آشنایی با جریان سه فاز
جریان سه فاز در مداری که سیم بندی القاء شونده آن (آرمیچر) از سه دسته سیم پیچ جدا که هر کدام نسبت به هم 120 درجه الکتریکی اختلاف فاز دارند تهیه می شود.
انواع اتصال در سیستم سه فاز
در سیستم سه فاز معمولاً از سه نوع اتصال استفاده می شود :
الف- اتصال ستاره
ب- اتصال مثلث
ج- اتصال مختلط
-محاسبه جریان و ولتاژ در اتصال ستاره
همانطور که می دانیم در اتصال ستاره اختلاف سطح هر فاز با سیم نول ولتاژ فازی (UP) و اختلاف سطح هر فاز با فازی دیگر ولتاژ (Ul) را تشکیل می دهند. مقدار ولتاژ خط از مجموع دو ولتاژ فازی بدست می آید. به همین جهت برای بدست آوردن مقدار Ul باید برآیند دو ولتاژ فازی را رسم و مقدار آن را محاسبه نماییم. بدین ترتیب که یکی از بردارها را در امتداد و به اندازه خودش رسم کرده و سپس بردار را با بردار پهلویش رسم می کنیم. رابطه روبرو برقرار است :
اما جریانی که از هر کلاف عبور می کند همان جریان خط می باشد. یعنی در اتصال ستاره جریان خط مساوی جریان فاز است . IL=IP
-محاسبه جریان و ولتاژ در اتصال مثلث
در این روش کلافهای مصرف کننده یا مولد به شکل مثلث قرار می گیرند. همانطور که می دانیم ولتاژ خط UL در اتصال مثلث همان ولتاژی است که در دو سر کلاف قرار دارد یعنی در اتصال مثلث ولتاژ خط برابر با ولتاژ فاز است : UL = UP
اما جریانی که از هر خط می گذرد مجموع برداری جریان دو کلاف بعدی است. پس جریان هر خط 73/1 برابر جریان هر فاز است :
-اتصال مختلط ترکیبی از اتصالهای ستاره و مثلث می باشد.
توان در مدارهای سه فاز
در یک اتصال سه فاز توان کل از مجموع توانهای هر فاز بدست می آید : P = P1+P2+P3
اگر بار متعادل باشد داریم : P1 = P2 = P3 = Pph
پس توان کل می تواند سه برابر توان هر فاز باشد : P = 3Pph
P = Up.lp.COS ()
در اتصال ستاره توان بصورت زیر بدست می آید :
و ip=iL
در اتصال مثلث هم رابطه بالا صادق می باشد.
روشهای اندازه گیری توان
معمولاً برای اندازه گیری در سیستم سه فاز از دو روش زیر استفاده می کنند :
الف- روش چهار سیم (3 واتمتری)
ب- روش سه سیم (2 واتمتری)
الف- روش چهار سیم :
در این روش با استفاده از 3 واتمتر که سر راه هر فاز قرار می گیرد و سیم نول توان هر فاز جداگانه اندازه گیری شده و مجموع این سه واتمتر توان کل می باشد. اگر بار کاملاً متعادل باشد هر سه واتمتر دارای مقادیر مساوی می شوند. پس در یک بار متعادل فقط از یک واتمتر هم می توان استفاده کرد.
ب- روش سه سیم :
در این روش بدون سیم نول عمل می شود. دو واتمتر که هر کدام بین دو فاز قرار می گیرد البته فاز وسط برای فازهای اول و سوم مشترک است توان کل از مجموع دو واتمتر بدست می آید.
مزایای سیستم سه فاز
1- در جریان تکفاز مقدار قدرت لحظه ای در قسمتهایی به صفر می رسد اما در جریان سه فاز هیچگاه توان لحظه ای صفر نمی شود چون اگر یکی از فازها مقدارش به صفر برسد فازهای دیگر دارای مقادیر هستند.
2- راه اندازی موتورهای آسنکرون : می دانیم که برای گردش موتورهای آسنکرون احتیاج به میدان دوار است که این میدان با جریان تکفاز ساخته نمی شود.
3- تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم : دامنه یکسو در تبدیل سیستم سه فاز به جریان مستقیم دارای ضربان کمتری نسبت به جریان یکسو شده توسط جریان متناوب تکفاز بوده و ضریب بهره آن زیاد است.
عایق کابلها
برای پوشش عایقی سیم ها از پلاستیک / لاستیک و یا از کاغذ استفاده می شود. امروز کابل با عایق پلی وینل pvc بیشتر از کابلهای دیگر بکار می رود. عایق دیگری بنام پلی اتیلن نیز وجود دارد. عایق اکثر کابلهای جریان قوی از کاغذ آغشته به روغن تهیه می شود.
