مدار فرمان الکتریکی

[علیرضا پورحبیب]

اهداف مبحث مدار فرمان الکتریکی :

اجزای مدار فرمان الکتریکی
کنتاکتور یا کلید مغناطیسی
مشخصات فنی کنتاکتور
شستی استارت استوپ و سلکتور سوئیچ
رله بی متال
کلید محافظ
لامپ سیگنال
فیوز ها و کلید مینیاتوری

---

 بهره برداری مطمئن و بی وقفه از تأسیسات الکتریکی و مراکز تولید نیرو و تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز تجهیزات برقی کارخانجات صنعتی و مراکز اقتصادی تا حدود زیادی به خصوصیات، ویژگی ها و طرز عمل کلیدها و وسایل کنترل مدارها بستگی دارد.

منظور از مدارهای کنترل، مدارهای فرمان الکتریکی با استفاده از کلیدهای مغناطیسی با کنتاکتورها هستند. در مدارهای فرمان الکتریکی وسایل مختلفی به کار می رود که از مهم ترین آنها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است. استفاده از کنتاکتور در مدارهای کنترل تنوع طراحی های مختلف را به وجود می آورد.

 
                                                      مدار موتور سه فاز ستاره – مثلث
 
[list]

[*]اجزای مدار فرمان الکتریکی
[/list]

 برای طراحی مدارهای کنترل و کار با آنها باید وسایل تشکیل دهنده آن را به طور کامل شناخت و به اصول ساختمان و موارد استفاده این وسایل آشنا شد.

 وسایلی که در مدارهای فرمان به کار می روند، عبارت اند از:

۱-کنتاکتور (کلید مغناطیسی)

۲- شستی استاپ استارت

۳- رله حرارتی

۴- رله مغناطیسی

۵- لامپ های سیگنال

۶۔ فیوزها

۷- لیمیت سوییچ ها

۸- کلیدهای تابع فشار

۹- کلیدهای شناور

۱۰- چشم های الکتریکی (سنسورها)

۱۱- تایمر و انواع آن

۱۲- ترموستات 

۱۳-کلیدهای تابع دور

[list]

[*]کنتاکتور یا کلید مغناطیسی
[/list]

کنتاکتور با استفاده از خاصیت الکترومغناطیس، مانند رله ها به تعدادی کنتاکت را به یکدیگر وصل یا از یکدیگر جدا میکند. از این خاصیت جهت قطع و وصل و یا تغییر اتصال مدار استفاده می شود.

 
[list]

[*]اجزای کنتاکتور
[/list]

 این کلید از دو هسته به شکل E یا U که یکی ثابت و دیگری متحرک است و در میان هسته ثابت یک بوبین با سیم پیچ قرار دارد، تشکیل شده است.

وقتی بوبین به برق متصل می شود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کششی فنر را خنثی می کند و هسته فوقانی را به هسته تحتانی متصل کرده باعث می شود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال های ورودی و خروجی کلید متصل شود و یا باعث باز شدن کنتاکت های بسته کنتاکتور گردد.

در صورتی که مدار تغذيه بوبین کنتاکتور قطع شود، در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد هسته متحرک دوباره به حالت اول باز می گردد. اجزای تشکیل دهنده یک کنتاکتور  عبارت اند از:

۱- قاب نگاه دارنده کنتاکت های قسمت فوقانی

 

۲- فلز نگاه دارنده پیچ کنتاکت بر روی قاب

٣- بوبین کنتاکتور

۴- هسته ثابت

۵- حلقه اتصال کوتاه برای جلوگیری از لرزش

۶- فنر برگشت کنتاکت ها به وضعیت عادی

۷- قاب نگاه دارنده کنتاکت های تحتانی

۸- کانال با معبر کنتاکت های متحرک

۹- فنر پشت کنتاکت متحرک مربوط به مدار قدرت

۱۰- نگاه دارنده فنر پشت کنتاکت متحرک مربوط به مدار قدرت

۱۱- کنتاکت های متحرک مربوط به مدار قدرت

۱۲- کنتاکت های متحرک مربوط به مدار فرمان

۱۳- فنر پشت کنتاکت متحرک مربوط به مدار فرمان

۱۴- نگاه دارنده فنر کنتاکت متحرک مربوط به مدار فرمان

۱۵- بست متصل کننده قاب تحتانی به فوقانی

۱۶- کانال و پیچ مربوط به کنتاکت مدار فرمان

۱۷- ترمینال اتصال سیم بوبین

۱۸- هسته متحرک

 
[list]

