مدار فرمان و مدار قدرت چیست

مدار فرمان و مدار قدرت

یکی از سؤالات پرتکرار که همیشه از بنده پرسیده می‌شود تفاوت مدار فرمان و مدار قدرت و اصولاً کاربرد آنهاست.

آنچه که در این نوشتار خواهید خواند:

  • تعریف مدار قدرت
  • تعریف مدار فرمان
  • اجزاء مدار قدرت
  • نقشه مدار قدرت
  • اجزاء مدار فرمان
  • نقشه مدار فرمان
  • تفاوت مدار فرمان و مدار قدرت
  • نمونه مدار فرمان و مدار قدرت
  • سؤالات مدار فرمان و قدرت
  • سخن پایانی
  • منابع

امروز باهم نگاهی خواهیم داشت به تعریف مدار قدرت چراکه مهم‌ترین بخش یک مدار را شامل می‌شود و سپس به تعریف مدار فرمان که وظیفه صدور فرمان‌های کنترلی برای مدار قدرت را برعهده دارد.

در ادامه برای شناخت بهتر آنها به‌واسطه تجهیزات استفاده شده در هر یک، به تجهیزات مدار قدرت و مدار فرمان خواهیم پرداخت و سپس به بخش نقشه مدار فرمان و قدرت که شامل شماتیک مداری می‌باشد نگاهی خواهیم داشت تا کم‌کم شما را برای تحلیل مثال کاربری راه‌اندازی ستاره – مثلث آماده نماییم. در پایان نیز به‌صورت مفصل و به‌عنوان‌مثال نگاهی به مدار فرمان و قدرت راه‌انداز YD خواهیم داشت.

تعریف مدار قدرت

چرا ابتدا از مدار قدرت شروع کردیم، به این دلیل که مدار قدرت (Power Circuit) مدار اصلی ما است این بدین معناست که می‌توان یک مدار صرفاً قدرتی داشت درحالی‌که مدار فرمان به‌تنهایی و بدون حضور مدار قدرت کاربردی ندارد.

پس اجازه دهید تعریف مدار قدرت را بیشتر باز کنیم، مدار قدرت به مدار اصلی گفته می‌شود که جریان الکتریکی از سمت منبع تغذیه حرکت کرده و درنهایت به بار الکتریکی می‌رسد حال این بار می‌تواند یک موتور القایی سه‌فاز یا صرفاً یک لامپ کم‌مصرف باشد.

در سال‌های بسیار دور که خبری از مدار فرمان یا کنترل نبود، این عمل (کنترل) در قسمت خود بار صورت می‌گرفت به این صورت که اگر نیازی به تغییر سرعت در موتور سنکرون حس می‌شد این درخواست با تغییر سیم‌بندی موتور صورت می‌پذیرفت و مثل امروز خبری از مدارهای فرمان و کنترلی نبود.

به مسیر اصلی عبور جریان الکتریکی به سمت مصرف‌کننده توان، مدار قدرت گفته می‌شود.

تعریف مدار فرمان

بخشی از مدار که وظیفه کنترل و صدور فرمان را دارد مدار فرمان (Control Circuit) نامیده می‌شود اما چگونه این بخش را تشخیص دهیم؟

این بخش از مدار با بار الکتریکی نهایی ما در ارتباط مستقیم نیست، ازآنجایی‌که برای صدور فرمان نیازی به ولتاژ ۳ فاز نداریم پس همواره مدار فرمان با یک ولتاژ تک‌فاز سطح پایین عمل می‌کند.

مدار فرمان قسمتی از مدار بوده که با انرجایژ و دی‌انرجایز آن می‌توانیم تاثیر مستقیم بروی بار الکتریکی یا همان مدار قدرت داشته باشیم، به زبان ساده با مدار فرمان می‌توانیم برق تحویلی به یک مصرف‌کننده را مدیریت و کنترل نماییم.

درست است که ولتاژ کاری در مدار فرمان پایین است ولی به‌هیچ‌وجه اهمیت آن را در حوادث بزرگ دست‌کم نگیرید چراکه صدور یک فرمان اشتباه می‌تواند صدمات جبران‌ناپذیری به همراه داشته باشد.

ترکیب مدار فرمان و مدار قدرت را به زیبایی می‌توان در یک تابلو برق مشاهده کرد، در تابلو برق‌های الکتریکی همواره از مدار قدرت برای تامین مسیر تغذیه موتورهای الکتریکی و از مدار فرمان برای کنترل موتور مدنظر استفاده می‌شود.

