در مدارهای کنتاکتوری می توان از رله‌های حرارتی یا الکترونیک استفاده کرد. رله‌ی حرارتی که با عنوان بی متال نیز شناخته می‌شود به صورت مستقیم در مدار قدرت قرار گرفته ولی توانایی قطع و وصل آن را ندارد. به عبارت ساده تر بی متال از روی میزان حرارت تولید شده در اثر عبور جریان، شرایط خطا را شناسایی کرده و مدار فرمان را قطع می‌کند. قطع شدن مدار فرمان باعث جدا شدن کنتاکتور اصلی و در نتیجه خاموش شدن الکتروموتور خواهد شد.

بی متال را می‌توان به صورت مستقیم به کنتاکتور متصل کرده و یا طبق تصویر زیر با پایه‌های خاصی به صورت مجزا در تابلو برق نصب کرد. اتصال مستقیم بی متال به کنتاکتور باعث کم شدن فضای نصب، کاهش حجم سیم‌بندی و کوچکتر شدن ابعاد تابلو شده و یک روش روتین برای حفاظت است. برای اینکار حتما باید به برند، مدل، سایز و هم خانواده بودن بی‌متال و کنتاکتور توجه کنیم. نصب مجزای بی‌متال باعث افزایش سیم‌بندی و ابعاد تابلو می‌شود ولی مزایای خاصی همچون توانایی استفاده از برند و مدل متفاوت، استفاده از چند بی‌متال در یک مدار، قرار دادن بی‌متال در محل جداگانه و غیره دارد. استفاده از چند بی متال برای مواردی است که  نیاز است تا قبل از تریپ یک سیگنال آلارم داشته باشیم. در این مدار معمولا از دو بی‌متال استفاده می‌شود.

واحدهای نصب مجزا با توجه به سایز بی‌متال متفاوت بوده و در آمپراژ پائین روی ریل‌های 35 میلی متری قرار می‌گیرند. با این تجهیز می توان از بی متال به صورت جداگانه و حتی در رنج متفاوت با کنتاکتور استفاده کرد.

در تصویر زیر روش عملکرد اجزای داخلی بی‌متال نشان داده شده است. اگر طبق حالت 1 جریان هر سه فاز در محدوده‌ی مجاز باشد، وضعیت بی‌متال عادی بوده و پلاتین 95-96 به صورت نرمال بسته و 97-98 نرمال باز خواهند بود. قابل ذکر است که در این حالت از پلاتین نرمال بسته در مسیر مدار کنتاکتور و از پلاتین نرمال باز در مدارهای هشداری مانند چراغ سیگنال، آژیر و غیره استفاده می‌شود.

با افزایش جریان، قسمت دوفلزی داخل بی‌متال خم شده و باعث تغییر وضعیت کنتاکت‌های فرمان می‌شود. عملکرد عنصر دو فلزی به صورت تصویری در دوره‌ی بریکرهای فشار ضعیف نمایش داده شده‌است. این حالت ممکن است به دو صورت اضافه بار سه فاز و یا قطع یکی از فازها رخ بدهد. طبق حالت 2 در تصویر بالا، اضافه بار سه فاز باعث انحنای هر سه عنصر دوفلزی شده و وضعیت پلاتین‌های فرمان را تغییر می‌دهد. این کار باعث خاموش شدن کنتاکتور و روشن شدن وضعیت هشدار می‌شود. طبق بخش 3، با قطع یکی از فازها مانند L1 جریان دوفاز دیگر افزایش یافته و باعث خم شدن دو عنصر حرارتی و در نتیجه تغییر وضعیت پلاتین‌های فرمان خواهد شد.