[*]مزایای استفاده از کنتاکتور
[/list]

 کنتاکتورها نسبت به کلیدهای دستی صنعتی مزایایی به شرح زیر دارند:

۱- مصرف کننده از راه دور کنترل می شود.

۲- مصرف کننده از چند محل کنترل می شود.

٣- امکان طراحی مدار فرمان اتوماتیک برای مراحل مختلف کار مصرف کننده وجود دارد.

۴- سرعت قطع و وصل کلید زیاد و استهلاک آن کم است.

۵- از نظر حفاظتی مطمئن ترند و حفاظت مناسب تر و کامل تر دارند.

۶- عمر مؤثرشان بیشتر است.

۷- هنگام قطع برق، مدار مصرف کننده نیز قطع می شود و به استارت مجدد نیاز پیدا می کند؛ در نتیجه از خطرات وصل ناگهانی دستگاه جلوگیری می گردد.

[list]
تفاوت کنتاکتور AC و DC[/list]

 کنتاکتور برای جریان های AC و DC ساخته می شود. تفاوت این دو نوع کنتاکتور در آن است که در کنتاکتورهای AC از یک حلقه اتصال کوتاه برای جلوگیری از لرزش حاصل از فرکانس برق استفاده می گردد.

نیروی کششی یک مغناطیس الکتریکی جریان متناوب، متناسب با مجذور جریان عبوری از آن و در نتیجه متناسب با مجذور اندکسیون مغناطیس است.

چون مقدار جریان لحظه ای با توجه به رابطه تغيير می کند، مقدار نیروی کششی مغناطیسی نیز برابر با  F= Fmax Sin2 ωtخواهد شد و تعداد دفعاتی که این نیرو ماکزیمم و صفر می شود، به اندازه دو برابر فرکانس شبکه خواهد گردید.

در نتیجه، در لحظاتی که مقدار نیروی کشش بیشتر از نیروی مقاوم فنرهای کنتاکتور باشد، هسنه کنتاکتور جذب می شود و در لحظاتی که مقدار نیروی کشش کمتر از مقدار نیروی فنرها شود، هسته متحرک کنتاکتور نیز آزاد شده و به محل اول خود بازمی گردد.

بدین ترتیب در هسته متحرک لرزش و صدا ایجاد خواهد شد این نوسانات را می توان به وسیله یک حلقه بسته که در سطح قطب ها جاسازی شده و حدود نصف تا سطح هر قطب را پوشانده است از بین برد و لرزش آن را برطرف کرد. عمل این حلقه آن است که مانند سیم پیچ ثانویه ترانسفورماتوری که در حالت اتصال کوتاه قرار گرفته است، از آن جریان القایی عبور میکند و باعث ایجاد فوران مغناطیسی فرعی در مدار هسته می شود.

این فوران فرعی با فوران اصلی اختلاف فاز دارد و در زمانی که نیروی کششی حاصل از فوران اصلی صفر باشد، نیروی کششی حاصل از فوران فرعی ماکزیمم خواهد بود و در حالتی که نیروی حاصل از فوران ماکزیمم باشد، این نیرو صفر خواهد بود و چون جمع این دو نیرو  به هسته متحرک اثر می کند، نیروی کششی در هر لحظه از نیروی مقاومت فنر بیشتر خواهد بود.

