روش های راه اندازی موتور های القایی

آشنایی با روش های راه اندازی موتور های القایی

قبلاً پیرامون اینکه موتور القایی چیست و چه انواعی دارد صحبت کردیم. در این مقاله می‌خواهیم توضیح دهیم برای راه اندازی موتورهای القایی باید چه کار کرد و روش های راه اندازی موتور های القایی چند نوع است.

حتما بخوانید: انتخاب موتور القایی مناسب برای کاربرد های صنعتی

شاید برای شما هم سوال پیش بیاید که چرا اصلا برای راه اندازی موتور القایی نیاز به روش خاصی داریم؟ موضوع این است که در موتور های القایی بزرگ اگر با روش مستقیم بخواهیم موتور را راه بیندازیم جریان حاصل از راه اندازی اولیه موتور به قدری بالا می رود که به سیم پیچ های تمام ساختمان فشار می آورد. این موضوع می‌تواند حتی منجر به آتش‌سوزی هم شود یا اینکه وسایل و تجهیزات موجود در ساختمان را خراب کند.

اگر در یک کارگاه تولیدی و صنعتی باشیم دستگاه‌ ها و تجهیزات موجود در آن ناحیه لطمه خواهد خورد. برای اینکه در موتور های القایی بزرگ این مشکل پیدا نشود از روش هایی برای راه اندازی موتور القایی استفاده می شود که این مشکل را برطرف کند. اکثر موتورهای القایی بزرگ مستقیماً روی خط (با روش راه ‌اندازی مستقیم) راه اندازی می شوند. اما همانطور که گفتیم، وقتی موتورهای بسیار بزرگ به این ترتیب راه اندازی می شوند، به دلیل افزایش شدت جریان، باعث ایجاد اختلال در ولتاژ در خطوط تغذیه می شوند.

دو روش راه اندازی بسیار متداول برای راه اندازی موتور القایی روش راه اندازی مثلث ستاره ای و نیز بیان خودکار ترانسفورماتور است. کنتاکتورها عمل سوئیچینگ را در استارت انجام می دهند تا منبع تغذیه موتور را وصل و قطع کنند. اگر جریان بیشتر از جریان اسمی موتور باشد، کنتاکتور به طور خودکار خاموش می شود تا موتور از منبع تغذیه جدا شود.

مقالات مرتبط:

انواع منبع تغذیه

کنتاکتور چیست؟ انواع آن

انواع تست ترانسفورماتورهای قدرت

موتور القایی چطور کار می‌کند؟

به طور خلاصه اگر بخواهیم نحوه عملکرد موتور القایی را طوری توضیح دهیم که برای همه قابل فهم باشد باید بگوییم موتور القایی با استفاده از انرژی الکتریکی سه فاز یا تک فاز، یک میدان مغناطیسی دوار یا چرخان ایجاد می کند. این میدان مغناطیسی چرخان به کمک روتوری که داخل آن قرار گرفته و خودش با استفاده از اتصال کوتاه هادی، طوری ساخته شده است که تحت تاثیر میدان مغناطیسی قرار بگیرد و در واقع خودش هم میدان مغناطیسی دارد. باعث می شود روتور به حرکت در بیاید. با حرکت کردن روتور موتور به چرخش در می آید و ما یک موتور القایی قدرتمند خواهیم داشت.

انواع روش‌های راه‌ اندازی موتور القایی

جریان الکتریکی بالا در راه اندازی اولیه موتور های قدرتمند، باعث افت شدید ولتاژ می شود و بر عملکرد سایر تجهیزات و خط انتقال جریان برق تأثیر می گذارد. برای همین راه اندازی مستقیم موتور های بزرگ روی خط (که ولتاژ کامل به استاتور می دهد) مطلوب نیست. به طور معمول، استارت با موتور های بیش از 5 اسب بخار، ارائه می شود.

برای کاهش جریان الکتریکی در لحظه راه اندازی، ولتاژ کمتری به استاتور اعمال می شود. به خصوص برای موتورهای القایی قفس سنجابی. ولتاژ کامل فقط زمانی اعمال می شود که موتور سرعت خود را افزایش دهد. با این کار دیگر شدت جریان بیش از اندازه استاندارد نمی‌شود و به خطوط انتقال برق و تجهیزات متصل به آن فشاری وارد نمی‌شود.