از آنجایی که توان و شرایط کاری الکتروموتورها بسیار متنوع است، بی‌متال‌ها با یک رنج جریانی قابل تنظیم ساخته می‌شوند. نکته‌ی مهم هنگام استفاده از بی‌متال تنظیم صحیح مقدار جریان و روش راه‌اندازی مجدد یا ریست آن است. توجه کنید که میزان جریان بی‌متال باید مساوی با جریان نامی الکتروموتور تنظیم شده و بهتر است در شرایط عادی روش ریست آن دستی باشد. چون در این مدار از رله کنترل فاز استفاده نشده نقش بی متال بسیار مهم تر خواهد بود. در واقع تنها عنصر حفاظتی در این مدار بی متال است. در تابلو برق بدون کنترل فاز باید سیستم های حفاظت جریانی دقیق تر انتخاب و تنظیم شوند. بسیاری از خطاهای ولتاژی مانند اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ، دو فازی، فطع نول و غیره با نصب یک کنترل فاز پشتیبانی می شود.

4 ترمینال

در بخش 4 دیاگرام مدار قدرت از سه ترمینال با تگ‌های 1-T1XD، 1T1-2XD و 1-T3XD برای اتصال خروجی راه‌انداز به کابل الکتروموتور استفاده شده‌است. سایز و تعداد ترمینال‌ها با توجه به سطح مقطع و رشته‌های کابل مشخص شده و می‌تواند شامل ارت نیز باشد.

5 ایزولاتور یا دیسکانکتور

در صورتی که محل قرارگیری تابلو با الکتروموتور فاصله‌ی زیادی داشته باشد باید از یک جداکننده یا ایزولاتور نیز استفاده کنیم. در این دیاگرام ایزولاتور نزدیک الکتروموتور نصب شده و به هیچ مکانیزمی برای خاموش‌کنندگی قوس مجهز نیست. در نظر داشته باشید که نباید از یک ایزولاتور به‌عنوان قطع و وصل‌کننده‌ی مدار یا ماشین در حال کار استفاده کرد. به عبارت دیگر این کلید فقط می‌تواند در بی‌باری کامل و یا هنگام عبور جریان‌های بسیار ناچیز قطع و وصل شود. هنگام کار با ایزولاتور ابتدا باید بار را توسط کلیدهای دیگر مانند کنتاکتور قطع کرده و سپس از عدم عبور جریان مطمئن شویم. به صورت کلی ایزولاتورها باید شرایط زیر را داشته باشند:

1. محل قرارگیری کلید و دسته‌ی قطع و وصل آن در دسترس باشد.
2. تمام هادی‌های فعال را از منبع اصلی قطع کند. قابل ذکر است در برخی مدل‌ها ترمینال‌هایی برای نول و ارت نیز وجود دارد. این ترمینال‌ها نسبت به ترمینال فازها زودتر بسته‌شده و دیرتر قطع می‌شوند.
3. وضعیت پلاتین‌ها به‌صورت مستقیم قابل‌دیدن بوده و یا کلید دارای نمایشگر قطع و وصل مکانیکی باشد.
4. درصورتی‌که به‌جای دیسکانکتور از کلید ایمنی استفاده شود، باید دسته‌ی قرمز و صفحه یا بدنه‌ی زردرنگ داشته باشد.
5. باید بتوانیم با استفاده از قفل‌های آویز و تجهیزات نشانه‌گذاری یا LockOut, TagOut، کلید را در وضعیت قطع، قفل کنیم.

