راهنمای انتخاب تجهیزات راه اندازی و حفاظت موتور سه فاز؛ از کنتاکتور تا سافت استارتر

موتورهای سه فاز از پرکاربردترین تجهیزات در خطوط تولید، ماشین آلات صنعتی، پمپ ها، فن ها، کمپرسورها و بسیاری از تجهیزات الکتریکی هستند. با این حال، انتخاب تجهیزات مناسب برای راه اندازی و حفاظت موتور تنها با توجه به توان یا جریان نامی آن انجام نمی شود.

در یک مدار استاندارد، تجهیزاتی مانند کنتاکتور، تجهیزات حفاظتی و در برخی کاربردها سافت استارتر، هرکدام وظیفه مشخصی دارند و انتخاب صحیح آن ها باید بر اساس مشخصات موتور، نوع بار، روش راه اندازی و شرایط کاری انجام شود.

به همین دلیل، پیش از خرید تجهیزات مدار موتور باید مشخص شود که هر تجهیز چه وظیفه ای دارد و انتخاب آن بر چه اساسی انجام می شود.

تجهیزات اصلی مدار موتور سه فاز چه وظیفه ای دارند؟

در یک مدار متداول راه اندازی موتور، چند تجهیز مختلف در کنار یکدیگر قرار می گیرند. برای مثال، کنتاکتور وظیفه قطع و وصل مدار قدرت را بر عهده دارد، در حالی که تجهیزات حفاظتی برای محدود کردن اثر خطاها و حفاظت از مدار و موتور استفاده می شوند.

در کاربردهایی که راه اندازی مستقیم موتور باعث ایجاد جریان راه اندازی یا تنش مکانیکی نامطلوب می شود نیز ممکن است استفاده از سافت استارتر مورد توجه قرار گیرد.

بنابراین نباید این تجهیزات را جایگزین ساده یکدیگر در نظر گرفت. هرکدام مسئله متفاوتی را در مدار حل می کنند.

مدار قدرت و فرمان در راه اندازی موتور سه فاز چه نقشی دارند؟

وقتی از مدار راه اندازی موتور صحبت میکنیم، باید بین مدار فرمان و قدرت تفاوت قایل شویم. مدار فرمان شامل تجهیزات کنترلی است که برای فرمان دادن به مدار قدرت استفاده می شود. مدار قدرت هم همچنان که از نامش مشخص است وظیفه تامین قدرت مورد نیاز برای موتور را دارد.

ما وقتی میخواهیم از مدار فرمان مثال بزنیم می گوییم  مدار فرمان یک نیروی کوچک برای رها سازی یک نیروی بزرگ (مدار قدرت) است. 

در راه اندازی صحیح موتور سه فاز، باید مدار فرمان و قدرت به نحوی طراحی و ایجاد شوند که هم راه اندازی ایمن مورد توجه قرار گیرد و هم انتخاب اقتصادی. به این معنی که ما نباید پارامتر ها را بسیار بالاتر از حد مورد نیاز انتخاب کنیم که باعث هزینه غیرمنطقی می شود.

بطور خلاصه مانند تصویر فوق، مدار فرمان شامل شستی های استارت و استپ، رله کنترل فاز و کنتاکت های کمکی می شود. در مقابل مدار قدرت شامل تجهیزاتی می شود که با برق 3 فاز کار می کنند. ما در این مقاله بر روی تجهیزات مدار قدرت از جمله کنتاکتور، کلید حرارتی و سافت استارتر تمرکز میکنیم. 

کنتاکتور چیست و چه کاربردی در مدار موتور دارد؟

کنتاکتور یک تجهیز الکترومکانیکی برای قطع و وصل مدارهای قدرت است که در مدارهای کنترل موتور کاربرد گسترده ای دارد.

