كهرباء كنترول وتحكم

#ما_هو_الكونتاكتور_الصامت_(المصمت)؟

من المتعارف عليه أن هناك عدة أنواع من الكونتاكتورات التي تستخدم في اللوحات الكهربائية بغاية التبديل بالوصل والفصل بين العناصر الكهربائية ومصادر التغذية.

سنتعرف في هذا المقال عن إحدى أنواع الكونتاكتورات الكهربائية، وعن التطبيقات التي يستخدم فيها الكونتاكتور الصامت.

#ما هو الكونتاكتور الصامت؟
الكونتاكتور المصمت أو الصامت (بالإنجليزية: Silent Contactor) هو نوع من أنواع الكونتاكتورات الذي يستخدم في العديد من التطبيقات المختلفة لتجنب إصدار أصوات مزعجة بالمكان.

ويعد الكونتاكتور الصامت الأكثر رغبة للأماكن الهادئة، حيث توفر الهدوء عند الوصل والفصل دون أي صوت صادر على عكس الكونتاكتورات التقليدية العادية التي يصدر منها صوت مزعج أثناء التبديل بين الوصل والفصل.

#نقاط تلامس الكونتاكتور الصامت
نستعرض معكم بعضاً من نقاط تلامس الكونتاكتور المصمت، وآليه عمله خلال الوصل والفصل.

يتشابه الكونتاكتور الصامت الكونتاكتور العادي من حيث آليه عمله، ولكنه لا يصدر صوت مزعج بالمكان ما يجعله مثالي للاستخدامات التي تحتاج إلى الهدوء، وأكثر سرعة في التبديل.

ويأتي الكونتاكتور المصمت أو الصامت بعدة نقاط تلامس منها: نقاط مفتوحة (NO) وأخرى نقاط مغلقة (NC)، أو الأثنين معاً.

كما هو ملاحظ في الصورة أعلاه أن الكونتاكتور المصمت يأتي بنقاط توصيل مختلفة تختلف حسب الطلب الذي تريده، فهناك كونتاكتور مصمت بنقاط تلامس مغلقة (4 نقاط دخل وخرج)، وكونتاكتور مصمت آخر بنقطتين مفتوحة ونقطتين مغلقة.

ويتم اختيار نوع وعدد نقاط التلامس بناءً على آلية دائرة التحكم المتبعة بالمنظومة الكهربائية، وكذلك يختار الكونتاكتور الصامت عند رغبة صاحب المشروع الكهربائي به أو إذا كان المكان لا يحتمل الإزعاج، وننوه إلى أن الكونتاكتور المصمت أكثر ثمناً من الكونتاكتور العادي.

#أين يمكن استخدام الكونتاكتور الصامت؟
عادة ما يستخدم الكونتاكتور الصامت في الأماكن التي تحتاج إلى الهدوء الكامل دون أي إزعاج، ومن هذه الأماكن:

المستشفيات.
المدارس.
الجامعات.
المكاتب.
استوديوهات التسجيل.
القاعات العامة

#شروط_توصيل_دائرة_ستار_دلتا،

سنتعرف في هذا المقال على أسس ومعايير توصيل دوائر ستار دلتا لتشغيل المحركات الكهربائية ضمن الشروط المتبعة في الاختيار الصحيح للكونتاكتورات والاوفرلود.

#توصيل دائرة ستار دلتا
لكي توصل دائرة ستار دلتا لأي محرك كهربائي صغير 3 فاز، عليك أن تعرف مخطط دائرة القوى والتحكم التي لا بد من وجودها بالدائرة، ومن هذه العناصر:

دائرة القوى: الكونتاكتور الرئيسي- كونتاكتور ستار- كونتاكتور دلتا- اوفرلود- قاطع كهربائي 3 فاز- محرك كهربائي.

دائرة التحكم: مفاتيح تشغيل وإيقاف- نقاط تلامس مساعدة مفتوحة ومغلقة للكونتاكتورات الثلاثة- نقاط تلامس مفتوحة ومغلقة للاوفرلود- مؤقت زمني (تايمر ثواني).