در ادامه بخوانید  آموزش PLC زیمنس

وظایف مدار فرمان عبارت‌اند از؛

  • کنترل و مدیریت بارهای الکتریکی به روش‌های مختلف
  • هماهنگ‌سازی دستگاه‌ها و به‌صورت کلی ماشین‌های الکتریکی
  • ایجاد محدودیت حرکتی با استفاده از سنسورها جهت مدیریت بهتر ادوات قدرت
  • ارسال هشدار و اعلام وضعیت کلی سیستم
  • صرفه‌جویی در مصرف برق به دلیل مدیریت مناسب مصرف

اجزاء مدار قدرت

مدار قدرت از المان‌های مختلفی تشکیل شده است که وجه مشترک همه آنها امکان عبور و محافظت در مقابل جریان‌های بالا می‌باشد، این اجزاء عبارت‌اند از؛

اجزای مدار قدرت
اجزای مدار قدرت

فیوز الکتریکی: فیوز خود دارای یک مدار الکتریکی از نوع تک هادی مسی بوده که به‌راحتی براثر حرارت نامتعارف (درست زمانی که جریان به بیش از مقدار از پیش تعیین شده می‌رسد) ذوب شده و اتصال را قطع می‌کند.

کلید حفاظت موتورهای الکتریکی یا MPCB: کلید‌های حفاظت موتوری و یا همان کلید MPCB همان‌طور که از نامشان معلوم است از وسایل محافظ برقی محسوب می‌شوند که به طور ویژه برای موتورهای برقی ساخته شده‌اند. وظیفه اصلی این کلید‌ها این است که با اندازه گرفتن اختلافات بین ولتاژهای فاز، شرایط ایمن و یا خطر را تشخیص داده و در صورت وقوع خطا سریعاً موتور را جدا کنند.

کنترل بار: کنترل بار وظیفه محافظت از موتور الکتریکی در مقابل جریان اضافه را برعهده دارد. یعنی هرگاه در مدار اضافه‌بار ایجاد شد، جریان مدار را قطع می‌کند. از ویژگی مهم کنترل بار یا رله کنترل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • تنظیم‌کننده جریان
  • دارای تایمر تاخیر در زمان وصل
  • امکان تنظیم تاخیر در زمان قطع جریان

کنتاکتور: کنتاکتور یک کلید کنترل شونده الکتریکی است که در مدار قدرت یا کنترل برای کلیدزنی مورداستفاده قرار می‌گیرد. شاید در یک نگاه کنتاکتور و رله شباهت زیادی داشته باشند؛ اما کنتاکتور برای کاربردهای آمپر بالا استفاده می‌شود. اگرچه رله‌ها سرعت قطع و وصل بیشتری دارند؛ اما کنتاکتور‌ها دارای حفاظت بیشتر، اقتصادی‌تر و ایمن‌تر هستند.

کلیدهای حرارتی (بی متال): کلید‌های حرارتی در واقع زیرشاخه‌ای از کلید‌های حرارتی مغناطیسی قطع مدار می‌باشند. البته با این تفاوت که بعضی از کارکرد‌های اضافی که مخصوص حفاظت از موتور‌های الکتریکی می‌باشد را نیز دارند. به‌منظور محافظت از موتور الکتریکی در برابر اضافه‌بار از کلید‌های حرارتی در مدارهای قدرت استفاده می‌شود.

اگرچه ممکن است حفاظت حرارتی با کمی تاخیر انجام شود؛ اما همین امر موجب می‌شود تا زمانی که بنا به دلایلی موتور قادر به راه‌اندازی نبود، بعد از کمی تاخیر کلید‌های حرارتی از رسیدن جریان راه‌اندازی بیشتر به موتور جلوگیری به عمل آورند.[1]

نقشه مدار قدرت

در نقشه‌های طراحی شده معمولاً مدار قدرت را با رنگی دیگر و یا حداقل با خطی پررنگ‌تر نمایش می‌دهند تا شما با یک نگاه تفاوت مدار قدرت را با مدار فرمان متوجه شوید، شکل زیر نمونه‌ای از یک مدار قدرت را نشان می‌دهد.

نقشه مدار قدرت و مدار فرمان

اجزاء مدار فرمان

تجهیزاتی که در مدار فرمان استفاده می‌شوند می‌توانند همان تجهیزات مدار قدرت باشند و یا در برخی موارد همان تجهیز مدار قدرت ولی با سطح ولتاژ کاری پایین‌تر باشند.[2]

برخی از این تجهیزات عبارت‌اند از؛

  • کنتاکتور
  • کلید مینیاتوری
  • تایمر و انواع آن
  • رله و انواع آن
  • لامپ‌های سیگنال
  • فیوزها
  • انواع سوئیچ‌ها
  • و …

نقشه مدار فرمان

در طراحی مدار فرمان معمولاً از نشان‌هایی استفاده می‌کنیم که می‌توانند حاوی پیام‌ها و نکاتی باشند. از مهم‌ترین المان‌های طراحی مدار می‌توان به؛ کنتاکت، سوئیچ، شستی و کویل اشاره کرد.

