برای مشاهده ویدئو آموزشی نحوه سیم کشی و راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث کلیک کنید.
علت راه اندازی ستاره مثلث
الکتروموتورها (موتور های الکتریکی ) هنگام راه اندازی جریان زیادی از شبکه برق دریافت می کنند. جریان راه اندازی موتور های الکتریکی چندین برابر جریان نامی آن هاست. برای کاهش جریان راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز که اتصال آن ها مثلث است از مدار ستاره-مثلث استفاده می شود.
الکتروموتور با اتصال ستاره (Y) شروع به کار می کند و پس از سپری شدن زمان لازم و کاهش جریان راه اندازی، با اتصال مثلث به کار خود ادامه می دهد. مدارهای ستاره-مثلث شامل انواع راه انداز معمولی، خودکار، دوسیمه و با تایمر دسته بندی می شود.
مدار راه اندازی ستاره-مثلث معمولی
برای توضیح ساده طراحی مدار راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث با یک مثال شروع می کنیم. فرض کنید در موتور خانه یک ساختمان برای به گردش در آوردن آب در لوله ها ممکن است از یک الکتروموتور سه فاز آسنکرون 400VΔ و 5KW استفاده شود. جهت کاهش جریان راه اندازی موتور الکتریکی سه فاز از مدار ستاره-مثلث استفاده شده است.برای آن که موتور الکتریکی سه فاز ابتدا با اتصال ستاره (Y) راه اندازی شود و پس از زمان مناسب با اتصال مثلث به کار خود ادامه دهد مدار قدرت و فرمان باید به چه صورت طراحی شود؟
-
مدار قدرت راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث
- برای ایجاد اتصال ستاره در الکتروموتور از کنتاکتور KM1 استفاده می شود. همانطور که در شکل ملاحظه می کنید کنتاکتور KM1 با وصل کردن سه سر V2،U2،W2 به هم اتصال ستاره را ایجاد می نماید.
-
- همانطور که در شکل بالا مشاهده می کنید کنتاکتور KM2 برق سه فاز را به سر کلاف های الکتروموتور می رساند.
بنابراین با جذب کنتاکتورهای KM2، KM1 اتصال الکتریکی الکتروموتور به صورت ستاره انجام می شود.(مطابق شکل زیر)
-
-
- برای اتصال مثلث از کنتاکتور KM3 استفاده می شود. با جذب کنتاکتور KM3 اتصال الکتریکی سه فاز به انتهای کلاف ها طوری برقرار می شود که اتصال مثلث ایجاد شود.
و در نهایت مدار قدرت ستاره-مثلث طبق شکل زیر می باشد:- کنتاکتور KM2 در هر 2 حالت ستاره و مثلث کار یکسانی انجام می دهد و با توجه به مدار قدرت نشان داده شده در شکل، در حالت ستاره به همراه KM1 و در حالت مثلث به همراه KM3 فعال می باشد.
- KM1، KM3 برای یک لحظه کوتاه نیز نباید با هم فعال شوند زیرا اتصال کوتاه بین فاز ها ایجاد می شود لذا لازم است بین KM1، KM3 در نقشه اینترلاک مکانیکی نشان داده شود.
-
انتخاب قطعات
- از فیوز F1 برای حفاظت الکتروموتور (موتور الکتریکی) در مقابل اتصال کوتاه و از بی متال F2 برای حفاظت در برابر اضافه بار استفاده شده است. رله اضافه بار F2 در مسیر جریان فازی موتور الکتریکی قرار گرفته است پس مقدار آن روی 58% برابر جریان نامی موتور تنظیم می شود. کنتاکتورهای KM2 و KM3 نیز در مسیر فازی هستند انتخاب اندازه این کنتاکتورها باز 58% جریان نامی موتور خواهد بود و اما کنتاکتور KM1 اندازه این کنتاکتور کوچک بوده وفقط یک سوم یعنی 33% جریان نامی موتور حین کار از آن خواهد گذشت پس اندازه این کنتاکتور نیز مشخص است.
