ماذا يحدث داخل لوحة التحكم عندما تضغط على زر تشغيل محرك كهربائي ثلاثي الفاز؟ وكيف يستمر المحرك في العمل بعد أن ترفع يدك عن الزر؟ والأهم، كيف تتوقف المنظومة تلقائيًا عند حدوث حمل زائد أو عطل في التشغيل؟
الإجابة تكمن في دائرة القوى والتحكم. فهذه الدائرة هي المسؤولة عن تنظيم عملية تشغيل المحرك وإيقافه، مع توفير الحماية المناسبة أثناء التشغيل.
تعمل دائرة القوى على توصيل القدرة الكهربائية إلى المحرك، بينما تتحكم دائرة التحكم في تشغيل الكونتاكتور وفصل التغذية عن المحرك. كما يعمل الأوفرلود على حماية المحرك من الحمل الزائد وارتفاع التيار.
في هذا الشرح، سنتعرف خطوة بخطوة على دائرة القوى والتحكم لمحرك واحد بسرعة واحدة، ونوضح وظيفة كل عنصر، وطريقة توصيله، وكيف يعمل الكونتاكتور ونقطة التعشيق الذاتي 13-14، وماذا يحدث عند الضغط على زر التشغيل أو الإيقاف، وكذلك عند زيادة تيار المحرك أو انقطاع الكهرباء.
دائرة القوى والتحكم لمحرك واحد بسرعة واحدة
تُستخدم دائرة القوى والتحكم لمحرك واحد بسرعة واحدة لتشغيل المحركات الكهربائية ثلاثية الفاز وإيقافها بطريقة آمنة ومنظمة.
تنقسم دائرة تشغيل المحرك عادةً إلى جزأين رئيسيين:
- دائرة القوى: تنقل القدرة الكهربائية من مصدر التغذية إلى المحرك.
- دائرة التحكم: تتحكم في تشغيل الكونتاكتور وإيقافه.
ويعتمد تشغيل المحرك على عمل الدائرتين معًا. فعند الضغط على زر التشغيل، تعمل بوبينة الكونتاكتور، ثم تغلق نقاطه الرئيسية لتصل التغذية إلى المحرك.
ما الفرق بين دائرة القوى ودائرة التحكم؟
تختلف وظيفة كل دائرة عن الأخرى.
دائرة القوى مسؤولة عن تمرير تيار المحرك من مصدر التغذية إلى أطرافه. لذلك تحتوي على عناصر تتحمل تيار المحرك، مثل الكونتاكتور والأوفرلود ووسائل الحماية.
أما دائرة التحكم فتعمل بتيار أقل عادةً، وتتحكم في بوبينة الكونتاكتور. وبمجرد تشغيل البوبينة، تتحكم نقاط الكونتاكتور الرئيسية في تغذية المحرك.
مكونات دائرة القوى لمحرك ثلاثي الفاز
تتكون دائرة القوى لمحرك واحد بسرعة واحدة من عدة عناصر رئيسية، وهي:
| الرمز | المكون | الوظيفة |
|---|---|---|
| L1-L2-L3 | مصدر التغذية | تغذية المحرك بثلاثة فازات |
| Q1 | وسائل الحماية والفصل الرئيسية | حماية وفصل دائرة القوى حسب نوع العنصر المستخدم |
| KM1 | الكونتاكتور | توصيل وفصل التغذية عن المحرك |
| F2 | الأوفرلود | حماية المحرك من الحمل الزائد |
| U-V-W | أطراف المحرك | توصيل الفازات الثلاثة بالمحرك |
1. مصدر التغذية L1-L2-L3
يحتاج المحرك ثلاثي الفاز إلى مصدر تغذية يتكون من ثلاثة فازات:
L1 – L2 – L3
ويجب أن يتوافق جهد مصدر التغذية مع الجهد الاسمي للمحرك وطريقة توصيله.
كما يجب التأكد من سلامة مصدر التغذية وتوافقه مع بيانات لوحة المحرك قبل تشغيله.
2. وسائل الحماية والفصل الرئيسية Q1
تُستخدم وسائل الحماية الرئيسية لحماية دائرة القوى من حالات القصر والتيارات غير الطبيعية.
وقد تكون الحماية عبارة عن فيوزات أو قاطع مناسب أو مجموعة حماية وفصل حسب تصميم اللوحة.
ويجب اختيار وسيلة الحماية وفقًا لتيار المحرك وقدرة الدائرة ومتطلبات الحماية.
ملاحظة مهمة: الفيوز مخصص أساسًا للحماية من تيارات القصر والتيارات العالية جدًا. أما الأوفرلود فيوفر حماية المحرك من الحمل الزائد وزيادة التيار أثناء التشغيل.