#شروط توصيل دائرة ستار دلتا
تنويه مهم جداً: تأكد من سلامة وصحة التوصيلات بدائرة القوى والتحكم الكهربائي.

هناك بعض الشروط التي لا بد من التأكد منها أثناء اختيارك للكونتاكتورات الثلاثة والاوفرلود، ومن هذه الشروط:

اختيار كونتاكتور الدلتا والكونتاكتور الرئيسي بحيث يكون تيارهما نصف تيار المحرك الكهربائي مع إضافة عامل أمان 15% فوق التيار فقط لتصبح النسبة 58% لكل كونتاكتور.
يجب أن يكون تيار كونتاكتور ستار ثلث تيار المحرك الكهربائي، وذلك لأن تيار المحرك وهو يعمل ستار يكون ثلث تيار دلتا، أي أن المحرك يعمل بنسبة 33% من كامل تياره وهو يعمل ستار.
إذا تم توصيل الاوفرلود بعد الفيوزات الرئيسية مباشرة خارج دائرة الدلتا، في هذه الحالة يضبط تدريج الاوفرلود على قيمة تيار المحرك الكهربائي وهو يعمل دلتا.
في حين إذا وضع الاوفرلود بعد الكونتاكتور الرئيسي، حينها نضبط تيار الاوفرلود على ناتح القيمة التي تظهر في الصيغة الرياضية: (تيار الاوفرلود= تيار المحرك × 0.58).
تأكد من عدم إمكانية نزول كونتاكتور الدلتا مع كونتاكتور ستار في نفس الوقت، فإذا حدث ذلك قد يتسبب في حدوث شورت بين الثلاث فازات مؤدياً إلى تلف الكونتاكتورين.
تأكد من ترتيب أطراف المحرك دون أي تبديل بين الفازات أو حتى الملفات، وإلا سيسحب المحرك شدة تيار عالية جداً من الممكن أن تؤدي إلى أحتراقه وأيضاً إلى إتلاف الكونتاكتورين.
ضبط زمن تبديل المحرك من حال توصيل الستار إلى توصيل الدلتا، ويختلف زمن تشغيله ستار على حسب قدرة وسرعة المحرك، فكلما زادت قدرة وسرعة المحرك كلما يحتاج إلى زمن أطول حتى يأخذ سرعته الكاملة.
لا يجب تحميل المحرك بالكامل أثناء تشغيله على ستار، بل يجب التحميل الكامل بعد تغيير المحرك إلى دلتا

#كيفية_اختيار_كونتاكتورات_دوائر_ستار_دلتا،

من الضروري أن تتعرف على الطريقة الصحيحة لاختيار كل كونتاكتور مناسب بدائرة ستار دلتا، لأن الأمر هنا يختلف قليلاً حسب موقع ودور كل كونتاكتور بالدائرة.

#اختيار الكونتاكتور المناسب لدائرة ستار دلتا
تحتوي دائرة ستار دلتا ببساطة من ثلاث كونتاكتورات: كونتاكتور ستار- كونتاكتور دلتا- الكونتاكتور الرئيسي، ولكل كونتاكتور دور مهم في الدائرة، حيث:

كونتاكتور ستار هو تشغيل المحرك على شكل ستار لمدة ثواني معدودة.
كونتاكتور دلتا: يعمل على توصيل ملفات المحرك على شكل دلتا للتشغيل الدائم تحت جهد وتيار معين.
الكونتاكتور الرئيسي: يكون في حالة توصيل دائم سواء في توصيله ستار أو توصيله دلتا.
والغاية من توصيل دائرة ستار دلتا لبعض المحركات الكهربائية هو التخلص أو تخفيض قيمة تيار الإقلاع العالي لحظة تشغيل المحرك الكهربائي، وتعد دائرة ستار دلتا إحدى طرق إقلاع المحركات الكهربائية.