توجه داشته باشید که کنتاکت، سوئیچ، شستی و کویل می‌توانند هم در مدار قدرت و هم در مدار فرمان مورداستفاده قرار می‌گیرند

کنتاکت یا اتصال

از نمادهای اتصال یا کنتاکت برای نشان‌دادن مسیر باز یا بسته جریان استفاده می‌شود. کنتاکت‌ها به دو صورت «در حالت عادی باز» یا «نرمالی اُپن» (NO) و «در حالت عادی بسته» یا «نرمالی کلوز» (NC) نشان داده می‌شوند. فعال‌سازی کنتاکت‌ها نیازمند تجهیزات دیگری است.

کنتاکت یا اتصال

کنتاکت NO

Normally Open به این معناست که این مسیر در مدار به‌صورت عادی باز می‌باشد و اجازه نمی‌دهد که جریان از این مسیر عبور نماید، این وضعیت حالت پیش‌فرض این کنتاکت بوده و تا زمانی که توسط ما این وضعیت تغییر نکند هیچ جریانی از آن مسیر عبور نخواهد کرد.

کنتاکت NC

Normally Close در مقابل حالت قبلی قرار می‌گیرد یعنی در این وضعیت ما به‌صورت پیش‌فرض اجازه می‌دهیم جریان از این بخش به‌خصوص مدار عبور نماید و تا زمانی که توسط ما این وضعیت تغییر نکند همچنان مسیر جریان متصل خواهد ماند.

نمایش کنتاکت NC و NO
نمایش کنتاکت NC و NO

تفاوت مدار فرمان و مدار قدرت

سریع‌ترین روش برای تشخیص مدار قدرت از مدار فرمان تفاوت در تجهیزات استفاده شده در مسیر آنها می‌باشد. مورد اساسی دیگر نوع توان انتقالی است که در مدار قدرت عموماً شاهد توان سه‌فاز می‌باشیم در حالی که در بخش فرمان همیشه توان از نوع تک‌فاز با سطح ولتاژ پایین‌تر می‌باشد.

نمونه مدار فرمان و مدار قدرت

ازآنجایی‌که کاربرد این مدارات بسیار گسترده است مثال‌های بسیار زیادی برای آنها وجود دارد که یکی از مهم‌ترین آنها مدار فرمان ستاره مثلث می‌باشد. در ادامه به بررسی این مدار فرمان و علت استفاده از آن خواهیم پرداخت.

مدار فرمان ستاره مثلث

متداول‌ترین روش کنترل موتور برای کاهش جریان موردنیاز برای راه‌اندازی موتورهای صنعتی، راه‌اندازی ستاره – مثلث است. مدار فرمان راه‌اندازی ستاره – مثلث موتور معمولاً شامل کنتاکتورهای مغناطیسی، تایمر و رله اضافه‌بار حرارتی است.

باتوجه‌به هزینه کم و در دسترس بودن این دستگاه‌های الکترومکانیکی، روش ستاره-مثلث هنوز هم رایج‌ترین روش برای کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای القایی سه‌فاز است. راه‌اندازی ستاره – مثلث روشی است که در موتورهایی با گشتاور کم استفاده می‌شود. در این بخش، مدار فرمان و مدار قدرت راه‌انداز ستاره – مثلث موتور القایی سه‌فاز را شرح می‌دهیم.

چرا از راه‌انداز استفاده می‌کنیم؟

به‌طورکلی، موتور، چه در صنعت و چه در لوازم مصرفی، بر اساس کاربردی که برای آن در نظر گرفته شده، باید بدون بار یا در بار کامل راه‌اندازی شود. اگر موتور بدون بار راه‌اندازی شود، برای غلبه بر لَختی اولیه به گشتاور کمی نیاز دارد. اما اگر موتور در بار کامل (یا هر بار دیگری) راه‌اندازی شود، گشتاور راه‌اندازی باید به‌اندازه‌ای باشد که موتور را با بار و لختی آن استارت کند.

معمولاً موتورهای سه‌فاز را می‌توان با اتصال مستقیم به منبع تغذیه راه‌اندازی کرد. در این حالت، جریان راه‌اندازی زیاد و در نتیجه گشتاور آغاز به کار موتور زیاد است. این گشتاور، موتور را شتاب می‌دهد تا به‌سرعت نهایی خود برسد. ازآنجاکه شتاب موتور زیاد (سریع) است، تلفات مسی یعنی اتلاف حرارت که با استفاده از رابطه RI2 محاسبه می‌شود، بسیار کم است. این نوع راه‌اندازی برای موتورهای کوچک (موتورهایی تا ۵ اسب بخار) قابل اعمال است. اما نمی‌توان از این روش راه‌اندازی برای موتورهایی با ظرفیت بالاتر استفاده کرد. در ادامه، دلیل این امر را توضیح می‌دهیم.

