شرح دائرة ستار دلتا وطريقة توصيلها

من السلبيات التي تصاحب تشغيل المحركات الحثية، عند توصيلها مباشرة بالكهرباء هو تيار البدء العالي الذي قد يصل إلى سبعة أضعاف تيار الحمل الكامل، والذي بدوره يشكل خطورة على ملفات المحرك، وخطوط الشبكة الناقلة للتيار الكهربائي وكذلك الأجهزة المتصلة مع المحرك بنفس الدارة خاصة عند وجود أكثر من محرك. لذلك كان لابد من تشغيل هذه المحركات باستخدام دارات خاصة تعمل على تقليل تيار البدء، ومن هذه الدوائر، التشغيل باستخدام دارة ستار دلتا (Star/Delta) وتسمى أيضًا دائرة نجمة دلتا (Wye/Delta)، ودعنا نستخدم في شرح هذا المقال مصطلح (ستار/دلتا).

ما هي دائرة ستار دلتا ؟

دائرة ستار دلتا Star-Delta Starter هي دائرة تحكم كهربائية بسيطة وفعالة تستخدم لبدء تشغيل المحرك الكهربائي وتعمل على خفض تيار البدء بمقدار الثلث من تيار الحمل الكامل، وكذلك خفض عزم البدء بمقدار الثلث وذلك بتوصيل المحرك في بداية تشغيله بطريقة ستار Star حتى يصل إلى سرعة الحمل الكامل يتم تبديل توصيل ملفاته إلى دلتا. تتكون دائرة ستار دلتا عادةً من ثلاثة كونتاكتور وقاطع كهربائي وتايمر لتحديد زمن تبديل ستار إلى دلتا.

في هذه الدارة توصل ملفات المحرك بتوصيلة ستار (Y) وبعد عدة ثواني وهي المدة اللازمة لتجاوز تيار البدء يتم التحويل الى توصيلة دلتا (Δ). وتعمل توصيلة ستار على خفض الجهد وبالتالي خفض التيار عنه في توصيلة دلتا بنسبة الثلث، حيث أنه في توصيلة ستار يكون جهد الخط يساوي 3√ من جهد الوجه (phase)، وتيار الخط = تيار الوجه،
وفي توصيلة دلتا يكون جهد الخط مساوي لجهد الوجه، بينما تيار الخط = 3√ تيار الوجه.

تستعمل هذه الطريقة للمحركات التي تزيد قدرتها عن 7 حصان وتصمم ملفاتها لتعمل على توصيلة دلتا، كما يجب أن تكون أطراف الملفات الستة (W1 ٧1 U1) و (W2 ٧2 U2) ظاهرة على لوحة تجميع المحرك حتى يتسنى التوصيل بهذه الطريقة.

مبدأ عمل دارة ستار دلتا

ييتم الانتقال من ستار إلى دلتا باستخدام ثلاثة كونتاكتر ومؤقت زمني. غالبًا ما يُشار إلى الكونتاكترات التي تعمل أثناء التشغيل باسم الكونتاكتر الرئيسي، وكونتاكتر دلتا. الكونتاكتر الثالث هو كونتاكتر ستار والذي يحمل تيار ستار فقط أثناء بدء التشغيل. يمكن تلخيص تشغيل الدائرة على النحو التالي:

يبدأ تشغيل المحرك بغلق الكونتاكتر الرئيسي وكونتاكتر ستار وهذا يعمل على خفض الجهد بمقدار 3√ وكذلك يتم خفض تيار وعزم البدء بمقدار الثلث(1/3)، وتبدا سرعة المحرك بالزيادة وتستقر عند حوالي 75-80% من السرعة المقننة في هذه الحالة ما يزال المحرك يعمل عند قيمة أقل من سرعة البدء المقننة، ويتم تشغيل التايمر (المؤقت الزمني) المتصل في الدائرة، يقوم أولاً بفصل كونتاكتر ستار ثم توصيل كونتاكتر دلتا ويعمل المحرك بتوصيلة دلتا عند الجهد والتيار الطبيعي.