ولتاژ تغذیه بوبین کنتاکتورها متفاوت است و از ۲۴ تا ۳۸۰ ولت ساخته می شود. در اکثر کشورهای صنعتی برای حفاظت بیشتر، تغذیه بوبین کنتاکتورها را زیر ولتاژ حفاظت شده (۶۵ ولت) انتخاب می کنند و یا برای تغذیه مدار فرمان، ترانسفورماتور مجزا کننده به کار می برند.

                کنتاکتور اشنایدر
 
 
[list]

[*]مشخصات فنی کنتاکتور
[/list]

 نوع کنتاکتور با توجه به نوع مصرف کننده و شرایط کار، کنتاکتورها دارای قدرت و جریان عبوری مشخصی برای ولتاژهای مختلف جدول و مشخصات کنتاکتور توجه کافی مبذول کرد و انتخاب کنتاکتور را منطبق بر مشخصات مورد نیاز قرار داد.

برای اتصال مصرف کننده به شبکه باید از کلید یا کنتاکتوری با مشخصات مناسب استفاده کرد که کنتاکت های آن تحمل جریان راه اندازی و جریان دائمی را داشته باشد و همچنین در صورت اتصال کوتاه، جریان لحظه ای زیادی که از مدار عبور میکند و با جرقه ای که هنگام قطع مدار ایجاد می شود، صدمه ای به کلید نزند.

 بدین منظور و برای که بتوانیم پس از طراحی مدار، کنتاکتور مناسب را برای اتصال مصرف کننده به شبکه انتخاب کنیم، باید با مقادیر نامی مربوط به کنتاکتور آشنا شویم. این مقادیر برای کلیدهای غیر مغناطیسی، مانند کلید اهرمی و غلتکی نیز وجود دارد. 

به علت این که کنتاکتورها را بیش تر برای راه اندازی الکتروموتورها به کار می برند، آشنایی با پلاک نصب شده روی موتورها لازم است. شکل پلاک یک موتور آسنکرون را نشان می دهد و در آن:

۱- مشخص کننده کارخانه سازنده آن است.

۲- موتور سه فاز شماره ای که کارخانه سازنده نوع و مشخصات فنی الکتروموتور را در کاتالوگ های خود اعلام می کند و برای خرید و انتخاب الکتروموتور مورد استفاده قرار می گیرد.

٣- این موتور می تواند به صورت مثلث یا ستاره کار کند. طریقه نصب موتور افقی است و مطابق استاندارد شماره ۲۰/۶۷۸۲ به کار می رود.

۴- قدرت موتور سه کیلو وات است و برای اتصال مثلی (۵) با ولتاژ خطی ۲۲۰ ولت و اتصال ستاره با ولتاژ ۳۸۰ ولت و فرکانس ۵۰ هرتز کارمی کند.

۵- در اتصال مثلث با ولتاژ کار ۲۲۰ ولت جریان جذب شده موتور ۱۰/۹ آمپر در اتصال ستاره با ولتاژ کار ۳۸۰ ولت جریان جذب شده موتور  ۶/۲۲ آمپر است. تعداد دور موتور ۲۸۵۰ دور در دقیقه است.

۶- ضریب قدرت نامی موتور (۰٫۸۷ =Cos ᴓ) و درجه استاندارد عایقی موتور E و وزن آن ۳/۴ کیلوگرم است.

 ۷- حرف IP33 مشخص کننده درجه حفاظت بدنه نسبت به نفوذ آب است. برای گرفتن اطلاعات بیشتر باید به جدول حفاظت بدنه طبق استاندارد مراجعه شود.

                                    اجزای کنتاکتور اشنایدر
[list]

[*]شستی استارت استوپ و سلکتور سوئیچ
[/list]

شستی ها از جمله وسایل فرمان هستند که تحریک آنها به وسیله دست انجام میگیرد و در انواع مختلف و برای کاربردهای متفاوت طراحی می شوند.

شستی هایی که پس از تحریک، دو کنتاکت وصل را قطع میکنند شستی استاپ (قطع) و شستی هایی که پس از تحریک دو کنتاکت، قطع را وصل می کنند شستی استارت (وصل) نامیده می شوند.