3. الكونتاكتور KM1
يحتوي الكونتاكتور على نقاط تلامس رئيسية مخصصة لدائرة القوى.
وعند وصول الجهد إلى بوبينة الكونتاكتور، يتولد مجال مغناطيسي يجذب الجزء المتحرك داخل الكونتاكتور. نتيجة لذلك، تغلق النقاط الرئيسية وتصل التغذية إلى المحرك.
يجب اختيار الكونتاكتور بحيث تكون نقاطه الرئيسية مناسبة لتيار المحرك وطبيعة الحمل.
4. الأوفرلود F2
يُستخدم الأوفرلود لحماية المحرك من زيادة الحمل وارتفاع التيار أثناء التشغيل.
عند ارتفاع تيار المحرك عن القيمة المضبوطة لفترة معينة، يستجيب الأوفرلود ويفتح نقطة التلامس الخاصة به في دائرة التحكم.
وغالبًا تكون نقطة الأوفرلود المستخدمة في دائرة التحكم هي:
95-96
وعند فتح هذه النقطة، ينقطع التيار عن بوبينة الكونتاكتور. وبالتالي تفتح نقاط الكونتاكتور الرئيسية ويتوقف المحرك.
5. أطراف المحرك U-V-W
تُوصل الفازات الثلاثة إلى أطراف المحرك:
U – V – W
ويجب تنفيذ التوصيل وفقًا لمخطط المحرك والجهد الموضح على لوحة البيانات.
كما يجب مراعاة طريقة توصيل ملفات المحرك، سواء كانت نجمة أو دلتا، حسب الجهد الاسمي للمحرك وتصميمه.
كيفية عمل دائرة القوى
تعمل دائرة القوى بالتزامن مع دائرة التحكم.
عند تشغيل بوبينة الكونتاكتور KM1، تغلق نقاط التلامس الرئيسية للكونتاكتور.
بعد ذلك يمر تيار المحرك من مصدر التغذية عبر وسائل الحماية والكونتاكتور والأوفرلود، ثم يصل إلى أطراف المحرك.
وبالتالي يبدأ المحرك في الدوران.
ويستمر المحرك في العمل طالما بقيت بوبينة الكونتاكتور في حالة تشغيل.
عند فصل التيار عن البوبينة، تعود نقاط الكونتاكتور الرئيسية إلى وضعها الطبيعي، وينقطع التيار عن المحرك.
مكونات دائرة التحكم لمحرك واحد
تحتوي دائرة التحكم على مجموعة من العناصر التي تتحكم في تشغيل الكونتاكتور وإيقافه.
ومن أهم هذه العناصر:
- F1: فيوز حماية دائرة التحكم.
- S1: مفتاح الإيقاف.
- S2: مفتاح التشغيل.
- F2: نقطة الأوفرلود المغلقة.
- KM1: بوبينة الكونتاكتور.
- 13-14: نقطة التلامس المساعدة المفتوحة للكونتاكتور.
ويجب أن يتوافق جهد دائرة التحكم مع الجهد الاسمي لبوبينة الكونتاكتور.
فقد تكون البوبينة مصممة للعمل على 24V أو 110V أو 220V أو جهد آخر، حسب نوع الكونتاكتور وتصميم لوحة التحكم.
1. فيوز دائرة التحكم F1
يُستخدم الفيوز F1 لحماية مكونات دائرة التحكم من التيارات العالية الناتجة عن القصر أو الأعطال الكهربائية.
ويتم اختيار قيمة الفيوز وفقًا لمكونات دائرة التحكم وتصميمها.
2. نقطة الأوفرلود 95-96
تُستخدم نقطة 95-96 عادةً كنقطة مغلقة طبيعيًا في دائرة التحكم.
عند التشغيل الطبيعي، تسمح هذه النقطة بمرور التيار إلى بوبينة الكونتاكتور.
أما عند حدوث حمل زائد واستجابة الأوفرلود، فتفتح النقطة 95-96.
وبالتالي ينقطع التيار عن بوبينة الكونتاكتور ويتوقف المحرك.
3. مفتاح الإيقاف S1
يُستخدم مفتاح الإيقاف S1 لإيقاف المحرك.
ويكون مفتاح الإيقاف عادةً من النوع مغلق طبيعيًا NC.
عند الضغط عليه، تفتح نقطة التلامس وينقطع التيار عن بوبينة الكونتاكتور.
لذلك يفصل الكونتاكتور وتفتح نقاط القوى، ثم يتوقف المحرك.
