آشنایی با اتصال ستاره مثلث و نحوه راه اندازی آن

اتصال ستاره مثلث از اتصالات کاربردی در زمینه برق صنعتی است. این اتصال باعث کاهش جریان هجومی هنگام راه اندازی موتور شده و کاربردهای بسیاری در مدارهای الکتریکی دارد. با توجه به اهمیت  این اتصال و کاربردهای بسیار آن در این مطلب قصد داریم به طور کامل با اتصال ستاره مثلث، نحوه سربندی آن، نحوه تشخیص، کاربرد و تفاوت میان اتصال ستاره و مثلث آشنا شویم.  اگر قصد آشنایی با این اتصال را دارید توصیه می کنیم تا انتها این مطلب با ما همراه باشید. همچنین در صورتی که علاقه مند یادگیری برق صنعتی به صورت حرفه ای هستید توصیه می کنیم در دوره آموزش برق صنعتی آموزشگاه برق گستران ثبت نام کنید.

اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز چیست؟

اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز از روش های متداول و کاربردی برای راه اندازی و کارکرد الکتروموتورهای صنعتی به شمار می رود. راه اندازی الکتروموتورها به صورت دقیق و اصولی، یکی از دغدغه های مهم و حائز اهمیت در حوزه برق صنعتی تلقی می گردد. به طور معمول، جریان برق مورد نیاز برای راه اندازی و کارکرد تجهیزات صنعتی، به ویژه الکتروموتورها، از نوع برق سه فاز می باشد. بر این اساس، سربندی موتورهای الکتریکی سه فاز با الکتروموتورهای تک فاز بسیار متفاوت است. برای عملیاتی کردن این نوع از الکتروموتورها می بایست فاکتورها و پارامترهای مختلفی را مد نظر قرار داد.

سیستم سه فاز و تک فاز، دو نوع سیستم مختلف در مدارهای الکتریکی به شمار می روند. الکتروموتورهای سه فاز در بسیاری از حوزه های صنعتی و تولیدی مورد استفاده واقع می شوند. برای تولید یک میدان مغناطیسی چرخان در موتورهای القایی سه فاز، سه سیم پیچ مجزا لحاظ می گردد. با عبور جریان AC از سیم پیچ ها، هر کدام از آنها ضمن تولید یک میدان مغناطیسی، در پی تغییر جهت الکترون ها منجر به تغییر قطبیت و شدت می شود. از سوی دیگر، موتورهای سه فاز، در ساختار خود دارای 6 ترمینال می باشند. به منظور متصل نمودن سه خط ولتاژ به الکتروموتور سه فاز و راه اندازی آن می بایست تغییراتی در ترمینال های موتور اعمال گردد.

همچنین، موتورهای سه فاز برای کارکرد بهینه، به جریانی الکتریکی بسیار بالاتری از جریان نامی شبکه نیاز دارند. این امر امکان صدمه وارد شدن به مدارها و احتمال اختلال ولتاژ را افزایش می دهد. به منظور جلوگیری از بروز این مشکلات، محدود کردن جریان و ولتاژ راه اندازی، در دستور کار قرار می گیرد. در این شرایط اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز از روش های موثر برای کاهش ولتاژ راه اندازی محسوب می شود.

حتما بخوانید: آشنایی با اصول طراحی مدار فرمان و قدرت

علت راه اندازی اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز

کاهش جریان هجومی در حین راه اندازی الکتروموتور را می توان مهم ترین دلیل استفاده از روش اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز برشمرد. از این فرآیند در اصطلاح علمی با عنوان Star Delta (ستاره مثلث) نام برده می شود. در حین شروع به کار موتورهای القایی سه فاز، جریان راه اندازی آنها حدود 5 برابر بالاتر از جریان بار کامل برآورده می گردد. این افزایش شدید جریان غالبا در مواقع تثبیت شدن کارکرد موتور بروز پیدا می کند. افزایش شدت جریان می تواند مشکلات متعددی به وجود آورد.

