مدار ستاره مثلت و کاربردهای آن

مدار راه انداز ستاره مثلث ( استار دلتا ) 

امروزه موتورهای القایی در تمام صنایع در سراسر جهان مورد استفاده قرار می گیرند. بنابراین روش های مختلفی برای راه اندازی موتور القایی 3 فاز مانند مدار استارت ستاره مثلثی استفاده می شود. یکی از آنها، ارزان ترین و محبوب ترین روش شروع مستقیم آنلاین (DOL) است. محدودیت این روش این است که فقط برای موتورهای القایی کم HP (تا 5 اسب بخار) قابل استفاده است. برای راه اندازی یک موتور القایی 3 فاز با رتبه بالا (بیشتر از 5 اسب بخار) از استارتر ستاره مثلث استفاده می شود. در این مطلب به معرفی این روش می پردازیم. همچنین پیشنهاد می کنیم اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق را دارید هم اکنون با کارشناسان آداک، بهترین شرکت سازنده تابلو برق در ایران بهین نیرو تماس بگیرید.

آنچه در این مطلب بیان می شود؟

در این مقاله به طور مفصل به این خواهیم پرداخت که استارتر ستاره مثلث چیست و چگونه کار می کند، هدف از راه اندازی ستاره مثلث، تئوری و اصل کار استارتر ستاره مثلث (wye-delta) با کمک یک مدار قدرت و کنترل، درجه بندی و اندازه قطعات مختلف مدار مثلث، مزایا و معایب و همچنین کاربرد صنعتی آن را بررسی می کنیم.

مدار استار دلتا چیست؟

راه انداز ستاره مثلث رایج ترین روش راه اندازی با ولتاژ کاهش یافته برای راه اندازی موتور القایی HP 3 فاز متوسط (SCIM) است. همچنین به عنوان شروع کننده wye-delta شناخته می شود. در این روش راه اندازی، یک موتور القایی 3 فاز در طول راه اندازی به صورت ستاره ای متصل می شود و زمانی که سرعت به حدود 80 درصد سرعت بار کامل رسید، در طول عملیات عادی (با کمک یک کلید TPDT) به حالت مثلث سوئیچ می کند.

به عبارت ساده می توان گفت که یک استارتر wye-delta یک موتور را با سیم پیچ استاتور متصل به ستاره راه اندازی می کند. هنگامی که سرعت به 80٪ سرعت نامی رسید، با سیم پیچ استاتور متصل به مثلث شروع به کار می کند.

موارد کاربرد مدار ستاره مثلت

استارتر ستاره مثلث برای بیش از 5 اسب بخار استفاده می شود و موتور القایی تا 180 اسب بخار در دسترس است.

چرا از راه انداز ستاره مثلث به جای DOL Starter استفاده می شود؟

اکثر موتورهای القایی با HP کم (حداکثر 5 اسب بخار) مستقیماً به صورت آنلاین با استارت DOL راه اندازی می شوند. اما هنگامی که موتورهای بزرگ (بیش از 5 اسب بخار) به این ترتیب راه اندازی می شوند، به دلیل افزایش جریان راه اندازی بسیار زیاد (6 تا 10 برابر جریان بار کامل) باعث ایجاد اختلال در ولتاژ خط تغذیه می شود.

همچنین بخوانید: سفارش بدنه تابلو برق 

بنابراین، برای محدود کردن نوسان جریان راه‌اندازی (جریان هجومی)، یک روش راه‌اندازی با ولتاژ کاهش یافته برای راه‌اندازی موتور القایی بزرگ HP مورد نیاز است. از آنجایی که هم راه‌اندازی ترانسفورماتور خودکار و هم راه‌اندازی ستاره مثلث کاهش ولتاژ روش‌های راه‌اندازی موتور القایی 3 فاز است. از این رو برای موتورهای بزرگ، ما به جای استارتر DOL از استارت ستاره مثلث استفاده می کنیم تا جهش جریان راه اندازی موتور را بدون استفاده از هیچ وسیله خارجی کاهش دهیم.