روش های راه اندازی موتور القایی عبارتند از:

استارترهای مستقیم (DOL) برای موتورهای کمتر از 10 کیلووات
استارترهای ستاره-دلتا برای موتورهای بزرگ. سیم پیچ استاتور در ابتدا به صورت ستاره ای متصل می شود و بعداً هنگامی که موتور به سرعت نامی رسید به اتصال دلتا تغییر می کند.
ترانسفورماتور خودکار
راه اندازی با استفاده از مقاومت اولیه (primary resistors)

راه اندازی به روش مستقیم (Direct On Line Starter)

روش معروف DOL نیز برای راه اندازی موتور القایی قفس سنجاب سه فاز است. در این روش استاتور موتور القایی قفس سنجابی سه فاز را مستقیماً به شبکه تغذیه سوئیچ می کنیم. موتور در زمان راه اندازی جریان راه اندازی بسیار بالایی (حدود 5 تا 7 برابر جریان بار کامل) برای مدت زمان بسیار کوتاه می کشد. مقدار جریان کشیده شده توسط موتور به طراحی و اندازه آن بستگی دارد. اما چنین مقدار جریان بالایی به دلیل ساختار ناهموار موتور القایی قفس سنجابی به موتور آسیب نمی رساند.

چنین مقدار بالای جریان باعث افت ناگهانی ولتاژ در ولتاژ تغذیه می شود. یک مثال زنده از این افت ناگهانی ولتاژ، کم نور شدن چراغ‌ها و لامپ‌های لوله در خانه‌های ما در لحظه راه‌اندازی موتور یخچال است.

نکات راه اندازی موتور القایی به روش مستقیم

این روش یک روش ساده و ارزان برای شروع به کار موتور القایی 3 فاز است.
تماس ها در برابر عمل فنری بسته می شوند.
این روش معمولاً به موتورهای القایی قفسی کوچکتر محدود می شود، زیرا جریان راه‌اندازی می تواند تا هشت برابر جریان بار کامل موتور باشد.
استفاده از روتور دو قفس به جریان خیره کمتری نیاز دارد (تقریباً چهار برابر) و استفاده از AVR سریع الاثر موتورهای ۷۵ کیلووات و بالاتر را قادر می‌سازد که مستقیماً روی خط راه اندازی شوند.
یک ایزولاتور برای جداسازی استارت از منبع برای نگهداری لازم است.
در این روش، ولتاژ مدار کنترل، گاهی از طریق یک ترانسفورماتور خودکار کاهش می یابد.
در استفاده از روش مستقیم برای راه اندازی موتور القایی، باید برای موتور محافظی در نظر گرفته شود.

برخی از حفاظت های ایمنی عبارتند از:

حفاظت در برابر جریان بیش از حد
حفاظت در برابر ولتاژ
حفاظت از اتصال کوتاه
و…

حتما بخوانید: ژنراتور چیست؟ کاربرد آن

راه اندازی موتور القایی به روش ستاره مثلثی یا دلتا (Star-Delta Starter)

این روش در موتور هایی که برای کار بر روی استاتور متصل مثلث طراحی شده اند استفاده می شود. یک کلید دو طرفه برای اتصال سیم پیچ استاتور در ستاره در هنگام راه اندازی و در مثلث در هنگام کار با سرعت معمولی استفاده می شود. هنگامی که سیم پیچ استاتور به ستاره متصل می شود، ولتاژ هر فاز در موتور به میزان قابل توجهی برای سیم پیچ متصل مثلث کاهش می یابد.

گشتاور راه اندازی 1/3 برابر برای سیم پیچ متصل به دلتا خواهد بود. از این رو استارت ستاره مثلث معادل یک ترانسفورماتور خودکار با نسبت 58 درصد کاهش ولتاژ است. به عبارت دیگر، یک موتور سه فاز زمانی که سیم‌پیچ‌های استاتور به صورت مثلث وصل می‌شوند، قدرت خروجی را سه برابر نسبت به اتصال ستاره‌ای افزایش می‌دهد، اما 1/3 جریان برق را هنگام اتصال ستاره نسبت به زمانی که در مثلث متصل می‌شود، از منبع تغذیه می‌گیرد.

گشتاور شروعی که در ستاره ایجاد می شود ½ است که هنگام استارت در روش دلتا وجود دارد. با این حساب روش ستاره مثلثی هم فشار بسیار کمی به سیم‌کشی و شبکه برق می‌آورد و هم عملکرد بهتری دارد.

نکات این روش راه اندازی

یک سوئیچ دو حالته (دستی یا اتوماتیک) از طریق رله زمان بندی ارائه می شود.
شروع کار موتور با سوئیچ ستاره جریان الکتریکی در لحظه راه اندازی را کاهش می دهد.
هنگامی که موتور به سرعت شتاب گرفت و جریان به مقدار نرمال خود کاهش یافت، استارت با سیم پیچ ها در حالت مثلث متصل می شود. یعنی از میانه شروع به کار موتور استارتر مثلت به مدار متصل می‌شود.
موتوری با استارت ستاره مثلثی ممکن است گشتاور کافی برای راه اندازی در برابر بار کامل تولید نکند، بنابراین خروجی در موقعیت استارت کاهش می یابد. بنابراین موتورها معمولاً تحت شرایط بار سبک راه اندازی می شوند.
سوئیچینگ باعث ایجاد یک جریان گذرا می شود که ممکن است مقادیر اوج آن بیشتر از مقادیر DOL باشد.

