الإقلاع بنظام النجمة-المثلث لمحرك حثي ثلاثي الطور

تستخدم طريقة بدء تشغيل المحركات Démarrage des moteurs بنظام النجمة-المثلث Étoile-Triangle بشكل واسع للحد من التيار الكهربائي اللازم لإقلاع المحركات الغير متزامنة ثلاثية الطور Moteurs asynchrones triphasés. ويتم الاستعانة بهذه الطريقة خاصة في الميدان الصناعي لأنها تقلل من الصدمات الكهربائية والميكانيكية التي قد تؤدي إلى تلف المعدات وتعطيل الشبكة الكهربائية . ولاستخدامها بطريقة صحيحة وفعالة فإنه من الضروري فهم مبدأ عملها وفوائدها، بالإضافة إلى الشروط التي تُطبق فيها، وهذا ما سنتناوله في مقالة اليوم.

ما هو مبدأ بدء التشغيل بنظام النجمة-المثلث.

 قبل التعرف على مبدأ بدء التشغيل بنظام النجمة-المثلث لا بأس من التذكير بطريقة توصيل المحرك على هاذين النظامين لذلك أدعوكم لقراءة هذا المقال الذي يتناول هذا الأمر بالتفصيل: توصيل نظام النجمة أو المثلث لمحرك ثلاثي الطور

يعتمد بدء التشغيل بنظام النجمة-المثلث على تغيير توصيل ملفات المحرك Enroulements du moteur على مرحلتين:

• المرحلة الأولى البدء بنظام النجمة (☆) Démarrage en étoile: عند بدء تشغيل المحرك، يتم توصيل ملفات المحرك الثلاثة بنظام النجمة. وهذا يعني أن كل ملف سيتلقى جهدًا مخفضًا يساوي جهد خط الشبكة مقسومًا على √3. وبالتالي سيؤدي هذا الانخفاض في الجهد إلى تقليل التيار المستهلك، مما سيحد من الارتفاع الكبير لتيار البدء Courant de démarrage والذي يكون أقل بحوالي ثلاث مرات من تيار البدء المباشر.

• المرحلة الثانية التشغيل بنظام المثلث (△) Démarrage en triangle: بعد مضي بضع ثوانٍ، وعندما يصل المحرك إلى سرعته المطلوبة وينخفض التيار المطلوب، يتم تغيير نوع توصيل ملفات المحرك الثلاثة من بنظام النجمة إلى نظام المثلث. حيث في هذه الحالة، يتلقى كل ملف جهد خط الشبكة كاملا ، مما يسمح للمحرك بالاشتغال بكامل طاقته.

الهدف من بدء التشغيل بنظام النجمة-المثلث.

الهدف الرئيسي من استخدام هذه الطريقة هو تقليل شدة التيار عند إقلاع المحرك . فعند إقلاع المحرك الغير المتزامن بطريقة مباشرة Démarrage direct، فإنه يستهلك تيارًا مرتفعًا جدًا قد يتراوح ما بين 5 إلى 7 أضعاف التيار الاسمي للمحرك، وهذه الزيادة المرتفعة في التيار يمكن أن تتسبب في انخفاض جهد الشبكة إلى مستوى قد يِؤثر سلبا على عمل الأجهزة الكهربائية الأخرى داخل الشبكة. وبالتالي فإن الحد من هذا التيار، يجعل نظام النجمة-المثلث مثاليا للحافظ على استقرار الشبكة الكهربائية ويضمن بدء تشغيل سلس للمحرك.

وبالإضافة الى هذا الهدف فإن لنظام النجمة-مثلث عدة مزايا نذكرمنها ما يلي:

• تقليل تيار بدء التشغيل، مما يقلل من الاضطرابات الغير المرغوب فيها داخل الشبكة الكهربائية.

• إقلاع المحرك بطريقة سلسة وبشكل تدريجي Démarrage progressif، مما يساعد على عدم تآكل الأجزاء الميكانيكية والصدمات على التروس والسيور Courroies.

• تعتبر هذه الطريقة حلاً اقتصادياً، حيث لا يتطلب الأمر إلا ثلاقثث كونتاكتورات ومؤقت زمني، مقارنةً بمغيرات السرعة الأكثر تكلفة.

• سهولة انجاز التوصيل ، حيث بتوصيلات بسيطة وصيانة محدودة يمكن التحكم في اقلاع المحرك بطريقة تدريجية.

مثال لحساب تيار البدء.

• القدرة الاسمية = 15 كيلوواط

• الجهد الاسمي = 400 فولت

• التيار الاسمي في نظام المثلث = 30 أمبير

• I نجمة = I مثلث / 3√ = 30 / 1.732 = 17.3 أمبير

ما هي شروط استخدام نظام النجمة-المثلث؟

بالرغم من أن هذه الطريقة فعالة لإقلاع المحركات الغير المتزامنة ثلاثية الطور إلا أنها تبقى غير صالحة لكل الحالات وتبقى مقيدة بشروط معينة نذكر منها:

• يجب أن يكون المحرك مصممًا للعمل على نظام المثلث تحت الجهد الذي توفره الشبكة. على سبيل المثال، يمكن تشغيل محرك بمواصفات 400V / ☆690V∆ . أولاً على نظام النجمة بجهد الشبكة 400 فولت ثم تحويله إلى نظام المثلث.