در موتورهای بزرگ، جریان راه‌اندازی بسیار زیاد است و اگر موتور مستقیماً به منبع تغذیه متصل شود، افت ولتاژ زیادی در خط ایجاد می‌شود. این افت ولتاژ رفتار سایر سیستم‌ها و بارهای متصل به منبع را تحت تأثیر قرار می‌دهد. جریان راه‌اندازی موتورهای القایی سه‌فاز بزرگ می‌تواند تا ۶ برابر بیشتر از جریان بیشینه (جریان بار کامل) باشد. برای درک بهتر، مثالی را بیان می‌کنیم. یک موتور صنعتی ۴۱۵ ولت و ۵۰ اسب بخاری برای حداکثر جریان (جریان بار کامل) ۷۰ آمپر طراحی شده است. اگر این موتور با اتصال مستقیم آن به منبع تغذیه شروع به کار کند، جریان راه‌اندازی تقریباً ۴۲۰ =۷۰ × ۶ آمپر است.

ازاین‌رو، باید موتور القایی سه‌فاز را با یک روش راه‌اندازی مناسب راه‌اندازی کنیم. ازآنجاکه گشتاور موتور، مستقیماً با مربع ولتاژ متناسب است (T∝V2)، کاهش ولتاژ منجر به کاهش مقدار بیشتری از گشتاور راه‌اندازی می‌شود. البته به دلیل مسائل پایداری باید هم‌زمان فرکانس نیز کاهش یابد این کار عمدتاً توسط یک درایو الکتریکی صورت می‌پذیرد.

انواع مختلفی از روش‌های راه‌اندازی ولتاژ کاهش‌یافته وجود دارد که برخی از آن‌ها به شرح زیر است:

  • راه‌انداز ستاره – مثلث
  • راه‌انداز ولتاژ کاهش‌یافته مقاومتی
  • راه‌انداز ولتاژ کاهش‌یافته اتوترانسفورماتور
  • راه‌انداز مقاومت افزایشی
  • راه‌انداز ولتاژ کاهش‌یافته سیم‌پیچ جزئی
  • راه‌انداز ولتاژ کاهش‌یافته راکتانس

راه‌انداز ستاره مثلث

راه‌انداز ستاره – مثلث که گاهی اوقات Y-Δ یا دلتا – وای نامیده می‌شود، یک نوع رایج از راه‌انداز ولتاژ کاهش‌یافته است. راه‌انداز ستاره – مثلث می‌تواند بدون نیاز به هیچ دستگاه خارجی، جریان راه‌اندازی را کاهش دهد. به‌طورکلی، از راه‌اندازها یا استارترهای ستاره – مثلث برای موتورهای القایی سه‌فاز قفس سنجابی استفاده می‌کنیم که معمولاً برای کار با اتصال مثلث طراحی شده‌اند. عمده‌ترین کاربردهای موتورهایی با راه‌انداز ستاره – مثلث، فن‌ها، پمپ‌ها، چیلرهای گریزازمرکز در تهویه مطبوع و غیره است.

در یک راه‌انداز ستاره – مثلث، اتصال اولیه سیم‌پیچ‌های استاتور به شکل ستاره است. اگر VL ولتاژ خط و VP ولتاژ فاز باشد، ولتاژ در هر فاز استاتور به‌صورت زیر به دست خواهد آمد:

شماتیک ستاره مثلث
شماتیک ستاره مثلث

در تصویر سمت چپ سیم‌پیچ‌های استاتور با اتصال مثلث به هم متصل شده‌اند. می‌دانیم که ولتاژ خط و ولتاژ فاز در اتصال مثلث برابر هستند و فرض می‌کنیم ولتاژ روی سیم‌پیچ‌های استاتور V باشد. اگر I جریان فاز گذرنده از سیم‌پیچ استاتور در اتصال مثلث باشد، جریان خط IL-√3I است.

در تصویر سمت راست سیم‌پیچ‌های استاتور با اتصال ستاره متصل می‌شوند. ازآنجاکه ولتاژ خط V است، ولتاژ فاز سیم‌پیچ‌های اتصال ستاره برابر با V/√3 خواهد بود.

