کلید گردان

آشنایی با کلیدهای دستی سه فاز

از کلیدها برای قطع و وصل مصرف کننده ها در شبکه های الکتریکی استفاده می شود. کلیدها بر اساس نیرویی که سبب عملکرد آن ها می شود به دو دسته ساده و مرکب تقسیم می شوند:

►   کلیدهای ساده به کلیدهایی گفته می شود که برای تغییر حالت، احتیاج به انرژی مکانیکی دارند. از جمله این کلیدها می توان به کلیدهای سلکتوری یک پل، دو پل یا سه فاز اشاره کرد.
►   کلیدهای مرکب برای تغییر حالت احتیاج به یک انرژی واسطه ای مانند انرژی الکتریکی یا الکترومغناطیسی دارند. از جمله این کلیدها می توان به رله های مغناطیسی و کنتاکتورها اشاره کرد.

کلیدهای ساده خود به دو دسته لحظه ای و دائم کار تقسیم می شوند. به کلیدهایی که با اعمال نیروی مکانیکی عمل می کنند و با قطع نیرو، به حالت اولیه خود بر می گردند، کلیدهای لحظه ای گفته می شود. شستی ها از جمله این کلیدها هستند. کلیدهای دائم کار پس از قطع نیروی مکانیکی وارد بر آن ها به حالت اولیه بر نمی گردند. این قبیل کلیدها به صورت های اهرمی، غلتکی و زبانه ای وجود دارند.

کلید گردان چیست

کلید گردان با نام های کلید سلکتوری، کلید چرخشی، کلید گردان تابلویی و کلید گردان قدرت نیز شناخته می شود. اجزای کلید گردان و وظایف هر کدام عبارت است از:

قاب: حفاظت کننده اجزای داخلی کلید گردان
فنر: ایجاد کننده نیروی مخالف جهت بازگشت به حالت اولیه
اهرم: انتقال دهنده نیروی مکانیکی خارجی به کلید گردان
صفحه زبانه دار: صفحه متحرکی که با گردش حول محور خود حالت کلید را عوض می کند.
کنتاکت های ثابت: از این کنتاکت ها به صورت ثابت روی بدنه کلید گردان به عنوان ورودی و خروجی جریان استفاده می شود.
کنتاکت های متحرک: پلاتین هایی از جنس آلیاژ نقره اند و بر روی تکیه گاه سوار می شوند و توسط حرکت صفحه زبانه دار بالا و پایین رفته و مدار را وصل یا قطع می کنند.

طرز کار کلید سلکتوری

طرز کار کلید سلکتوری (کلید گردان) بدین صورت است که با چرخاندن سلکتور، صفحه زبانه دار تغییر وضعیت می دهد و در فضای داخل استوانه می چرخد. چون روی صفحه متحرک، برجستگی و فرورفتگی هایی وجود دارد. بر اثر گردش اهرم این صفحه حرکت می کند و زبانه هایی را بالا و پایین می برد. زبانه مزبور کنتاکت های متحرک را به کنتاکت های ثابت وصل و یا آنها را از هم جدا می کند.

با تغییر در تعداد و یا محل زبانه های روی صفحه زبانه دار، می توان در کلیدهای گردان تغییراتی ایجاد کرد و کلید را برای کاربردهای مختلف ساخت. کلیدهایی دستی دیگری هم هستند که ساختار و عملکردی مشابه کلید های گردان دارند و در صنعت بسیار پرکاربردند، به عنوان مثال کلید چدنی یکی از انواع پرکاربرد کلید دستی زبانه ای است، در واقع کلید چدنی یک کلید زبانه ای اهرمی است که عملکرد و ساختاری مشابه کلید گردان دارد با این تفاوت که اعمال نیرو به منظور تغییر وضعیت کنتاکت ها توسط اهرم انجام می شود.

امروزه به دلیل ساختمان ساده، قیمت مناسب، عمر طولانی و تنوع در عملکرد، انواع کلید گردان (کلید سلکتوری) در سطح وسیعی تولید و به کار گرفته می شوند. 
در کاتالوگ کلیدهای گردان، اغلب با شکل هایی وضعیت قرار گرفتن تیغه ها و جدول های وضعیت های کاری کلید گردان نشان داده می شود.
در شکل زیر نمونه ای از این جدول های وضعیت نشان داده شده است. در این جدول ها علامت ضربدر داخل هر کادر نشان دهنده مربع شکل، نشان دهنده مشخص می کند که کدام یک از کنتاکت ها به یکدیگر وصل می شوند.

