موتور القایی سه فاز آسنکرون، پرکاربردترین موتور الکتریکی مورد استفاده در صنایع مختلف است. کاربرد اصلی موتورها، راه اندازی و هدایت بار مکانیکی است. به بیان دیگر موتورها انرژی الکتریکی را به مکانیکی تبدیل می کنند. در کنار کاربرد گسترده و کلیدی، موتورها یک چالش بزرگ برای صنایع هستند! راه اندازی موتور سه فاز همراه با کشیده شدن جریان بزرگی از شبکه است که به جریان هجومی موسوم است.
جریان راه اندازی بالا مشکلات مختلفی در شبکه ایجاد می کند که از آن جمله می توان به افت ولتاژ خط اشاره کرد. افت ولتاژ روی عملکرد همه وسایل متصل به خط تاثیر منفی می گذارد. علاوه بر این شروع به کار ناگهانی موتور سبب تنش های مکانیکی شدید می شود. این تنش روی بخش های متحرک سیستم تاثیرات نامطلوبی دارد.
لزوم رفع چالش های راه اندازی موتور سه فاز، سبب معرفی روش های مختلفی شده است. این روش ها جریان راه اندازی موتور را محدود و تنش های مکانیکی را کاهش می دهند. در ادامه به بررسی روش های مختلفی که در صنعت برای این منظور استفاده می شود خواهیم پرداخت. با من همراه باشید.
موتور سه فاز و کاربردهای گسترده
موتورها کاربرد گسترده ای در صنایع مختلف دارند. نتایج یک تحقیق علمی نشان داده است 70 درصد انرژی صنایع به وسیله موتورها مصرف می شود. کاربرد موتورها را در بخش های مختلف صنعت می توان دید. برخی موارد استفاده از فن عبارتند از:
- پمپ و فن
- میکسر
- اکسترودر
- نوار نقاله
- جرثقیل و بالابر
- ماشین ابزار و CNC
- ماشین آلات سورتینگ و بسته بندی
هیچ صنعتی را نمی توان پیدا کرد که حداقل از چند موتور الکتریکی استفاده نکند. در بخش قبل به چالش های مرتبط با راه اندازی مستقیم موتور الکتریکی اشاره کردیم. بر این اساس راه اندازی مستقیم چندین موتور الکتریکی چالش های بزرگی را به همراه خواهد داشت. پس ضرروی است به دنبال راهکاری برای رفع این چالش باشیم.
اتصال موتور القایی به منبع AC سه فاز سبب ایجاد یک میدان مغناطیسی در حال چرخش می شود. میدان ایجاد شده، گشتاور لازم برای چرخش موتور را تولید می کند. نتیجه این فرآیند کشیده شدن یک جریان هجومی بزرگ از شبکه است.
در زمان شروع به کار موتورهای بزرگ، جریان هجومی به قدری بزرگ است که کاهش ولتاژ شبکه توزیع را به همراه دارد. کاهش ولتاژ، عملکرد سایر بارهای متصل به شبکه را تحت تأثیر قرار می دهد. علاوه بر این سیم پیچ های موتور نیز ممکن است بر اثر این جریان هجومی بزرگ بسوزد.
همه این نگرانی ها و چالش ها را با استفاده از روش های استاندارد راه اندازی موتور سه فاز می توان برطرف کرد. راهکارهای متنوعی برای غلبه بر این چالش ها ارائه شده است. با من همراه باشید تا این روش ها را بررسی کنیم.
روش های راه اندازی موتور سه فاز
روش های مختلف راه اندازی با تکنیک های متفاوتی چالش ها را برطرف می کنند. هر کدام از تکنیک ها یکی از مشخصه های عملکردی موتور، را تحت تاثیر می گذارد. موتور القایی قفسه سنجابی سه فاز را به روش های زیر می توان راه اندازی کرد:
- راه اندازی مستقیم (O.L)
- راه اندازی به روش ستاره – مثلث (Star-Delta)
- راه اندازی به کمک سافت استارتر
- راه اندازی به درایو فرکانس متغیر (VFD)
در ادامه به بررسی بیشتر این روش ها خواهیم پرداخت.
راه اندازی مستقیم موتور سه فاز
در این روش که (Direct On Line) D.O.L نیز نامیده می شود، منبع برق سه فاز را مستقیماً به موتور القایی متصل می کنند. شکل زیر را ببینید:
این روش جریان راه اندازی را کاهش نمی دهد. در واقع جریان هجومی از شبکه کشیده می شود. در مدار راه اندازی مستقیم موتور سه فاز از تجهیزات زیر استفاده می شود:
- فیوز یا کلید مینیاتوری
- کنتاکتور
- رله حفاظت اضافه بار یا بیمتال
در این روش هیچ کنترلی روی جریان راه اندازی موتور وجود ندارد. راه اندازی موتور سه فاز با توان کمتر از 5 کیلووات با این روش قابل انجام است.
