مهندسی برق
بررسی نقش کنتاکتور در مدار سافتاستارتر
مرداد
استفاده از کنتاکتور در سافتاستارتر؛ آیا Main Contactor الزامی است؟
بررسی Main Contactor، Bypass Contactor و دو روش اتصال In-Line و Inside-Delta
در طراحی مدار راهاندازی موتورهای الکتریکی با Soft Starter، یکی از پرسشهای رایج این است که آیا وجود کنتاکتور در ورودی سافتاستارتر الزامی است یا خیر؟
این سؤال زمانی اهمیت بیشتری پیدا میکند که موتور به قابلیت Soft Stop نیز نیاز داشته باشد. در برخی طراحیها تصور میشود که اگر کنتاکتور قبل از سافتاستارتر قرار گیرد، دیگر امکان استفاده از توقف نرم وجود ندارد.
این برداشت دقیق نیست.
مشکل، وجود کنتاکتور نیست؛ مشکل، نحوه استفاده از آن و زمان قطع آن است.
از طرف دیگر، در سافتاستارترها فقط یک نوع کنتاکتور مطرح نیست. بسته به نوع آرایش مدار، ممکن است با Main Contactor، Bypass Contactor و در برخی طراحیها آرایشهای خاص کنتاکتوری برای Inside-Delta مواجه باشیم.
بنابراین برای طراحی صحیح تابلو، باید ابتدا نقش هر کنتاکتور و سپس محل قرارگیری آن مشخص شود.
سافتاستارتر چه کاری انجام میدهد؟
سافتاستارتر با کنترل ولتاژ مؤثر اعمالشده به موتور، فرآیند راهاندازی را کنترل میکند. هدف اصلی در راهاندازی، کاهش جریان هجومی، کاهش تنش مکانیکی و کنترل شتاب موتور است.
در مدلهایی که قابلیت Soft Stop دارند، همین کنترل در زمان توقف نیز استفاده میشود تا موتور بهجای قطع ناگهانی، طی یک زمان مشخص بهصورت کنترلشده متوقف شود.
این قابلیت در کاربردهایی مانند پمپها، نوار نقالهها و برخی بارهای مکانیکی اهمیت زیادی دارد. در سیستمهای پمپاژ، برای مثال، توقف ناگهانی موتور میتواند موجب تغییرات ناگهانی سرعت سیال و ایجاد Water Hammer شود.
بنابراین اگر Soft Stop برای فرآیند مهم باشد، باید هنگام توقف عادی، سافتاستارتر همچنان در مدار باقی بماند تا بتواند فرآیند توقف را اجرا کند.
آیا Main Contactor قبل از سافتاستارتر الزامی است؟
خیر.
سافتاستارتر برای انجام عملیات Start و Stop خود الزاماً به Main Contactor نیاز ندارد.
ABB در راهنمای فنی خود نیز اشاره میکند که استفاده از کنتاکتور اصلی بهصورت سری با سافتاستارتر الزامی نیست، هرچند در برخی کاربردها استفاده از آن برای Emergency Stop و قطع مدار در شرایط خطا توصیه میشود.
بنابراین باید دو موضوع کاملاً جدا از یکدیگر در نظر گرفته شود:
کنترل موتور توسط سافتاستارتر
و
قطع و ایزولاسیون مدار توسط تجهیزات کلیدزنی.
ممکن است یک سافتاستارتر بدون Main Contactor نیز بتواند وظیفه خود را انجام دهد، اما طراحی تابلو به دلایل ایمنی، شرایط اضطراری، فلسفه کنترل یا الزامات پروژه به یک کنتاکتور اصلی نیاز داشته باشد.
در نتیجه، نمیتوان گفت:
هر سافتاستارتر الزاماً باید یک کنتاکتور در ورودی داشته باشد.
چرا قطع Main Contactor میتواند Soft Stop را از بین ببرد؟
اشکال زمانی ایجاد میشود که کنتاکتور اصلی مستقیماً با فرمان STOP قطع شود.