در این شرایط علاوه بر افزایش ناگهانی دمای تجهیزات الکتریکی، خرابی قطعات و بروز حوادثی مانند آتش سوزی دور از انتظار نمی باشد. همچنین، این امر موجب افت ولتاژ در سیستم الکتریکی و متعاقب آن، بروز مشکلات مختلفی برای سرورها و رایانه ها می شود. در این شرایط، کاهش ولتاژ، کاهش جریان راه اندازی الکتروموتور را به دنبال دارد. برای کاهش جریان راه انداز، شیوه اتصال ستاره مثلث الکتروموتور، از بهترین و مقرون به صرفه ترین راهکارها قلمداد می گردد. به بیان بهتر، با استفاده از این روش راه اندازی، امکان شروع به کار الکتروموتور در گشتاور پایین محقق می شود.

نحوه سربندی الکتروموتور ستاره مثلث

توجه به سربندی الکتروموتور، اولین قدم برای ایجاد اتصال ستاره مثلث موتور سه فاز قلمداد می گردد.

اتصال درست کلاف های موتور الکتریکی به مدار راه اندازی مطابق با ولتاژهای موجود بر روی پلاک، در مفهوم سربندی تعبیر می گردد. به طور معمول، در ساختار تمامی موتورهای سه فاز، بخشی به عنوان جعبه ترمینال تعبیه شده است.

جعبه ترمینال غالبا دارای شش پایانه مختلف بوده که با اعداد و حروفی مانند U1/V1/W1/U2/V2/W2 مشخص گردیده است. بر این مبنا، پایانه های U، V و W به ترتیب به ترمینال های فاز 1، فاز 2 و فاز 3 اتصال پیدا می کنند.

در اتصال مثلث پایانه U2 به W2، پایانه V1 به U2 و ترمینال W1 به V2 متصل می گردد.

برای ایجاد اتصال ستاره، ترمینال های W2/U2/V2 به یکدیگر اتصال پیدا می کنند. برای تشخیص نوع اتصال در یک مدار می بایست جعبه ترمینال الکتروموتور را مورد بررسی قرار داد. در صورت متصل شدن پایانه های ورودی و خروجی به یکدیگر، اتصال به صورت مثلث می باشد. در صورت وصل شدن ترمینال مجاور به یکدیگر، این اتصال از نوع ستاره است.

اجزای اصلی مدار ستاره مثلث

کنتاکتور، رله زمان، فیوز قطع کننده مدار کنترل، فیوز قطع کننده مدار اصلی و ولتاژ حرارتی سه قطبی، از اجزای اصلی مدار ستاره مثلث محسوب می شوند.

سوئیچ الکتریکی که برای خاموش و روشن کردن مدار الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد، با عنوان کنتاکتور (contactor) شناخته می شود.

در تجهیزات دارای ظرفیت بار زیاد، از کنتاکتور استفاده می گردد. توانایی کنترل قدرت بیش از 100 کیلووات و جریان بالای 5000 آمپر، از مشخصات مهم کنتاکتورها به شمار می رود.

رله زمانی، کلیدی بوده که با استفاده از آن امکان کنترل، باز و بسته شدن و تغییر وضعیت مسیر جریان اصلی فراهم می گردد.

تفاوت اتصال مثلث و ستاره

جریان خط: جریان خط، یکی از تفاوت های اتصال مثلث و ستاره را رقم می زند. در اتصال مثلث جریان خط رادیکال 3 برابر جریان فاز می باشد. در اتصال ستاره، جریان فاز کاملا برابر با جریان فاز است.

ولتاژ خط: ولتاژ خط در اتصال مثلث با ولتاژ فاز برابر بوده ولی در اتصال ستاره ولتاژ خط رادیکال سه برابر بیشتر از ولتاژ فاز است.

نقطه خنثی: در اتصال ستاره یک نقطه خنثی وجود داشته، اما در اتصال مثلث هیچگونه نقطه خنثی وجود ندارد. همچنین، اتصال مثلث بر خلاف اتصال ستاره، به عایق بندی بیشتری نیاز پیدا می کند.