در یک مدار موتور سه فاز، کنتاکتور می تواند امکان فرمان پذیری موتور را فراهم کند؛ به این معنی که مدار فرمان می تواند بدون قطع و وصل دستی مدار قدرت، وضعیت موتور را کنترل کند.

اما یک نکته مهم وجود دارد: کنتاکتور به تنهایی تجهیز حفاظتی موتور محسوب نمی شود.

به همین دلیل، در طراحی مدار باید وظیفه قطع و وصل از وظیفه حفاظت تفکیک شود و تجهیزات متناسب با شرایط مدار در کنار یکدیگر انتخاب شوند.

کنتاکتورهای SIRIUS زیمنس برای کاربردهای مختلف سوئیچینگ از جمله کاربردهای موتوری طراحی شده اند و بسته به نوع کاربرد، مشخصات متفاوتی دارند. در کاربرد موتورهای قفس سنجابی، دسته کاری AC-3 یکی از مهم ترین معیارهای انتخاب کنتاکتور است.

برای مشاهده مدل ها و مشخصات فنی، می توان کنتاکتورهای زیمنس را بر اساس پارامترهای مختلف بررسی کرد.

آیا می توان کنتاکتور را فقط بر اساس آمپر انتخاب کرد؟

یکی از اشتباهات رایج در انتخاب کنتاکتور، توجه صرف به جریان نامی است.

جریان یکی از پارامترهای مهم انتخاب است، اما به تنهایی کافی نیست. نوع بار، رده کاری، توان و ولتاژ موتور، شرایط قطع و وصل، ولتاژ بوبین و تعداد دفعات عملکرد نیز می توانند در انتخاب مدل مناسب تأثیر داشته باشند.

برای مثال، ممکن است دو مدار جریان مشابهی داشته باشند اما به دلیل تفاوت در نوع بار یا شرایط کاری، انتخاب کنتاکتور یکسان برای آن ها مناسب نباشد.

به همین دلیل بهتر است انتخاب کنتاکتور بر اساس مجموعه ای از پارامترهای الکتریکی و عملیاتی انجام شود، نه صرفاً یک عدد روی پلاک موتور.

AC-1 و AC-3 چه تفاوتی دارند؟

رده های استفاده یا Utilization Categories برای مشخص کردن شرایط کاری تجهیزات سوئیچینگ اهمیت زیادی دارند.

در استاندارد IEC 60947-4-1، AC-1 برای بارهای غیرالقایی یا با القایی کم تعریف می شود، در حالی که AC-3 برای کاربردهای موتوری، از جمله راه اندازی و قطع موتورهای قفس سنجابی، اهمیت ویژه ای دارد.

به همین دلیل هنگام انتخاب کنتاکتور موتور نباید فقط به جریان AC-1 توجه کرد و سپس همان مقدار را مبنای انتخاب برای کاربرد موتوری قرار داد.

شرایط واقعی کار موتور و رده کاری مورد نیاز باید در انتخاب تجهیز لحاظ شود.

مهم ترین پارامترهای انتخاب کنتاکتور

برای انتخاب دقیق تر کنتاکتور موتور می توان حداقل پارامترهای زیر را بررسی کرد:

در برخی مدل های SIRIUS، مشخصات فنی شامل جریان و توان متناظر در شرایط مشخص، ولتاژ بوبین، تعداد کنتاکت های کمکی و سایر مشخصات ساختاری است؛ بنابراین بررسی کد فنی و دیتاشیت محصول برای انتخاب نهایی اهمیت دارد.

چرا کنتاکتور به تنهایی برای حفاظت موتور کافی نیست؟

کنتاکتور وظیفه اصلی خود را در قطع و وصل مدار انجام می دهد و نباید نقش آن را با تجهیزات حفاظتی یکی دانست.

در طراحی یک مدار موتور، حفاظت در برابر شرایطی مانند اضافه بار و اتصال کوتاه باید با استفاده از تجهیزات مناسب و هماهنگ با مدار انجام شود.

