عند بدء تشغيل المحرك الكهربائي من حالة السكون، يحتاج إلى تيار أعلى من التيار الذي يستهلكه أثناء التشغيل الطبيعي. وقد يصل تيار بدء المحرك إلى عدة أضعاف التيار المقنن، خصوصًا في المحركات ذات القدرات الكبيرة.
لذلك، لا يُفضّل تشغيل بعض المحركات الكبيرة مباشرة على كامل جهدها. وبدلًا من ذلك، يمكن استخدام دائرة ستار دلتا (Star Delta Starter) لتقليل تيار البدء والحد من تأثيره على شبكة التغذية.
في هذا المقال، سنتعرف على طريقة تشغيل المحرك ستار دلتا، وكيف تعمل الدائرة، ومتى يمكن استخدامها، مع مثال عملي على محرك قدرة 50 حصان.
ما هو تشغيل المحرك ستار دلتا؟
تشغيل المحرك ستار دلتا هو إحدى طرق بدء تشغيل المحركات الكهربائية ثلاثية الأوجه. تعتمد هذه الطريقة على تشغيل المحرك أولًا بتوصيلة ستار (Y)، ثم تحويله إلى دلتا (Δ) بعد وصوله إلى سرعة مناسبة.
عند البدء على ستار، يحصل كل ملف من ملفات المحرك على جهد أقل من الجهد الذي يحصل عليه عند التوصيل على دلتا. وبالتالي ينخفض تيار البدء بشكل كبير.
بعد أن يقترب المحرك من سرعته الطبيعية، تنتقل دائرة التحكم من ستار Y إلى دلتا Δ. عندها يعمل المحرك بجهده المقنن ويستطيع تقديم قدرته التشغيلية الطبيعية.
لماذا يسحب المحرك تيارًا مرتفعًا عند بدء التشغيل؟
عندما يكون المحرك متوقفًا، تكون مقاومة الحركة الميكانيكية كبيرة، كما أن المحرك يحتاج إلى تيار مرتفع لتوليد العزم اللازم للتغلب على حالة السكون وتسريع العضو الدوار.
لذلك، يكون تيار بدء المحرك أعلى بكثير من تيار التشغيل الطبيعي.
وقد يصل تيار البدء في بعض المحركات إلى أكثر من خمسة أضعاف التيار المقنن.
ولهذا السبب، يتم اختيار مقطع كابل المحرك والحماية الكهربائية بناءً على ظروف التشغيل والحمل وبيانات الشركة المصنعة، وليس على تيار البدء وحده.
في المحركات الكبيرة، يمكن استخدام طرق مختلفة لتقليل تيار البدء، ومن أشهرها طريقة ستار دلتا.
كيف تعمل دائرة ستار دلتا؟
تعتمد دائرة ستار دلتا على مرحلتين أساسيتين:
- بدء تشغيل المحرك على ستار Y.
- تحويل المحرك إلى دلتا Δ بعد وصوله إلى سرعة مناسبة.
بهذه الطريقة، لا يبدأ المحرك مباشرة بجهده الكامل، مما يساعد على تقليل تيار البدء.
المرحلة الأولى: بدء المحرك على ستار
عند تشغيل المحرك، يتم توصيل ملفات المحرك على ستار Y.
في هذه الحالة، يكون جهد كل ملف أقل من جهد الملف عند توصيل المحرك على دلتا.
إذا كان جهد الشبكة 380 فولت، فإن جهد الملف عند توصيله على ستار يساوي تقريبًا:
380 ÷ √3 ≈ 220 فولت
لذلك ينخفض تيار البدء مقارنةً بالتشغيل المباشر على دلتا.
لكن هناك نقطة مهمة: عزم البدء ينخفض أيضًا عند تشغيل المحرك على ستار. لذلك لا تناسب هذه الطريقة الأحمال التي تحتاج إلى عزم بدء مرتفع.
المرحلة الثانية: الانتقال من ستار إلى دلتا
بعد أن يبدأ المحرك في الدوران ويصل إلى سرعة مناسبة، تقوم دائرة التحكم بفصل توصيل ستار.
بعد ذلك، يتم توصيل ملفات المحرك على دلتا Δ.