در این حالت، به محض صدور فرمان توقف، تغذیه سافتاستارتر قطع شده و دیگر امکان اجرای Ramp مربوط به Soft Stop وجود ندارد.
بنابراین موتور بهجای اینکه توسط سافتاستارتر بهصورت کنترلشده متوقف شود، ممکن است وارد حالت Coast Stop شود یا طبق شرایط مکانیکی خود از حرکت بایستد.
بنابراین عبارت دقیق فنی این نیست که:
«کنتاکتور قبل از سافتاستارتر باعث حذف Soft Stop میشود.»
بلکه باید گفت:
«قطع Main Contactor قبل از تکمیل فرآیند Soft Stop باعث میشود سافتاستارتر نتواند توقف نرم را اجرا کند.»
این دو جمله از نظر مهندسی تفاوت مهمی دارند.
پس اگر به Main Contactor نیاز داشته باشیم چه کنیم؟
اگر Main Contactor به دلایل ایمنی یا طراحی در مدار وجود دارد، منطق کنترل باید طوری طراحی شود که در Normal Stop ابتدا سافتاستارتر فرآیند توقف را اجرا کند.
پس از پایان توقف، در صورت نیاز، کنتاکتور اصلی میتواند قطع شود.
اما در Emergency Stop وضعیت متفاوت است. در شرایط اضطراری، اولویت با ایمنسازی و قطع انرژی است و نباید الزاماً منتظر پایان Ramp توقف نرم ماند.
به همین دلیل در طراحی حرفهای، Normal Stop و Emergency Stop نباید الزاماً یک منطق داشته باشند.
Main Contactor با Bypass Contactor یکسان نیست
یکی از اشتباهات رایج در طراحی تابلوهای سافتاستارتر، یکی دانستن Main Contactor و Bypass Contactor است.
Main Contactor
کنتاکتور اصلی برای قطع و وصل مدار قدرت، ایزولاسیون عملیاتی یا قطع در شرایط خاص استفاده میشود.
وجود آن به نوع طراحی و الزامات پروژه بستگی دارد.
Bypass Contactor
کنتاکتور بایپس وظیفه دیگری دارد.
پس از اینکه موتور راهاندازی شد و به شرایط کار عادی رسید، Bypass Contactor میتواند مسیر اصلی جریان را از بخش قدرت سافتاستارتر عبور دهد.
در نتیجه جریان کمتر از مسیر نیمههادی عبور میکند و تلفات حرارتی سافتاستارتر کاهش مییابد.
برخی سافتاستارترها Bypass داخلی دارند و در برخی مدلها امکان استفاده از Bypass خارجی وجود دارد. برای نمونه، ABB در مستندات خود استفاده از External Bypass را برای برخی مدلها بهصورت یک قابلیت قابل تنظیم معرفی کرده است.
عملکرد Bypass در زمان راهاندازی و توقف
وجود Bypass نباید باعث شود تصور کنیم سافتاستارتر در تمام زمان کار از مدار خارج است.
در هنگام راهاندازی، سافتاستارتر باید کنترل موتور را در اختیار داشته باشد تا فرآیند Soft Start انجام شود.
پس از رسیدن موتور به شرایط کاری، Bypass میتواند وارد مدار شود.
در هنگام فرمان توقف، اگر Soft Stop فعال باشد، باید کنترل موتور دوباره در اختیار سافتاستارتر قرار گیرد تا Ramp توقف اجرا شود.
در نتیجه، ترتیب عملکرد باید با منطق داخلی سافتاستارتر هماهنگ باشد.
نکته بسیار مهم این است که نباید Bypass را بهصورت مستقل و بدون توجه به منطق سازنده سافتاستارتر کنترل کرد.
در برخی مدلها Bypass داخلی است و خود دستگاه آن را کنترل میکند. در برخی مدلها برای Bypass خارجی خروجی یا منطق کنترلی مشخصی وجود دارد.