6 الکتروموتور

در ادامه‌ی دیاگرام قدرت، خروجی ایزولاتور به یک الکتروموتور سه فاز با تگ MA1 متصل شده‌است. توجه داشته باشید که هنگام ترسیم دیاگرام باید توان، جریان، ولتاژ و نوع اتصال الکتروموتور را مشخص کنید. اتصال الکتروموتور با توجه به ولتاژ درج شده روی پلاک آن انتخاب شده و می‌تواند به صورت ستاره یا مثلث دائم باشد. در صورت نیاز و برای تغییر نوع اتصال می‌توانید از نوارهای فلزی داخل تخته کلم یا جعبه‌ی اتصال الکتروموتور استفاده کنید. در تصویر زیر پلاک و نحوه‌ی اتصال دو الکتروموتور متفاوت را مشاهده می‌کنید. الکتروموتور (a) به صورت 400/230 ولت بوده که در شبکه‌ی ایران باید به شکل ستاره‌ی دائم راه‌اندازی شود. طبق تصویر برای اتصال ستاره کافی است نوارهای فلزی را به شکلی افقی قرار دهیم تا انتهای کلاف‌ها اتصال کوتاه شود. الکتروموتور (b) به صورت 690/400 ولت بوده که در شبکه‌ی برق ایران می‌تواند به صورت مثلث دائم و یا ستاره مثلث راه‌اندازی شود. برای اتصال مثلث دائم باید نوارهای فلزی را به صورت عمودی قرار دهیم تا هر کلاف بین دوفاز مختلف قرار بگیرد.

7 المان حفاظتی دو فاز

تگ‌ FC3 در این دیاگرام مربوط به المان‌های حفاظتی سمت اولیه‌ی ترانس تبدیل ولتاژ است. این ترانس بین دوفاز مدار قدرت قرار گرفته و به همین علت بخش حفاظتی آن نیز باید دارای دو قسمت مستقل باشد. برای حفاظت این ترانس می‌توان از دو فیوز ذوب شونده و یا یک بریکر دوپل استفاده کرد. در نظر داشته باشید که بریکرهای دو پل به صورت دوفاز و فاز-نول ساخته می‌شوند که در این مدار حتما باید از نوع دوفاز استفاده کنیم. ساختمان و عملکرد انواع بریکرها در دوره‌ی تصویری بریکرهای فشار ضعیف بررسی شده‌است.

8 ترانس تبدیل ولتاژ

گاهی اوقات ممکن است در تاسیسات سیم نول وجود نداشته و یا ولتاژ تغذیه‌ی مدار فرمان با مدار قدرت متفاوت باشد. روش استاندارد در چنین شرایطی استفاده از منبع تغذیه یا ترانس تبدیل ولتاژ است. در این مثال یک ترانس دوفاز ولتاژ بخش کنترل را تامین می‌کند.

9 المان حفاظتی تک فاز

هنگامی که ثانویه‌ی ترانس تبدیل ولتاژ دو هادی داشته باشد، هردوی آن‌ها دارای اختلاف پتانسیل بوده و هیچ یک خنثی یا نول نیستند. در این شرایط یا باید از دو المان حفاظتی در سمت ثانویه استفاده کرده یا یکی از هادی ها را زمین کنیم. در این مثال نحوه‌ی اتصال زمین ثانویه‌ی ترانس مشخص نشده ولی تنها از یک المان حفاظتی با تگ FC4 استفاده شده‌است. در این حالت می‌توان هادی متصل شده به فیوز یا المان حفاظتی را فاز در نظر گرفت.

10 پلاتین کمکی ایزولاتور

در بخش مدار فرمان و پس از عنصر حفاظتی یا فیوز، یک پلاتین نرمال باز با تگ QB1A وجود دارد. با توجه به تگ قطعه می‌توان متوجه شد که این پلاتین مربوط به ایزولاتور قبل از الکترموتور بوده و نوعی اینترلاک الکتریکی است. ایزولاتور با شماره‌ی 5 در دیاگرام مشخص شده‌است. به عبارت ساده‌تر با قطع ایزولاتور، پلاتین فرمان آن باز شده و اجازه‌ی برقدار شدن مدار فرمان را نخواهد داد. مزیت این کار جلوگیری از بروز آرک هنگام وصل ایزولاتور و راه‌اندازی ناخواسته‌ی الکتروموتور است. برای درک بهتر موضوع تصور کنید شخصی مدار را قطع کرده و سپس ایزولاتور را برای تعمیر الکترموتور جدا می‌کند. در چنین شرایطی اگر مدار فرمان قطع نشود، احتمال وصل کنتاکتور با فرمان ناخواسته یا اشتباه وجود دارد. اگر ایزولاتور جدا باشد با وصل کنتاکتور، الکتروموتور راه‌اندازی نخواهد شد ولی سمت ورودی آن برقدار می‌شود. با این اتفاق اگر تعمیرکار اقدام به بستن ایزولاتور کند، الکترموتور راه‌اندازی شده و ضمن ایجاد آرک، ممکن است اتفاق ناگواری رخ دهد.