-
-
مدار فرمان راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث 
برای طراحی مدار فرمان راه اندازی موتور سه فاز ستاره مثلث با توجه به نمودار زمانی عملکرد مدار فرمان، ابتدا کنتاکتور ستاره وارد مدار شده و به دنبال این کنتاکتور، کنتاکتور KM2 برق رسان به الکتروموتور هم وارد مدار می شود، چرا؟ چون اندازه کنتاکتور ستاره کوچک بوده و جرقه حاصل از راه اندازی روی کنتاکت های آن نیفتد. نکته در اینجاست مطابق نمودار زمانی در حالت مثلث (KM2+KM3) کنتاکتور KM2 نیز باید در مدار باشد، پس طرح اولیه یعنی مدار حالت ستاره (KM2+KM3)، به صورت نشان داده شده در شکل روبرو (شکل طرح اولیه برای حالت ستاره) خواهد بود. در ادامه کنتاکتور KM1 باید از مدار قطع شود و کنتاکتور KM2 در مدار باقی بماند، برای این منظور از شستی S0 استفاده می شود اما برای حالت مثلث (KM3+KM2)، کنتاکتور KM3 را فقط موازی KM2 قرار داده و اینترلاک های الکتریکی را در مدار قرار می دهیم و بدین ترتیب حالت مثلث در نمودار زمانی نیز محقق خواهد شد. و به مدار نهایی ستاره-مثلث در شکل سمت راست ( شکل مدار ستاره مثلث) خواهیم رسید.
با فشار شستی S02 می توان اتصال ستاره الکتروموتور(موتور الکتریکی) را قطع کرده و اتصال مثلث را برای آن برقرار کرد.- از شستی قطع S01 جهت قطع کلی مدار استفاده شده است و فیوز F0 نیز وظیفه حفاظت مدار فرمان در مقابل اتصال کوتاه را برعهده دارد.
-
-
مدار راه اندازی ستاره-مثلث خودکار(اتوماتیک)
در مدار ستاره-مثلث خودکار به جای شستی قطع S02 از کنتاکت بسته تایمر استفاده می شود. تایمر KT1 لازم است با KM1 هم زمان کار کند و پس از قطع آن تایمر KT1 نیز از مدار خارج شود. به همین دلیل باید تایمر KT1 مانند شکل زیر متصل شود. در صورتی که KM1 وصل شود تایمر KT1 نیز شروع به کار می کند و پس از طی شدن زمان تنظیم شده کنتاکت بسته تایمر در مسیر بوبین KM1 باز می شود و اتصال مدار به صورت مثلث در می آید و تایمر نیز از کار می افتد.
تغییر فناوری در تابلو راه اندازی موتور الکتریکی
تغییر فناوری از مواردی است که در ساخت و تنظیم هر تابلو برق باید به آن توجه نمود. ممکن است برای طراحی تابلوی مورد نظر، فناوری و یا تجهیزات دیگری نیز وجود داشته باشد و همان عملکرد قبلی را با کیفیت برابر یا بهتر داشته باشد. این باید مورد توجه قرار گیرد.
دلایلی که ممکن است به خاطر آن چیدمان تابلو تغییر کند:
1- ایمنی و حفاظت بهتر از مصرف کننده ها
2- بهینه سازی در فرایند ساخت و کاربرد تابلو
3- صرفه جویی در هزینه ها و نظایر آن
-
راه اندازی نرم موتور الکتریکی
یک نمونه از تغییر فناوری کاربرد اینورتر یا درایو به جای مدار راه اندازی ستاره-مثلث یا قابلیت راه اندازی موتور به صورت چپ گرد-راست گرد است. درایوهای کنترل دور موتور می توانند هم زمان به جای قطعاتی مانند کنتاکتورها، کلیدهای محافظ موتور الکتریکی و رله اضافه بار، تایمر و کنترل فاز ایفای نقش نمایند و همچنین دور موتور الکتریکی را کنترل نمایند.- راه اندازی ستاره-مثلث برای کنترل جریان راه اندازی الکتروموتور مورد استفاده قرار می گیرد. برای کاهش جریان راه اندازی می توان با استفاده از اینورتر سرعت الکتروموتور را کنترل و به دنبال آن جریان اولیه موتور الکتریکی را در لحظه راه اندازی کم کرد. با این جایگزینی، چیدمان مدار ستاره-مثلث کنتاکتوری تغییر کرده و قطعاتی مانند کنتاکتورها، کلیدهای محافظ و رله اضافه بار و تایمر و نظایر آن حذف می شود. مطابق شکل در مدار راه انداز ستاره-مثلث نیاز به سه عدد کنتاکتور می باشد. بنابراین اگر به جای کنترل دور موتور الکتریکی به روش کنتاکتوری ستاره-مثلث از درایو استفاده کنید راه اندازی موتور الکتریکی (الکتروموتور) با حفاظت بسیار مناسب تر همراه خواهد بود. همچنین صرفه جویی در مصرف کابل را به همراه خواهد داشت.