#كيفية اختيار كونتاكتورات دوائر ستار دلتا
اختيار كونتاكتور ستار المناسب
نعلم أن تيار ستار للمحرك الكهربائي يكون أصغر من تيار دلتا بنسبة لا تتجاوز 33% من كامل تيار المحرك الكهربائي، بالتالي فإن تيار ستار يساوي

كونتاكتور ستار = تيار المحرك الكهربائي * 0.33

بمعنى آخر يختار كونتاكتور ستار على قيمة تيار المحرك وهو يعمل دلتا ÷ 3

#اختيار كونتاكتور دلتا والكونتاكتور الرئيسي
في دائرة ستار دلتا يتم توصيل الكونتاكتورين (دلتا والرئيسي) على التوازي، حيث يتوزع التيار عليهما بالتساوي بنسبة 50% على كل كونتاكتور، لذا فإن اختيار الكونتاكتور يعتمد على تيار الدلتا والتيار المار عبر الكونتاكتور الرئيسي، وننوه إلى أن تيار الكونتاكتورين أصغر من تيار المحرك الكهربائي الكامل.

يتم اختيار كونتاكتور دلتا والكونتاكتور الرئيسي على أساس 58% من كامل تيار المحرك الكهربائي، أي نصف تيار المحرك تقريباً.

كونتاكتور دلتا= تيار المحرك × 0.58

وبناءً على الناتج يتم اختيار الكونتاكتور المناسب بحيث يكون قادر على تحمل تيار الدلتا للمحرك. كذلك الأمر ينطبق على الكونتاكتور الرئيسي:

الكونتاكتور الرئيسي= تيار المحرك × 0.58

خلاصة القول: أن اختيار كونتاكتور ستار يكون أصغر ويختار على قيمة شدة تيار المحرك الكهربائي وهو يعمل دلتا ÷ 3، أي يكون ثلث تيار المحرك الكامل.

في حين كونتاكتور دلتا والكونتاكتور الرئيسي يختاران على أساس 58% من كامل تيار المحرك الكهربائي

#لماذا_أمبير_كونتاكتورات_دائرة ستار دلتا أقل من أمبير المحرك؟

سؤال قد يراود في ذهن الكثير من المبتدئين في مجال كهرباء التحكم الصناعي عن موضوع في غاية الأهمية، وهو ما السبب الذي جعل من اختيار الكونتاكتورات بتيار أقل من تيار المحرك في دوائر ستار دلتا؟
#اختيار الكونتاكتور المناسب للمحرك الكهربائي
من المتعارف عليه أن اختيار الكونتاكتور المناسب لأي محرك كهربائي يكون على أساس أن يكون قادر على تحمل كامل تيار المحرك خلال العمل، بالتالي عليك اختيار الكونتاكتور بحيث يكون تياره المقنن ضعف تيار المحرك، حتى نضمن تحمل تيار المحرك.

فمثلاً إذا كان لدينا محرك كهربائي تياره 20 أمبير، فإن الكونتاكتور المناسب لهذا المحرك 30 أمبير أو 40 أمبير، وتجنب تركيب كونتاكتور 20 أمبير.

#لماذا أمبير كونتاكتورات دائرة ستار دلتا أقل من أمبير المحرك؟
عند النظر إلى أي دائرة ستار دلتا ستجد أن معظم تيار الكونتاكتورات المقنن أقل من تيار المحرك الكهربائي، ولكن لماذا وهل يسبب ذلك أعطال بالدائرة، أم لا توجد مشكلة وأن الطريقة عملية وصحيحة.

هناك هدف محدد لدوائر ستار دلتا وهو تخفيض تيار بدء التشغيل للمحرك إلى الثلث، والهدف من ذلك هو التخلص من تيار الإقلاع العالي الذي قد يكون بين 3 إلى 7 أضعاف التيار الطبيعي للمحرك.

ولكي نخفض من تيار بدء التشغيل للمحرك الكهربائي لا بد من توصيل ملفاته على شكل ستار بواسطة كونتاكتور ستار مع الكونتاكتور الرئيسي لمدة ثواني فقط لحظة بدء التشغيل.