اتصال ستاره (Star Connection) برای انتقال از راه دور و اتصال مثلث (Delta Connection) برای مسافت کوتاه در مدار کاربرد دارند. ضمنا، در اتصال مثلث، قابلیت اتصال سرهای مخالف سیم پیچ ها به یکدیگر وجود دارد. اما در اتصال ستاره، سر ابتدایی و انتهایی سیم پیچ به یکدیگر متصل می شوند. در ضمن، اتصال دلتا در صنایع و سیستم های توزیع بسیار کاربرد دارد. اما اتصال ستاره بیشتر در سیستم های انتقال زمان مورد استفاده واقع می شود. توان خروجی در اتصال دلتا بیشتر و جریان راه اندازی در استار کانکشن، کمتر می باشد.

کاربرد اتصال ستاره مثلث

دو نوع سیستم که در مدار های الکتریکی مختلف به کار می روند، سیستم سه فاز و تک فاز هستند که الکترو های سه فاز بیشتر در حوزه های صنعتی و تولیدی مورد استفاده قرار می گیرند.

برای ایجاد کردن یک میدان مغناطیسی چرخان در موتور های سه فاز، سه سیم پیچ به صورت مجزا استفاده می شود که با رد شدن جریان AC از درون سیم پیچ ها هر کدام از آنها علاوه بر تولید یک میدان مغناطیسی، جهت الکترون های منجر به قطبیت را نیز تغییر می دهند از سوی دیگر می توانیم بگوییم که موتور های سه فاز در ساختار خود دارای 6 ترمینال هستند که به منظور اتصال بین سه خط ولتاژ به الکتروموتور ها و تغییرات در ترمینال های موتور منجر می شود.

می توانیم بگوییم که کاربرد های اتصال ستاره و مثلث این است که کارکرد بهینه ای دارند و در حالتی که جریان الکتریکی بسیار بالاتری نسبت به جریان نامی شبکه دارند اما بسیار بهینه هستند.

نحوه بستن ستاره و مثلث با کنتاکتور

یکی از راه ها برای بستن مدار ستاره مثلث، استفاده از کنتاکتور است که نحوه استفاده آن به این صورت است که یک کنتاکتور k2m یا همان کنتاکتور اصلی را برای رساندن برق سه فاز به ورودی موتور سه فاز متصل می کنیم همچنین از از کنتاکتور km1 زمانی استفاده می کنیم که بخواهیم انتهای کلاف سیم پیچ های موتور یا خروجی های w2، v2، u2، را از انتها ببندیم.

بنابراین با بستن کنتاکتور k1m در انتهای کلاف ها آنها بسته می شوند و در نتیجه اگر برق با کنتاکتور اصلی به موتور اصلی برسد می توان گفت که اتصال ستاره صورت گرفته است اما باید توجه داشت که برای اتصال مثلث باید از یک کنتاکتور برای اتصال استفاده کنید که در این صورت km3 وظیفه برقراری اتصال مثلث را به عهده دارد.

بنابراین می توان گفت در صورتی مدار به صورت اتصال ستاره ایجاد می شود که کنتاکتور 2 یا همان اصلی به همراه کنتاکتور 1 تحریک شوند و همچنین در صورتی موتور با حالت اتصال مثلث به فعالیت خود ادامه می دهد که k1 را به صورت کامل قطع کنیم و k3 را وصل کنیم.

تشخیص ستاره یا مثلث بودن موتور بدون پلاک

برای مثال: روی پلاک موتور ولتاژ 230 ولت یا 200 دلتا نوشته شده است، در این صورت برای تشخیص سربندی، ولتاژ بیشتر را خط می زنیم و هر ولتاژی که باقی ماند، ولتاژ دو سر کلاف است.

روش تحلیل سربندی الکتروموتور

در این روش اول باید ولتاژ قابل تحمل کلاف را مشخص کنیم که این ولتاژ روی پلاک موتور قابل تحلیل می باشد.

نکته هایی که باید برای ستاره یا مثلث بودن موتور بدون پلاک بدانیم:

1. نکته اول هر ولتاژی که در کنار علامت مثلث قرار بگیرد همان ولتاژ قابل تحمل کلاف است.
2. نکته دوم به ولتاژ شبکه ی برق ایران بسیار دقت کنید و اگر در کشور های دیگر هستید ولتاژ همان کشور را مورد بررسی قرار دهید.