11 شستی استپ

برای قطع مدار فرمان یا خاموش کردن الکتروموتور می‌توان از شستی استپ، شتسی اضطراری و یا هردو استفاده کرد. دیاگرام الکتریکی شستی استپ با شستی قارچی یا اضطراری متفاوت است. سمبل‌ها در دوره‌ی آموزش اتوکد الکتریکال بررسی شده‌است. تعداد و نوع شستی‌های استپ ممکن است با توجه به حساسیت یا کاربرد مدار بیشتر از یک عدد باشد. این شستی دارای پلاتین N.C بوده و فشردن آن باعث قطع تغذیه‌ی مدار فرمان و رها شدن بوبین خواهد شد. شستی استفاده شده در این مثال به صورت قارچی یا اضطراری بدون قفل بوده که تگ آن SF1 است.

12 پلاتین فرمان بی متال

پلاتین نرمال بسته با تگ KF1A در واقع همان پلاتین  96-95 بی‌متال بوده که برای قطع مدار فرمان در حالت اضافه‌بار استفاده می‌شود. این پلاتین با رخ دادن خطای اضافه بار سه فاز یا دوفاز، باز شده و کنتاکتور اصلی را خاموش می‌کند. نحوه‌ی عملکرد این پلاتین در تصویر قسمت حفاظت اضافه بار نمایش داده شده‌است. نحوه‌ی ریست بی‌متال با توجه به برند و تنظیمات می‌تواند به صورت دستی یا خودکار انجام شود. برای ریست دستی کافی است دکمه‌ی مشخص شده با عنوان RESET را فشرد. این کار می‌تواند به صورت دستی و یا توسط انواع شستی‌های مکانیکی انجام شود. برای ریست خودکار کافی است دکمه‌ی ریست را فشار داده به سمت حرف A چرخاند. در این حالت دکمه‌ی ریست قفل شده و در صورت رخ دادن خطا، بی‌متال مجدد ریست می‌شود. زمان ریست به دمای محیط و دمای عنصر دوفلزی بستگی داشته و نمی‌توان مقدار دقیقی برای آن در نظر گرفت.

13 شستی استارت

در این دیاگرام برای راه‌اندازی مدار فرمان از یک شستی استارت معمولی با تگ SF2 استفاده شده‌است. با فشردن این شستی پلاتین N.O آن بسته شده و  تغذیه‌ی بوبین کنتاکتور QA1A وصل خواهد شد. در نظر داشته باشید که فشردن شستی استارت تنها زمانی مدار را راه‌اندازی می‌کند که کلید ایزولاتور بسته بوده و بی‌متال در حالت ریست قرار داشته باشد. در صورتی که شستی اضطراری یا استپ از نوع قفل شو باشد، قبل از راه‌اندازی باید آزاد بودن آن را نیز کنترل کنیم.

14 بوبین کنتاکتور

بوبین یا سیم‌پیچ در کنتاکتور وظیفه‌ی تولید میدان مغناطیسی و جذب هسته‌ی متحرک به سمت هسته‌ی ثابت را دارد. این کار باعث تغییر وضعیت پلاتین‌های قدرت و فرمان شده و در این مثال الکتروموتور را راه‌اندازی می‌کند. ساختمان کنتاکتور در مقاله کنتاکتور چیست و  لوازم جانبی آن در مقاله آشنایی با لوازم جانبی کنتاکتور بررسی شده‌است. بوبین از نظر میزان و نوع ولتاژ در مدل‌های بسیار متنوعی تولید شده و ممکن است به المان‌های اضافی مانند میراکننده، تثبیت کننده و یا برد الکترونیک مجهز شده باشد. در صورتی که از آیتم‌های دیگری در بوبین کنتاکتور استفاده شده باشد، باید آن‌ها را در دیاگرام الکتریکی مشخص کنیم. به عنوان مثال در تصویر زیر انواع میرا کننده‌ی اضافه ولتاژ به صورت داخلی یا ماژول اضافی در بوبین کنتاکتور نمایش داده شده‌است.

