راه اندازی موتور با کنتاکتور

راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور یکی از روش های پرکاربرد در صنعت است. از مدارهای متداول در زمینه ی راه اندازی موتور با کنتاکتور می توان به مدار تک ضرب، ستاره مثلث، چپ گرد و راست گرد، دالاندر، آسانسور و غیره اشاره کرد. این مدارها بر اساس قطع و وصل جریان توسط کنتاکتور به شکل های مختلف ساخته می شوند. به عنوان مثال در یک مدار تک ضرب می توان از شستی های استارت و استپ به منظور راه اندازی مدار استفاده کرد. مدارهای کنتاکتوری با توجه به نوع و اهمیت آن ها ممکن است دارای بخش های متفاوتی باشند. از جمله موارد مهم در این مدارها می توان به تجهیزات حفاظتی اشاره کرد. اطلاعات کامل در خصوص در این زمینه را می توانید در مقاله ی حفاظت موتور سه فاز مطالعه کنید. به صورت کلی طراحی مدار راه انداز کنتاکتوری را می توان به این بخش ها تقسیم کرد:

برداشت اطلاعات اصلی موتور مانند توان، جریان، نحوه ی اتصال، سرعت و غیره از روی پلاک آن یا جداول راهنما
بررسی مشخصات ماشین یا سیستمی که قرار است موتور روی آن قرار بگیرد از نظر راه اندازی تحت بار، تعداد استارت و غیره
روش انتقال نیرو: به عنوان مثال در حالت استفاده از تسمه می توان حفاظت پاره شدن تسمه ها در نظر گرفت.
مشخص کردن روش راه اندازی و نوع اتصال مانند تک ضرب ستاره، تک ضرب مثلث، ستاره مثلث و غیره
مشخص کردن المان های محیطی و شرایط قرارگیری موتور از نظر دما، رطوبت و غیره
مشخص کردن المان های حفاظتی موتور با توجه به موارد فوق
انتخاب رنج و نوع تجهیزات
محل قرارگیری مدار راه انداز: به عنوان مثال در یک تابلوی موجود یا طراحی تابلوی جدید
برداشت فاصله ها از نقطه ی دریافت انرژی تا تحویل آن به موتور برای محاسبه ی سطح مقطع کابل ها، افت ولتاژ، سیم ارت و غیره

یکی از نکته های بسیار مهم در راه اندازی موتور با کنتاکتور توانایی انتخاب رنج صحیح قطعات است. انتخاب اشتباه در رنج قطعات می تواند باعث خسارت ها و افزایش هزینه ها شود. به عنوان مثال انتخاب سایز کوچک باعث سوختن تجهیزات و انتخاب سایز بزرگ باعث از دست رفتن حفاظت و افزایش هزینه ها می شود. به صورت کلی در انتخاب تجهیزات می توان از دو روش اقتصادی و ایمنی کامل استفاده کرد. این روش با عبارت کوردینه سازی تعریف می شود. ممکن است در جداول انتخاب تجهیزات دو ستون مختلف برای تیپ کوردینه سازی یک و دو را مشاهده کنید. قبل از پرداختن به انتخاب تجهیزات این مسائل را بیشتر بررسی می کنیم.

آنچه در این مقاله می خوانید−

راه اندازی موتور با کنتاکتور

کوردینه سازی چیست؟

یکی از دغدغه‌های اصلی ما در راه‌اندازی الکتروموتورها، انتخاب نوع و سایز مناسب تجهیزات است. به‌عنوان مثال حفاظت فیدر و الکتروموتور در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار را در یک مدار کنتاکتوری در نظر بگیرید. برای دستیابی به این سطح حفاظتی می‌توان از ترکیب تجهیزات مختلفی مانند فیوز، بریکر مینیاتوری، بریکر کامپکت، بریکر هوا، بریکر محافظ الکتروموتور، بی‌متال، رله‌ اضافه بار الکترونیک، رله‌ی ترمیستور، رله‌های محافظ الکتروموتور و غیره استفاده کرد. این تجهیزات دارای خصوصیات مختلفی بوده و هر یک قیمت و سطوح کاربری مختلفی دارند.برای مثال در تصویر زیر برخی از تجهیزات حفاظتی مانند (a) راه‌اندازی دستی یا محافظ الکتروموتور، (b) رله‌ ترمیستور یا محافظ حرارتی الکتروموتور و (c) رله‌ دیجیتال محافظ الکتروموتور و ژنراتور را مشاهده می‌کنید.

