يستخدم محرك نجمة دلتا (Star-Delta) لتقليل تيار البدء في المحركات الحثية ثلاثية الطور. تبدأ دائرة التحكم بتوصيل ملفات المحرك على شكل نجمة (Y)، ثم تحولها إلى دلتا (Δ) بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة.
يساعد هذا الأسلوب على تقليل تيار البدء والإجهاد على الشبكة والمكونات الميكانيكية. ومع ذلك، فإنه يقلل أيضًا عزم البدء. لذلك، يناسب المحركات التي لا تحتاج إلى عزم مرتفع عند بدء التشغيل.
في هذا المقال، سنتعرف على نظام نجمة دلتا، وآلية عمله، ومراحل تشغيله بطريقة مبسطة وواضحة.
ما هو نظام نجمة دلتا؟
نظام نجمة دلتا هو طريقة لبدء تشغيل المحركات الحثية ثلاثية الطور. تعتمد الطريقة على إعادة توصيل ملفات العضو الثابت بين شكلين مختلفين:
- توصيلة النجمة (Y): تستخدم عند بدء تشغيل المحرك.
- توصيلة الدلتا (Δ): تستخدم بعد تسارع المحرك للتشغيل الطبيعي.
عادةً ما يكون المحرك المناسب لهذا النظام مزودًا بستة أطراف لملفات العضو الثابت، مثل:
U1 – V1 – W1 – U2 – V2 – W2
ويجب أيضًا التأكد من أن بيانات لوحة المحرك تسمح بالتشغيل على الدلتا عند جهد الشبكة المستخدم.
مهم: لا يمكن تشغيل جميع المحركات ثلاثية الطور بنظام نجمة دلتا. يجب التحقق من لوحة بيانات المحرك وطريقة التوصيل المسموح بها قبل استخدام هذا النظام.
كيف يعمل محرك نجمة دلتا؟
يعتمد مبدأ عمل نجمة دلتا على تقليل الجهد المطبق على ملفات المحرك أثناء البدء. بعد ذلك، تنتقل الدائرة إلى توصيل الدلتا لتطبيق جهد الخط الكامل على الملفات.
1. بدء تشغيل المحرك على النجمة
عند الضغط على زر التشغيل، تغلق دائرة التحكم القاطع الرئيسي وقاطع النجمة.
تتصل ملفات المحرك على شكل نجمة. نتيجة لذلك، يصبح جهد كل ملف مساويًا تقريبًا لـ:
جهد الملف = جهد الخط ÷ √3
أي أن جهد الملف يبلغ نحو 58% من جهد الخط.
يؤدي انخفاض الجهد إلى تقليل تيار البدء. كما ينخفض عزم البدء لأن العزم يتناسب تقريبًا مع مربع الجهد.
لذلك، يكون عزم البدء في حالة النجمة حوالي ثلث عزم البدء عند التوصيل المباشر على الدلتا، في الظروف المثالية.
2. تسارع المحرك
بعد بدء التشغيل، يبدأ المحرك في زيادة سرعته تدريجيًا.
تحدد دائرة التحكم فترة النجمة باستخدام مؤقت أو وحدة تحكم مناسبة. ويجب اختيار زمن التحويل وفق خصائص المحرك والحمل.
إذا كان الحمل يحتاج إلى عزم بدء مرتفع، فقد لا يتمكن المحرك من الوصول إلى السرعة المطلوبة أثناء توصيل النجمة.
3. التحويل من النجمة إلى الدلتا
عندما يصل المحرك إلى سرعة مناسبة، تفصل دائرة التحكم قاطع النجمة.
بعد ذلك، تحدث فترة فصل قصيرة، ثم يغلق قاطع الدلتا.
بهذه الطريقة، يعاد توصيل ملفات المحرك على شكل دلتا. ويحصل كل ملف على جهد الخط الكامل.
يبدأ المحرك عندها في العمل في وضعه الطبيعي، مع توفر العزم المطلوب وفق خصائصه وظروف الحمل.
4. التشغيل على الدلتا
بعد اكتمال التحويل، يبقى القاطع الرئيسي وقاطع الدلتا في حالة تشغيل.
يعمل المحرك عند جهد التشغيل الكامل، وتصبح سرعته وأداؤه قريبين من ظروف التشغيل الطبيعية.
مقال ذو صلة: شرح دائرة ستار دلتا
لماذا يبدأ المحرك على النجمة؟
السبب الرئيسي هو تقليل تيار بدء المحرك.
عند تشغيل المحرك مباشرة على الخط باستخدام طريقة DOL، يمكن أن يسحب تيارًا مرتفعًا في لحظة البدء.
أما عند استخدام النجمة، ينخفض الجهد على كل ملف. وبالتالي ينخفض تيار البدء أيضًا.
لكن هذا التخفيض له تأثير آخر. إذ ينخفض عزم البدء إلى نحو ثلث قيمته مقارنةً ببدء المحرك مباشرة على الدلتا.
لذلك، تحقق طريقة نجمة دلتا توازنًا بين تقليل تيار البدء والحفاظ على قدرة المحرك على التسارع.