-
- با وجود این که اینورتر از قیمت بسیار بالایی برخوردار است ولی با توجه به حذف قطعات مختلف و مصرف کمتر از کابل ارتباطی، باز هم در اکثر موارد به خصوص در الکتروموتورهای با توان بالا، استفاده از اینورتر بسیار بصرفه خواهد بود و غیر از این حفاظت بهتر و افزایش عمر مفید موتور الکتریکی (الکتروموتور) و کاهش مصرف انرژی را نیز به همراه خواهد داشت.
راه اندازی حالت ستاره مثلث خودکار به کمک زمان سنج (تایمر) پنوماتیکی
تایمر پنوماتیکی نوعی از تایمر است که با نیروی باد فعال می شود و مانند تایمر های معمولی، تغذیه برق ندارد. این تایمر به حامل های تیغه ی کنتاکتور متصل می شود و با فعال شدن کنتاکتور، نیروی باد به تایمر تزریق شده و کار زمان سنجی تایمر شروع می شود. اگر تایمر از نوع تاخیر در وصل باشد، پس از زمان تنظیمی مورد نظر تیغه های آن تغییر حالت می دهد. با قطع کنتاکتور مانند سایر تایمر های تاخیر در وصل به صورت آنی تیغه های آن به حالت اولیه بر می گردد. پیچ تنظیم زمانی این رله و تیغه باز آن مطابق شکل با شماره 58-57 و تیغه بسته آن با شماره 66-65 نشان داده می شود.
مدار فرمان راه اندازی حالت ستاره مثلث خودکار با تایمر پنوماتیکی در شکل زیر دیده می شود.
راه اندازی ستاره-مثلث الکتروموتور حالت گذرای بسته
راه اندازی حالت گذرای بسته، برای جلوگیری از ضربه حاصل از تغییر حالت از ستاره به مثلث است. بدین منظور از مقاومت در مدار در حالت تغییر وضعیت از حالت ستاره به مثلث استفاده می کنند.
رله کنترل فاز
رله کنترل فاز برای جلوگیری از دو فاز شدن یا هر نوع اختلال و عدم تقارن فازهای الکتروموتور در مدار فرمان و قدرت به کار می رود. البته این رله را می توان به نحوی تنظیم نمود که در برابر درصد خاصی از عدم تقارن فازها عمل کند. طریقه بستن مدار الکتریکی آن به این صورت است که سه فاز فقط برای بررسی وارد رله می شود و از آن خارج نمی شود ضمنا تیغه NO در آن پس از تشخیص فازها به تیغه بسته تغییر وضعیت می دهد پس این تیغه در مدار فرمان قرار می گیرد.
رله کنترل بار
رله کنترل بار وسیله ای الکترونیکی برای کنترل اضافه بار، جهت حفاظت از الکتروموتور است. برخلاف رله حرارتی اضافه بار معمولی(بی متال) حرارت محیط در فصول مختلف بررله کنترل بار بی تاثیر است. رله کنترل بار معمولا سیم های برق سه فاز را قطع نمی کند با داشتن سه عدد ترانسفور ماتور مانند آمپر متر انبری به صورت القایی جریان عبوری از کانال های جریان را اندازه گرفته و این مقدار را با جریان انتخاب شده مقایسه می کند در صورت اضافه شدن جریان هر خط از مقدار تعیین شده، مصرف کننده را از مدار خارج می کند.