در راه‌اندازی الکتروموتورها توسط ادوات نیمه‌هادی مانند سافت استارتر و درایو، تجهیزات مجزای کمتری نیاز بوده زیرا برخی از حفاظت ولتاژی و جریانی به صورت داخلی انجام خواهد شد. آیتم‌های حفاظت اضافه بار و کنترل ولتاژ در سافت استارترها و درایوها با توجه به نوع و مدل آن‌ها بسیار متفاوت بوده و اغلب به صورت دیجیتال انجام می‌شود. به عبارت ساده‌تر تمرکز ما در مدارهای شامل سافت استارتر و درایو بیشتر باید روی تنظیم صحیح و حفاظت در برابر اتصال کوتاه باشد. این مهم در مقالات بعدی بخش کنترل و راه اندازی الکتروموتورها به صورت کامل شرح داده خواهد شد.

برای آشنا شدن با ترکیب تجهیزات مختلف در مدارهای کنتاکتوری، در ادامه با مفهوم کوردینه سازی آشنا شده و چند مدل پرکاربرد را به صورت مختصر بررسی می‌کنیم. در نظر داشته باشید که انتخاب تجهیزات با توجه به حساسیت و پیچیدگی تاسیسات انجام شده و نمی‌توان از یک روش برای راه‌اندازی تمام الکتروموتورها استفاده کرد. اصطلاح کوردینه سازی به معنی انتخاب مجموعه‌ای از تجهیزات الکتریکی است که ایمنی افراد و محیط را تأمین کند. این سیستم‌های حفاظتی باید به بهترین شکل خطاهای اضافه‌بار و اتصال‌کوتاه را تشخیص داده و قسمت معیوب را از سیستم جدا کنند. به عبارت ساده‌تر کوردینه سازی یعنی ایمنی افراد و تأسیسات هنگام رخ دادن انواع خطاهای الکتریکی، حفظ شود.

به‌منظور دستیابی به هدف فوق، مجموعه‌ی تجهیزات استفاده شده در مدار الکتروموتور باید این 4 اصل را برآورده کنند:

حفاظت در برابر اضافه‌بار: جلوگیری از افزایش حرارت در تمام تجهیزات شامل کلید، کابل و الکتروموتور بر عهده‌ی سیستم حفاظتی اضافه‌بار است. این بخش باید تمام جریان‌ها را از حالت نرمال تا رتور قفل شده به‌خوبی اندازه‌گیری کرده و در صورت بروز خطا، سیستم را قطع کند. سیگنال خروجی سیستم حفاظت اضافه‌بار برای قطع مدار توسط تجهیزات دیگر مانند بریکر بالادست یا کنتاکتور استفاده می‌شود.
کنترل الکتروموتور: برای کنترل الکتروموتور معمولاً از کنتاکتور استفاده می‌شود.
حفاظت در برابر اتصال‌کوتاه : این بخش برای حفاظت تجهیزات در برابر جریان‌های خطا استفاده می‌شود. منظور از جریان خطا در این بخش مقادیری بیشتر از حالت رتور قفل شده‌ی الکتروموتور است. معمولاً خطاهای فاز به زمین یا فاز با فاز جریان‌های شدیدی در مدار ایجاد می‌کنند. انواع بریکرهای فشار ضعیف در مدل‌های مینیاتوری، کامپکت و هوا در دوره‌ی تصویری بریکرهای فشار ضعیف بررسی شده است.
جداسازی: برای حفظ ایمنی افراد هنگام کار در تأسیسات الکتریکی از ایزولاتور یا دیسکانکتورها استفاده می‌شود. این کلیدها وقتی در حالت قطع قرار بگیرند، فاصله‌ی هوایی ایمنی بین کنتاکت‌های آن‌ها ایجاد می‌شود.

کوردینه سازی تجهیزات مانند سافت‌استارترها بر اساس استاندارد IEC 60947-4-2 و EN 60947-4-2 با عنوان تجهیزات نیمه‌هادی جریان متناوب جهت کنترل و راه‌اندازی الکتروموتور انجام می‌شود. در این استاندارد 2 نوع کوردینه سازی بر اساس سطح مورد نظر در خصوص پیوستگی سرویس ارائه می‌کند.