15 پلاتین پایدار کننده

در مدار راه‌اندازی تک ضرب با کنتاکتور باید از یک پلاتین نرمال باز یا N.O برای پایدار کردن مدار استفاده کنیم. پلاتین پایدار کننده در این مثال دارای تگ QA1A بوده و با شستی استارت به صورت موازی بسته شده‌است. در این حالت وقتی که شستی استارت فشرده شود، کنتاکتور QA1A روشن شده و پلاتین فرمان خود را می‌بندد. بسته شدن پلاتین فرمان باعث ایجاد یک مسیر موازی شده و حتی با برداشتن دست از روی شستی استارت، مدار به کار خود ادامه خواهد داد. پایداری مدار تا وقتی ادامه دارد که شستی استپ فشرده شده و یا خطای الکتریکی مانند قطع برق یا اضافه جریان رخ بدهد. هریک از موارد ذکر شده باعث قطع مدار تغذیه و خاموش شدن کنتاکتور می‌شود. با قطع کنتاکتور پلاتین پایدار کننده نیز به وضعیت اول بازگشته و مدار نیاز به راه‌اندازی مجدد با شستی استارت دارد.

16 چراغ سیگنال

در این بخش از یک چراغ سیگنال قرمز رنگ با تگ EA1 استفاده شده‌است. از آنجایی که این سیگنال به صورت موازی با بوبین کنتاکتور قرار گرفته، روشن شدن آن معرف راه‌اندازی الکتروموتور است. توصیه می‌شود برای حالت‌های اخباری از سیگنال‌های معمولی و برای حالت‌های هشداری مانند عملکرد رله‌ی اضافه بار از سیگنال‌های بیزردار استفاده کنید.

17 علائم اضافی

در دیاگرام‌های الکتریکی باید نوع وتعداد پلاتین‌های استفاده شده از هر تجهیز در کنار بوبین آن نمایش داده شود. معمولا این کار با علائم و تعدادی حروف یا عدد انجام شده که مشخص کننده‌ی محل استفاده از پلاتین‌ها نیز هستند.  در این مثال وجود 4 پلاتین N.O زیر بوبین QA1A با عدد 8 به معنی استفاده از این پلاتین‌ها در مدار قدرت و فرمان نقشه‌ی شماره‌ی 8 است.

در ویدئوی زیر که بخشی از دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتور سه فاز است با تجهیزات راه اندازی تک ضرب موتور آشنا می شویم:

مدار فرمان تک ضرب با کنترل فاز

در تابلو برق تک ضرب باید از تجهیزات حفاظتی مناسب استفاده کرد. بهترین روش اضافه کردن کنترل فاز به مدار فوق است. در این حالت رله ی فرمان در بالاترین بخش قرار گرفته و تنها در صورت نرمال بودن ولتاژ بسته می شود. حفاظت کنترل فاز تنها به در لحظه ی استارت نبوده و با رخ دادن خطا وارد مدار می شود. به عنوان مثال اگر در حالت کار الکتروموتور یکی از فازها قطع شود، رله زمان گیری کرده و مدار را خاموش می کند. هنگام طراحی مدار فرمان تک ضرب با کنترل فاز حتما به نوع رله توجه کنید. کنترل فازها در مدل های توالی، کنترل فاز معمولی و پیشرفته ساخته می شوند.

در این ویدئو یک تابلوی مربوط به کنترل و حفاظت چندین خط موتور سه فاز را مشاهده می کنید. این ویدئو برگرفته از دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتورهای سه فاز است.