انواع مدار راه انداز ستاره مثلث

به طور کلی می توان سه نوع مدار راه انداز ستاره مثلث را نام برد:

• استارتر دستی ستاره دلتا
• استارتر ستاره دلتا نیمه اتوماتیک
• استارتر ستاره مثلث خودکار

اجزای راه انداز ستاره مثلث

اینها اجزای اصلی یک استارتر ستاره مثلث هستند:

کنتاکتورها در مدار استار دلتا

کنتاکتور یک رله سنگین با درجه جریان بالا است که برای روشن کردن موتور القایی استفاده می شود. امتیاز فعلی کنتاکتورها در محدوده 10 آمپر تا چند صد آمپر متغیر است. در استارتر ستاره مثلث، ما عمدتا از سه کنتاکتور استفاده می کنیم که عبارتند از:

• کنتاکتور اصلی
• کنتاکتور ستاره
• کنتاکتور دلتا

کنتاکتور اصلی و کنتاکتور مثلث از نوع AC3 بوده و 58% امتیاز جریان موتور را دارا می باشد. این کنتاکتورها در حین کارکرد موتور القایی بسته می شوند در حالی که کنتاکتور ستاره ای فقط جریان ستاره را در طول راه اندازی موتور حمل می کند. از آنجایی که جریان راه اندازی 1/3 برابر جریان نامی می شود، کنتاکتور ستاره ای می تواند از نوع AC3 و 33 درصد از جریان بار کامل باشد. هر سه پیمانکار مورد استفاده در استارت ستاره مثلث کوچکتر از کنتاکتور منفرد مورد استفاده در استارتر DOL هستند زیرا این کنتاکتورها فقط جریان سیم پیچی را کنترل می کنند که 33 درصد جریان بار کامل در استارتر مثلث ستاره ای است.

رله اضافه بار در مدار ستاره مثلث

همانطور که در مورد موتور القایی، بیشتر خرابی سیم‌پیچ‌ها به دلیل اضافه بار، کار بر روی منبع ولتاژ نامتعادل و همچنین تک فاز بودن به دلیل از دست دادن فاز است که ممکن است منجر به گرم شدن بیش از حد و تخریب عایق سیم‌پیچ موتور شود. بنابراین حفاظت اضافه بار برای محافظت از سیم پیچ ها از اضافه بار و اتصال کوتاه در سیم پیچ داخلی لازم است. بنابراین تمام این شرایط توسط یک رله اضافه بار حرارتی 3 قطبی جلوگیری می شود.

تایمر در استارتر ستاره مثلث

عملکرد اصلی تایمر در استارتر این است که کنتاکتور را از حالت ستاره به مثلث تغییر دهد زمانی که موتور به سرعتی نزدیک به بیش از 80 درصد سرعت بار کامل می رسد.

فیوز در استار دلتا

فیوز 3 عددی به صورت سری با مدار موتور استفاده می شود تا از موتور در برابر جریان بیش از حد خارجی و خطاهای اتصال کوتاه محافظت کند. همچنین از 1 فیوز برای محافظت از مدار کنترل استارتر استفاده می شود.

پوش باتن 

برای راه اندازی (نوع NO) و توقف (نوع NC) موتور از پوش باتن استفاده می شود.

اصل کار راه انداز ستاره مثلث

استارتر ستاره مثلث رایج ترین استارتر ولتاژ کاهش یافته برای موتورهای القایی است. هدف یک راه انداز ستاره مثلث محدود کردن افزایش جریان راه اندازی (6-10 برابر جریان نامی) با کاهش ولتاژ با سیم پیچ های متصل به ستاره است. در این روش سیم‌پیچ‌های استاتور به صورت ستاره‌ای متصل می‌شوند و هنگامی که سرعت به 80 درصد می‌رسد، به کمک کلید سه‌قطبی پرتاب دو قطبی (TPDT) از ستاره به مثلث تغییر می‌کند. بنابراین در هنگام راه اندازی، جریان در سیم پیچ موتور به 1/3 مقدار نامی کاهش می یابد و گشتاور راه اندازی نیز به 33٪ کاهش می یابد. با کمک سه حالت مختلف می توان کار یک ستاره دلتا را به راحتی درک کرد:

1. حالت متصل ستاره

در طول زمان راه اندازی، کنتاکتور اصلی و کنتاکتور ستاره در موقعیت نزدیک قرار خواهند گرفت تا مدار برق را تکمیل کنند. بنابراین در این حالت، سیم پیچ استاتور موتور القایی به صورت ستاره ای متصل می شود و از این رو ولتاژ در سراسر سیم پیچ موتور به 1 به رادیکال 3 برابر ولتاژ خط کاهش می یابد. هنگامی که موتور به 80 درصد سرعت بار کامل رسید، مدار تایمر ابتدا کنتاکتور ستاره را جدا کرده و کنتاکتور مثلث را به مدار متصل می کند.

2. حالت گذار بازشده

در هنگام تغییر از ستاره به مثلث، مدارهای کنتاکتور باز می شوند و موتور نه در حالت ستاره و نه در حالت مثلث باقی می ماند. بنابراین این حالت به عنوان یک حالت گذار باز یا Open Transition State شناخته می شود.