در شکل زیر تصویر گسترده اجزای یک نمونه کلید گردان تابلویی نشان داده شده است. از این شکل برای بستن کلید بر روی تابلو می توان استفاده کرد زیرا مراحل سوار کردن قسمت های مختلف کلید بر روی هم را نشان می دهد.

در شکل زیر نمونه های از کلید گردان که در زمینه های مختلف کاربرد دارند را مشاهده می کنید.

آشنایی با مدار راه اندازی موتور سه فاز با کلید گردان ساده

مدار راه اندازی یک موتور سه فاز به وسیله کلید اهرمی ساده (O-I) زبانه ای در استاندارد VDE مطابق شکل (الف) است.
در استاندارد IEC کلید زبانه ای سه فاز ساده بصورت شکل (ب) نشان داده می شود. لازم به ذکر است در استاندارد IEC نوع کلید از روی شمای آن مشخص نمی باشد، ضمنا سه فاز و نول با علامات L1، L2، L3 و N نشان داده می شوند.

انواع کلید گردان قدرت

کلید گردان سه فاز چپگرد-راستگرد

همانطور که در قسمت اصول کار کلید گردان (کلید سلکتوری) توضیح داده شد، در کلید گردان سه فاز چپگرد-راستگرد نیز مشابه کلید گردان ساده در اثر چرخاندن اهرم ، صفحه زبانه دار، تغییر وضعیت می دهد و در این صورت بر اثر قرار گرفتن فرورفتگی ها و برجستگی ها جلوی پایه پلاتین ها تیغه هایی بسته یا باز می شوند. در شکل زیر شمای فنی و شمای حقیقی کلید گردان چپگرد-راستگرد در استاندارد VDE نشان داده شده است. در وضعیت R کلید گردان، سه فاز R، S و T شبکه به ترتیب به ترمینال های U، V و W موتور وصل می شوند و موتور در جهت راست می گردد. در وضعیت L کلید گردان، جای دو فاز R و S روی ترمینال های موتور با هم عوض شده و موتور در جهت چپ می چرخد. در وضعیت صفر کلید سلکتوری، موتور خاموش است.

در شکل زیر تصویر دو نوع کلید گردان تابلویی و یک کلید گردان روکار را مشاهده می کنید.

شمای حقیقی مدار کلید گردان چپگرد-راستگرد در استاندارد IEC بصورت شکل زیر است. همانطور که در شکل مشخص شده در وضعیت (1) کلید گردان، ترمینال های 1، 3 و 5 به ترتیب به ترمینال های 2، 4 و 6 و سه فاز L1، L2 و L3 شبکه به ترمینال های U1، V1 و W1 موتور متصل شده و موتور بصورت راستگرد به گردش در می آید.

کلید گردان ستاره مثلث

در شکل زیر شمای حقیقی و شمای فنی کلید گردان ستاره مثلث در استاندارد VDE نمایش داده شده است. هرگاه کلید را یک مرحله حرکت دهیم تا از وضعیت صفر در آید و در وضعیت ستاره قرار گیرد یک سری زبانه ها (پلاتین ها) به سمت جلو حرکت می کند و تعدادی از پیچ های کلید را به یکدیگر اتصال می دهد. به همین ترتیب اگر کلید گردان در وضعیت مثلث قرار گیرد این حالت برای برخی پیچ ها به صورت اتصال های جدید اتفاق می افتد ولی در برخی پیچ های کلید گردان، عمل قطع صورت نمی گیرد بلکه در حالت دوم نیز عمل اتصال مجددا تکرار می شود.

در شکل زیر نمونه ای از کلید اهرمی ستاره مثلث با بدنه چدنی (کلید چدنی ستاره مثلث) و کلید گردان ستاره مثلث تابلویی را مشاهده می کنید.

کلید گردان ستاره مثلث در استاندارد جدید IEC به صورت شکل زیر است. خطوطی که بصورت افقی مرکز، دو ضربدر هر ستون را در کلید به هم وصل می کند نشان دهنده آن است که آن زبانه کلید گردان در هر دو حالت وصل قرار دارد و با تغییر وضعیت کلید گردان قطع نمی شوند.