راه اندازی موتور ترانسفورماتور خودکار

ترانسفورماتور های خودکار به عنوان استارتر خودکار نیز شناخته می شوند. آنها را می توان برای هر دو موتور قفس سنجابی کرد. این ترانسفورماتور اساساً یک ترانسفورماتور پله پایین سه فاز با شیرهای مختلف است که به کاربر اجازه می دهد موتور را مثلاً با 50٪، 65٪ یا 80٪ ولتاژ خط راه اندازی کند. کمتر از جریان موتور نسبت تبدیل است.

به عنوان مثال، هنگامی که یک موتور با شیر 65 درصد راه اندازی می شود، ولتاژ اعمال شده به موتور 65 درصد ولتاژ خط و جریان اعمال شده 65 درصد مقدار شروع ولتاژ خط خواهد بود، در حالی که جریان خط 65 خواهد بود. ٪ از 65٪ (یعنی 42٪) از مقدار شروع ولتاژ خط. این تفاوت بین جریان خط و جریان موتور به دلیل عملکرد ترانسفورماتور است.

هنگام راه اندازی، سوئیچ در موقعیت “شروع” قرار دارد و یک ولتاژ کاهش یافته (که با استفاده از شیر انتخاب می شود) در سراسر استاتور اعمال می شود. هنگامی که موتور سرعت مناسبی را بدست آورد، مثلاً تا 80٪ سرعت نامی خود، ترانسفورماتور خودکار به طور خودکار از مدار جدا می شود زیرا سوئیچ به حالت “اجرایی” می رود.

کلیدی که اتصال را از حالت شروع به کار تغییر می دهد ممکن است از نوع ایربریک (موتورهای کوچک) یا غوطه ور در روغن (موتورهای بزرگ) باشد. همچنین مقرراتی برای بدون ولتاژ و اضافه بار، با مدارهای تاخیر زمانی در استارتر خودکار وجود دارد.

نکات روش ترانسفورماتور خودکار

با استفاده از یک سوئیچ دو موقعیت یعنی به صورت دستی/خودکار با استفاده از یک تایمر برای تغییر موقعیت از شروع به کار.
منبع تغذیه در موقعیت شروع از طریق یک ترانسفورماتور خودکار به سیم‌پیچ‌های استاتور متصل می‌شود که ولتاژ اعمالی را به 50، 60 و 70 درصد مقدار نرمال بسته به ضربه زدن کاهش می‌دهد.
کاهش ولتاژ باعث کاهش جریان در سیم‌پیچ‌های موتور با ضربه زدن 50% جریان موتور مصرفی نصف می‌شود و جریان تغذیه نصف جریان موتور خواهد بود. بنابراین، جریان شروعی که از منبع تغذیه گرفته می شود، تنها 25 درصد از جریان گرفته شده توسط استارت DOL خواهد بود.
برای یک موتور القایی، گشتاور T توسط V2 ایجاد می‌شود، بنابراین با 50% ضربه زدن، گشتاور در هنگام راه‌اندازی تنها (۵.۰ ولت)۲ از مقدار بدست‌آمده با راه‌اندازی DOL است. بنابراین 25 درصد گشتاور تولید می شود.
استارترهای مورد استفاده در برخی صنایع، از نظر اندازه بزرگتر و گرانتر است.
جابه‌جایی از موقعیت‌های شروع به اجرا باعث ایجاد جریان گذرا می‌شود، که می‌تواند از نظر مقدار بیشتر از جریان‌های به‌دست‌آمده با راه‌اندازی DOL باشد.

حتما بخوانید:

کاربرد درایو (اینورتر) در آسانسور

درایو/اینورتر میکرومستر چیست؟

راه اندازی مقاومت های اولیه موتور القایی

بدیهی است که هدف از مقاومت های اولیه کاهش مقداری ولتاژ و اعمال ولتاژ کاهش یافته به استاتور است. در نظر بگیرید، ولتاژ راه اندازی 50٪ کاهش می یابد. سپس طبق قانون اهم (V=I/Z)، جریان راه اندازی نیز به همان درصد کاهش می یابد. از معادله گشتاور یک موتور القایی سه فاز ، گشتاور راه اندازی تقریباً متناسب با مجذور ولتاژ اعمال شده است.

یعنی اگر ولتاژ اعمال شده 50 درصد مقدار نامی باشد، گشتاور راه اندازی تنها 25 درصد مقدار ولتاژ معمولی آن خواهد بود. این روش عموماً برای راه اندازی صاف موتورهای القایی کوچک استفاده می شود. برای موتورهایی که نیاز به گشتاور راه اندازی بالا دارند، استفاده از نوع مقاومت اولیه از روش راه اندازی توصیه نمی شود.