ازآنجاکه ولتاژ سیم‌پیچ به میزان 3√/1 برابر کاهش می‌یابد، جریان گذرنده در هر سیم‌پیچ نیز به همان میزان کم می‌شود. ازاین‌رو، جریان فاز یا جریان گذرنده از سیم‌پیچ به IP = I / √3 تبدیل می‌شود. ازآنجاکه جریان خط و جریان فاز در اتصال ستاره برابر هستند، جریان خط IL = I / √3 خواهد بود.

از تحلیل فوق می‌توان نتیجه گرفت:

باتوجه‌به دو معادله بالا، می‌توان گفت که جریان خط در اتصال ستاره یک‌سوم جریان خط در اتصال مثلث است.

همچنین، گشتاور راه‌اندازی یک موتور مستقیماً با مربع ولتاژ سیم‌پیچ‌ها متناسب است:

ولتاژ سیم‌پیچ موتور در اتصال ستاره 3√/1 برابر ولتاژ سیم‌پیچ موتور نسبت به اتصال مثلث است. ازاین‌رو، هنگام اتصال موتور در اتصال مثلث، گشتاور راه‌اندازی موتور در اتصال ستاره 1/3 برابر گشتاور مثلث خواهد بود.

در یک راه‌انداز ستاره مثلث، ابتدا سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال ستاره متصل می‌شوند و با کمک سوئیچ‌ها، تایمرها و کنتاکتورها، سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث به کار عادی خود ادامه خواهد داد.

بر اساس عملکرد سوئیچینگ بین اتصال ستاره و اتصال مثلث، استارترهای ستاره – مثلث اساساً در دو نوع دستی و اتوماتیک طبقه‌بندی می‌شوند. در ادامه، با این دو نوع استارتر آشنا می‌شویم.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی

تصویر زیر نمودار اتصال یک استارتر ستاره – مثلث ساده را نشان می‌دهد.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی
مدار فرمان ستاره مثلث دستی

سوئیچ این استارتر سه موقعیت دارد: ۰ برای خاموش، ۱ برای اتصال ستاره و ۲ برای اتصال مثلث. اگر سوئیچ در موقعیت ۰ قرار گیرد، سیم‌پیچ‌های موتور باز هستند و موتور خاموش است. برای فعال‌کردن اتصال ستاره، سوئیچ به موقعیت ۱ منتقل می‌شود.

در این وضعیت، انتهای سیم‌پیچ‌ها، یعنی Y2 ،X2 و Z2 به هم متصل می‌شوند. این کار اتصال ستاره را کامل می‌کند و موتور شروع به چرخش می‌کند.

وقتی موتور شتاب می‌گیرد، سرعت آن بیشتر می‌شود و با نزدیک شدن سرعت موتور به‌سرعت نامی، سوئیچ از موقعیت ۱ به ۲ تغییر مکان می‌یابد.

موقعیت ۲ سوئیچ با برقراری ارتباط Y2-Z1 ،X2-Y1 و Z2-X1 اتصال مثلث را فعال می‌کند. موتور اکنون در اتصال مثلث کار می‌کند و بدون هیچ مشکلی به‌سرعت نامی خود می‌رسد.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی با شستی

تصویر زیر نشان‌دهنده نمودار سیم‌کشی یک شستی است که راه‌اندازی ستاره – مثلث را انجام می‌دهد. این نوع استارتر معمولاً از ۲ شستی، کلید ۴ پل ۳ وضعیته، یک کنتاکتور و یک رله اضافه‌بار تشکیل می‌شود.

نمودار سیم‌کشی ستاره مثلث دستی با شستی

در سوئیچ سه وضعیته ۴ پل، از ۳ پل برای اتصال ۳ سیم‌پیچ موتور به منبع با ۳ وضعیت ۰ (خاموش)، ۱ (ستاره) و ۲ (مثلث) استفاده می‌شود. پل چهارم نیز در مدار فرمان استفاده می‌شود.

وقتی سوئیچ در موقعیت ۰ قرار دارد (خاموش)، اگر شستی ON فشار داده شود، کنتاکتور M انرژی نمی‌گیرد. اگر سوئیچ به موقعیت ۲ – (مثلث یا Run) منتقل شود و اگر دکمه ON فشار داده شود هم کنتاکتور M انرژی نمی‌گیرد. در هر دو مورد موتور روشن نمی‌شود.

اکنون، فرض می‌کنیم وضعیت سوئیچ به وضعیت ۱ (ستاره) منتقل شده است. حال اگر شستی ON فشار داده شود، سیم‌پیچ کنتاکتور M برق‌دار می‌شود و کنتاکت‌های موتور را به منبع تغذیه متصل می‌کند. اکنون موتور به‌صورت ستاره متصل است و در نتیجه شروع به چرخش می‌کند.