کلید گردان ستاره مثلث چپگرد-راستگرد

در بخش قبل با نحوه عملکرد و اصول کار کلید گردان چپگرد-راستگرد و همچنین کلید گردان ستاره مثلث بصورت جداگانه آشنا شدیم.
در گذشته ای نه چندان دور برای اتصال یک موتور ستاره مثلث که بتواند بصورت چپگرد-راستگرد نیز کار کند لازم بود از این دو کلید بصورت سری استفاده شود.
اما امروزه کلید گردان ستاره مثلث چپگرد-راستگرد موجود می باشد و ضرورتی برای وصل مدار به آن صورت نیست. در شکل زیر نقشه کلید گردان ستاره مثلث چپگرد-راستگرد را مشاهده می کنید.

همانگونه که مشاهده می کنید این کلید سلکتوری (کلید گردان) دارای 5 حالت می باشد. که شامل دو وضعیت ستاره و مثلث در حالت راستگرد و دو وضعیت ستاره و مثلث در حالت چپگرد و یک حالت خاموش (حالت 0) در بین این دو حالت است.
با دقت در نقشه کلید گردان ستاره مثلث چپگرد-راستگرد مشاهده می شود در حالت راستگرد وضعیت جریان رسانی به کلاف های موتور در شرایط ستاره و مثلث به اختصار مطابق شکل (الف) است.
شکل (ب) وضعیت اتصال کلاف ها به کلید در حالت چپگرد را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می کنید در این وضعیت جای دو فاز L1 و L2 عوض شده است. امروزه در کاتالوگ کلیدهای گردان سه فاز از نقشه های دیگری برای نشان دادن وضعیت عملکرد کنتاکت های داخل کلید استفاده می شود که تصویر کلید گردان ستاره مثلث چپگرد-راستگرد آن در شکل زیر نشان داده شده است.

کلید گردان موتور سه فاز دو سرعته با سیم پیچ جداگانه

همانطور که می دانید تغییر تعداد قطب های سیم پیچ با سرعت موتور رابطه دارد بر همین اساس در برخی موتورهای سه فاز برای ایجاد دو سرعت مختلف در یک موتور از دو گروه سیم پیچی جداگانه که هر یک برای تعداد قطبی مشخص طراحی و سیم پیچی آن در فضای داخلی استاتور قرار داده شده استفاده می شود. در این موتورها از هر سیم پیچی سرهای جداگانه ای روی تخته کلم آن قرار می گیرد و نحوه اتصال سیم پیچی های آن نیز مستقل (ستاره یا مثلث) است.
سرهای مربوط به سرعت اول (سرعت کمتر) را با اندیس 1 و سرهای مربوط به سرعت دوم (سرعت بیشتر) را با اندیس 2 نشان می دهند.

شکل زیر خلاصه ای از نحوه اتصال موتور دو سرعته سیم پیچ جداگانه را نشان می دهد.

در تصاویر زیر مدار مربوط به چگونگی اتصال کلیدهای گردان خاص این نوع موتور ها در دو استاندارد IEC و VDE به همراه شمای فنی (تک خطی) مدار آن ها نشان داده شده است.

کلید گردان موتور سه فاز دو سرعته دالاندر

موتور سه فاز دالاندر یک موتور سه فاز دو سرعته ای است که نسبت سرعت های آن 1/2 است. یعنی سرعت کم این موتورها نصف سرعت زیاد آن ها است. در این موتورها برای رسیدن به مهم از سه گروه کلاف که دارای سر سیم هایی از نصف کلاف نیز هستند، استفاده می شود. در شکل زیر کلاف های یک موتور سه فاز دالاندر به همراه حروف اختصاری سر کلاف ها نشان داده شده است.

سر سیم های موتور دالاندر روی تخته کلم موتور بصورت شکل زیر است. حروف بکار رفته به همراه رقم (1) مربوط به دور کند و حروف با رقم (2) نشان داده شده است.

در موتورهای دالاندر از یک گروه کلاف برای دو منظور استفاده شده و نحوه اتصال آن شرایط خاصی دارد.

شکل سمت چپ چگونگی اتصال کلاف های موتور دالاندر در شرایط دور کند که تحت عنوان "اتصال مثلث سری" معروف است را نشان می دهد.

نحوه اتصال کلاف های موتور دالاندر در شرایط دور تند که به نام "اتصال ستاره موازی" یا "ستاره دوبل" معروف است را در شکل سمت راست مشاهده می کنید.

