آیا می‌دانید انتخاب درست بین سربندی موتور ستاره مثلث می‌تواند عمر موتور سه‌فاز شما را افزایش دهد؟ شاید برایتان پیش آمده باشد که بخواهید یک الکتروموتور را راه‌اندازی کنید اما ندانید که کدام روش سربندی مناسب‌تر است. سربندی موتور ستاره مثلث نه تنها بر روی عملکرد موتور تأثیر می‌گذارد، بلکه در مصرف انرژی، گشتاور و حتی هزینه‌های نگهداری هم نقش کلیدی دارد. در این مطلب، با نگاهی ساده و کاربردی به شما کمک می‌کنیم تا بهترین تصمیم را بر اساس شرایط و مشخصات موتور سه‌فاز خود بگیرید.

فروشگاه موتور درایو نمایندگی فروش الکتروموتور موتوژن و الکتروموتور الکتروژن در بازار است که میتوانید برای دریافت مشاوره و خرید با کارشناسان فروش موتور درایو در ارتباط باشید.

راه‌اندازی موتور سه‌فاز با مدار ستاره–مثلث چگونه انجام می‌شود و چه اجزایی دارد؟

راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز به دلیل نیاز به مدیریت خطر جریان هچومی بالا از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. هنگام راه‌اندازی، موتورهای الکتریکی جریانی بسیار بالاتر از جریان نامی خود از شبکه دریافت می‌کنند که می‌تواند به مدارهای الکتریکی آسیب برساند. برای کاهش این جریان اولیه، روش‌های مختلفی وجود دارد، از جمله:

• راه‌اندازی با اینورتر
• راه‌اندازی با سافت استارتر
• راه‌اندازی مستقیم
• راه‌اندازی با مدار ستاره–مثلث

مدار ستاره–مثلث یکی از رایج‌ترین روش‌ها برای کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز است.

راه‌اندازی موتور سه‌فاز به روش ستاره–مثلث

راه‌اندازی موتور سه‌فاز به روش ستاره–مثلث یکی از روش‌های متداول برای کاهش جریان راه‌اندازی و جلوگیری از آسیب به موتور و شبکه برق است. موتورهای با توان پایین (کمتر از 5.5 کیلووات در شبکه 400 ولتی) را می‌توان به‌طور مستقیم به شبکه متصل کرد. اما در مورد موتورهای با توان بالاتر، به دلیل جریان راه‌اندازی بالا (حدود 4 تا 6 برابر جریان نامی موتور)، اتصال مستقیم به شبکه مناسب نیست. برای این منظور، روش‌های مختلفی وجود دارد که یکی از ساده‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها، راه‌اندازی به روش ستاره–مثلث است.

در حالت عادی، جریان راه‌اندازی موتور سه‌فاز می‌تواند 6 تا 7 برابر جریان نامی موتور باشد. اما با استفاده از این روش، جریان اولیه به طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد. اصطلاح “ستاره–مثلث” به سیستمی سه‌فاز اشاره دارد که در آن سیم‌بندی موتور از حالت اتصال ستاره به اتصال مثلث تغییر می یابد.

• در اتصال ستاره: در سربندی موتور ستاره، ولتاژ خط معادل (3√) برابر ولتاژ فاز است در حالی که جریان خط و جریان فاز برابر هستند.
• در اتصال مثلث: در سربندی موتور مثلث، ولتاژ خط و ولتاژ فاز یکسان‌اند اما جریان خط برابر با (3√) برابر جریان فاز است.

سربندی موتور سه‌فاز

برای سربندی موتور سه‌فاز، پیش از هر چیز باید به اطلاعات درج‌شده روی پلاک موتور توجه کنید. در ادامه، سه نکته کلیدی را در نظر داشته باشید:

• نمایش حالت‌های ستاره و مثلث روی پلاک: این اطلاعات به یکی از روش‌های متداول نمایش داده می‌شود و می‌تواند شامل اعداد یا علائم باشد.
• تشخیص ولتاژها از روی پلاک: اگر دو عدد (مثل 380/220) درج‌شده باشد و علامتی وجود نداشته باشد، عدد کوچک‌تر (220) به حالت مثلث و عدد بزرگ‌تر (380) به حالت ستاره مربوط است.
• فقط الکتروموتوری را می توان به صورت ستاره – مثلث راه اندازی کرد که ولتاژ حالت ستاره (690-660) و ولتاژ حالت مثلث (400-380) باشد.

