از جمله سؤالات متداول برای علاقمندان، دانشجویان و عموم جامعه نحوه کار الکتروموتورهای تکفاز و سه فاز به همراه روش‌های راه اندازی آنهاست. همچنین برخی از مصرف کنندگان الکتروموتورهای تک فاز علاقمند به نصب تجهیزات ایمنی به منظور حفاظت از الکتروموتور خود هستند و بر همین اساس از الکتریکی‌ها و فروشندگان لوازم برقی در این زمینه جست و جو می‌کنند. در این مقاله به نحوه راه اندازی هر دو الکتروموتور و استفاده از تجهیزاتی مانند کنتاکتور و بی متال به منظور راه اندازی و حفاظت آنها پرداخته‌ایم که سؤالات بسیاری را جواب خواهد داد. پس با ما همراه باشید.
موتور تکفاز چیست؟
منظور از تکفاز به معنی استفاده از یک فاز شبکه برق برای راه اندازی یک مصرف کننده می‌باشد. بنابراین استفاده از این اصطلاح به معنی راه اندازی یک تجهیز با استفاده از یک سیم فاز و یک سیم نول بوده که منبع فاز شما در کشور ایران باید دارای دامنه ولتاژ 220 الی 230 ولت جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز باشد.
الکتروموتورهای تک فاز نیز انواع مختلفی دارند که مهم‌ترین آنها، الکتروموتورهای رتور سیم پیچی شده و الکتروموتورهای رتور قفسه سنجابی هستند. اگرچه معرفی این دو مدل الکتروموتور خارج از بحث این مقاله است اما لازم به ذکر است که منظور مصطلح در بازار از موتور تکفاز، همان الکتروموتور تکفاز رتور قفسه سنجابی می‌باشد. در الکتروموتورهای سه فاز چون سه فاز داریم؛ پس سه کلاف در داحل استاتور داریم که برای ما تشکیل میدان مغناطیسی دوار داده و سبب چرخش روتور می‌شود. این وضعیت در الکتروموتور تکفاز متفاوت است. در سیستم تکفاز، دو فاز را نداریم و این مسئله موجب نقص در تشکیل میدان دوار است. برای رفع این مشکل، از یک سیم پیچ کمکی، که از نظر مکانی 90 درجه با سیم پیچ اصلی در استاتور الکتروموتور تکفاز اختلاف دارد؛ استفاده می‌کنیم. حال یک میدان نسبی دوار داریم. این میدان نسبی است زیرا میدان دوار آن از نظر زاویه قرار گیری فازها به خوبی یک الکتروموتور سه فاز نیست. از طرفی سیم پیچ کمکی تنها به منظور راه اندازی الکتروموتور تکفاز به کار گرفته می‌شود و پس از اینکه الکتروموتور ما به بیش از 70 درصد سرعت نامی رسید؛ توسط کلید گریز از مرکز از مدار خارج می‌شود. کمبود فاز به همین نکته ختم نمی‌شود و عدم حضور دو فاز در نهایت سبب می‌شود که ما با الکتروموتورهایی روبرو شویم که دارای گشتاور راه اندازی پایین، توان نامی کمتر، راندمان ضعیف‌تر، حساس در مقابل اضافه بار و مواردی از این قبیل باشند. به منظور رفع برخی از این مشکلات از یک واحد خازن برای الکتروموتورهای تکفاز استفاده می‌شود. استفاده از این واحد خازن موجب تنوع در الکتروموتورهای تکفاز می‌شود که در ادامه به معرفی آنها خواهیم پرداخت.
انواع الکتروموتور های تک فاز
1) الکتروموتور تکفاز با خازن راه انداز
در این مدل یک خازن به صورت سری در کنار سیم پیچ کمکی قرار گرفته و مانند حالت معمولی یک کلید گریز از مرکز نیز داریم. با شارژ خازن و دشارژ آن به سیم پیچ، عمل استارت رخ داده و موتور راه اندازی می‌شود. در نهایت پس از رسیدن موتور به 75 درصد دور نامی کلید گریز از مرکز وارد عمل شده و سیم پیچ کمکی را از مدار خارج می‌کند. دقت کنید که خازن راه انداز فقط در زمان راه انداز به کمک موتور و سیم پیچ کمکی آن می‌آید تا عمل اولیه راه اندازی را به علت گشتاور بالا در زمان راه اندازی، بهبود ببخشد.
2) الکتروموتور تکفاز با خازن دائم کار
در این مدل یک خازن به صورت سری در کنار سیم پیچ کمکی قرار گرفته و دیگر خبری از کلید گریز از مرکز نیست. سیم پیچ و خازن به صورت دائم در مدار الکتروموتور حضور داشته و این عمل باعث افزایش توان الکتروموتور می‌باشد.