کلید گردان دالاندر چپگرد-راستگرد

در مباحث قبل با اصول کار و همچنین نحوه عملکرد کلید گردان دالاندر و همچنین کلید گردان چپگرد-راستگرد به صورت مستقل آشنا شدیم.
در گذشته برای اینکه یک موتور دالاندر بصورت چپگرد-راستگرد نیز کار کند از این دو کلید بصورت مستقل و سری استفاده می شد. اما در حال حاضر که کلیدهای دالاندر چپگرد-راستگرد موجود می باشد ضرورتی برای وصل مدار به آن صورت نیست.

در شکل زیر نقشه کلید گردان دالاندر چپگرد-راستگرد را مشاهده می کنید. این کلید گردان دارای 5 حالت می باشد.

دو وضعیت دور کند و دور تند در حالت راستگرد (حالت 1) و دو وضعیت کند و تند در حالت چپگرد (حالت 2) و یک حالت خاموش (حالت 0) در بین این دو حالت است.

کلید گردان اندازه گیری

یکی از مقرون به صرفه ترین روش های اندازه گیری پارامترهایی مثل ولتاژ و جریان در مدارهای سه فاز، ترکیب کلید گردان اندازه گیری و دستگاه اندازه گیری است. کلید ولت، کلید آمپر و کلید وات متر انواع کلید گردان اندازه گیری هستند، که جهت ساده کردن اندازه گیری برای کاربردهایی که در هر لحظه تنها نیاز به کنترل یک فاز را دارید، مورد استفاده قرار میگیرند. در واقع می توان مقدار ولتاژ یا جریان مصرف کننده را در فاز دلخواه با چرخش دسته کلید، اندازه گیری نمود. 
 

• کلید ولت

• کلید ولت (کلید گردان ولت) از نظر دارای حالت صفر بودن یا و بدون حالت صفر و تعداد حالت های اندازه گیری ولتاژ در انواع مختلفی تولید می شود. حالت صفر در کلید ولت به منظور قطع ولتاژ هدایت شده به سمت ولت متر تابلویی و جلوگیری از فرسودگی آن است. سه مورد از رایج ترین مدلهای کلید ولت عبارتند از کلید ولت اندازه گیری سه ولتاژ خط (فاز با فاز)، کلید ولت برای اندازه گیری سه ولتاژ فاز (فاز و نول)، کلید ولت برای اندازه گیری سه ولتاژ خط و سه ولتاژ فاز.
• 

• دیاگرام فنی کلید ولت

• در شکل زیر دیاگرام فنی کلید ولت سه ولتاژ خط و سه ولتاژ فاز را مشاهده می کنید.
• 

• کلید آمپر

• در مواردی که نیاز به اندازه گیری جریان سه فاز بطور همزمان وجود ندارد می توان از ترکیب یک کلید تبدیل آمپر و یک آمپرمتر تابلویی به جای سه آمپرمتر استفاده کرد. در واقع کلید آمپر تنها یکی از CT ها را به آمپر متر متصل می کند و ترانس های دیگر را اتصال کوتاه نگه می دارد. کلید آمپر که یک نوع کلید گردان اندازه گیری است در مدل های متنوعی از نظر نوع و تعداد حالت ها ساخته می شود و می توان با توجه به تعداد ترانس جریان و اندازه گیری آمپراژ فاز ها و نول، مدل مناسب را انتخاب کرد.
•  

• دیاگرام فنی کلید تبدیل آمپر

• در شکل زیر دیاگرام فنی کلید سه فاز آمپرمتر با ترانس را مشاهده می کنید.
•  
• 
  نکته ای که در مورد کلید آمپر باید مورد توجه قرار داد این است که نمی توان از کلید آمپر بطور مستقیم استفاده کرد، به دلیل محدود بودن تحمل جریان عبوری از پلاتین های آن، باید از ترانس جریان استفاده کنید.
•  
• در شکل زیر دیاگرام کلید آمپر برای اندازه گیری جریان عبوری از مدار سه فاز به همراه نول با استفاده از چهار ترانس جریان را مشاهده می کنید. در جدول پایین دیاگرام مشخص شده که در وضعیت های مختلف کدام پلاتین ها باز یا بسته هستند. ترانس های جریانی که به آمپرمتر وصل نیستند، توسط پلاتین های داخلی کلید گردان، در حالت اتصال کوتاه قرار میگیرند.
• 

منبع : کتاب راه اندازی موتورهای سه فاز و تک فاز/مولف : شهرام خدادادی / دفتر تالیف کتاب های درسی فنی حرفه ای و کاردانش.