دو روش اصلی اتصال سافتاستارتر: In-Line و Inside-Delta
سافتاستارترها از نظر نحوه اتصال به موتور معمولاً با دو آرایش اصلی طراحی میشوند:
In-Line Connection
و
Inside-Delta Connection
اما نکته مهم این است که همه سافتاستارترها قابلیت Inside-Delta ندارند. برای مثال ABB تصریح کرده است که سریهای PSE و PSR فقط بهصورت In-Line قابل اتصال هستند، در حالی که برخی سریهای دیگر قابلیت Inside-Delta را دارند.
بنابراین پیش از طراحی مدار، باید حتماً Manual همان مدل بررسی شود.
اتصال In-Line چیست؟
اتصال In-Line متداولترین و سادهترین روش اتصال سافتاستارتر است.
در این آرایش، سافتاستارتر مستقیماً در مسیر سهفاز تغذیه موتور قرار میگیرد و جریان خط موتور از سافتاستارتر عبور میکند.
در این روش، تجهیزات اصلی مدار مانند Main Contactor و تجهیزات حفاظت و قطع مدار نیز مطابق نقشه سازنده در مسیر اصلی قرار میگیرند.
یکی از مزیتهای اصلی این روش، سادگی سیمکشی و عیبیابی است.
در اتصال In-Line، سافتاستارتر باید برای جریان نامی خط موتور انتخاب و تنظیم شود.
برای مثال، اگر جریان نامی موتور 100 آمپر باشد، در یک طراحی In-Line معمولاً سافتاستارتر باید بر اساس جریان کاری 100 آمپر انتخاب شود.
ABB نیز همین اصل را در راهنمای خود بیان کرده است؛ در اتصال In-Line، تجهیزات باید برای جریان کامل نامی موتور انتخاب شوند.
اتصال Inside-Delta چیست؟
در اتصال Inside-Delta، سافتاستارتر دیگر بهصورت کامل در مسیر خط قرار نمیگیرد، بلکه در داخل مدار مثلث سیمپیچهای موتور قرار میگیرد.
در نتیجه سافتاستارتر بخشی از جریان خط را که در شاخههای مثلث جاری است، تحمل میکند.
مزیت اصلی این روش این است که جریان عبوری از سافتاستارتر تقریباً:
58% جریان نامی خط موتور
خواهد بود.
ABB نیز برای Inside-Delta مقدار 58% یا (1/\sqrt{3}) جریان را ذکر کرده است.
بنابراین در صورت مجاز بودن استفاده از این آرایش، میتوان سافتاستارتری با جریان نامی پایینتر نسبت به حالت In-Line انتخاب کرد.
برای مثال، برای موتوری با جریان خط 100 آمپر، جریان سافتاستارتر در Inside-Delta تقریباً 58 آمپر خواهد بود.
البته این مسئله به معنی انتخاب خودکار یک سافتاستارتر 58 آمپری برای هر موتور 100 آمپری نیست. جریان کاری، کلاس بار، Duty، شرایط استارت و دستورالعمل سازنده باید بررسی شود.
چه موتوری را میتوان بهصورت Inside-Delta متصل کرد؟
این موضوع بسیار مهم است.
موتور باید قابلیت کار دائم در اتصال Delta با ولتاژ شبکه را داشته باشد و سافتاستارتر نیز باید صراحتاً Inside-Delta را پشتیبانی کند.
بنابراین نمیتوان صرفاً بر اساس توان موتور تصمیم گرفت که مدار را Inside-Delta ببندیم.
همچنین در این روش باید هر شش سر سیمپیچ موتور در دسترس باشد؛ در نتیجه اتصال موتور به سافتاستارتر به شش رشته هادی بین تابلو و موتور نیاز دارد.