کوردینه سازی تیپ 1

کوردینه سازی تیپ 1 به معنی این است که اگر اتصال کوتاه در سیستم رخ بدهد، تجهیز مورد نظر شما مثلاً یک کنتاکتور یا سافت‌استارتر، نباید باعث آسیب به افراد و تأسیسات دیگر شود. به‌عنوان‌مثال تجهیزات نباید در اثر عبور این سطح اتصال کوتاه منفجر شود. در نظر داشته باشید که با این نوع حفاظت ممکن است خود تجهیز آسیب‌دیده و دیگر قابل استفاده نباشد. به عبارت دیگر در حالت کوردینه سازی تیپ 1 باید این انتظار را داشته باشیم که بعد از رخ دادن اتصال کوتاه شدید ممکن است تجهیز مورد نظر نیاز به تعویض یا تعمیر داشته باشد. این روش انتخاب تجهیز بیشتر اقتصادی بوده و نزدیک ترین سایز را با توجه به جریان نرمال ارائه می کند.

کوردینه سازی تیپ 2

در این روش هنگام رخ دادن اتصال کوتاه علاوه بر تأمین ایمنی افراد و تأسیسات، تجهیز مورد نظر نباید آسیب ببیند. به عبارت ساده‌تر بعد از رفع خطا و وصل مجدد برق، تجهیز بتواند به کار خود ادامه دهد. این مدل از کوردینه سازی راه‌کارهای مختلفی برای حفاظت از تجهیزات دارد. به‌عنوان‌مثال در کنتاکتورها، سوئیچ‌ها و دستگاه‌های فاقد عناصر نیمه‌هادی، بالا بردن رنج باعث حفظ سلامت قطعه در برابر اتصال کوتاه می‌شود. این روش در خصوص دستگاه‌های شامل عناصر نیمه‌هادی مانند درایوها و سافت استارترها صدق نکرده و باید از فیوزهای بسیار سریع استفاده کرد.

در نظر داشته باشید که در تجهیزات و راه‌اندازهای هیبرید یا ترکیبی مانند سافت‌استارتر ممکن است ریسک جوش خوردن پلاتین‌ها هنگام رخ دادن اتصال‌کوتاه وجود داشته باشد. به‌عنوان‌مثال یک سافت‌استارتر با بای‌پس داخلی را در نظر بگیرید. اگر اتصال‌کوتاه هنگام کار عادی رخ بدهد، جریان خطا از پلاتین‌های بای‌پس عبور کرده و ممکن است باعث جوش خوردن آن‌ها شود. در چنین شرایطی شرکت سازنده باید اطلاعات و اقدامات لازم برای تعمیر تجهیز پس از رخ دادن اتصال‌کوتاه را بیان کند.

اگر اتصال کوتاه هنگام استفاده از سافت‌استارتر در کوردینه سازی تیپ 2 رخ بدهد، باید فیوزها عوض شده و سیستم مجدد راه‌اندازی شود. برای دست‌یابی به سطح حفاظتی تیپ 2 در مدار سافت‌استارتر، تنها باید از فیوزهای نیمه‌هادی استفاده کنید.

جدول لیست تجهیزات اصلی راه اندازی موتور با کنتاکتور

به منظور انتخاب تجهیزات در راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور می توان از جداول راهنما استفاده کرد. جدول های راهنما در دو مدل کلی ضرایب و انتخاب مستقیم دسته بندی می شوند. در جدول انتخاب ضرایب می توان به صورت آزادانه قطعات را انتخاب کرد. هنگام استفاده از این جدول ها کافی است جریان یا توان موتور را داشته باشیم. به عنوان مثال در جدول زیر ضرایب توصیه شده برای انتخاب تجهیزات راه‌اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور به شکل های تک ضرب و ستاره مثلث آورده شده است. می‌توانید از این اطلاعات برای انتخاب سایز فیوز، بریکر، کنتاکتور و غیره بدون در نظر گرفتن برند آن ها استفاده کنید.