#دائرة القوى لستار دلتا
#مخطط دائرة ستار دلتا لمحرك كهربائي
#كونتاكتور ستار
كما نعلم أن المحرك الكهربائي لكي يعمل بكامل قدرته في حالة ستار لا بد من تطبيق جهد وتيار ستار، والذي عادة يكون مكتوب على لوحة بيانات المحرك 660 فولت وتيار 10 أمبير مثلاً، ولكن عند تطبيق جهد دلتا على المحرك وهو يعمل ستار، فإنه سوف يعمل بثلث قدرته فقط (أي 33% من كامل قدرة المحرك).

ولهذا السبب فإن تيار كونتاكتور ستار يكون أقل من تيار المحرك وهو يعمل دلتا، ولإيجاد تيار كونتاكتور ستار قسم قيمة تيار المحرك وهو يعمل دلتا على 3

تيار ستار = تيار المحرك ÷ 3

كونتاكتور ستار= تيار ستار × معامل أمان (1.15)

ملحوظة: قد يضع البعض معامل الأمان 1.2 بدلاً من 1.15، وذلك يرجع لك.

#كونتاكتور دلتا
لماذا كونتاكتور دلتا يكون تياره المقنن أقل من تيار المحرك؟

لأن التيار الرئيسي (تيار المحرك) يتوزع على كونتاكتور دلتا الموصول مع نهايات ملفات المحرك، وعلى الكونتاكتور الرئيسي الموصول مع بدايات الملفات معاً.

وبما أن تيار المحرك يتوزع على الكونتاكتورين، فإن التيار المار عبر كل كونتاكتور من الكونتاكتورين يساوي 50% من كامل تيار المحرك مع معامل الأمان لتصبح النسبة 58%.

ويمكن تلخيص ذلك بالقوانين التالية:

تيار الكونتاكتور الرئيسي = تيار المحرك × 0.58

تيار كونتاكتور دلتا = تيار المحرك × 0.58

فمن خلال القوانين أعلاه تجد التيار المقنن لكونتاكتور دلتا والرئيسي

#تحديد_قيمة_تيار_الاوفرلود_لدوائر_ستار_دلتا،

لعل البعض قد يتساءل عن كيفية تحديد تيار فصل الاوفرلود بالنسبة لدوائر ستار دلتا، وهل هناك فرق في ضبط تيار الاوفرلود في حال كان موقعه قبل أو بعد الكونتاكتور الرئيسي أم لا، هذه التساؤلات سنجيب عنها بشرح مبسط.

#كيفية ضبط تيار الاوفرلود في دائرة ستار دلتا
يختلف طريقة ضبط تيار الفصل للاوفرلود حسب موقعه بالدائرة، بمعنى يمكن وضع الاوفرلود قبل الكونتاكتور الرئيسي أو بعده.

في حالة وضعه قبل الكونتاكتور الرئيسي، فإن قيمة تيار الفصل للاوفرولد ستكون نفس قيمة تيار المحرك وهو يعمل دلتا، في حين إذا تم وضع الاوفرلود بعد الكونتاكتور الرئيسي، فإن قيمة تيار الفصل ستكون نصف قيمة تيار المحرك.

والسبب هو أن تيار المحرك سوف يتجزأ في دائرة ستار دلتا على الكونتاكتورين الموصلين على التوازي (الكونتكتور الرئيسي وكونتاكتور دلتا).

بمعنى إذا كان لدينا محرك 3 فاز تياره 60 أمبير، سوف يتوزع التيار على الكونتاكتورين، التيار المار عبر كل كونتاكتور 30 أمبير، بالتالي عند وضع الاوفرلود بعد الكونتاكتور الرئيسي، في هذه الحالة سوف تضبط تيار الفصل له على 30 أمبير مع إضافة نسبة معامل أمان 5%.

#تحديد قيمة تيار الاوفرلود لدوائر ستار دلتا
هناك عدة أسس نظرية وعملية تحدد لنا المسار الصحيح لكيفية ضبط تيار الاوفرلود داخل دائرة ستار دلتا.