3. حالت اتصال دلتا

پس از فعال شدن تایمر، موتور از حالت ستاره به مثلث تبدیل می شود. در حالت اتصال مثلث، ولتاژ فاز استاتور برابر با ولتاژ خط خواهد بود. از این رو ولتاژ خط در سراسر سیم پیچ استاتور ظاهر می شود و موتور به طور معمول با سرعت بار کامل نامی خود کار می کند.

مدار برق استارتر دلتا

با توجه به شکل، مدار جدا از فیوز حفاظتی (F1) و رله اضافه بار (F2) از سه کنتاکتور به نام های کنتاکتور اصلی (K1)، ستاره ای (K2) و کنتاکتور مثلث (K3) تشکیل شده است. کنتاکتور اصلی (K1) ولتاژ خط تغذیه (R, Y, B) را از طریق فیوز اولیه (F1) و رله اضافه بار (F2) به پایانه های اولیه (U1, V1, W1) متصل می کند. همچنین ترمینال های ثانویه (U2، V2، W2) با کنتاکتور ستاره ای (K2) و کنتاکتور مثلث (K3) متصل می شوند.

همچنین بخوانید: صفر تا صد تابلو برق صنعتی 

در حین راه اندازی، کنتاکتور اصلی (K1) و کنتاکتور ستاره (K2) در ابتدا بسته می شوند، به طوری که موتور با ثانویه متصل به ستاره شروع به کار می کند. پس از یک تأخیر زمانی که سرعت به بیش از 80% می رسد، مدار تایمر K2 را باز می کند و K3 را می بندد. بنابراین اتصال سیم پیچ ثانویه از پیکربندی ستاره به مثلث تغییر کرد و موتور در طول عملیات به حالت مثلث ادامه داد.

مدار کنترل استارتر ستاره دلتا

مدار کنترل عمدتاً عملیات سوئیچینگ کنتاکتورها (K1، K2، K3) و انتقال از پیکربندی ستاره به مثلث را در طول راه اندازی و اجرای SCIM انجام می دهد. مدار کنترل شامل فیوز، دکمه های فشاری استارت NO-NC (S1) و توقف (S0)، تایمر ستاره مثلث (K4) و کنتاکت های کمکی پیمانکاران و رله های اضافه بار است.

در حالت عادی (F1، F2 و F3 سالم هستند)، هنگامی که S1 فشار داده می شود (در حین راه اندازی)، سیم پیچ تایمر K4 به سیم پیچ کنتاکتور ستاره K2 و همچنین سیم پیچ کنتاکتور خط K1 انرژی می دهد. بنابراین این موتور را در پیکربندی ستاره هدایت می کند. کنتاکت NO K1 به موازات S1 سیم کشی می شود به طوری که مدار تا زمانی که S0 فشرده شود در چفت باقی می ماند.

پس از مدت زمان تنظیم شده در مدار تایمر، سیم پیچ K2 بدون انرژی و K3 روشن می شود، بنابراین موتور در یک پیکربندی مثلث به کار خود ادامه می دهد. هنگامی که S0 فشار داده می شود یا در طول یک سفر اضافه بار یا F1 منفجر می شود، سیم پیچ K1 و K3 خاموش می شود و موتور متوقف می شود.

کنتاکتور ستاره ای K2 و کنتاکتور دلتا K3 با استفاده از کنتاکت های NC به صورت مکانیکی و الکتریکی به هم متصل می شوند به طوری که هر دو پیمانکار نباید همزمان بسته شوند. این تضمین می کند که سیم پیچ K3 فقط زمانی که K2 باز می شود و همچنین K2 فقط زمانی که K3 خاموش می شود، برق می گیرد.

فاز باز شده راه انداز ستاره مثلث

اگر عملکرد مدار کنترلی که در بالا توضیح داده شد را از نزدیک مشاهده کنید، متوجه خواهید شد که موتور در طول انتقال از پیکربندی ستاره به مثلث قطع می شود. این بدان معنی است که استارت به طور لحظه ای موتور را از پیکربندی ستاره جدا می کند و سپس آن را با پیکربندی مثلث دوباره وصل می کند. پیاده سازی آن از نظر هزینه و مدار آسان تر است، بنابراین به طور گسترده تر از راه اندازی مثلث ستاره گذار بسته استفاده می شود. اگر زمان تغییر خوب باشد، این روش بسیار خوب عمل می کند. اما در عمل، اگرچه تنظیم درست زمان بندی دشوار است، بنابراین قطع و وصل مجدد منبع تغذیه ممکن است باعث گذرا ولتاژ و جریان شود. در زیر چهار مرحله عملکرد راه‌انداز حالت انتقال باز استار دلتا آمده است:

وضعیت خاموش

همه کنتاکتورها باز هستند

حالت ستاره

کنتاکتور اصلی K1 و کنتاکتور ستاره K2 متصل هستند و K3 باز می ماند. بنابراین موتور در پیکربندی ستاره ای کار می کند.