ABB نیز به همین نکته اشاره میکند و Inside-Delta را مناسب موتوری میداند که امکان اتصال دائم به شکل Delta را داشته باشد.
این یکی از معایب مهم Inside-Delta در پروژههایی با فاصله زیاد بین تابلو و موتور است؛ زیرا تعداد هادیهای قدرت بین تابلو و موتور افزایش مییابد.
Main Contactor در In-Line و Inside-Delta
یکی از نکات مهم در بحث کنتاکتورها، محل قرارگیری Main Contactor در این دو آرایش است.
در In-Line، کنتاکتور اصلی در مسیر اصلی تغذیه سافتاستارتر و موتور قرار میگیرد و باید برای جریان کامل خط انتخاب شود.
در Inside-Delta، آرایش متفاوت است و کنتاکتور و تجهیزات موجود در مدار مثلث نیز در داخل مدار Delta قرار میگیرند.
در نتیجه، جریان عبوری از این تجهیزات نسبت به حالت In-Line کاهش مییابد.
ABB برای نمونه توضیح میدهد که در یک موتور 100 آمپری، در اتصال In-Line تجهیزاتی مانند Main Contactor باید برای 100 آمپر انتخاب شوند، در حالی که در Inside-Delta مقدار جریان مربوط به مدار داخلی حدود 58 آمپر است و تجهیزات قرارگرفته در آن بخش نیز بر همین اساس انتخاب میشوند.
بنابراین انتخاب کنتاکتور در Inside-Delta را نباید صرفاً بر اساس جریان نامی خط موتور انجام داد؛ محل قرارگیری کنتاکتور در مدار نیز اهمیت دارد.
آیا Bypass در In-Line و Inside-Delta یکسان است؟
خیر.
منطق Bypass در هر دو روش باید مطابق طراحی خود سافتاستارتر باشد.
در یک سافتاستارتر با Bypass داخلی، این کار ممکن است بهطور کامل توسط خود دستگاه انجام شود.
در مدلهایی که Bypass خارجی دارند، کنتاکتور Bypass و مدار کنترل آن باید دقیقاً مطابق دستورالعمل سازنده طراحی شود.
در Inside-Delta نیز به دلیل قرار گرفتن سافتاستارتر در شاخههای داخلی مثلث، آرایش تجهیزات با In-Line متفاوت است و نمیتوان نقشه یک آرایش را مستقیماً برای دیگری استفاده کرد.
بنابراین عبارت «کنتاکتور بایپس را همیشه اینجا قرار دهید» یک قاعده عمومی قابل اتکا نیست.
نقشه Wiring Diagram همان مدل سافتاستارتر مرجع نهایی طراحی است.
یک نکته مهم درباره کنتاکتور پاییندست سافتاستارتر
قرار دادن کنتاکتور بین سافتاستارتر و موتور نیز ممکن است در برخی پروژهها مطرح شود، اما این کنتاکتور را نباید بدون توجه به منطق عملکرد سافتاستارتر کنترل کرد.
برای نمونه Schneider در راهنمای ATS22 تصریح میکند که اگر کنتاکتور پاییندست بین سافتاستارتر و موتور استفاده شود، باید قبل از فرمان Run بسته باشد و در طول فرآیند مربوط به دمغناطیسشدن موتور نیز باز نشود؛ همچنین نباید وقتی این کنتاکتورها باز هستند، بخش قدرت سافتاستارتر فعال شود.
این هشدار نشان میدهد که اضافه کردن یک کنتاکتور به مدار سافتاستارتر صرفاً یک مسئله سیمکشی ساده نیست؛ زمانبندی و Interlock آن نیز اهمیت دارد.