يتم عمل قفل كهربائي بين كونتاكتر ستار وكونتاكتر دلتا وذلك لضمان عدم تشغيلهما في وقت واحد.
التبديل بين حالة ستار ودلتا يتم التحكم بها بواسطة تايمر (مؤقت زمني) والذي يحدد كم المدة الزمنية التي سيعمل المحرك في حالة ستار.
القفل الكهربائي بين كونتاكتر ستار ودلتا يمنع حدوث قصر كهربائي بين الفازات، حيث أنه لا يمكن لكونتاكتر ستار العمل مع كونتاكتر دلتا بنفس الوقت، ومن الجدير بالذكر أنه يحدث انقطاع للكهرباء عن ملفات المحرك عند فتح كونتاكتر ستار وتعود عند اغلاق كونتاكتر دلتا

مكونات دائرة ستار دلتا

1. ثلاثة كونتاكتر: الكونتاكتر الرئيسي وكونتاكتر ستار وكونتاكتر دلتا.
2. قاطع كهربائي.
3. مؤقت زمني On-delay.
4. اوفرلود حراري لحماية المحرك من ارتفاع درجة حرارة الملفات.
5. فيوز في دائرة القدرة.
6. فيوز في دائرة التحكم.

في الصورة بالأسفل توضيح لمكونات الدائرة وطريقة توصيلها

دائرة القدرة ستار دلتا

في الصورة التالية مخطط دائرة القدرة (القوى) لدائرة ستار دلتا

دائرة الكونترول ستار دلتا

في الصورة التالية مخطط دائرة الكونترول (التجكم) لدائرة ستار دلتا

مميزات استخدام دائرة ستار دلتا

1. رخيص التكلفة
2. خفض تيار البدء إلى 33٪ من تيار الحمل الكلي.
3. يبلغ عزم بدء التشغيل 33٪ من أقصى عزم دوران للحمل.
4. تيار البدء 1.3 إلى 2.6 من تيار الحمل الكامل.
5. دائرة ستار دلتا مناسبة فقط للمحركات الحثية ثلاثية الطور منخفضة وعالية القدرة.
6. خفض تيار البدء وعزم الدوران.
7. يلزم وجود ستة أطراف توصيل للملفات في صندوق المحرك.

عيوب دائرة ستار دلتا

يحدث انقطاع للتغذية عن المحرك لمدة 30-50 ملي ثانية عند التبديل بين حالة ستار إلى دلتا، هذا الانقطاع من الممكن أن يؤدي لحدوث جهد عابر عالي Voltage transients، وأيضًا يحدث ارتفاع مفاجئ للتيار، في بعض حالات يصل الارتفاع في التيار إلى قيم أعلى من تيار البدء في حالة التوصيل المباشر للمحرك، والذي كان من المفترض أن تعمل الدائرة على تجنب حدوثه عن بدء التشغيل.

يوفر المحرك فقط ثلث عزم الدوران المقنن في البداية. لذلك يجب أن تكون قيمة عزم الحمل منخفضة لاستيعاب هذا النوع من أنظمة بدء تشغيل المحرك.

يوجد الكثير من الأسلاك التي يجب توصيلها في دائرة ستار دلتا، تأكد من عدم خلط أسلاك الدائرة وترتيبهم، في حالة حدوث خطأ بسيط في التوصيل قد يتسبب بإتلاف المحرك.

التطبيقات التي تتطلب عزم أكبر من 50% من قيمة عزم المحرك المقنن (reated torque) لا يمكنها الإقلاع عند استخدام دائرة ستار دلتا

هناك بدائل أفضل لبدء حركة المحركات من ضمنها سوفت ستارتر والـ VFD ولديها العديد من المميزات ولكنها أكثر تكلفة.