مقارنة بين النجمة والدلتا
| الخاصية | النجمة (Y) | الدلتا (Δ) |
|---|---|---|
| الاستخدام | بدء التشغيل | التشغيل الطبيعي |
| جهد الملف | حوالي 58% من جهد الخط | جهد الخط الكامل |
| تيار البدء | منخفض | أعلى |
| عزم البدء | حوالي ثلث عزم الدلتا | أعلى |
| الغرض الأساسي | تقليل تيار البدء | تشغيل المحرك بكامل الجهد |
ملاحظة: قيم التيار والعزم المذكورة هنا هي قيم تقريبية في الحالة المثالية. تختلف القيم الفعلية حسب تصميم المحرك والحمل وظروف الشبكة.
تسلسل تشغيل دائرة نجمة دلتا
تعمل دائرة Star-Delta Starter وفق تسلسل محدد:
- يضغط المشغل على زر التشغيل.
- يغلق القاطع الرئيسي.
- يغلق قاطع النجمة.
- يبدأ المحرك في الدوران بجهد منخفض على الملفات.
- يتسارع المحرك خلال الفترة المحددة.
- يفصل قاطع النجمة.
- تحدث فترة فصل قصيرة.
- يغلق قاطع الدلتا.
- يستمر المحرك في العمل بتوصيلة الدلتا.
يجب أن تحتوي الدائرة على قفل كهربائي وميكانيكي (Interlock) لمنع إغلاق قاطع النجمة والدلتا في الوقت نفسه.
مكونات دائرة نجمة دلتا
تتكون دائرة نجمة دلتا التقليدية من عدة مكونات رئيسية، منها:
1. القاطع الرئيسي
يفصل ويصل التغذية الكهربائية الرئيسية للمحرك.
2. قاطع النجمة
يستخدم لتوصيل ملفات المحرك على شكل نجمة أثناء بدء التشغيل.
3. قاطع الدلتا
يعيد توصيل الملفات على شكل دلتا بعد وصول المحرك إلى السرعة المناسبة.
4. مرحل الحمل الزائد
يحمي المحرك من حالات زيادة الحمل التي قد تسبب ارتفاع التيار وارتفاع درجة الحرارة.
5. المؤقت
يتحكم في زمن التشغيل على النجمة وتوقيت الانتقال إلى الدلتا.
6. دائرة التحكم
تضم عادةً أزرار التشغيل والإيقاف وملفات القواطع ووسائل الحماية ومصابيح البيان عند الحاجة.
ما أهمية القفل بين قاطعي النجمة والدلتا؟
يُعد Interlock من أهم عناصر السلامة في دائرة نجمة دلتا.
يمنع القفل الكهربائي والميكانيكي تشغيل قاطع النجمة وقاطع الدلتا في الوقت نفسه.
إذا أغلق القاطعان معًا، فقد تحدث حالة توصيل غير صحيحة تؤدي إلى تيار عالٍ أو قصر كهربائي وتلف مكونات الدائرة.
لذلك، يجب التأكد من وجود وسيلة منع مناسبة بين القاطعين عند تصميم وتركيب دائرة نجمة دلتا.
مزايا نظام نجمة دلتا
يوفر تشغيل المحرك بنظام نجمة دلتا عدة مزايا، أهمها:
- تقليل تيار البدء مقارنةً بالتشغيل المباشر DOL.
- تقليل هبوط الجهد الناتج عن تيار البدء المرتفع.
- تقليل الإجهاد الميكانيكي أثناء بدء التشغيل.
- بساطة الدائرة مقارنةً ببعض أنظمة التحكم الأخرى.
- انخفاض التكلفة في كثير من التطبيقات.
- سهولة توفر مكونات النظام في الأسواق.
عيوب نظام نجمة دلتا
رغم مزاياه، فإن نظام نجمة دلتا لا يناسب جميع التطبيقات.
ومن أبرز عيوبه:
- انخفاض عزم البدء بسبب انخفاض جهد الملفات.
- قد يفشل المحرك في التسارع إذا كان الحمل مرتفعًا.
- يحدث عابر في التيار والعزم أثناء الانتقال من النجمة إلى الدلتا.
- يحتاج المحرك إلى ستة أطراف مناسبة لإجراء التوصيل.
- يتطلب اختيار زمن التحويل بشكل مناسب.
- لا يناسب الأحمال التي تحتاج إلى عزم بدء مرتفع.
متى تستخدم طريقة نجمة دلتا؟
تكون طريقة نجمة دلتا مناسبة عندما يكون الحمل عند بدء التشغيل منخفضًا أو متوسطًا.
ومن التطبيقات التي قد تستخدم هذه الطريقة:
- بعض المضخات.
- بعض المراوح.
- بعض أنظمة التهوية.
- بعض الضواغط المناسبة لهذا النوع من البدء.
- المحركات التي لا تحتاج إلى عزم بدء مرتفع.