4. مفتاح التشغيل S2
يُستخدم مفتاح التشغيل S2 لإعطاء أمر تشغيل للمحرك.
ويكون مفتاح التشغيل عادةً من النوع مفتوح طبيعيًا NO.
عند الضغط عليه، يسمح بمرور التيار إلى بوبينة الكونتاكتور.
فتعمل البوبينة وتغلق نقاط الكونتاكتور الرئيسية.
5. بوبينة الكونتاكتور KM1
بوبينة الكونتاكتور هي الجزء المسؤول عن تشغيل الكونتاكتور.
عند وصول جهد التحكم المناسب إلى طرفي البوبينة، يتولد مجال مغناطيسي يجذب الجزء المتحرك للكونتاكتور.
وبالتالي تتغير حالة نقاط التلامس الرئيسية والمساعدة.
نقطة التعشيق الذاتي 13-14
تُعد نقطة 13-14 من أهم عناصر دائرة التحكم. وهي نقطة تلامس مساعدة مفتوحة طبيعيًا NO تابعة للكونتاكتور KM1.
تُوصل هذه النقطة على التوازي مع مفتاح التشغيل S2. وتسمى هذه العملية التعشيق الذاتي للكونتاكتور أو Self-Holding.
كيف تعمل نقطة التعشيق الذاتي؟
عند الضغط على مفتاح التشغيل S2، يصل التيار إلى بوبينة KM1.
بعد ذلك تغلق النقطة المساعدة 13-14 مع نقاط الكونتاكتور الأخرى.
وبالتالي يصبح هناك مسار آخر للتيار يصل إلى البوبينة.
لذلك، عند رفع اليد عن مفتاح التشغيل S2، تستمر البوبينة في العمل من خلال النقطة 13-14.
أما إذا كانت النقطة 13-14 غير موجودة أو تالفة، فسيتوقف المحرك بمجرد رفع اليد عن مفتاح التشغيل.
كيفية تشغيل المحرك من خلال دائرة التحكم؟
يمكن تلخيص عملية التشغيل في الخطوات التالية:
- يضغط المستخدم على مفتاح التشغيل S2.
- يمر تيار التحكم عبر فيوز F1.
- يمر التيار عبر نقطة الأوفرلود 95-96.
- يمر التيار عبر مفتاح الإيقاف S1.
- يصل الجهد إلى بوبينة الكونتاكتور KM1.
- تعمل البوبينة وتغلق نقاط الكونتاكتور الرئيسية.
- يصل التيار إلى المحرك عبر دائرة القوى.
- تبدأ عملية دوران المحرك.
- تغلق النقطة المساعدة 13-14.
- يستمر تشغيل البوبينة بعد رفع اليد عن مفتاح التشغيل.
وبالتالي يستمر المحرك في العمل حتى يتم الضغط على مفتاح الإيقاف أو يحدث عطل يؤدي إلى فصل دائرة التحكم.
ماذا يحدث عند الضغط على مفتاح الإيقاف؟
عند الضغط على مفتاح الإيقاف S1، تفتح نقطة التلامس الخاصة به.
وبالتالي ينقطع التيار عن بوبينة الكونتاكتور KM1.
بعد ذلك تعود نقاط الكونتاكتور إلى وضعها الطبيعي.
فتفتح نقاط القوى وينقطع التيار عن المحرك.
كما تفتح النقطة المساعدة 13-14 مرة أخرى.
وعند رفع اليد عن مفتاح الإيقاف، يعود المفتاح إلى وضعه الطبيعي المغلق، ولكن المحرك لا يعمل تلقائيًا.
يجب الضغط على مفتاح التشغيل S2 مرة أخرى لإعادة تشغيل المحرك.
كيف يحمي الأوفرلود المحرك؟
أثناء تشغيل المحرك، قد يرتفع التيار بسبب زيادة الحمل أو حدوث مشكلة في ظروف التشغيل.
عند استمرار ارتفاع التيار، يستجيب الأوفرلود وفق إعداداته.
ثم يفتح نقطة التلامس 95-96 الموجودة في دائرة التحكم.
وبالتالي يحدث التسلسل التالي:
زيادة الحمل → ارتفاع تيار المحرك → استجابة الأوفرلود → فتح 95-96 → فصل بوبينة KM1 → فتح نقاط القوى → توقف المحرك.
وهكذا يساعد الأوفرلود على حماية المحرك من الأضرار الناتجة عن الحمل الزائد.
مهم: الأوفرلود ليس بديلًا عن حماية القصر. لذلك تحتاج دائرة المحرك إلى وسائل حماية مناسبة لكل نوع من الأعطال.