راه اندازی موتور سه فاز به روش ستاره – مثلث
روش راه اندازی ستاره مثلث از تکنیک کاهش ولتاژ برای غلبه بر جریان هجومی استفاده می کند. ستاره مثلث روشی رایج برای راه اندازی موتورهای القایی است. شکل زیر مدار راه اندازی ستاره مثلث را نشان می دهد:
در این روش، راهاندازی به صورت ستاره و عملکرد موتور در حالت مثلث انجام میشود. به بیان دیگر بعد از راه اندازی در حالت ستاره، وضعیت مدار به مثلث تغییر می کند.
در اتصال ستاره ولتاژی معادل 57.7 درصد ولتاژ نامی به موتور تحویل می شود و جریان راه اندازی موتور کاهش می یابد. با رسیدن سرعت موتور به 80 درصد مقدار نامی، مدار به وضعیت مثلث تغییر می کند. جهت تغییر اتصال از ستاره به مثلث از کلید دوطرفه استفاده می شود.
راه اندازی موتور سه فاز با سافت استارتر
سافت استارتر یک دستگاه الکترونیکی است که با روش ولتاژ کاهش یافته موتور را راه اندازی می کند. اساس کار سافت استارترها بر پایه تنظیم زاویه آتش تریستور بنا نهاده شده است.
سافت استارتر در لحظه راه اندازی، ولتاژ موتور را کاهش می دهد. سپس ولتاژ به آرامی تا مقدار نامی افزایش پیدا می کند. در واقع سافت استارتر ولتاژ موتور را از صفر تا ولتاژ کامل خط تغییر می دهد. استفاده از این دستگاه علاوه بر راه اندازی نرم موتور، تنش های مکانیکی ناشی از راه اندازی را کاهش می دهد.
نمونه های مختلفی از راه انداز نرم در بازار موجود است. برخی از این نمونه ها امکان توقف نرم موتور را نیز فراهم می کنند. از جمله برندهای محبوب موجود در بازار ایران می توان به سافت استارتر اشنایدر و سافت استارتر زیمنس اشاره کرد.
سافت استارتر 3RW30 زیمنس تنها قابلیت راه اندازی نرم موتور الکتریکی را دارد. اما سافت استارتر 3RW40 قابلیت توقف نرم موتور را نیز دارد. در بین محصولات اشنایدر نیز سری ATS01 تنها قابلیت شروع نرم را دارد. اما سافت استارتر ATS22 اشنایدر قابلیت توقف نرم را نیز دارد.
راه اندازی با درایو فرکانس متغیر (VFD)
درایو با نام اینورتر نیز در بازار شناخته می شود. این دستگاه از تکنیک کاهش فرکانس برای غلبه بر چالش های راه اندازی موتور سه فاز بهره می برد.
درایو فرکانس متغیر علاوه بر راه اندازی و توقف نرم موتور، قابلیت کنترل سرعت موتور القایی را نیز دارد. VFD یک راه انداز پیشرفته است که سرعت موتور را با تنظیم فرکانس ولتاژ تغذیه کنترل می کند. درایوها به نسبت سافت استارتر امکانات و قابلیت های بیشتری دارند. همین موضوع سبب شده قیمت آن ها نیز بیشتر باشد.
استفاده از درایو یکی از پرکاربردترین روش های راه اندازی موتور سه فاز است. این موضوع سبب عرضه برندهای متنوع درایو به بازار شده است. درایو زیمنس و درایو اشنایدر از جمله رایج ترین محصولات مورد استفاده در صنایع کوچک تا بزرگ هستند.
جمع بندی
در لحظه راه اندازی موتور جریان بزرگی از شبکه کشیده می شود، که به جریان هجومی موسوم است. این جریان بزرگ می تواند سبب کاهش ولتاژ منبع و آسیب به سایر تجهیزات متصل به شبکه شود. بنابراین کنترل جریان راه اندازی موتور الکتریکی برای صنایع مختلف الزامی است. غلبه بر این چالش ها با تکنیک های مختلفی امکانپذیر است.
روش های راه اندازی موتور سه فاز را براساس تکنیک مورد استفاده به سه گروه تقسیم می شوند:
- راه اندازی مستقیم
- راه اندازی با ولتاژ کاهش یافته
- راه اندازی با فرکانس متغیر
پیشرفته ترین تجهیزات مورد استفاده برای راه اندازی موتور، درایوهای فرکانس متغیر هستند که علاوه بر راه اندازی و توقف نرم موتور، امکان کنترل سرعت و سایر پارامترهای موتور را نیز فراهم می کنند.