يجب دراسة خصائص الحمل قبل اختيار نظام نجمة دلتا. فبعض الأحمال تحتاج إلى عزم مرتفع منذ لحظة التشغيل، وبالتالي قد تكون هناك حاجة إلى طريقة بدء أخرى.
متى لا تستخدم نجمة دلتا؟
قد لا تكون هذه الطريقة مناسبة عندما يحتاج الحمل إلى عزم مرتفع عند بدء التشغيل.
ومن الأمثلة:
- الأحمال ذات القصور الذاتي العالي.
- بعض السيور الناقلة المحملة.
- المعدات التي تحتاج إلى تسارع سريع.
- الأحمال التي تتطلب عزمًا مرتفعًا منذ البداية.
- التطبيقات التي تتطلب تحكمًا دقيقًا في التسارع.
في هذه الحالات، يمكن دراسة حلول أخرى مثل المبدئ الناعم (Soft Starter) أو مغير التردد (VFD) وفق متطلبات التطبيق.
هل كل محرك ثلاثي الطور مناسب لنجمة دلتا؟
لا، ليس كل محرك ثلاثي الطور مناسبًا لنظام نجمة دلتا.
يجب أن تتوفر في المحرك شروط التوصيل المناسبة، وأهمها:
- وجود ستة أطراف لملفات العضو الثابت.
- توافق بيانات لوحة المحرك مع جهد الشبكة.
- إمكانية تشغيل المحرك على الدلتا عند جهد الخط المستخدم.
- توافق المحرك مع متطلبات الحمل أثناء بدء التشغيل.
لذلك، يجب دائمًا قراءة لوحة بيانات المحرك (Nameplate) قبل إجراء التوصيل.
نجمة دلتا أم التشغيل المباشر DOL؟
يعتمد الاختيار على طبيعة المحرك والحمل وقدرة الشبكة الكهربائية.
يتميز التشغيل المباشر DOL بالبساطة، لكنه يسبب تيار بدء مرتفعًا.
أما نظام نجمة دلتا فيخفض تيار البدء، لكنه يوفر عزم بدء أقل.
لذلك، إذا كان الحمل يحتاج إلى عزم مرتفع عند البدء، فقد لا تكون نجمة دلتا الخيار الأفضل.
ماذا يحدث عند التحويل من النجمة إلى الدلتا؟
عند انتهاء زمن البدء المحدد، يفصل قاطع النجمة أولًا.
بعد ذلك، تحدث فترة فصل قصيرة قبل إغلاق قاطع الدلتا.
يؤدي هذا الانتقال إلى تغيير طريقة توصيل ملفات المحرك من النجمة إلى الدلتا.
وبسبب هذا الانتقال، قد يظهر تيار عابر أو تغير مفاجئ في العزم.
في التطبيقات التي تتطلب انتقالًا أكثر سلاسة، يمكن دراسة أنظمة أخرى مثل المبدئات الناعمة أو أنظمة التحويل المغلق، حسب متطلبات المحرك والحمل.
الأسئلة الشائعة حول محرك نجمة دلتا
يهدف تشغيل المحرك على النجمة إلى تقليل جهد الملفات وتيار البدء. لكن ذلك يؤدي أيضًا إلى انخفاض عزم البدء.
لأن المحرك يحتاج بعد التسارع إلى جهد التشغيل الكامل على الملفات لتحقيق ظروف التشغيل الطبيعية.
يبلغ عزم البدء حوالي ثلث عزم البدء عند تشغيل المحرك مباشرة على الدلتا، في الحالة المثالية.
نعم. تقلل طريقة نجمة دلتا تيار الخط عند البدء إلى نحو ثلث تيار البدء المباشر DOL لنفس المحرك عند توصيله دلتا، في الحالة المثالية.
ليس بالضرورة. تعتمد ملاءمتها على عزم الحمل عند بدء التشغيل. قد لا تتمكن الأحمال الثقيلة من التسارع بسبب انخفاض عزم البدء في وضع النجمة.
نعم، يتطلب هذا النظام عادةً الوصول إلى أطراف الملفات الستة للمحرك حتى يمكن إعادة توصيلها بين النجمة والدلتا.
الخلاصة
يعتمد مبدأ عمل محرك نجمة دلتا على بدء تشغيل المحرك بتوصيلة النجمة لتقليل جهد الملفات وتيار البدء. بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة، تنتقل الدائرة إلى توصيل الدلتا لتشغيله بجهد الخط الكامل.
تتميز هذه الطريقة بالبساطة وانخفاض تكلفة التنفيذ، لكنها تقلل عزم البدء أيضًا. لذلك، يجب اختيارها بناءً على بيانات المحرك وطبيعة الحمل ومتطلبات نظام التغذية الكهربائية.
وقبل تركيب دائرة نجمة دلتا، يجب التحقق من لوحة بيانات المحرك والتأكد من ملاءمة التوصيل والحماية وطريقة التشغيل. كما يجب تنفيذ التوصيلات الكهربائية بواسطة فني أو مهندس مؤهل ووفق متطلبات السلامة والمعايير المعتمدة.
المصادر: شنايدر إلكتريك