كما ذكرنا أن العامل الأساسي الذي يحدد لنا اختيار تيار فصل الاوفرلود هو موقعه بالدائرة؛ لأن هناك فرق كبير في عملية معايرة تيار الفصل لجهاز الحماية في حال وضعه قبل الكونتاكتور الرئيسي وبين وضعه بعد الكونتاكتور الرئيسي بدائرة ستار دلتا.

ومن الخطوات الأولية التي عليك مراعاتها قبل البدء في ضبط قيمة تيار الاوفرلود:

أولاً: تحديد موقع جهاز الحماية الحرارية (الاوفرلود) في دائرة ستار دلتا.
ثانيًا: في حال تم وضع الاوفرلود قبل الكونتاكور الرئيسي لدائرة ستار دلتا، فإن تيار الاوفولود سوف يتم ضبطه على نفس تيار المحرك وهو يعمل دلتا.
ثالثاً: في حال تم وضع الاوفرلود بعد الكونتاكتور الرئيسي، فإن تيار الاوفرلود سوف يضبط على نصف قيمة تيار المحرك، بمعنى إذا كان تيار المحرك 20 أمبير، فإن تيار الاوفرلود سيضبط على 10 أمبير.

#مكونات_انفرتر VFD،

مغير السرعة أو مبدل التردد هو جهاز متحكم مخصص في تشغيل وإيقاف والتحكم بسرعة المحركات الكهربائية الصناعية.

ويستخدم بكثرة نظرا لدوره في الحفاظ على المحركات لحظة البدء، وخلال مدة التشغيل المستمر، والإيقاف.

نستعرض معكم شرح مبسط عن المكونات الأساسية لجهاز مغير التردد VFD.

#مراجعة انفرتر VFD
نظرا للتطور السريع في مجال الإلكترونيات، توصلت الشركات إلى تصنيع أجهزة VFD، للتحكم بسرعة المحركات الحثية.

تأتي هذه الأجهزة بقدرات وأحجام مختلفة تتناسب مع طبيعة الاستخدام، وحسب قدرة المحرك المستخدم.

لا تعمل هذه الأجهزة على التحكم بسرعة المحرك فقط، بل تستطيع أيضاً التحكم في بدء تشغيل وإيقاف ناعمين للمحرك، كما هو الحال مع أجهزة سوفت ستارتر (المقلع الناعم).

وهذا ما يجعل أجهزة الـ VFD الأكثر تطورا واستخداما في التطبيقات المختلفة في الصناعة.

#مكونات انفرتر VFD
يتكون انفرتر VFD من عدة دارات وهي كالتالي:

دارة التوحيد Rectifier
تتكون من 6 دايودات موصولة معا على شكل قنطرة، تعمل كموحد موجة كاملة، وفي بعض الاحيان يتم استخدام الثايرستور بدلا من الدايودات، ووظيفتها تحويل جهد التغذية المتردد AC إلى جهد ثابت (DC).

دارة ربط تيار ثابت DC Link
تتكون من مكثفات وملفات، ووظيفتها تنعيم إشارة الجهد الثابت للتخلص من التموجات، وترشيح أو فلترة الإشارة من التوافقيات وغيرها من إشارات التشويش، ومن ثم نقلها إلى دارة العاكس.

دارة العاكس Inverter
تتكون من 6 ترانزستورات نوع IGBT، ويستخدم في بعض الأحيان الثايرستوات بدلا من الترانزستورات.

تقوم هذه الدارة بتحويل الجهد الثابت إلى جهد متغير بتردد وجهد محددين، بحيث تكون نسبة الجهد إلى التردد ثابتة.

دارة التحكم Control Circuit
تحتوي على معالج دقيق، تقوم بالتحكم في جميع الدارات المتواجدة بجهاز VFD، خاصة دارة العاكس من أجل الحصول على قيمتي الجهد والتردد المطلوبة.