شستی هایی که هر دو عمل را در یک زمان انجام می دهند. به شستی استاپ و استارت دوبل معروف هستند.

شستی استارت استوپ اشنایدر
[list]

[*]بی متال
[/list]

 دستگاه های الکتریکی را باید در مقابل خطرات و خطاهای احتمالی حفاظت کرد. یکی از راه های حفاظت موتورهای الکتریکی، استفاده از رله حرارتی و رله مغناطیسی است.

رله حرارتی، موتور را در مفایل اضافه بار (بار زیاد) حفاظت میکند. اصول ساختمان آن از دو فلز که دارای ضریب انبساط طولی مختلف هستند، تشکیل شده است.

 این در فلز در حالت گرم به وسیله غلتک پرس شده و به صورت یک تکه دیده می شود. این دو فلز تشکیل یک بی متال نمی دهد. در اثر عبور جریان هر دو فلز گرم و طول آنها زیاد می شود و چون ازدیاد طول یکی از فلزات بیشتر از دیگری است، از این رو دو فلز با هم خم می شوند.

این حرکت به طور مستقیم و با به وسیله اهرم هایی به یک کنتاکت منتقل شده مدار را قطع یا وصل میکند. از خاصیت بی متال در فیوزها، رله های بی متال استفاده میشود. رله های بار زیاد (بی متال) قابل تنظیم است و در مقابل اضافه بار از ۰۵/ ۱ تا ۱۰ برابر جریان نامی، موتور را قطع می کند.

در نمونه سه فاز آن رله حرارتی از سه پل قدرت برای عبور جریان اصلی مصرف کننده تشکیل شده و دارای دو کنتاکت فرمان است: یکی کنتاکت بسته جهت قطع مدار تغذیه کنتاکتور و دیگری کنتاکت باز که پس از عمل بی متال بسته می شود و برای اطلاع دادن از خطای حاصل در مدار به کار می رود.

بعضی از این رله ها کلیدی دارند که برای دو حالت دستی و اتوماتیک طراحی شده اند. در حالت دستی پس از عمل رله باید با دست آن را به حالت اول برگرداند. در حالت اتوماتیک، رله پس از مدت زمانی معین به حالت اول باز می گردد.

                                رله بی متال اشنایدر
[list]

[*]کلید محافظ
[/list]

کلید محافظ می تواند موتور را در مقابل اتصال کوتاه و اضافه بار حفاظت کند. برای عمل رله، معمولا آن را روی جریان معینی تنظیم میکنند (۱/۵ تا ۱/۸ برابر جریان نامی). وقتی که جریان از حد تنظیم شده بیشتر شود، عضو حرارتی رله عمل کرده مدار را قطع می کند.

عضو مغناطیسی این رله از یک هسته آهنی ثابت و یک هسته متحرک و یک بوبین تشکیل شده است؛ به طوری که هسته متحرک از طریق نیروی یک فنر به طرف بالا کشیده شده است.

وقتی که جریان از حد تنظیم شده بالاتر رود در مدار اتصال کوتاه به وجود آید، بویین مغناطیس شده هسته متحرک را به سمت پایین می کشد و باعث قطع کنتاکت های متصل به هسته متحرک می شود؛ در نتیجه رله مدار را قطع میکند مدت زمان عمل رله بسیار کم است؛ به همین دلیل این رله را رله سریع میگویند.

 
[list]

[*]لامپ سیگنال
[/list]

لامپ های علامت دهنده با لامپ سیگنال در کلیه دستگاه های صنعتی و تابلوهای توزیع و تابلو فرمان به کار می رود. نوع استفاده از لامپ متفاوت است.

این لامپ به عنوان لامپ خبر استفاده میشود و می تواند روشن بودن، خاموش بودن و یا عیب دستگاه و … را نشان دهد. لامپ های سیگنال را قبل از هر بار کار انداختن دستگاه صنعتی باید به وسیله کلید مخصوص امتحان کرد و از سالم بودن مدار و همچنین لامپ آن کاملا مطمئن شد تا در صورت بروز خطا در مدار بتواند به خوبی عمل کند.