تخته کلم موتور سه‌فاز

پس از آشنایی با مفهوم اتصال ستاره و مثلث، می‌توانیم موتور سه‌فاز را با استفاده از روش ستاره–مثلث و جریان راه‌اندازی کمتر به کار بیندازیم. در این روش، ابتدا سیم‌پیچ‌های موتور به صورت ستاره به شبکه متصل می‌شوند تا جریان اولیه کاهش یابد. سپس، زمانی که جریان موتور به حدود 80 درصد بار نامی رسید، اتصال به حالت مثلث تغییر می‌کند تا موتور به طور کامل راه‌اندازی شود. روی تمامی موتورهای سه‌فاز، یک جعبه ترمینال یا تخته کلم وجود دارد که شامل شش ترمینال است. این ترمینال‌ها با حروف و اعداد زیر مشخص می‌شوند:

• U1، V1، W1
• U2، V2، W2

این ترمینال‌ها به صورت زیر به فازهای موتور متصل می‌شوند:

• ترمینال‌های U به فاز 1
• ترمینال‌های V به فاز 2
• ترمینال‌های W به فاز 3

نحوه اتصال در حالت ستاره و مثلث به این شرح است:

• اتصال ستاره: در این حالت، ترمینال‌های U2، V2 و W2 به هم اتصال کوتاه می شوند.
• اتصال مثلث: در اتصال مثلث، ترمینال‌های موتور به صورت W1 به V2، V1 به U2 و U1 به W2 متصل می‌شود.

برای تغییر اتصال از ستاره به مثلث، لازم است ابتدا تغذیه قطع شده، سیم‌بندی تغییر کند و سپس تغذیه دوباره وصل شود اما این کار به صورت دستی نیز قابل انجام است اما کار از اتوماسیون خارج می شود و خطای انسانی نیز می تواند تاثیر گذار باشد به همین دلیل از مدار راه‌انداز ستاره–مثلث استفاده می‌شود. مدار ستاره–مثلث با استفاده از سه کنتاکتور و یک تایمر طراحی می‌شود. در این مدار موتور ابتدا در حالت ستاره راه‌اندازی می‌شود تا جریان اولیه کاهش یابد. پس از مدت زمان مشخصی، تایمر فرمان تغییر حالت به کنتاکتورها را می‌دهد و مدار به حالت مثلث تغییر می‌کند. این روش علاوه بر کاهش جریان راه‌اندازی، فرآیند تغییر اتصال را کاملاً خودکار و ایمن می‌کند.

نکات مهم در راه‌اندازی ستاره–مثلث

• جریان راه‌اندازی در حالت ستاره: جریان راه‌اندازی در این حالت یک‌سوم جریان راه‌اندازی در حالت مثلث است.
• توان موتور: توان موتور در حالت مثلث، سه برابر توان آن در حالت ستاره است.
• ·       بارگذاری موتور: موتور در حالت ستاره نباید زیر بار قرار گیرد. زیرا توان حالت ستاره تنها یک‌سوم توان حالت مثلث است و نمی‌تواند به توان نامی موتور برسد. برای غلبه بر بار، تغییر به حالت مثلث ضروری است.

راه‌اندازی به این روش از دو طریق امکان‌پذیر است:

• مدار فرمان ستاره–مثلث: این روش با استفاده از تجهیزات کنترلی نظیر کنتاکتورها و تایمرها انجام می‌شود.
• کلید ستاره–مثلث: در این روش از کلیدی مخصوص برای تغییر دستی وضعیت ستاره به مثلث استفاده می‌شود.

این روش یکی از مطمئن‌ترین و ساده‌ترین راه‌ها برای کاهش جریان راه‌اندازی در موتورهای سه‌فاز است و در صنایع مختلف کاربرد گسترده‌ای دارد.