حالت گذار (باز)

به این حالت سوئیچینگ انتقال باز نیز می گویند زیرا یک مرحله باز بین ستاره و مثلث وجود دارد. در این حالت کنتاکتور اصلی K1 بسته و کنتاکتور ستاره K2 و کنتاکتور مثلث K3 باز هستند. در انتهای اولیه سیم پیچ موتور ولتاژ وجود دارد و سیم پیچ ثانویه باز است. بنابراین هیچ جریانی نمی تواند در سیم پیچ ثانویه جریان یابد. از آنجایی که موتور دارای روتور چرخان است و بنابراین مانند یک ژنراتور رفتار می کند.

حالت دلتا

کنتاکتور اصلی K1 و کنتاکتور دلتا K3 بسته و کنتاکتور ستاره K2 باز است. موتور به ولتاژ خط کامل متصل است و از این رو قدرت و گشتاور کامل برای خروجی در دسترس است.

حالت گذرای بسته در ستاره مثلث

تکنیکی برای کاهش میزان سوئیچینگ گذرا در حالت گذار وجود دارد. به یک کنتاکتور کمکی 3 قطبی اضافی و سه مقاومت با درجه مناسب نیاز دارد تا مقدار قابل توجهی جریان بتواند در طول دوره سوئیچینگ مثلث از مقاومت ها عبور کند. همچنین کنتاکتور کمکی و هر سه مقاومت باید از طریق کنتاکتور مثلث K3 متصل شوند.

در حین کار، درست قبل از باز شدن کنتاکتور ستاره ای K2، کنتاکتور کمکی بسته می شود و در نتیجه جریان پیوسته از مقاومت ها به ستاره می گذرد. هنگامی که کنتاکتور ستاره ای K2 باز می شود، جریان از طریق سیم پیچ موتور از طریق مقاومت ها به منبع تغذیه ادامه می دهد. سپس این مقاومت ها توسط کنتاکتور مثلث K3 کوتاه می شوند. از این رو در راه اندازی ستاره-مثلث انتقال بسته، یک توان پیوسته برای موتور همیشه حفظ می شود.

مراحل مختلف حالت گذار بسته 

در زیر پنج مرحله عملکرد راه‌انداز حالت گذار بسته wye-delta آمده است:

وضعیت خاموش: همه کنتاکتورها باز هستند

حالت ستاره: کنتاکتور اصلی K1 و کنتاکتور ستاره K2 متصل هستند و K3 باز می ماند. بنابراین موتور در پیکربندی ستاره کار می کند.

حالت انتقال ستاره: موتور به ستاره و مقاومت ها از طریق کنتاکتور مثلث K3 با کنتاکتور کمکی متصل می شوند.

حالت گذار بسته: کنتاکتور اصلی K1 بسته است و کنتاکتور دلتا K3 و کنتاکتور ستاره K2 باز هستند. جریان از طریق سیم پیچ موتور و مقاومت های انتقالی از طریق یک کنتاکتور کمکی عبور می کند.

حالت دلتا: کنتاکتور اصلی K1 و کنتاکتور دلتا K3 بسته و کنتاکتور ستاره K2 باز است. همچنین مقاومت های انتقالی کوتاه هستند. موتور القایی (SCIM) به ولتاژ خط کامل متصل است و از این رو قدرت و گشتاور کامل برای خروجی در دسترس است.

جریان و اندازه اجزای راه انداز ستاره مثلث

اندازه رله اضافه بار: برای حفاظت از اضافه بار از دو رله اضافه بار استفاده می شود که در خط و در سیم پیچ موتور استفاده می شود.

بنابراین جریان رله های اضافه بار درونی = جریان بار کامل موتور است. در حالی که تنظیم رله اضافه بار در سیم پیچ = 0.58 برابر جریان خط بار کامل موتور است.

اندازه کنتاکتور اصلی و دلتا: کنتاکتور اصلی K1 و کنتاکتور مثلث K3 از نوع AC3 هستند و 58 درصد جریان بار کامل موتور را تعیین می کنند. از این رو اندازه کنتاکتور اصلی = 0.58 * جریان بار کامل موتور است. همچنین اندازه کنتاکتور دلتا = 0.58* جریان بار کامل موتور می باشد.