                                                                                      لامپ سیگنال اشنایدر
[list]

[*]فيوز ها
[/list]

در کلیه تأسیسات الکتریکی برای جلوگیری از صدمه دیدن و معیوب شدن وسایل و نیز برای قطع کردن دستگاه های معیوب از شبکه که بر اثر عوامل مختلف از قبیل نقصان عایق بندی، ضعف استقامت الکتریکی یا مکانیکی و ازدیاد بیش از حد جریان مجاز (اتصال کوتاه) وسایل حفاظتی مختلف به کار می رود.

این وسایل باید طوری انتخاب شوند که در اثر اضافه بار یا اتصال کوتاه در کوتاه ترین زمان ممکن و قبل از این که صدمه ای به سیم ها و تجهیزات الکتریکی شبکه برسد، مدار قسمت معیوب را قطع کنند. یکی از این وسایل حفاظتی، فیوز است. فیوزها از نظر زمان قطع برحسب منحنی ذوب سیم حرارتی داخل آنها به دو نوع تندکار و کندکار تقسیم می شوند.

فیوزهای تندکار زمان قطع کمتری نسبت به فیوزهای کندکار دارند و به همین دلیل در مصارف روشنایی به کار می روند. فیوزهای کندکار دارای زمان قطع طولانی تری هستند و در نتیجه برای راه اندازی موتورهای الکتریکی به کار می روند. تحمل جریان راه اندازی موتور در حدود ۳ تا ۷ برابر جریان نامی است که برای روی کلیه فیوزها جریان نامی آنها نوشته می شود. این جریان کمتر از جریان ماکزیمم تحمل فیوز است.

فیوزها در انواع فشنگی، اتوماتیک (آلفا)، مینیاتوری، بکس، کاردی (تیغه ای)، شیشه ای با کارتریج و فیوزهای فشار قوی ساخته می شوند.

معمولا فیوزهایی که در مدار قدرت به کار می روند، مدار کنتاکتور را در مقابل اتصال کوتاه محافظت می کنند؛ یعنی در واقع حفاظت سیم های رابط مدار را نیز بر عهده دارند. بنابراین در مدارهایی که مثلا نيوز ۲۵ آمپری به کار می رود، ممکن است در مدار فرمان آنها از سیم یک یا یک و نیم استفاده شود. پس لازم است مدار فرمان با فیوز جداگانه ای حفاظت شود.

فیوزهای اتوماتیک با آلفا نوعی فیوز خودکار است که عبور جریان بیش از حد مجاز از آن باعث قطع مدار می شود؛ اما می توان دوباره شستی آن را به داخل فشرد تا ارتباط برقرار گردد. بعضی از فیوزهای خودکار در عمل جریان زیاد و بار زیاد را در مدارها کنترل می کنند؛ اما پس از قطع شدن، باید پس از مدت کمی دوباره شستی مربوط به آن را فشار داد تا مدار را وصل کند.

در فیوزهای اتوماتیک دو عنصر مغناطیسی و حرارتی وجود دارد که قسمت مغناطیسی آن اتصال کوتاه یا جریان زیاد و قسمت حرارتی آن (بی متال) بار زیاد (افزایش جریان تدریجی) را قطع می کند.

                                                                                        کلید مینیاتوری اشنایدر
 
 

کلید مینیاتوری نوعی فیوز اتوماتیک است که از نظر ساختمان داخلی به فيوز آلفا شباهت دارد و از سه قسمت رله مغناطیسی (رله جریان زیاد زمان سریع)، رله حرارتی یا رله بی متال (رله جریان زیاد تأخیری) و کلید تشکیل شده است.

این مجموعه را کلید موتور نیز مینامند. این کلیدها در دو نوع L و G ساخته شده است. نوع L در مصارف روشنایی به کار می رود و تندگار است (Light) و نوع G در راه اندازی وسایل موتوری مورد استفاده قرار میگیرد و کندکار است. این کلیدها در انواع تک فاز، دو فاز و سه فاز ساخته می شود.