راه اندازی الکتروموتور به صورت ستاره-مثلث چپگرد-راست گرد
راه اندازی الکتروموتور به صورت ستاره-مثلث چپگرد-راستگرد به دو صورت ارائه می شود:
- قدرت مشترک
- قدرت مستقل
در این بخش قصد داریم با مطرح کردن یک سوال و حل آن راه اندازی الکتروموتور به صورت ستاره-مثلث چپگرد-راستگرد قدرت مشترک را توضیح دهیم:
در یک کارخانه سنگ تراشی برای حمل سنگ از یک دستگاه استفاده می شود. الکتروموتور این دستگاه توان نامی 20 کیلو وات و جریان نامی 60 آمپر دارد. وظیفه الکتروموتور حرکت دستگاه حمل در یک مسیر مستقیم و به حالت رفت و برگشت می باشد.
-
مدار قدرت
- مدار قدرت ستاره-مثلث نیاز به سه کنتاکتور اصلی، اتصال ستاره و اتصال مثلث دارد. برای اینکه بتوان امکان تغییر جهت گردش را ایجاد کرد یک کنتاکتور دیگر نیز مورد نیاز است. کنتاکتور KM1 به عنوان کنتاکتور اصلی راستگرد و کنتاکتور KM2 به عنوان کنتاکتور اصلی چپگرد می باشد و اتصال ستاره با کنتاکتور KY و اتصال مثلث نیز با کنتاکتور KΔ ایجاد می شود.
در مدار ستاره-مثلث اتصال سه فاز به سر موتور الکتریکی توسط کنتاکتور اصلی انجام می گیرد. 
- اتصال الکتریکی مربوط به حالت مثلث توسط کنتاکتور اتصال مثلث ایجاد می شود.
در مدار ستاره-مثلث چپ گرد-راست گرد چون جای دو فاز در حالت چپ گرد-راست گرد عوض می شود، نمی توان ورودی کنتاکتور اتصال مثلث را به سه فاز L1،L2، L3 وصل کرد و لازم است اتصال مثلث به صورت 
انجام شود لذا ورودی KΔ مطابق شکل 25 از زیر کنتاکتور های اصلی خواهد بود.
در حالت راست گرد مثلث اتصال زیر برقرار می شود.
در حالت چپ گرد مثلث اتصال زیر ایجاد می شود.
-
- نحوه جذب کنتاکتورها در مدار ستاره-مثلث چپ گرد و راست گرد به صورت آورده شده در جدول زیر است:
از کنتاکتورهای اصلی KM1 و KM2 جریان خط (IL) عبور می کند. لذا مقادیر نامی کنتاکتور ، KM2 KM1 باید برای جریان نامی الکتروموتور باشد و KΔ برای 58% جریان نامی و KY نیز برای 33% جریان نامی موتور باید انتخاب شود.
مدار فرمان
مدار فرمان ستاره-مثلث چپ گرد-راست گرد ترکیبی از مدار ستاره-مثلث اتوماتیک و چپ گرد-راست گرد می باشد. لذا از کنتاکت بسته KM1 در مسیر بوبین KM2 و همین طور از کنتاکت بسته KM2 در مسیر بوبین KM1 استفاده می شود تا اینترلاک الکتریکی بین آن ها ایجاد شود. شستی وصل S1 و S2 نیز به صورت دوبل استفاده می شودتا امکان تغییر جهت گردش از حالت راست گرد به چپ گرد و بالعکس بدون خاموش کردن امکان پذیر باشد.
از کنتاکت بسته KYو در مسیر بوبین KΔ و از کنتاکت بسته KΔ در مسیر بوبین KY استفاده می شود اینترلاک الکتریکی بین آن ها برقرار باشد.
نقش کنتاکت باز k1 در مدار ستاره-مثلث جهت ایجاد ترتیب زمانی است به گونه ای که ابتدا KY عمل می کند سپس کنتاکتور اصلی فرمان بگیرد تا در شروع کار بین KY و KΔ هم زمانی ایجاد نگردد. وظیفه کنتاکت باز KM1 و KM2 نیز خود نگه دار بودن مدار است. KT1 به عنوان تایمر پس از سپری شدن زمان لازم حالت الکتروموتور را از اتصال ستاره به اتصال مثلث تغییر می دهد. نحوه عملکرد قطعات در مدار فرمان در شکل زیر بطور خلاصه بیان شده است:
منبع : کتاب تابلو برق دستگاه های صنعتی-دفتر تالیف کتاب های درسی فنی حرفه ای و کاردانش