تجهیزات مورد نیاز برای طراحی مدار قدرت و فرمان ستاره–مثلث

برای طراحی مدار قدرت و فرمان راه‌انداز ستاره–مثلث، از تجهیزات مختلفی استفاده می‌شود. در ادامه، تجهیزات اصلی این مدار معرفی شده و عملکرد آن‌ها توضیح داده می‌شود:

کنتاکتورستاره–مثلث

کنتاکتور یک کلید مغناطیسی است که برای قطع و وصل کردن مدار و کنترل مدارهای الکتریکی به کار می‌رود. ساختار آن شامل:

• هسته ثابت و متحرک: که با یک فنر از هم جدا شده‌اند.
• بوبین یا سیم‌پیچ: که با القای نیروی مغناطیسی، هسته متحرک را به هسته ثابت نزدیک می‌کند.

این قطعه ۳ کنتاکت اصلی برای اتصال الکتروموتور یا بارهای دیگر و همچنین کنتاکت‌های کمکی برای مدار فرمان دارد. کنتاکتور یکی از اجزای کلیدی در مدار ستاره–مثلث است که وظیفه تغییر حالت مدار بین ستاره و مثلث را بر عهده دارد.

کلید مینیاتوری

کلید مینیاتوری برای حفاظت از تجهیزات و شبکه برق در برابر اتصال کوتاه و اضافه‌بار استفاده می‌شود. این کلید از آسیب‌هایی نظیر: خرابی دستگاه، آتش‌سوزی ناشی از برق یا برق‌گرفتگی جلوگیری می‌کند. در مدار ستاره–مثلث، کلید مینیاتوری به‌عنوان وسیله‌ای برای حفاظت مدار قدرت و فرمان ضروری است.

تایمر ستاره–مثلث

تایمر یکی از تجهیزات فرمان‌دهنده در مدارهای کنترل اتوماتیک است که وظیفه کنترل زمان‌بندی تغییر مدار از حالت ستاره به مثلث را بر عهده دارد. تایمر پس از مدت زمان مشخص، فرمان تغییر حالت را صادر می‌کند. این تغییر باعث می‌شود موتور پس از کاهش جریان راه‌اندازی در حالت ستاره، به حالت مثلث برود و به توان نامی خود دست یابد.

بی‌متال

بی‌متال یک رله حفاظتی است که برای محافظت از موتور در برابر اضافه‌بار استفاده می‌شود. این قطعه به طور معمول در مدارهایی که از سربندی موتور ستاره مثلث استفاده می‌کنند، به کنتاکتور متصل می‌شود. اگر جریان از حد تنظیم‌شده تجاوز کند، بی‌متال مدار فرمان را قطع کرده و مانع از آسیب به موتور می‌شود. عملکرد این قطعه نقش مهمی در افزایش ایمنی مدار و جلوگیری از آسیب‌های ناشی از اضافه‌بار دارد.

شستی یا پوش باتن

شستی یا پوش باتن یک وسیله کنترلی ساده است که برای شروع یا توقف مدار استفاده می‌شود. این قطعه معمولاً از پلاستیک، فلز یا باکالیت ساخته شده است. شستی‌ها در مدارهای فرمان و قدرت نقش مهمی دارند و با داشتن کنتاکت‌های کمکی، امکان کنترل دقیق‌تر فرآیندهای مدار را فراهم می‌کنند. هر یک از این تجهیزات نقش مهمی در عملکرد صحیح و ایمنی مدار ایفا می‌کنند. با استفاده از این تجهیزات، می‌توان مدار ستاره–مثلث را برای کاهش جریان راه‌اندازی و افزایش کارایی موتور طراحی و پیاده‌سازی کرد.

نقشه مدار ستاره مثلث

پس از آشنایی با تجهیزات مورد نیاز مدار ستاره مثلث و عملکرد هر یک، نوبت به بررسی نقشه مدار ستاره مثلث می‌رسد. در سربندی موتور ستاره مثلث، سیم‌های فاز با حروف U، V، W و انتهای سیم‌پیچ‌ها با حروف X، Y، Z مشخص می‌شوند. برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز به روش ستاره مثلث از طریق مدار فرمان، به سه کنتاکتور: یکی برای اتصال به برق نرمال شهر، دیگری برای اتصال به مدار مثلث و سومی برای اتصال به مدار ستاره نیاز است.