مقاومت ها معمولاً به گونه ای انتخاب می شوند که 70 درصد ولتاژ نامی را بتوان به موتور اعمال کرد. در زمان راه اندازی، مقاومت کامل به صورت سری با سیم پیچ استاتور متصل می شود و با افزایش سرعت موتور به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که موتور به سرعت مناسب رسید، مقاومت ها از مدار جدا شده و فازهای استاتور مستقیماً به خطوط تغذیه متصل می شوند.

استارت مقاومت روتور

این استارت با موتور القایی روتور زخمی استفاده می شود. از مقاومت/فاز خارجی در مدار روتور استفاده می کند تا روتور مقدار بالایی از گشتاور ایجاد کند.
گشتاور بالا در سرعت های پایین تولید می شود، زمانی که مقاومت خارجی در مقدار بالاتری باشد.
در شروع، برق منبع تغذیه از طریق یک کنتاکتور سه قطبی به استاتور متصل می شود و در همان زمان، یک مقاومت روتور خارجی اضافه می شود.
مقاومت بالا جریان خیره را محدود می‌کند و به موتور اجازه می‌دهد در برابر بار زیاد با خیال راحت شروع به کار کند.
مقاومت ها معمولاً از نوع سیم پیچی هستند که از طریق برس ها و حلقه های لغزنده به هر فاز روتور متصل می شوند. آنها با نقاطی که به کنتاکتورهای ثابت بیرون آورده می شوند ضربه زده می شوند.
با شروع به کار موتور، مقاومت روتور خارجی به تدریج از مدار خارج می شود. دسته یا استارت چرخانده می شود و سه کنتاکت را به طور همزمان از یک کنتاکت ثابت به کنتاکت بعدی منتقل می کند.
سه کنتاکت متحرک به هم متصل شده اند تا نقطه شروع مقاومت ها را تشکیل دهند.
برای اطمینان از اینکه موتور نمی تواند راه اندازی شود تا زمانی که تمام مقاومت روتور در مدار قرار نگیرد، یک اینترلاک تعبیه شده است که از بسته شدن کنتاکتورها تا زمانی که این شرط برآورده شود، جلوگیری می کند.

حتما بخوانید: تفاوت الکتروموتورهای AC و DC

راه اندازی موتورهای اسلیپ رینگ

موتورهای Slip-ring با ولتاژ کامل خط راه اندازی می شوند، زیرا مقاومت خارجی را می توان به راحتی با کمک حلقه های لغزش در مدار روتور اضافه کرد. یک رئوستات متصل به ستاره به صورت سری از طریق حلقه های لغزنده به روتور متصل می شود. معرفی مقاومت در جریان روتور، جریان راه اندازی را در روتور (و از این رو، در استاتور) کاهش می دهد.

همچنین ضریب قدرت را بهبود می بخشد و گشتاور را افزایش می دهد. رئوستات متصل ممکن است دستی یا خودکار باشد.
از آنجایی که ایجاد مقاومت اضافی در روتور باعث بهبود گشتاور راه اندازی می شود، موتورهای حلقه لغزشی می توانند در بار راه اندازی شوند. مقاومت خارجی معرفی شده فقط برای اهداف راه اندازی است و با افزایش سرعت موتور به تدریج قطع می شود.

کلام پایانی

در این مقاله درباره موتورهای القایی و روش های راه اندازی آنها صحبت کردیم. گفتیم که چند روش عمده و مطرح برای راه اندازی موتورهای القایی سه فاز و تک فاز وجود دارد و در مورد هر کدام هم به طور خلاصه صحبت کردیم. البته این موضوع بسیار پیچیده تر از آن است که تنها با چند کلمه بتوان همه اش را توضیح داد. این موضوع چیزی است که متخصصین مهندسی برق درباره جزئیات آن به طور مفصل صحبت کرده‌اند، برای درک چگونگی فرایند راه اندازی موتور ها لازم است از آنها کمک بگیریم.

اگر شما هم به فکر راه اندازی تاسیسات صنعتی یا خط تولید محصولات صنعتی، لبنیاتی، غذایی و کشاورزی هستید و می خواهید یکی از این اقلام را خریداری کنید، بهتر است قبل از هر اقدامی، با مشاورین و مهندسین با تجربه گروه صنعتی سپیانی مشورت کنید. برای این کار هم می‌توانید روی علامت مشاوره واتس اپ کلیک کنید. هم اینکه با استفاده از فرم درخواست مشاوره، اطلاعات خود را ثبت کنید تا همکاران ما در اولین فرصت با شما تماس بگیرند