3) الکتروموتور تکفاز دو خازنه
در این مدل هم خازن راه انداز را داریم و هم خازن دائم کار. در این صورت علاوه بر اینکه ظرفیت راه اندازی با قدرت بالا را در اختیار داریم؛ می‌توانیم در توان‌ها و سرعت‌های بالاتری از الکتروموتور تکفاز نیز استفاده کنیم.
روش های راه اندازی موتور تکفاز
اگرچه که روش‌های ابداعی و مختلفی را می‌توان برای راه اندازی الکتروموتورهای تکفاز به کار گرفت؛ اما یکی از مناسب‌ترین و بهترین روش‌ها از نظر ایمنی در راه اندازی و حفاظت از موتور، راه اندازی با استفاده از کنتاکتور، فیوز یا کلید میناتوری، شستی‌های فشاری و بی متال می‌باشد. در ادامه به معرفی دو مورد می‌پردازیم:
1) راه اندازی موتور تکفاز با کنتاکتور
برای راه اندازی موتور تکفاز با کنتاکتور دو مدار را در نظر بگیرید: مدار فرمان و مدار قدرت.
برای راه اندازی یک موتور تکفاز با استفاده از کنتاکتور نیازمند این تجهیزات هستیم: کنتاکتور متناسب با توان موتور، کلید فیوز مینیاتوری تکفاز متناسب با جریان کاری و راه اندازی موتور، شستی استارت و شستی استپ. برای انتخاب کنتاکتور می‌توانید از فروشنده کمک بگیرید. پیشنهاد ما مطالعه مقالات آشنایی با انواع کنتاکتور و آموزش پلاک خوانی کنتاکتور می‌باشد.
مطابق تصویر فوق برای مدار سمت راست که به مدار قدرت معروف است، لازم است که از دو ترمینال قدرت کنتاکتور استفاده نمایید. یک ترمینال برای فاز و یک ترمینال برای نول. سیم فاز شبکه را از فیوز تکفاز مینیاتوری عبور داده و به ترمینال قدرت کنتاکتور وصل نمایید. خروجی‌های ترمینال قدرت را به موتور وصل کنید. تا اینجا مدار قدرت تکمیل شده است.
در سمت چپ تصویر مدار فرمان را ملاحظه می‌کنید. برای راه اندازی مدار فرمان، سیم فاز را از فیوز مینیاتوری عبور می‌دهیم. خروجی فیوز مینیاتوری را از کنتاکت بسته شستی استپ موسوم به S0 عبور داده و خروجی کنتاکت بسته را به ورودی کنتاکت باز شستی استارت متصل می‌کنیم. حال از خروجی کنتاکت باز استارت به پایه A1 بوبین کنتاکتور وصل می‌کنیم. در نهایت از سیم نول یک انشعاب برای پایه A2 بوبین کنتاکتور گرفته و وصل می‌کنیم. تا اینجای کار هر زمان که شما شستی استارت را فشار دهید. موتور به کار می افتد. با برداشتن دست از روی شستی، موتور از کار می افتد. حال چه کنیم که با یکبار فشار دادن شستی موتور به کار افتاده و به کار خود ادامه دهد؟ برای این کار باید یک مدار خود نگهدار در پشت شستی استارت داشته باشید. به این منظور از کنتاکت باز کمکی کنتاکتور استفاده می‌کنیم و از دو سر پایه‌های ترمینال کنتاکت باز شستی استارت به پایه‌های کنتاکت باز کنتاکتور وصل می‌کنیم. در این صورت با یکبار فشار دادن شستی استارت، بوبین کنتاکتور برق دار شده و موتور به کار می افتد و از آنجایی که کنتاکت باز کنتاکتور با برق دار شدن بوبین آن، تبدیل به کنتاکت بسته می‌شود؛ مدار فرمان و به تبع آن بوبین کنتاکتور، همواره برق دار خواهد بود تا زمانی که شستی استپ یعنی S0 را فشار دهید و برق بوبین را قطع نمایید
2) راه اندازی موتور تکفاز با بی متال
استفاده از بی متال به منظور محافظت از موتور در مقابل اضافه بار می‌باشد. اضافه بار از جمله خطاهای مرسوم برای الکتروموتورها بوده که در صورت جریان کشی زیاد موتور به دلایل گوناگون رخ داده و می‌تواند موجب آسیب‌های جبران ناپذیر برای سیستم شود. پس کار اصلی بی متال تحت نظر قرار دادن جریان مصرفی است. برای آشنایی بیشتر با بی متال‌ها می‌توانید نگاهی به مقاله انواع بی متال بیندازید.