 در مدار ستاره، انتهای سیم‌پیچ‌ها (X، Y،(Z  به یکدیگر متصل شده و نقطه ستاره را تشکیل می‌دهند. این اتصال از طریق کنتاکتور مربوطه انجام می‌شود. سپس، ابتدای سیم‌پیچ‌های فاز (U، V،(W  با استفاده از کنتاکتور دیگری به شبکه برق (L1، L2،(L3  وصل می‌شوند.

در نحوه اتصال مدار مثلث نیز باید از یک کنتاکتور دیگر استفاده کرد تا ابتدای سیم‌پیچ‌های فاز به انتهای سیم‌پیچ‌های فازهای دیگر وصل شوند. مانند حالت ستاره، ابتدای سیم‌پیچ‌های فاز باید به شبکه متصل شوند.

عملکرد کنتاکتورها در مدار ستاره مثلث

در راه‌انداز ستاره مثلث، تغذیه به کنتاکتور اصلی وارد شده و به ترمینال‌های U1، V1، W1 موتور متصل می‌شود. کنتاکتور مثلث در این مدار به‌طور جداگانه اضافه می‌شود و یک سر آن به سه فاز تغذیه و سر دیگر آن به ترمینال‌های V2، U2، W2 موتور متصل می‌شود. کنتاکتور ستاره نیز در این مدار وارد شده است و یک سر آن به سه فاز ورودی و سر دیگر آن به ترمینال‌های U2، V2، W2 متصل می‌شود تا اتصال ستاره ایجاد گردد. برای شناسایی کنتاکتور ستاره در تابلو برق، کافی است توجه کنید به کنتاکتوری که ترمینال‌های خروجی آن به یکدیگر متصل شده‌اند. این همان کنتاکتور ستاره است.

نکات مهم در راه‌انداز ستاره مثلث

• عدم امکان استفاده برای همه موتورهای آسنکرون سه فاز: همه موتورهای آسنکرون سه فاز نمی‌توانند به روش اتصال ستاره – مثلث راه‌اندازی شوند.
• توجه به مشخصات پلاک موتور: قبل از راه‌اندازی، باید به پلاک الکتروموتور توجه کرد تا مطمئن شویم که سیم‌پیچ‌های آن برای ولتاژ خط طراحی شده‌اند. به عبارت دیگر، ولتاژ حالت مثلث باید برابر با ولتاژ خطی شبکه باشد. برای مثال، در شبکه ایران، فقط موتورهایی با ولتاژ 400 ولت مثلث یا Δ/Y 400/660 می‌توانند به روش ستاره – مثلث راه‌اندازی شوند.
• عدم استفاده از اتصال ستاره برای موتور تحت بار: موتوری که به روش ستاره – مثلث راه‌اندازی می‌شود، نباید هیچ‌گاه در حالت ستاره تحت بار قرار گیرد.

بررسی پلاک موتور سه فاز

با توجه به ولتاژهای 400/230 درج‌شده روی پلاک و ولتاژ شبکه سه‌فاز ایران (۴۰۰ ولت)، موتور در حالت مثلث به ۲۳۰ ولت نیاز دارد و اتصال به برق ۴۰۰ ولت ممکن است منجر به سوختن موتور شود. در حالت ستاره، موتور می‌تواند ولتاژ ۴۰۰ ولت شبکه را تحمل کند.

اگر روی پلاک موتور 660/400 نوشته شده باشد، به این معنی است که ولتاژ مثلث ۴۰۰ ولت و ولتاژ ستاره ۶۶۰ ولت است. در این صورت، موتور می‌تواند هم به صورت ستاره و هم مثلث راه‌اندازی شود. در حالت ستاره، توان و جریان به  1/3 حالت مثلث کاهش می‌یابد، یعنی موتور در حالت ستاره جریان کمتری از شبکه می کشد.

نحوه تشخیص سربندی موتور سه فاز

تشخیص اتصال ستاره یا مثلث موتور سه فاز بسیار ساده است. کافی است به جعبه ترمینال موتور نگاه کنید. اگر ترمینال‌های ورودی و خروجی روبه‌رو به یکدیگر متصل شده باشند، اتصال موتور به صورت مثلث است اما اگر ترمینال‌های مجاور به هم متصل شده باشند، سربندی موتور به صورت ستاره است.