اندازه کنتاکتور ستاره: کنتاکتور سوم کنتاکتور ستاره ای K2 است که تنها 58 درصد جریان کنتاکتور اصلی را حمل می کند. این بدان معناست که امتیاز کنتاکتور ستاره باید تنها 33 درصد جریان بار کامل موتور باشد. همچنین باید از نوع AC3 باشد. بنابراین اندازه کنتاکتور ستاره = 0.33 * جریان بار کامل موتور است.

ویژگی های راه انداز موتور ستاره مثلث

جریان راه اندازی موجود: 33 درصد جریان بار کامل
حداکثر جریان شروع: 1.3 تا 2.6 برابر جریان بار کامل
حداکثر گشتاور شروع: 33 درصد گشتاور بار کامل

ویژگی های راه انداز استار دلتا

استارتر ستاره دلتا را می توان فقط برای توان کم تا زیاد استفاده کرد
برای موتور القایی 3 فاز کاربرد دارد.
6 کابل اتصال برای جعبه ترمینال موتور القایی مورد نیاز است.
گشتاور راه اندازی کاهش کاهش می یابد.
جریان راه اندازی کاهش می یابد.
پیک جریان تغییر از ستاره به دلتا به وجود می آید.
بار مکانیکی در تغییر از ستاره به دلتا ایجاد می شود.

مزایای راه انداز ستاره مثلث

نسبتاً ارزان تر از سایر روش های ولتاژ کاهش یافته برای راه اندازی موتور القایی است.
مشخصات گشتاور و جریان استارتر دلتا بهتر از سایر روش های راه اندازی است.
جریان شروع 1/3 برابر جریان شروع مستقیم آنلاین (DOL) است.
برای استفاده نیازی به تغییر شیر نیست
گشتاور بالایی در هر آمپر جریان خط تولید می کند
طراحی و عملکرد استارتر دلتا ساده و ناهموار است.

معایب Star-Delta Starter

استارتر مثلث ستاره فقط برای موتورهای القایی 6 ترمینال متصل به مثلث که در آن می توان به تمام 6 ترمینال دسترسی داشت، مفید است. از آنجایی که جریان راه اندازی 1/3 برابر جریان اسمی است، گشتاور راه اندازی نیز به 1/3 برابر کاهش می یابد. از این رو تنها 33 درصد گشتاور راه اندازی را فراهم می کند و اگر بار متصل به موتور نیاز به گشتاور راه اندازی بالاتری داشته باشد، هنگام تغییر از اتصال ستاره به مثلث، گذرا و تنش بسیار بالایی ایجاد می شود. از این رو به دلیل این گذراها و تنش ها خرابی های الکتریکی و مکانیکی زیادی رخ داده است.
به 2 مجموعه کابل از استارت تا موتور نیاز دارد.
اگر بار متصل به موتور دارای گشتاور بار بالاتر از 50% گشتاور نامی موتور باشد، استارت مثلث ستاره موتور را راه اندازی نمی کند.

کاربردهای مدار ستاره مثلث

روش راه اندازی ستاره دلتا به طور کلی برای موتورهای القایی قفس سنجابی با ولتاژ پایین تا متوسط و گشتاور کم (SCIM) ترجیح داده می شود. از استارتر مثلث در کمپرسورهای گریز از مرکز نیز استفاده می شود. برای کاربردهایی که جریان راه اندازی مورد نیاز کم است و همچنین جریان خط باید به حداقل برسد مناسب است. می توان از آن در صنایعی مانند نساجی، مواد غذایی و آشامیدنی، کارخانه های قند، کاغذ و چاپ، سردخانه و غیره استفاده کرد.

 اگر قصد سفارش ساخت تابلو برق را دارید هم اکنون با کارشناسان ما تماس بگیرید.

ساخت و تولید تابلو برق صنعتی

اگر قصد خرید تابلو برق برای شرکت یا مجموعه خود را دارید، کارشناسان آداک بهین نیرو آماده ارائه خدمات مشاوره در زمینه طراحی، ساخت، نصب و خدمات پس از فروش انواع تابلو برق فشار ضعیف و تابلو برق فشار متوسط به شما مشتری گرامی می باشند. بدین منظور کافیست از طریق شماره های زیر یا تکمیل فرم مربوطه با اسکن کد QR، با ما تماس بگیرید:

دفتر مرکزی: کرج، عظیمیه. بلوار 45 متری کاج، پلاک 199، واحد 1 و 3

تلفن: 02634156000

ایمیل: info@adakbn-co.com

دفتر تهران: بزرگراه اشرفی اصفهانی، خیابان مخبری، پلاک 10 واحد 6

تلفن: 02144498064

ایمیل: sales@adakbn-co.com