مطابق شکل برای استفاده از بی متال کافیست سیم خروجی از ترمینال قدرت کنتاکتور را به ترمینال‌های بی متال متصل کنیم با این تفاوت که فاز خروجی از کنتاکتور را به پایه 1 ترمینال بی متال داده و خروجی آن را از ترمینال 2 بی متال گرفته و به ترمینال ورودی 3 بی متال می‌دهیم. در نهایت خروجی آن را از ترمینال 4 بی متال گرفته و به موتور می‌دهیم. سیم نول را نیز از ترمینال کنتاکتور عبور داده و خروجی آن را به بی متال داده و در نهایت به موتور متصل می‌کنیم. در قسمت سیم کشی مدار فرمان، مورد خاصی نداریم و مشابه با حالت قبل می‌باشد.
موتور سه فاز چیست؟
الکتروموتور سه فاز همان‌گونه که از نامش پیداست از سه فاز با جریان متناوب سینوسی برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی بهره می‌برد. در یک الکتروموتور سه فاز القایی از سه دسته سیم پیچ برای ایجاد ولتاژ سینوسی مساوی استفاده می‌کنیم که هر فاز 120 درجه تغییر می‌کند اما باید دقت داشت که مجموع ولتاژ هر فاز در هر زمان ثابت است. الکتروموتور سه فاز سه برابر بیشتر از الکتروموتور تکفاز توان را منتقل می‌کند و این در حالی است که حجم سیم پیچ آن تنها 1.5 برابر بیشتر از الکتروموتور تکفاز است. همین مسئله کافیست تا مقرون به صرفه بودن و بازده بالاتر آن نسبت به الکتروموتورهای تکفاز مشخص شود. یکی دیگر از مزیت‌های الکتروموتورهای سه فاز نبود تجهیز اضافی نظیر خازن در راه اندازی است. اگرچه راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز توان بالا نیازمند جریان راه اندازی اولیه نسبتاً بالاست؛ اما به هرحال می‌توان بدون هیچ‌گونه تجهیز اضافی آن را راه اندازی کرد.
یک الکتروموتور سه فاز در ساختار همانند یک الکتروموتور تکفاز است. یعنی دارای یک استاتور و یک روتور بوده که در بخش استاتور دارای سه دسته سیم پیچ مسی می‌باشد. سیم پیچ‌ها به طور کامل زوایای مختلف محور مغناطیسی را در بر می‌گیرد و در نتیجه یک میدان مغناطیسی دوار کامل را خواهیم داشت. در بخش روتور نیز یک هسته استوانه‌ای چند لایه با شکاف‌های موازی دارای هادی‌ها می‌باشد. این هادی‌ها میله‌های سنگین مسی یا آلومینیومی هستند که در انتهای روتور به وسیله حلقه انتهایی اتصال کوتاه شده است. پس در الکتروموتور سه فاز القایی دیگر خبری از سیم پیچ راه انداز نبوده و نوع روتور نیز همانند موتور تکفاز، روتور قفسه سنجابی می‌باشد. در الکتروموتورهای سه فاز مبحث قطب‌ها بسیار مهم است. هر مجموعه سیم پیچ در استاتور، قطب‌ها را برای ما شکل می‌دهند. الکتروموتورهای سه فاز در قطب‌های 2، 4، 6، 8 و بالاتر در دسترس هستند. هرچه تعداد قطب‌های الکتروموتور بالاتر رود، سرعت آن کمتر و گشتاور آن بیشتر می‌شود. تعاریفی که عنوان شد برای موتورهای سه فاز برای مصارف عمومی می‌باشد. موتورهای سه فاز هم دارای انواع مختلفی هستند که بر اساس کاربرد آنها ساخته شده است. الکتروموتورهای فلنجی، الکتروموتور کوپل شده و… نمونه‌هایی از این دست می‌باشد.