انواع مدارهای راه‌اندازی ستاره–مثلث برای موتورهای سه فاز

یکی از روش‌های رایج برای راه‌اندازی موتور سه فاز، استفاده از روش ستاره–مثلث است. در این روش حداقل به یک کنتاکتور اصلی، یک کنتاکتور مثلث، یک کنتاکتور ستاره و یک تایمر نیاز است تا موتور راه‌اندازی شود. علاوه بر این، قابلیت‌های دیگری همچون راه‌اندازی مدار به صورت دستی یا اتوماتیک یا تغییر جهت چرخش موتور نیز می‌توان در مدار طراحی کرد تا فرآیند راه‌اندازی موتور را برای تکنسین برق آسان‌تر کند.

مدار فرمان و قدرت ستاره مثلث دستی

در مدار سربندی موتور ستاره مثلث، سیستم می‌تواند به صورت دستی یا اتوماتیک عمل کند. در حالت دستی، از شستی برای قطع کنتاکتور ستاره و وصل کنتاکتور مثلث استفاده می‌شود اما در حالت اتوماتیک، تایمر و تیغه بسته وظیفه قطع و وصل کنتاکتورها را بر عهده دارند. پس از فشردن شستی استارت، کنتاکتور ستاره‌ساز وصل شده و سپس کنتاکتور شبکه وصل می‌شود. بعد از گذشت زمان تنظیم‌شده، کنتاکتور ستاره قطع و کنتاکتور مثلث وارد مدار خواهد شد. در مدار سربندی موتور ستاره مثلث، برای جلوگیری از اتصال کوتاه، کنتاکتورها نباید به صورت همزمان فعال شوند.

مدار فرمان و قدرت ستاره مثلث اتوماتیک

در مدار قدرت ستاره مثلث، با فشار دادن شاستی S1، کنتاکتور ستاره، کنتاکتور اصلی و تایمر برق‌دار می‌شوند. پس از گذشت زمان تنظیم‌شده، تایمر مسیر کنتاکتور K2 را قطع می‌کند و موتور به حالت مثلث می‌رود. در این حالت، هیچ جریانی به کنتاکتور K2 و تایمر نمی‌رسد و موتور به حالت ستاره باز نمی‌گردد. با فشار مجدد شاستی S1، موتور به طور موقت به حالت ستاره می‌رود و سپس به طور اتوماتیک به حالت مثلث بازمی‌گردد و در همین وضعیت باقی می‌ماند.

مدار فرمان و قدرت ستاره–مثلث خودکار با استفاده از تایمر

مدار فرمان و قدرت ستاره مثلث اتوماتیک با تایمر شامل کنتاکتورهای اصلی و تایمر است که وظیفه تغییر وضعیت مدار از ستاره به مثلث را به طور خودکار پس از مدت زمان معین بر عهده دارد. در این سیستم، پس از فعال شدن مدار با شاستی استارت، تایمر زمان‌بندی شده باعث قطع کنتاکتور ستاره و اتصال کنتاکتور مثلث می‌شود. این تنظیمات به‌طور کامل بدون نیاز به مداخله دستی، عملکرد موتور را بهینه می‌کند.

مدار فرمان و قدرت ستاره مثلث چپگرد راستگرد

در مدار ستاره مثلث چپگرد راستگرد، یک کنتاکتور اضافی برای تعویض فازها و تغییر جهت چرخش موتور اضافه می‌شود. برای جلوگیری از اتصال کوتاه در وضعیت‌های راستگرد، چپگرد و ستاره–مثلث، کنتاکت‌های بسته از کنتاکتورها در مسیرهای مختلف قرار می‌گیرند. تایمر K12 در حالت اتوماتیک وظیفه دارد پس از مدت زمان مشخص، کنتاکتور ستاره ساز را قطع کرده و کنتاکتور مثلث ساز را وارد مدار کند.

ستاره مثلث در سیم‌بندی موتور دالاندر

در موتورهای دالاندر، اتصال ستاره مثلث برای تغییر تعداد قطب‌ها استفاده می‌شود. در حالت دور کند، کلاف‌ها به صورت مثلث و در حالت دور تند به صورت ستاره دوبل وصل می‌شوند. برای اتصال به حالت مثلث یک کنتاکتور و برای حالت ستاره دوبل سه کنتاکتور لازم است. در مدار فرمان، کنتاکتور مثلث ساز(KIM) ابتدا وارد مدار شده و سپس برای تغییر به دور تند، کنتاکتور K2M وارد می‌شود. کنتاکت‌های بسته از کنتاکتورها از اتصال کوتاه جلوگیری می‌کنند و کنتاکتور K1 تضمین می‌کند که موتور ابتدا با دور کند شروع به کار کند.