باید دکمه ON را فشار داد، زیرا موتور سرعت بیشتری می‌گیرد و سوئیچ به وضعیت ۲ (مثلث) منتقل می‌شود. همان‌طور که موتور در اتصال مثلث در حال کار است، می‌توان شستی ON را آزاد کرد، زیرا M1 باعث می‌شود تا کنتاکتور M برق‌دار شود.

شستی ON تنها پس از اینکه سیم‌پیچ موتور به اتصال مثلث روشن شد، آزاد می‌شود. برای خاموش‌کردن موتور می‌توان شستی OFF را فشار داد.

تصویر زیر مدار فرمان ستاره مثلث با شستی را نشان می‌دهد. این شامل سوئیچ کنترل C، کنتاکت M1 و شستی‌های ON و OFF است. شکل زیر، مدار فرمان ستاره مثلث دستی را نشان می‌دهد.

مدار فرمان ستاره مثلث دستی با شستی
مدار فرمان ستاره مثلث دستی با شستی
مدار فرمان ستاره مثلث نیمه اتوماتیک

در یک استارتر نیمه اتوماتیک ستاره – مثلث، برای اتصال سیم‌پیچ موتور به سه کنتاکتور نیاز داریم. نمودار سیم‌کشی استارتر ستاره – مثلث نیمه اتوماتیک در تصویر زیر همراه با نمودار سیم‌پیچ اتصال مثلث نشان‌داده‌شده است.

نمودار سیم‌کشی استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک
نمودار سیم‌کشی استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک

ابتدا از کنتاکتور S (اتصال ستاره) برای متصل کردن سیم‌پیچ‌ها در اتصال ستاره استفاده می‌شود. با بستن کنتاکتور اصلی M می‌توان موتور را در اتصال ستاره روشن کرد، زیرا Y2 ،X2 و Z2 متصل می‌شوند. پس از سرعت گرفتن موتور، کنتاکتور S باز شده و کنتاکتور D (برای اتصال مثلث) بسته می‌شود تا سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث پیکربندی شوند، زیرا سیم‌پیچ‌های موتور Y2 ،X2 و Z2 به ترتیب به Z1 ،Y1 و X1 متصل می‌شوند. دقت کنید که باید اتصال ستاره (کنتاکتور S) را قبل از اتصال مثلث باز کرد، در غیر این صورت، اتصال کوتاه رخ می‌دهد. تصویر زیر مدار فرمان استارتر ستاره – مثلث نیمه اتوماتیک را نشان می‌دهد.

مدار فرمان استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک
مدار فرمان استارتر ستاره-مثلث نیمه‌اتوماتیک

ابتدا، وقتی دکمه ON را فشار می‌دهیم، کنتاکتور S برق‌دار می‌شود و در نتیجه سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال ستاره متصل می‌شوند. کنتاکت‌های مکمل S، یعنی S1 و S2 به ترتیب بسته و باز می‌شوند. ازآنجاکه S1 بسته است، کنتاکتور اصلی M برق‌دار می‌شود و موتور در اتصال ستاره روشن می‌شود. بعدازاین، کنتاکتور M از طریق مکمل M1 انرژی می‌گیرد. ازآنجاکه S2 باز است، هنگام فعال‌شدن اتصال ستاره نمی‌توان اتصال مثلث را برقرار کرد و برای فعال‌سازی اتصال مثلث، باید اتصال ستاره را قطع کنیم.

هنگامی‌که دکمه ON روشن می‌شود، با ازکارانداختن کنتاکتور S کنتاکت S1 باز و S2 بسته است. ازآنجاکه S2 بسته است و M از قبل توسط M1 انرژی می‌گیرد، موتور اکنون در اتصال مثلث کار می‌کند. برای خاموش‌کردن موتور، دکمه OFF فشار داده می‌شود که باعث می‌شود کنتاکتورهای M و D بی‌برق شوند.

مدار فرمان ستاره مثلث اتوماتیک (انتقال مدار باز)

تفاوت اصلی بین راه‌انداز ستاره – مثلث دستی و راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک، تغییر خودکار از اتصال ستاره به اتصال مثلث بر اساس بازه‌های زمانی از پیش تعیین شده است. از رله تأخیر زمانی برای تأخیر زمان لازم قبل از تغییر از ستاره به مثلث استفاده می‌شود. بسته به ظرفیت موتور و شرایط بار آن، تأخیر زمانی می‌تواند در حدود 10 ثانیه بیشتر یا کمتر شود. مدار قدرت استارتر ستاره – مثلث اتوماتیک، مانند استارتر ستاره مثلث نیمه اتوماتیک است. البته در مدار فرمان تفاوت قابل‌توجهی وجود دارد که در تصویر زیر نشان‌داده‌شده است.