• هذه الطريقة مناسبة فقط للتطبيقات التي لا تتطلب عزم بدء مرتفع ، حيث عند الإقلاع سينتج المحرك فقط ثلث العزم الإسمي Couple nominal.

• تُستخدم هذه الطريقة بشكل رئيسي لبدء تشغيل للمحركات ذات القدرة المتوسطة والكبيرة ما بين 4 كيلوواط و75 كيلوواط.

• يُطبق نظام النجمة-المثلث فقط على المحركات الحثية ثلاثية الطور من نوع قفص السنجاب Cage d'écureuil.  

• لا تطبق هذه الطريقة إلا على نوع المحركات الغير متزامنة ثلاثية الطور التي تكون مزودة بنقاط توصيل خارجية Bornes de connexion وذلك لكي يتم بتغيير نظام توصيلها حسب جهد الشبكة.

خطوات إنجاز نظام النجمة-مثلث.

لإنجاز توصيل إقلاع المحرك بنظام النجمة-المثلث يجب اتباع الخطوات التالية: 

• تحديد بيانات المحرك وذلك بالتحقق من لوحة بيانات المحرك للتأكد من توافقه مع هذا النظام.

• تركيب ثلاث كونتاكتورات وهي: كونتاكتور رئيسي، وكونتاكتور لنظام النجمة وكونتاكتور لنظام المثلث .

• تركيب المؤقت الزمني الذي سيحدد الفترة الزمنية اللازمة قبل التحويل من النجمة إلى المثلث. 

• إنجاز توصيلات دائرة القيادة والتحكم مع مراعاة المخطط الكهربائي.

• اختبار التشغيل: ويكون هذا الاختبار بدون ربط المحرك حتى يتم التأكد من العمل السليم لنظام التحويل من النجمة إلى المثلث.

كيفية عمل الكونتاكتورات في نظام النجمة-المثلث.

يعتمد بدء التشغيل بنظام النجمة-المثلث على ثلاث كونتاكتورات رئيسية وهي:

• الكونتاكتور الرئيسي (KM1) : يقوم هذا الكونتاكتور بتوصيل المحرك بأظوار الشبكة الكهربائية الثلاثلة L1 و L2 و L3، أي تغذية المحرك ويظل مغلقًا طوال فترة التشغيل.

• الكونتاكتور الخاص بنظام النجمة (KM2) : يعمل هذا الكونتاكتور على توصيل ملفات المحرك بنظام النجمة عند بدء التشغيل ثم يفصل بعد فترة زمنية.

• الكونتاكتور الخاص بنظام المثلث (KM3) : يقوم هذا الكونتاكتور بتحويل طريقة توصيل ملفات المحرك من نظام النجمة إلى نظام المثلث وذلك بعد وصول المحرك إلى سرعته الاسمية.

ملحوظة: يتم التحكم في هذه العملية بواسطة مؤقت زمني، الذي يقوم بالتحكم في الكونتاكتورين KM2 و KM3 للتحويل من نظام النجمة إلى المثلث بعد فترة زمنية محددة (عادة ما بين 5 إلى 15 ثانية). عند التحويل إلى المثلث، يتم فتح الكونتاكتور KM2 الخاص بنظام النجمة قبل إغلاق الكونتاكتور KM3 الخاص بنظام المثلث لتجنب حدوث دارة قصيرة Court-circuit.

شرح المخطط الكهربائي.

لتطبيق هذا النظام يجب توصيل نوعين من الدوائر الكهربائية داخل صندوق التحكم وهما على التوالي دائرة القدرة وهي التي تقوم بربط أو فصل المحرك عن التغدية ( الكهرباء) والثانية هي دائرة التحكم وهي المسؤولة عن تنفيد مراحل التحكم في الكونتاكتورات الثلاث. ولفهم طريقة توصيل هذه الدوائر أدعوكم لمشاهدة هذا الفيديو: 

مقارنة لهذه الطريقة مع أنظمة أخرى.

الخاتمة.

يُعتبر نظام النجمة-المثلث حلًا عمليا وفعالًا لتقليل تيار إقلاع المحركات الحثية ثلاثية الطور، مما يساهم في حماية الشبكة الكهربائية والمعدات من التلف الناتج عن التيار العالي. ويتميز هذا النظام بسهولة التطبيق وتكلفته المنخفضة مقارنةً بأنظمة إقلاع أخرى، وهذا ما يجعله خيارا مثاليًا للعديد من التطبيقات الصناعية .

الأسئلة الشائعة (FAQ) 

• الجواب: لا يمكن، حيث أن هذا النظام مخصص فقط للمحركات ثلاثية الطور.

• الجواب: عادة ما تكون هذه المدة ما بين 5 إلى 15 ثانية، ولكنها قد تختلف اعتمادا على حجم المحرك ومجال تطبيقه.

• الجواب: لا طبعا، حيث أن نظام النجمة-مثلث لا ينتج سوى ثلث العزم الاسمي عند الإقلاع، وهذا ما يجعله غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب عزم بدء مرتفع.

• الجواب: التطبيقات الأكثر استخداماً لنظام النجمة-المثلث هي المضخات ، الضواغط، المراوح ، الناقلات، والمعدات الصناعية الأخرى التي لا تتطلب عزم بدء مرتفع.