روابط ولتاژ و جریان در اتصال ستاره و مثلث

در اتصال ستاره جریان خط همان جریان عبوری از سیم پیچ ها می باشد که به آن جریان فاز نیز می گویند یعنی روابط:

Iι=Iρ

Vι=√3Vρ

در جریان اتصال مثلث که بر خلاف جریان ستاره می باشد، جریان خط با فاز آن برابری نمی کند یعنی رابطه:

Vι=V

مزایا و معایب اتصال ستاره و مثلث

برای کم کردن تعداد اتصالات الکتریکی یک ژنراتور، انتهای سیم پیچ ها را به یک نقطه مشترک که نقطه شروع یا خنثی گفته می شود، متصل می کنند که به آن اتصال ستاره می گویند.

مزایای اتصال ستاره

• هزینه ی کمتر
• وزن کمتر مدار ها
• داشتن ولتاژ بالا در خط که بیشتر از فاز است
• فاز‌ مربوطه زاویه کمتری دارد که در اتصال ستاره زاویه ولتاژ 360 درجه بیشتر است.

معایب اتصال ستاره-ستاره

وقتی بار وارده دچار عدم تعدل باشد اتصال ستاره باعث نا متعادل شدن ولتاژ جریان فاز می گردد.

مزایا اتصال مثلث

زمانی که سه سیم را به یک ژنراتور متصل کنیم که هر سیم به دو سر مقابل، دو سیم مجاور متصل شوند اتصال مثلث رخ می دهد.

• دارای ولتاژ پایین است
• دارای سرعت بالا می باشد
• جریان فاز از خط کمتر است و زاویه آن 30 درجه عقب تر می باشد.
• معایب اتصال مثلث-مثلث
• مقدار عایق و تعداد دورهای بیشتر سیم پیچ از معایب اتصال مثلث است.
• به دلیل عدم وجود نقطه خنثی صرفا به یک سطح ولتاژ دسترسی داریم.

تابلو برق ستاره مثلث اتوماتیک

برای‌ کاهش جریان ضربه الکتروموتور در لحظه استارت، راه اندازی اتوماتیک ستاره مثلث بسیار پرکاربرد می باشد.
این دستگاه جریان گشتاور و راه اندازی را در ستاره مثلث کاهش می دهد و طرح اتوماتیک ستاره مثلث شامل سه کنتاکتور، یک تایمر برای تنظیم زمان مورد نظر، یک اضافه بار یا قطع کننده مدار، می باشد.

زمانی که این موتور در حالت عادی در اتصال دلتا باشد می توان استارت زدن را شروع کرد و هنگامی که موتور در دستگاه آزاد است مانند زمانی که ترانسفورماتور اتصال در سمت ثانیه است، استارت زدن شروع می شود.
زمانی که تمام میله های روتور به یکدیگر متصل شده باشند و یک مسیر بسته را تشکیل دهند، می توان جریان خیلی زیادی از میله های روتور عبور داد بنابراین زمانی که موتور روشن میشود، استاتور جریان زیادی را تحمل می کند که 10_8 برابر جریان های نامی می باشد پس باید قبل از راه اندازی موتور ولتاژ وارد شده به دستگاه را به صفر برسانیم.
می توان گفت که در ستاره جریان اتصال در فاز های مختلفی قرار دارد اما ولتاژ خط سه برابر ولتاژ فاز اصلی می باشد که باید ولتاژ کاهش پیدا کند.

نتیجه گیری

در این مطلب با اتصال ستاره مثلث و نحوه راه اندازی آن، مزایا و معایب هر یک، تشخیص ستاره یا مثلث بودن موتور بدون پلاک و فرق بین اتصال ستاره و مثلث و تآشنا شدیم. این اتصال از اتصالات بسیار کاربردی برای طراحی تابلو برق صنعتی بوده و کاربردهای بسیاری دارد. اگر می خواهید به صورت حرفه ای تر با این اتصال و نحوه انجام آن آشنا شوید توصیه می کنیم در دوره آموزش تابلو برق صنعتی برق گستران ثبت نام کنید.