مدار قدرت استارتر ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار باز
مدار قدرت استارتر ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار باز

ابتدا دکمه ON فشار داده می‌شود و کنتاکتور S انرژی می‌گیرد. با این کار، کنتاکت S1 بسته می‌شود و ازاین‌رو کنتاکتور M انرژی می‌گیرد. ازآنجاکه هر دو کنتاکتور S و M فعال هستند، موتور در اتصال ستاره شروع به چرخش می‌کند.

وقتی کنتاکتور S فعال شود، رله تأخیر زمانی T نیز فعال می‌شود. در نتیجه، سیم‌پیچ‌های موتور تا زمان تعیین شده در رله در اتصال ستاره باقی می‌مانند. بعد از اتمام زمان از پیش تعیین شده (مثلاً 10 ثانیه)، کنتاکت رله تأخیر زمانی، یعنی T1، باز می‌شود و در نتیجه کنتاکتور S بی‌برق خواهد شد. با بی‌برق شدن S1، S باز شده و S2 بسته می‌شود. ازآنجاکه کنتاکتور M توسط M1 فعال شده است و اکنون‌که S2 بسته شده، سیم‌پیچ‌های موتور در اتصال مثلث قرار می‌گیرند.

کنتاکت D1 که یک کنتاکت مکمل کنتاکتور D است، هنگام فعال‌شدن اتصال مثلث باز می‌شود. با فعال‌شدن اتصال مثلث، از فعال‌شدن اتصال ستاره جلوگیری می‌شود. در این راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک، اتصال مثلث فقط پس از برقراری اتصال ستاره برقرار می‌شود. به این نوع اتصال انتقال مدار بازگفته می‌شود.

مدار فرمان ستاره مثلث اتوماتیک (انتقال مداربسته)

نوع مدار باز راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک بخش قبل تقریباً برای تمام موتورها کفایت می‌کند. اما برای جلوگیری از اغتشاش توان به یک راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک نوع انتقال مداربسته نیاز داریم. با تغییر اندکی در راه‌انداز مدار باز می‌توان یک راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک مداربسته را طراحی کرد. اجزای اضافی این مدار نسبت به مدار قبل، یک کنتاکتور ۳ پل و مقاومت هستند. تصویر زیر مدار قدرت راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک انتقال مداربسته را نشان می‌دهد.

مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار بسته
مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار بسته

مشکل اصلی در راه‌انداز مدار باز این است که سیم‌پیچ‌های موتور در طول انتقال از اتصال ستاره به اتصال مثلث برای مدت‌زمان کوتاهی از منبع تغذیه جدا می‌شوند. می‌توانیم با حفظ انرژی سیم‌پیچ موتور با کمک مقاومت در هنگام تغییر اتصال سیم‌پیچ از ستاره به مثلث بر این مشکل غلبه کنیم.

در هنگام راه‌اندازی، کنتاکتورهای S و M (کنتاکتورهای اتصال ستاره و کنتاکتور اصلی) فعال می‌شوند و موتور شروع به چرخش می‌کند. با افزایش سرعت، کنتاکتور T رله تأخیر زمانی انرژی‌دار می‌شود. تفاوت اصلی انتقال مدار باز و بسته در این است که کنتاکتور تایمر T به طور موازی با کنتاکتور مثلث D از طریق مقاومت‌ها متصل می‌شود. پس از تأخیر زمانی، کنتاکتور S غیرفعال شده و کنتاکتور D فعال می‌شود. در نتیجه، سیم‌پیچ‌ها در اتصال مثلث متصل می‌شوند.

طی این انتقال (باز شدن کنتاکتور S و بسته شدن کنتاکتور D)، سیم‌پیچ‌های موتور با کمک مقاومت‌های سری از طریق کنتاکتور T به موتور متصل می‌شوند. شکل زیر مدار فرمان انتقال مداربسته را برای راه‌انداز ستاره – مثلث اتوماتیک نشان می‌دهد.

مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار بسته
مدار قدرت راه‌انداز ستاره-مثلث اتوماتیک انتقال مدار بسته

اکنون، انرژی‌دار شدن T منجر به اتصال مقاومت‌ها به‌موازات سیم‌پیچ موتور می‌شود. تایمر B که توسط A1 انرژی گرفته است، پس از تأخیر زمانی عمل کرده و کنتاکت کمکی B1 خود را باز می‌کند. حال، B1 باز کنتاکتور S را غیرفعال می‌کند که منجر به قطع اتصال ستاره از سیم‌پیچ موتور می‌شود. با بدون برق شدن S، کنتاکت S2 بسته شده و در نتیجه، کنتاکتور مثلث فعال می‌شود. کنتاکتور T به سیم‌پیچ‌های اتصال مثلث کمک می‌کند تا از طریق مقاومت‌های سری به منبع تغذیه متصل باشند.