ردیف	نوع راه‌اندازی تجهیزات	تک ضرب	ستاره مثلث
1	الکتروموتور	230/400 ولت	400/690 ولت
2	فیوز به صورت کلی	\(6\times I_{n}\rightarrow 5 sec\)	\(2\sim 3\times I_{n}\rightarrow 15 sec\)
3	فیوز تندکار	\(3\times I_{n}\)	\(2\sim 3\times I_{n}\)
4	فیوز کندکار	\(1.75\times I_{n}\)	\(1.2\sim 1.75\times I_{n}\)
5	سوئیچ دیسکانکتور	\(1.25\times I_{n}\)	\(1.25\times I_{n}\)
6	M.C.B	\(2.5\times I_{n}\)	\(2.5\times I_{n}\)
7	M.C.C.B	\(1.2\sim 1.7\times I_{n}\)	\(1.2\sim 1.7\times I_{n}\)
8	M.P.C.B	\(1\sim 1.5\times I_{n}\)	\(1\sim 1.5\times I_{n}\)
9	کنتاکتور	\(1\sim 1.5\times I_{n}\)	\(0.58\sim 1\times I_{n}+0.33\sim 1\times I_{n}\)
10	رله‌ی اضافه بار	\(I_{n}\times \pm 10\%\)	\(0.58\times I_{n}\times \pm 10\%\)
11	ترمیستور	در صورت وجود	در صورت وجود
12	کنترل فاز	حداقل رله‌ی مانیتورینگ	حداقل رله‌ی مانیتورینگ
13	تایمر	—	\(t=4+2\sqrt{P_{kW}}\)

روش بعدی استفاده از اطلاعات شرکت های سازنده است. شرکت های بزرگ مانند ABB، اشنایدر، زیمنس و غیره دارای جداول راهنمای زیادی هستند. در این جداول بر اساس توان یا جریان موتور لیست قطعات پیشنهادی آورده شده است. این جدول ها ممکن است با توجه به نوع حفاظت و تیپ کوردینه سازی دارای ستون های مختلفی باشند. برخی از این جدول ها را می توانید در مقالات انتخاب کنتاکتور و بی متال در مدار تک ضرب یا جدول انتخاب کنتاکتور و بی متال مدار ستاره مثلث مطالعه کنید. این جدول ها شامل انتخاب تجهیزات حفاظتی مانند کلید اتوماتیک نیز می شود. نمونه ای از این جدول را می توانید در مقاله انتخاب کلید اتوماتیک یا بریکر برای موتور مشاهده کنید.

مطالبی که در حال مطالعه ی آن هستید به صورت تصویری در دوره جامع راه اندازی و حفاظت موتور سه فاز آموزش داده شده است. در این دوره تصویری روش پلاک خوانی موتور، شناخت اصول حفاظت، شناخت تجهیزات راه اندازی و محاسبه سایز آن ها آموزش داده شده است. در بخش عملی می توانید سیم بندی راه اندازی های کنتاکتوری مانند تک ضرب، چپ گرد و راست گرد، ستاره مثلث به همراه نصب و سیم بندی 6 برند سافت استارتر زیمنس، اشنایدر، ABB، دانفوس، اوکام و سانترنو را مشاهده کنید. قسمت آخر دوره مربوط به بازدید از تاسیسات و تابلو برق های مختلف و بررسی چیدمان تجهیزات و سایز آن ها در تابلو برق است. جهت کسب اطلاعات بیشتر در خصوص این دوره می توانید صفحه آموزش جامع راه اندازی و حفاظت موتورهای سه فاز را مشاهده کنید.

نرم افزار های انتخاب تجهیزات راه اندازی

در بخش قبل نمونه‌هایی از جداول و ضرایب پیشنهادی برای انتخاب تجهیزات راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور را مشاهده کردید. ممکن است انتخاب تجهیزات از روش‌های ذکر شده کمی پیچیده به نظر رسیده و ایده‌های شخصی نیز در آن‌ها موثر باشد. از طرفی تهیه‌ی گزارش‌های استاندارد و لیست قطعات با روش‌های دستی زمان بر بوده و معمولا کیفیت کارهای سیستمی را ندارد. برای رفع این مشکلات می‌توانید از نرم‌افزارهای معتبر به منظور انتخاب تجهیزات و لیست قطعات برای راه اندازی سریع موتور استفاده کنید. برخی از شرکت‌های سازنده مانند ABB، اشنایدر الکتریک و غیره دارای اپلیکیشن و نرم افزارهای تحت وب جهت انتخاب تجهیزات هستند.