کلید ستاره مثلث

برای پیاده‌سازی اقتصادی اتصال ستاره مثلث، از کلید ستاره مثلث استفاده می‌شود که ابتدا سیم‌پیچ‌های موتور را به صورت ستاره وصل کرده و پس از رسیدن موتور به سرعت نرمال، به حالت مثلث تغییر می‌دهد. این کلید سه حالت معمولی، ستاره و مثلث دارد.

کلید ستاره مثلث دو نوع کنترلی و قدرتی دارد. در نوع کنترلی، خروجی کلید به سه کنتاکتور وصل می‌شود و نیازی به تایمر یا مدار فرمان نیست اما در نوع قدرتی، کنترل مدار به‌طور کامل توسط کلید انجام می‌شود. این کلید دارای ۹ کنتاکت است که برای سه فاز ورودی و سیم‌پیچ‌های موتور استفاده می‌شود.

اتصال مستقیم موتور سه فاز به شبکه با استفاده از کلید زبانه‌ای

برای اتصال موتور به این کلید، ولتاژ سه فاز به ترمینال‌های L1، L2 و L3 وصل می‌شود و ترمینال‌های تخته کلم به ترتیب به ترمینال‌های Z، Y، X، U، V و W متصل می‌شوند. این نوع اتصال با علامت خاص خود نشان داده می‌شود.

کلیدهای ستاره مثلث برای موتورهایی مناسب هستند که سیم‌پیچ‌های هر فاز آن‌ها توان تحمل ولتاژ خط شبکه را داشته باشند. به عبارت دیگر، ولتاژ مجاز سیم‌پیچ هر فاز باید برابر با ولتاژ خط شبکه باشد. برای مثال، اگر ولتاژ خط شبکه ۴۰۰ ولت باشد، معمولاً عبارت Δ۴۰۰ یا ۴۰۰/۶۶۰ روی پلاک موتور نوشته می‌شود.

توان در موتورهای الکتریکی

موتورهای الکتریکی سه نوع توان دارند:

·       توان اکتیو ( :(Pتوان حقیقی که باعث چرخش شفت موتور می‌شود و واحد آن وات است.

·       توان راکتیو (:(Q توان فرضی ناشی از اختلاف فاز بین ولتاژ و جریان، که در چرخش شفت موتور نقشی ندارد و واحد آن کیلووار است.

·       توان ظاهری ( :(Sترکیب توان اکتیو و راکتیو که به عنوان توان کل در نظر گرفته می‌شود و واحد آن کیلوولت‌آمپر است.

محاسبه توان برای الکتروموتورهای سه فاز

هر یک از توان‌های موتور الکتریکی سه فاز شامل توان واقعی، توان راکتیو و توان ظاهری، فرمول‌های خاصی برای محاسبه دارند. فرمول‌های زیر برای محاسبه توان هر یک از خطوط ارائه شده‌اند:

·       توان اکتیو:

P = √3 Vph Iph * COSφ

·       توان راکتیو:

Q = √3 Vph Iph * SINφ

·       توان ظاهری:

S = √3 Vph Iph

این معادلات در هر دو نوع سربندی ستاره و مثلث قابل استفاده هستند. البته، توانی که از فرمول P = √3 Vph Iph * COSφ محاسبه می‌شود، توان ورودی است. در حالی که مقدار ثبت‌شده روی پلاک موتور، نشان‌دهنده توان خروجی آن است. اختلاف بین این دو مقدار ناشی از تلفات سیم‌پیچی و تلفات فاصله هوایی در استاتور موتور سه فاز است.

در این مقاله سعی کردیم تمامی مطالب ضروری برای سربندی ستاره مثلث الکتروموتور های را بررسی کنیم، اگر در این زمینه سوالی دارید میتوانید برای ما کامنت بزارید، کارشناسان موتور درایو در اسرع وقت به سوالات شما پاسخ میدهند.