راه اندازی موتور سه فاز چگونه است؟
راه اندازی موتورهای سه فاز متناسب با سه مؤلفه اساسی است: جریان راه اندازی، توان و سرعت نامی. بر اساس پروژه و کاربردی که برای موتور تعریف می‌شود؛ این سه مؤلفه اولویت می‌یابند. برای توان‌های بسیار پایین می‌توان الکتروموتور را با اتصال ساده‌ای به برق شبکه متصل نمود، در توان‌های بالا به دلیل مسئله گشتاور و جریان کشی بالا نیاز به استفاده از تجهیزات خاصی نظیر کنتاکتور و تایمر می‌باشد و در نهایت برای کنترل سرعت در پروژه‌ها لازم است تا از درایوها برای راه اندازی موتورهای سه فاز استفاده کنیم. در نهایت هفت روش برای راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز وجود دارد که در مقالات بعدی به آنها خواهیم پرداخت:
- راه اندازی مستقیم
- راه اندازی به روش ستاره مثلث
- راه اندازی با استفاده از اتوترانسفورماتور متغیر یا کمپانساتور
- راه اندازی با اضافه کردن مقاومت در مدار روتور (برای روتور های سیم پیچی شده)
- راه اندازی با اضافه کردن مقاومت در مدار استاتور
- راه اندازی با استفاده از سافت استارتر
- راه اندازی با استفاده از درایو های کنترل دور موتور (اینورتر های VFD)
1) راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور
مدار راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور مشابه با مدار راه اندازی موتور تکفاز با کنتاکتور است. مدار فرمان کاملاً مشابه بوده و در مدار قدرت به جای یک فاز و یک نول با سه فاز R و S و T سروکار داریم. نقشه زیر نحوه راه اندازی را نمایش داده است، این راه اندازی تفاوتی با راه اندازی مستقیم ندارد و تنها مزیت آن محافظت نسبی الکتروموتور به دلیل جریان نامی کنتاکتور و راه اندازی آن با استفاده از شستی‌هاست. دقت داشته باشید که برای راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور لازم است با شناخت کامل نسبت به الکتروموتور، بر اساس آن کنتاکتور مناسب را تهیه نمایید.
2) راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور و کنترل فاز
حفاظت تجهیز پایین دستی یا تجهیز مصرف کننده انرژی الکتریکی همواره در اولویت بوده است. علت این امر، جلوگیری از آسیب‌های شدید و هزینه‌های هنگفت در مقابل هزینه بسیار کمتر برای تأمین تجهیز حفاظتی است. کنترل فاز یکی از این تجهیزات است که وظیفه اصلی آن حفاظت از تجهیزات پایین دستی در مقابل افت ولتاژ، افزایش بیش از حد ولتاژ و فقدان یکی از سه فاز می‌باشد. برای نصب کنترل فاز کافیست آن را پیش از اتصال برق شبکه به کنتاکتور در مدار قدرت قرار دهید و از کنتاکت رله آن در مدار فرمان استفاده کنید. در صورت بروز خطا فرمان تغییر وضعیت رله صادر شده و الکتروموتور قطع می‌شود.
3) راه اندازی موتور سه فاز با کنتاکتور و بی متال
مشابه با مدار راه اندازی الکتروموتور تکفاز، استفاده از بی متال به منظور محافظت از الکتروموتور در برابر جریان کشی بیش از حد یا اضافه بار می‌باشد. در این مدل پس از آنکه برق سه فاز را به کنترل فاز متصل کردیم، انشعابی برای ترمینال قدرت کنتاکتور می‌گیریم؛ در ادامه خروجی بی متال را به خروجی ترمینال قدرت کنتاکتور متصل کرده و در نهایت خروجی بی متال‌ها را به الکتروموتور متصل می‌کنیم. در نهایت همان‌گونه که از رله کنترل فاز برای حفاظت فازی الکتروموتور استفاده کردیم؛ از کنتاکت بسته بی متال نیز در مدار فرمان استفاده می‌کنیم تا از نظر اضافه بار از مدار و الکتروموتور محافظت نماید. فقط دقت نمایید که پیش از اتصال برق شبکه به مدار، رله بی متال را تنظیم نمایید.
در این مقاله به معرفی الکتروموتورها و نحوه راه اندازی آنها به‌وسیله کنتاکتور و بی متال پرداختیم. ممکن است برای کاربران این سؤالات ایجاد شود که در مقاله ذکر نشد چگونه باید کنتاکتور مورد نظر را انتخاب کنیم یا چگونه بی متال مناسب انتخاب کنیم و یا چه کنترل فازی باید تهیه و استفاده شود. پاسخ تمامی این دست از سؤالات در مقالات قبلی انرژی مگ داده شده است. لینک برخی از این مقالات در این مقاله قرار داده شده و شما با مطالعه مقالات قبلی می‌توانید به راحتی و به تنهایی تجهیزات مناسب مورد نظر خود را انتخاب و مدار را راه اندازی نمایید. همچنین برای کسب اطلاعات و مشاوره می‌توانید با همکاران ما در برق و انرژی تماس حاصل نمایید. انرژی در دستان تو!
نظرات کاربران