به‌عنوان‌مثال می‌توانید در آدرس https://applications.it.abb.com/SOC/ به یکی از این نرم‌افزارهای تحت وب دسترسی پیدا کنید. این برگه که توسط شرکت ABB طراحی شده شامل چهار بخش کلی از جمله انتخاب تجهیزات برای راه‌اندازی و حفاظت موتور است. کافی است روی گزینه‌ی Motor Protection کلیک کرده و از امکانات این بخش استفاده کنید.

در این برگه می‌توانید توان الکتروموتور، ولتاژ، سطح اتصال کوتاه، نوع راه‌اندازی، تیپ کوردینه سازی، نوع سیستم حفاظت اضافه جریان و بی‌متال را انتخاب کنید. با کلیک روی هر موضوع نرم افزار تجهیزات پیشنهادی را لیست کرده و در قسمت پائین نمایش می‌دهد. قابل ذکر است که در این برگه می‌توان یکی از روش‌های راه‌اندازی کنتاکتوری مانند تک ضرب نرمال، تک ضرب سنگین، ستاره مثلث نرمال، ستاره مثلث سنگین و راه اندازی نیمه هادی مانند سافت استارتر خطی و سافت استارتر فازی را انتخاب کرد.

جهت مطالعه ده ها مقاله ی تخصصی دیگر، بخش مقالات راه اندازی موتور سه فاز را مشاهده کنید.

راه اندازی تاسیسات مختلف

از آنجایی که انتخاب بهترین روش راه‌ اندازی نیاز به اطلاعات بیشتری در خصوص شرایط کاری الکتروموتورها دارد، در ادامه تعدادی از تاسیسات مهم و پرکاربرد در صنعت را بررسی می‌کنیم. در نظر داشته باشید که در هر حالتی، میزان و نوع بار موتورها منحصر به فرد بوده و ما باید دو موضوع مهم را مشخص کنیم:

تأثیرگذاری میزان اینرسی لحظه‌ای یا حجم و بزرگی فلایویل در راه‌اندازی: با در نظر گرفتن توان ثابت موتور، میزان اینرسی بالاتر باعث طولانی‌تر شدن زمان راه‌اندازی خواهد شد. به عبارت دیگر موتور باید به نحوی انتخاب شود تا بتواند بر اینرسی بار غلبه کرده و آن را راه‌اندازی کند. قابل ذکر است که طولانی شدن زمان راه‌اندازی باعث افزایش شدید دما در استارتر و سیم‌پیچ الکتروموتور شده و می‌تواند خطا یا صدمات بعدی ایجاد کند.
گشتاور شکست بار یا نیروی شکست مستقیم روی شفت موتور: برای استارت موفق ماشین آلات، موتور باید قوی‌تر از بار بوده و گشتاور راه‌اندازی مناسبی داشته باشد. طبق تصویر زیر، گشتاور راه‌اندازی به معنی اختلاف بین گشتاور در دسترس موتور و گشتاور بار است. گشتاور در دسترس الکتروموتور تا حد زیادی به روش راه‌اندازی بستگی داشته و در حالت تک ضرب بیشترین مقدار خود را دارد. در صورتی که این گشتاور کمتر از گشتاور بار باشد، راه‌اندازی انجام نخواهد شد.

گشتاور بار – گشتاور در دسترس موتور = گشتاور راه‌اندازی

در مقالات به صورت کامل با روش های راه اندازی موتور سه فاز با کتتاکتور مانند راه اندازی تک ضرب و ستاره مثلث آشنا می شویم. با توجه به مهم بودن مسائل اینرسی و نوع ماشین در راه اندازی می توانید مقالات فن سانتریفیوژ، راه اندازی پمپ سانتریفیوژ، راه اندازی کمپرسور، راه اندازی نوارهای نقاله را مطالعه کنید. در این مقالات روش های راه اندازی کنتاکتوری با روش های نیمه هادی مانند سافت استارترها مقایسه شده است.

جهت آشنایی با روش های راه اندازی معرفی شده در این مقاله، مقالات راه اندازی تک ضرب، راه اندازی ستاره مثلث و مدار چپ گرد راست گرد سه فاز را مطالعه کنید.