مقایسه In-Line و Inside-Delta
| ویژگی | In-Line | Inside-Delta |
|---|---|---|
| روش اتصال | سافتاستارتر در مسیر خط | سافتاستارتر داخل مدار مثلث |
| جریان سافتاستارتر | تقریباً 100% جریان خط | تقریباً 58% جریان خط |
| پیچیدگی سیمکشی | کمتر | بیشتر |
| تعداد سیم بین تابلو و موتور | معمولاً 3 فاز + PE و مطابق مدار | 6 هادی قدرت برای شش سر موتور + PE مطابق طراحی |
| انتخاب سافتاستارتر | بر اساس جریان خط و شرایط کاری | بر اساس جریان داخل Delta و شرایط کاری |
| نیاز به موتور شش ترمیناله | خیر | بله |
| امکان استفاده در همه سافتاستارترها | معمولاً بله | خیر |
| سهولت عیبیابی | بیشتر | کمتر |
| مناسب برای کابلکشی طولانی | معمولاً مناسبتر | ممکن است بهدلیل شش هادی اقتصادی نباشد |
ABB نیز به افزایش تعداد کابلها و این واقعیت که In-Line در مسیرهای طولانی میتواند اقتصادیتر باشد اشاره کرده است.
کدام روش بهتر است؛ In-Line یا Inside-Delta؟
هیچ پاسخ مطلقی وجود ندارد.
In-Line معمولاً انتخاب سادهتر و کمریسکتری از نظر سیمکشی، راهاندازی و عیبیابی است.
در مقابل، Inside-Delta میتواند در توانها و پروژههای مناسب، با کاهش جریان نامی مورد نیاز سافتاستارتر و برخی تجهیزات، مزیت اقتصادی ایجاد کند.
اما این مزیت در برابر پیچیدگی بیشتر سیمکشی، نیاز به شش سر موتور و محدودیت سازگاری سافتاستارتر قرار میگیرد.
بنابراین نباید فقط با دیدن عدد 58% نتیجه گرفت که Inside-Delta همیشه بهتر و ارزانتر است.
در پروژهای که موتور در فاصله زیادی از تابلو قرار دارد، افزایش تعداد کابلها ممکن است بخشی از صرفهجویی ایجادشده در سافتاستارتر را از بین ببرد.
جمعبندی نهایی
در طراحی مدار سافتاستارتر، چند موضوع باید از یکدیگر تفکیک شوند:
Main Contactor برای قطع و وصل و در برخی کاربردها ایمنی و ایزولاسیون استفاده میشود.
Bypass Contactor برای عبور دادن جریان موتور از مسیر بایپس پس از پایان فرآیند راهاندازی استفاده میشود و در برخی مدلها بهصورت داخلی در خود سافتاستارتر تعبیه شده است.
Soft Stop زمانی قابل اجراست که سافتاستارتر هنگام توقف همچنان کنترل موتور را در اختیار داشته باشد؛ بنابراین قطع فوری Main Contactor در توقف عادی میتواند Soft Stop را از بین ببرد.
از نظر اتصال قدرت نیز باید میان In-Line و Inside-Delta تفاوت قائل شد.
در In-Line، سافتاستارتر در مسیر اصلی خط قرار گرفته و برای جریان کامل موتور انتخاب میشود.
در Inside-Delta، سافتاستارتر داخل مدار مثلث موتور قرار میگیرد و جریان عبوری از آن حدود 58% جریان خط است. این روش به سافتاستارتر سازگار، موتور مناسب با دسترسی به شش سر سیمپیچ و طراحی دقیق مدار نیاز دارد.
بنابراین پاسخ حرفهای به سؤال «آیا کنتاکتور در سافتاستارتر لازم است؟» یک بله یا خیر ساده نیست.
باید ابتدا مشخص شود:
کدام کنتاکتور؟ در کجای مدار؟ با چه هدفی؟ در چه آرایش اتصالی؟ و در چه زمانی باید قطع یا وصل شود؟
اگر این چهار موضوع درست طراحی شوند، استفاده از کنتاکتور نهتنها با Soft Stop تناقضی ندارد، بلکه میتواند بخشی از یک مدار صنعتی کاملاً اصولی باشد.