عندها يحصل كل ملف على الجهد المقنن له، ويعمل المحرك في ظروف التشغيل الطبيعية ويستطيع تقديم قدرته المقننة.
يتم الانتقال عادةً بواسطة مؤقت زمني وكونتاكتورات ودائرة تحكم مناسبة.
ما شروط استخدام تشغيل المحرك ستار دلتا؟
لا يمكن استخدام دائرة ستار دلتا مع أي محرك ثلاثي الأوجه.
يجب التأكد من بيانات لوحة المحرك قبل تنفيذ التوصيل.
على سبيل المثال، إذا كانت لوحة المحرك توضح:
380/660 فولت Δ/Y
وكان مصدر التغذية:
380 فولت
فيمكن بدء تشغيل المحرك على ستار Y، ثم تحويله إلى دلتا Δ أثناء التشغيل.
أما إذا كان المحرك لا يتوافق مع هذه القيم، فلا يجوز اعتماد توصيل ستار دلتا دون الرجوع إلى بيانات الشركة المصنعة.
كذلك يجب أن تكون أطراف ملفات المحرك الستة متاحة حتى يمكن تنفيذ توصيلات ستار ودلتا.
مثال عملي: محرك 50 حصان
لنفترض وجود محرك بالمواصفات التالية:
| البيان | القيمة |
|---|---|
| قدرة المحرك | 50 حصان |
| جهد التشغيل | 380/660 فولت Δ/Y |
| تيار التشغيل على دلتا | 75 أمبير |
| تيار التشغيل على ستار | نحو 43 أمبير |
| جهد مصدر التغذية | 380 فولت |
إذا تم تشغيل المحرك مباشرة على دلتا بجهد 380 فولت، فسوف يعمل بقدرته المقننة.
لكن عند بدء تشغيله مباشرة، يمكن أن يكون تيار البدء مرتفعًا جدًا. وقد يصل، حسب تصميم المحرك، إلى عدة أضعاف تيار التشغيل.
فإذا افترضنا أن تيار البدء المباشر يبلغ نحو 450 أمبير، فإن هذا التيار سيمر خلال فترة التسارع.
أما عند استخدام دائرة ستار دلتا، فيبدأ المحرك أولًا على ستار. وبذلك ينخفض تيار البدء بشكل كبير مقارنة بالبدء المباشر على دلتا.
بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة، يتم تحويله إلى دلتا. عندها يعود التيار إلى مستوى التشغيل الطبيعي للمحرك، والذي يبلغ في هذا المثال نحو 75 أمبير عند الحمل المقنن.
ملاحظة: قيم تيار البدء المذكورة في المثال للتوضيح فقط. تختلف القيم الفعلية من محرك إلى آخر وفقًا لتصميم المحرك وبيانات الشركة المصنعة.
لماذا يقل تيار البدء عند توصيل المحرك على ستار؟
السبب الأساسي هو انخفاض الجهد الواقع على كل ملف من ملفات المحرك.
عند توصيل المحرك على ستار:
جهد الملف = جهد الخط ÷ √3
لذلك، ينخفض تيار الملف.
وفي دائرة ستار دلتا التقليدية، يكون تيار الخط أثناء البدء على ستار أقل بكثير من تيار البدء عند التوصيل المباشر على دلتا.
وهذا هو السبب الرئيسي لاستخدام هذه الطريقة في المحركات التي تسمح ظروف تشغيلها بذلك.
هل ينخفض عزم المحرك عند تشغيله على ستار؟
نعم. عند تشغيل المحرك على ستار بجهد أقل، ينخفض عزم البدء بشكل ملحوظ.
وبشكل تقريبي، يكون عزم البدء في توصيل ستار نحو ثلث عزم البدء عند التوصيل المباشر على دلتا، مع افتراض نفس المحرك وظروف المقارنة نفسها.
لذلك، تناسب دائرة ستار دلتا الأحمال التي يمكن للمحرك تسريعها بعزم بدء منخفض نسبيًا.
أما الأحمال التي تحتاج إلى عزم كبير عند بدء التشغيل، فقد تحتاج إلى طريقة أخرى لبدء المحرك.