البالوعة الحرارة ومراوح التبريد
يستخدمان لتبريد الجهاز، وخاصة ترانزستورات القدرة في دارة العاكس لحمايتها من التلف.

الغلاف أو الإطار الخارجي Housing
يصنع الغلاف الخارجي الخاص بجهاز VFD من البلاستيك المقوى، ووظيفته هي تغليف وحماية الأجزاء الداخلية من الأوساخ والغبار، ويحتوي عادة على فتحات للتهوية.

ويحتوي أيضاً على لوحة تحكم في الواجهة الأمامية للجهاز

#شرح_عمل_انفرتر VFD،

نعلم أن أغلب الأحمال الصناعية تحتوي على محركات كهربائية صغيرة ومتوسطة وكبيرة، بالتالي وجب علينا طرح الحلول المقترحة لمعالجة مشكلة_
تيار الإقلاع العالي لحظة بدء التشغيل.

سنتعرف في هذا المقال إلى دور جهاز الانفرتر الـ VFD، في تشغيل المحركات الكهربائية، وطريقة عمله، وما الميزات المتوفرة به.

#نظرة عامة عن انفرتر الـ VFD
الأحرف VFD اختصارا للجملة Variable Frequency Drive وتعني “جهاز مغير التردد”.

يطلق عليه أيضاً بجهاز مبدل التردد VSD، وتعني .Variable Speed Drive

يستخدم جهاز VFD بشكل عام كوسيلة حماية لإقلاع المحركات الكهربائية، وهو الأحدث والأفضل لبعض التطبيقات كالمضخات الكبيرة، وكذلك خطوط الإنتاج وغير ذلك.

وما يفعله الـ VFD هو أنه يتحكم في سرعة المحرك الكهربائي بواسطة التردد، بحيث يعطي إمكانية الوصول إلى عزم المحرك المقنن عند سرعات منخفضة، مع تيار بدء منخفض.

وأهم ما يميزه عن السوفت ستارتر هو إمكاناته على تنظيم سرعة المحرك بحيث تحصل على سرعة ثابتة ومنظمة خلال التشغيل المستمر، وليس فقط البدء والإيقاف كما هو الحال مع طرق الإقلاع الأخرى (ستار دلتا- سوفت ستارتر).

وهذا ما يجعله مفيد جداً في كثير من التطبيقات المختلفة والمهمة، مثل مضخات المياه، حيث إن الإيقاف المباشر للمضخة يؤدي إلى ما يسمى بالمطرقة المائية، ومفيد أيضاً في إيقاف الأحزمة الناقلة التي تحمل المنتوجات القابلة للكسر، حيث تعمل على تثبيت السرعة عند حد معين، مع البدء والإيقاف التدريجي.

#شرح عمل انفرتر VFD
سوف نشرح لكم طريقة عمل الانفرتر بأسلوب مبسط ومختصر بعيداً عن التعقيدات.

يحتوي الانفرتر VFD على قسمين هما:

القسم الأول: يقوم المتغير بتحويل الجهد المتغير AC إلى جهد المستمر DC.
القسم الثاني: يقوم مرة أخرى بتحويل الجهد المستمر DC إلى جهد متغير AC، ولكن بتردد متغير من 0 حتى 250 هرتز.
ولكن قد يسأل البعض ما الغاية من هذه التحويلات؟ الهدف الأساسي هو الحصول على تردد متغير القيمة، بالتالي إذا تمكنا من تغيير قيمة التردد، فإن هذا يسهل علينا التحكم في سرعة المحرك.

كما هو معلوم أن سرعة المحرك تتغير مع التردد، بالتالي يمكننا التحكم بسرعة المحرك عن طريق تغيير تردد خرج الانفرتر VFD وليس الدخل، ما ينتج بدء تشغيل وإيقاف ناعمين للمحركات.

وجدير بالذكر إلى أن العلاقة بين تردد المصدر وسرعة المحرك علاقة طردية، فكلما زاد تردد المصدر تزداد سرعة المحرك