برای مثال، استفاده از یک تجهیز حفاظتی مناسب در کنار کنتاکتور می تواند باعث شود مدار هم امکان کنترل و قطع و وصل داشته باشد و هم الزامات حفاظتی آن در نظر گرفته شود.

این موضوع در موتورهای صنعتی اهمیت بیشتری دارد؛ زیرا انتخاب نادرست تجهیزات حفاظتی می تواند علاوه بر آسیب به موتور، باعث توقف خط تولید و افزایش هزینه های تعمیر و نگهداری شود.

کلید حرارتی چه نقشی در مدار موتور دارد؟

کلید حرارتی یکی از تجهیزاتی است که در مدارهای موتور برای حفاظت و قطع مدار مورد استفاده قرار می گیرد. کلید حرارتی یا MPCB از موتور در برابر اضافه جریان و اتصال کوتاه محافظت می کند. در انتخاب آن نیز باید پارامترهایی مانند جریان موتور، محدوده تنظیم، مشخصات مدار و هماهنگی آن با سایر تجهیزات بررسی شود.

بنابراین در یک مدار کامل، نباید کنتاکتور و کلید حرارتی را دو تجهیز رقیب در نظر گرفت. این تجهیزات می توانند وظایف متفاوت و مکملی داشته باشند. شاید جالب باشد بدانید، کلید حرارتی زیمنس در جریان های بالا علاوه بر دو وظیفه فوق ( یعنی حفاظت در برابر اتصال کوتاه و اضافه جریان) نسبت به حضور سه فاز حساس است. یعنی بر اساس دیتا شیت این کلید، میتوان گفت کنترل فاز هم توسط آن ها انجام میشود.

انتخاب صحیح تجهیزات، زمانی اهمیت بیشتری پیدا می کند که موتور بخشی از یک سیستم صنعتی بزرگ تر باشد و عملکرد آن مستقیماً بر ماشین آلات یا فرآیند تولید اثر بگذارد.

سافت استارتر چه زمانی مورد نیاز است؟

راه اندازی مستقیم (DOL) یک موتور سه فاز در بسیاری از کاربردها امکان پذیر است، اما در برخی شرایط، جریان راه اندازی بالا یا تنش مکانیکی ناشی از شروع کار موتور می تواند مشکل ساز شود.

در چنین شرایطی استفاده از سافت استارتر می تواند به کنترل فرآیند راه اندازی کمک کند.

سافت استارتر با کنترل نحوه افزایش ولتاژ اعمال شده به موتور با استفاده از قطعات الکترونیکی به اسم تریستور، امکان راه اندازی نرم تر را فراهم می کند و می تواند در کاربردهایی که محدود کردن جریان راه اندازی یا کاهش تنش مکانیکی اهمیت دارد، مورد استفاده قرار گیرد.

البته سافت استارتر نیز جایگزین عمومی کنتاکتور نیست. انتخاب بین راه اندازی مستقیم و استفاده از سافت استارتر باید بر اساس نوع موتور، بار، شرایط شبکه و الزامات فرآیند انجام شود. این موضوع در بین تکنیسین ها و مهندسین، بر اساس استانداردهای جهانی شامل یک محدوده می شود. بطور مثال برای موتورهای بالای 5.5 کیلووات ذهن مهندسین به سمت روش های دیگری مثل راه اندازی ستاره-مثلث یا استفاده از سافت استارتر می رود.

کنتاکتور یا سافت استارتر؛ کدام را انتخاب کنیم؟

پاسخ این سؤال علاوه بر پیروی از استانداردها و تجربه افراد، به نیاز واقعی مدار بستگی دارد.

• اگر هدف اصلی، قطع و وصل موتور و کنترل آن از طریق مدار فرمان باشد، کنتاکتور یکی از تجهیزات اصلی مدار خواهد بود.
• اگر مشکل اصلی به فرآیند راه اندازی موتور، جریان راه اندازی یا تنش مکانیکی مربوط باشد، ممکن است استفاده از سافت استارتر مناسب تر باشد.