الفرق بين توصيل ستار ودلتا
| العنصر | ستار Y | دلتا Δ |
|---|---|---|
| جهد الملف | أقل | أعلى |
| تيار البدء | أقل | أعلى عند البدء المباشر |
| عزم البدء | أقل | أعلى |
| الاستخدام في دائرة ستار دلتا | بدء التشغيل | التشغيل الطبيعي |
| قدرة المحرك | لا يعمل في ظروفه المقننة عند مصدر 380 فولت لهذا المثال | يعمل بجهده المقنن |
مميزات تشغيل المحرك ستار دلتا
تتميز طريقة ستار دلتا بعدة فوائد، منها:
- تقليل تيار بدء المحرك.
- تقليل هبوط الجهد في شبكة التغذية.
- تقليل التأثير على المعدات الكهربائية أثناء بدء التشغيل.
- مناسبة للعديد من المحركات ثلاثية الأوجه ذات القدرات المتوسطة والكبيرة.
- توفير طريقة بسيطة نسبيًا للتحكم في عملية بدء المحرك.
عيوب دائرة ستار دلتا
رغم فوائدها، فإن دائرة ستار دلتا ليست مناسبة لجميع التطبيقات.
ومن أهم عيوبها:
- انخفاض عزم البدء.
- حدوث تغير في التيار والعزم أثناء الانتقال من ستار إلى دلتا.
- الحاجة إلى محرك مناسب لهذا النوع من التشغيل.
- الحاجة إلى ستة أطراف لملفات المحرك.
- الحاجة إلى كونتاكتورات ودائرة تحكم وحماية مناسبة.
- لا تناسب الأحمال التي تحتاج إلى عزم بدء مرتفع.
متى لا يُنصح باستخدام ستار دلتا؟
لا يُفضّل استخدام هذه الطريقة عندما يحتاج الحمل إلى عزم بدء مرتفع.
على سبيل المثال، إذا كان الحمل يحتاج إلى عزم كبير منذ لحظة بدء المحرك، فقد لا يستطيع المحرك التسارع بصورة صحيحة أثناء عمله على ستار.
لذلك يجب دراسة طبيعة الحمل قبل اختيار طريقة بدء التشغيل.
وقد تكون هناك حلول أخرى أكثر ملاءمة، مثل السوفت ستارتر (Soft Starter) أو مغير التردد VFD، حسب نوع التطبيق ومتطلبات النظام.
مقال ذو صلة: شروط توصيل دائرة ستار دلتا
الخلاصة
تعتمد طريقة تشغيل المحرك ستار دلتا على بدء المحرك بتوصيلة ستار لتقليل تيار البدء، ثم تحويله إلى دلتا بعد وصوله إلى سرعة مناسبة.
الميزة الأساسية لهذه الطريقة هي تقليل تيار البدء مقارنة بالتشغيل المباشر على دلتا. في المقابل، ينخفض عزم البدء أيضًا، لذلك يجب التأكد من أن الحمل مناسب لهذه الطريقة.
وقبل تركيب دائرة ستار دلتا، يجب مراجعة لوحة بيانات المحرك، جهد الشبكة، طريقة توصيل الملفات، عدد أطراف المحرك، وطبيعة الحمل. كما يجب تنفيذ التوصيل والحماية وفق متطلبات السلامة الكهربائية وتعليمات الشركة المصنعة.
الأسئلة الشائعة حول تشغيل المحرك ستار دلتا
لا. يجب أن يكون المحرك مناسبًا لهذا النوع من التشغيل، وأن تتوافق بيانات الجهد على لوحة المحرك مع جهد مصدر التغذية، مع توفر أطراف الملفات اللازمة للتوصيل.
يبدأ المحرك على ستار لتقليل الجهد على ملفات المحرك، وبالتالي تقليل تيار البدء مقارنة بالبدء المباشر على دلتا.
يتم التحويل بعد وصول المحرك إلى سرعة مناسبة تسمح له بالعمل على دلتا دون تيار بدء مرتفع. ويتم تحديد زمن التحويل وفق طبيعة الحمل وخصائص المحرك.
نعم. ينخفض عزم البدء بشكل كبير عند تشغيل المحرك على ستار، ولذلك يجب التأكد من أن الحمل يمكنه بدء الحركة بهذا العزم المنخفض.
المصدر: مراجع تعليمية