با فعال‌شدن کنتاکتور D، کنتاکت‌های مکمل آن، یعنی D1 و D2 باز می‌شوند. در اینجا، D1 مانع از فعال‌شدن اتصال ستاره می‌شود، درحالی‌که اتصال مثلث فعال است و D2 باعث غیرفعال شدن کنتاکتورهای تایمر T، تایمر A و تایمر B می‌شود. موتور با کمک کنتاکتورهای D و M در اتصال مثلث به کار خود ادامه می‌دهد.[3]

سؤالات متداول مدار فرمان و قدرت

مدار قدرت و مدار فرمان چیست؟

مدار قدرت وظیفه تامین مقادیر زیادی از ولتاژ و جریان را برای موتور الکتریکی یا بارها برعهده دارد از طرف دیگر مدار فرمان وظیفه کنترل جریان جاری شده به سمت موتور را دارد تا بتواند در زمان‌های مدنظر آن را استارت، استاپ و یا در مقابل اضافه‌بار حفاظت نماید.

عملکرد اصلی مدار فرمان چیست؟

برای اطمینان از روشن و خاموش شدن موتور به طور ایمن هم برای اپراتور و هم برای تجهیزات، از مدار کنترل استفاده می‌شود. به‌عنوان‌مثال ترموستات مدار کنترل تهویه هوا در منزل شما می‌باشد.

NC و NO به چه معناست؟

NC مخفف Normally Close و NO مخفف Normally Open می‌باشند، به زبان ساده اگر کنتاکتی از نوع NC بود یعنی به‌صورت پیش‌فرض مسیر جریان آن وصل است و جریان عبور می‌کند و اگر کنتاکتی از نوع NO بود یعنی مسیر جریان آن به‌صورت پیش‌فرض قطع بوده و مانع جاری شدن جریان می‌شود. این کنتاکت‌ها تا زمانی که ما به آنها دستور ندهیم حالت پیش‌فرض خود را حفظ خواهند کرد.

سخن پایانی

فهم و طراحی مدار فرمان و قدرت در حوزه‌های بسیارِ موردنیاز است که شاید مهم‌ترین آنها اتوماسیون صنعتی و یا PLC باشد، پس توصیه می‌کنم در زمینه درک این مدارات خود را تقویت کنید تا بتوانید به‌راحتی آنچه که مدنظرتان و یا نیاز کارتان است طراحی و پیاده‌سازی نمایید. برای یادگیری طراحی مدار فرمان و قدرت خوشبختانه کتاب‌های زیادی تاکنون به چاپ رسیده است که به‌راحتی با مراجعه به کتاب‌فروشی‌های معتبر می‌توانید از آنها استفاده نمایید.

منابع

  1. محسن عابدی، “مدارات برق در برق صنعتی”، ۱۳۸۴

  2. رحیم دشتکی و سعید بهرامی، “مدار فرمان 1 (زمینه صنعت)”، قدیس، ۱۳۹۳

  3. Anusha, “Star Delta Starter for 3-Phase Motor“, Electronics Hub, Aug 2017

خوشحال خواهیم شد اگر شما نکته و یا تجربه‌ای در مورد مدار فرمان و قدرت داشته‌اید با ما در بخش نظرات در میان بگذارید.

راستی! برای دريافت مطالب جديد در کانال تلگرام PowerEn و یا پیج اینستاگرم PowreEn عضو شويد.

تلگراماینستاگرام
مهندس سیاه تیری
گرایش مورد علاقه‌ام ماشین‌های الکتریکی، بخصوص نوع دایرکت درایوها هست - عاشق کار با نرم‌افزارهای تخصصی هستم - هدفم انتقال تمام دانش تخصصی هست که در طی سال‌ها فعالیت به‌صورت پروژه محور (برای شرکت‌ها و افراد) کسب کردم و واقعاً خوشحال می شم بتونم کمکتون کنم. تموم موفقیت‌های داشته و نداشتم رو مدیون کسی هستم که بدون هیچ چشم داشتی کنارم موند. دانش‌آموخته کارشناسی ارشد برق - قدرت (ماشین‌های الکتریکی و الکترونیک قدرت) - دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
همراه ما باشید در کانال تلگرام مهندسی برق کانال تلگرام PowerEn
اطلاع رسانی با ایمیل
اطلاع از
guest
0 دیدگاه
Inline Feedbacks
View all comments