ماذا يحدث عند انقطاع التيار وعودته؟
أثناء تشغيل المحرك، إذا انقطع مصدر التغذية الكهربائية، يتوقف الكونتاكتور بسبب فقدان الجهد عن بوبينته.
وبالتالي تفتح نقاط القوى وتعود دائرة التحكم إلى حالتها الطبيعية.
عند عودة التيار مرة أخرى، لا يعمل المحرك تلقائيًا ما دام مفتاح التشغيل S2 لم يُضغط.
ويُعرف هذا المبدأ باسم منع إعادة التشغيل التلقائي.
وهو يساعد على منع تشغيل المحرك بصورة مفاجئة بعد عودة مصدر التغذية.
الفرق بين الفيوز والأوفرلود
من الأخطاء الشائعة اعتبار الفيوز والأوفرلود عنصرين يؤديان الوظيفة نفسها.
لكن لكل منهما وظيفة مختلفة:
| العنصر | الوظيفة الأساسية |
|---|---|
| الفيوز | حماية الدائرة من تيارات القصر والتيارات العالية جدًا |
| الأوفرلود | حماية المحرك من الحمل الزائد وزيادة التيار أثناء التشغيل |
| الكونتاكتور | تشغيل وفصل المحرك من خلال دائرة التحكم |
لذلك تعمل هذه العناصر معًا لتوفير تشغيل وتحكم وحماية أفضل للمحرك.
أهم نقاط دائرة القوى والتحكم
لفهم دائرة تشغيل محرك ثلاثي الفاز بسهولة، تذكر التسلسل التالي:
دائرة التحكم → بوبينة الكونتاكتور → نقاط القوى → المحرك
أما عند حدوث حمل زائد:
المحرك → الأوفرلود → 95-96 → بوبينة الكونتاكتور → نقاط القوى → توقف المحرك
أما عند الضغط على زر الإيقاف:
S1 → فصل بوبينة KM1 → فتح نقاط القوى → توقف المحرك
الخلاصة
تتكون دائرة القوى والتحكم لمحرك واحد بسرعة واحدة من مجموعة من العناصر التي تعمل معًا لتشغيل المحرك وإيقافه وحمايته.
تتولى دائرة القوى نقل الطاقة الكهربائية إلى المحرك، بينما تتحكم دائرة التحكم في عمل الكونتاكتور.
ويؤدي الكونتاكتور KM1 دورًا أساسيًا في توصيل وفصل قدرة المحرك. أما الأوفرلود F2 فيحمي المحرك من الحمل الزائد وارتفاع التيار أثناء التشغيل.
كذلك تؤدي النقطة المساعدة 13-14 وظيفة مهمة في تحقيق التعشيق الذاتي للكونتاكتور.
وعند انقطاع الكهرباء، يتوقف المحرك ولا يعاود التشغيل تلقائيًا بعد عودة التيار، بل يحتاج إلى أمر تشغيل جديد من مفتاح S2.
الأسئلة الشائعة
وظيفة دائرة القوى هي نقل القدرة الكهربائية من مصدر التغذية إلى المحرك عبر عناصر الحماية والكونتاكتور والأوفرلود.
تتحكم دائرة التحكم في تشغيل وإيقاف بوبينة الكونتاكتور، وبالتالي تتحكم في تشغيل المحرك وإيقافه.
يعمل الكونتاكتور على توصيل وفصل التغذية الكهربائية عن المحرك من خلال نقاطه الرئيسية، وذلك استجابةً لأوامر دائرة التحكم.
النقطة 13-14 نقطة مساعدة مفتوحة طبيعيًا، وتُستخدم عادةً لتحقيق التعشيق الذاتي للكونتاكتور بعد الضغط على مفتاح التشغيل.
يحمي الأوفرلود المحرك من الحمل الزائد وارتفاع التيار أثناء التشغيل، حيث يفتح نقطة التحكم 95-96 عند استجابته.
غالبًا يكون السبب عدم وجود نقطة التعشيق الذاتي 13-14 أو وجود عطل فيها أو في توصيلاتها.
لا. الأوفرلود مخصص أساسًا للحماية من الحمل الزائد، بينما تحتاج الدائرة إلى وسيلة حماية مناسبة من تيارات القصر.
لأن دائرة التحكم مصممة بحيث تفصل بوبينة الكونتاكتور عند انقطاع التغذية. لذلك يحتاج المحرك إلى الضغط على مفتاح التشغيل مرة أخرى.
المصادر: مراجع تعليمية، electricaltechnology، شنايدر إلكتريك