در برخی پروژه ها نیز این تجهیزات در کنار سایر تجهیزات مدار استفاده می شوند و هرکدام وظیفه مشخصی را بر عهده دارند. به همین دلیل انتخاب تجهیزات باید بر اساس شرایط واقعی پروژه انجام شود، نه صرفاً بر اساس توان موتور یا قیمت تجهیزات.

اشتباهات رایج هنگام انتخاب تجهیزات موتور

• انتخاب کنتاکتور فقط بر اساس آمپر: جریان نامی مهم است، اما نوع بار و رده کاری نیز باید بررسی شود.

• استفاده از کنتاکتور به عنوان تجهیز حفاظتی: کنتاکتور وظیفه اصلی خود را در قطع و وصل انجام می دهد و حفاظت موتور نیازمند تجهیزات مناسب دیگری است.

• بی توجهی به ولتاژ بوبین: ولتاژ بوبین باید با مدار فرمان سازگار باشد. انتخاب کنتاکتور مناسب از نظر قدرت، اما با بوبین نامتناسب، می تواند باعث ایجاد مشکل در مدار فرمان شود.

• نادیده گرفتن نوع کاربرد موتور: شرایط کاری یک موتور پمپ، فن، کمپرسور یا ماشین آلات صنعتی ممکن است یکسان نباشد. نوع بار و نحوه عملکرد آن باید در انتخاب تجهیزات لحاظ شود.

• انتخاب سافت استارتر بدون بررسی شرایط بار: استفاده از سافت استارتر صرفاً به دلیل بالا بودن توان موتور، معیار کافی برای تصمیم گیری نیست. روش راه اندازی، ویژگی های بار و نیاز واقعی فرآیند باید بررسی شود.

چک لیست انتخاب تجهیزات مدار موتور سه فاز

پیش از انتخاب تجهیزات، بهتر است اطلاعات زیر مشخص شود:

1. توان موتور
2. ولتاژ موتور
3. جریان نامی
4. نوع بار
5. روش راه اندازی
6. تعداد دفعات قطع و وصل
7. ولتاژ مدار فرمان
8. شرایط محیطی
9. تجهیزات حفاظتی مورد نیاز
10. نیاز یا عدم نیاز به کنترل جریان و تنش راه اندازی

پس از مشخص شدن این پارامترها، می توان کنتاکتور، تجهیزات حفاظتی و در صورت نیاز سافت استارتر را متناسب با شرایط واقعی مدار انتخاب کرد.

جمع بندی

انتخاب تجهیزات مدار موتور سه فاز، تصمیمی نیست که بتوان آن را تنها بر اساس یک پارامتر مانند توان یا جریان انجام داد. کنتاکتور وظیفه اصلی خود را در قطع و وصل مدار انجام می دهد، تجهیزات حفاظتی برای حفاظت مدار و موتور مورد استفاده قرار می گیرند و سافت استارتر در کاربردهایی که کنترل فرآیند راه اندازی اهمیت دارد، می تواند مورد توجه قرار گیرد.

بنابراین بهترین انتخاب، انتخابی است که میان مشخصات موتور، نوع بار، شرایط شبکه، روش راه اندازی و الزامات حفاظتی هماهنگی ایجاد کند.

برای انتخاب کنتاکتور مناسب نیز بررسی هم زمان جریان، توان، رده کاری، ولتاژ بوبین و سایر مشخصات فنی ضروری است و نمی توان صرفاً با مقایسه قیمت یا جریان نامی، یک مدل را برای همه کاربردها مناسب دانست.

این مقاله آموزشی به کمک بهزیمنس، مرکز تخصصی زیمنس در ایران تهیه گردید تا به شما در انتخاب تجهیزات مورد نیاز برای راه اندازی موتور کمک کند.