از عایق لاستیکی در جاهایی که احتیاج به چرخش زیاد باشد نیز استفاده می کنند.
ساختمان کابلهای فشار قوی و حفاظت آنها :
قسمت اصلی ساختمان کابلها هادی و عایق آن است. ضمناً کابل را باید در مقابل پدیده های زیر حفاظت نمود :
الف- حفاظت در مقابل فشار و ضربه های مکانیکی
ب- حفاظت در مقابل زنگ زدگی و اکسید شدن هادی
پ- حفاظت در مقابل اثرات شیمیایی و پوسیدگی
ت- حفاظت در مقابل اثرات میدان الکتریکی و اتصال کوتاه شدن و میدان های خارجی و جریان زیاد
علایم اختصاری کابلها
علایم اختصاری کابلهای لاستیکی و پلاستیکی به شرح زیر است :
1-کابل با هادی مسی مطابق استاندارد VDE N
2-کابل با هادی آلومینیومی مطابق استاندارد NA
3-عایق پروتودور PVC اولین Y در توالی حرف Y
4-عایق پروتونن PET اولین Y2 در توالی حرف Y2
5-علامت کاغذ متالیزه دور عایق سیم H
6-باندراژ محافظ فولادی F
7-باندراژ محافظ فولادی R
8-باندراژ محافظ فولادی به شکل نوار B
9-هادی مسی متمرکز در کابلهای فشار ضعیف C
10-علامت سیم صفر که بصورت لوله دور عایق سه سیم دیگر پیچیده شده C
11-سیم زمین C
12-کابل خرطومی CW
13-غلاف مسی S
14-مفتول نگهدارنده برای کابلها در هوا T
15-غلاف پروتودور Y
16-روپوش پروتونن Y2
بعد از حروف اختصاری تعداد سیم های داخل کابل و مقطع آنها با عدد مشخص و نوع مقطع با حروف زیر تعیین می شود :
r : مقطع گرد s : مقطع مثلثی e : هادی یک رشته ای m : هادی چند رشته ای
معمولاً ولتاژ نامی فازی را با Vo و ولتاژ خطی را با حرف V بعد از علامات اختصاری ذکر می کنند.
مثال : مشخصات کابل زیر را بخوانید. NYY 3*50+ 25 sm
(0/6 / 1kv)
کابل سه فاز با هادی مسی به مقطع 50 میلی متر مربع و سیم نول به مقطع 25 میلی متر مربع با مقطع مثلثی چند رشته ای با عایق و غلاف پروتودور (pvc) برای ولتاژ 6/0 کیلو وات فازی و 1 کیلو ولت خطی بدون محافظ. چون این کابل دارای نوار محافظ نیست در جایی مصرف می شود که هیچگونه فشار مکانیکی به آن وارد نشود.
فیوز
از فیوز برای محافظت سیم و کابل ودستگاههای اندازه گیری؛ ترانسفورماتور؛ ماشینهای الکتریکی و دیگر مصرف کننده ها در مقابل جریانهای اضافی و اتصال کوتاه استفاده می شود. البته فیوز در جایی بکار می رود که ارزش نصب یک رله و یا یک کلید جریان را نداشته باشد.
فیوزها براساس مقدار ولتاژ و نوع ساختمان قطع کننده شان به انواع زیر تقسیم می شوند :
الف- فیوز حرارتی ذوب شونده
ب- فیوز حرارتی (بی متال)
پ- فیوز مغناطیسی
ت- فیوز توان بالا NH
ث- فیوز فشار قوی HH
الف- فیوزهای حرارتی ذوب شونده :
در فیوز ذوب شونده یک سیم حرارتی وجود دارد که سر راه جریان بسته می شود و در اثر عبور جریان زیاد گرم شده و در درجه حرارت معینی ذوب می شود و مدار را قطع می کنند جرقه ای که در زمان قطع ایجاد می شود باعث سوختن وسیاه شدن کنتاکت و عایق های اطراف می شود که بایستی برطرف گردد.
برای برطرف نمودن اثر جرقه سیستم حرارتی را در داخل یک فشنگ چینی یا سفالی عبور می دهند و اطراف سیم را با ذرات کوارتز پر می کنند جرقه ایجاد شده در اثر قطع توسط براده کواتز خنک شده و از بین می رود.
برای تشخیص فیوز ساخته از پولک نشانه استفاده می کنند. این پولک توسط سیم نازکی محکم شده است.
این سیم نازل در هنگام ذوب شدن سیم داخل فیوز پاره شده و پولک توسط نیروی فنر کوچک که در زیر آن قرار گرفته قدری به خارج پرتاب می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. ضمناً رنگ پولک فیوز نشان دهنده جریان اسمی فیوز است. (جدول1-1)
جریان نامی 2 4 6 10 16
رنگ پولک صورتی قهوه ای سبز قرمز خاکستری
جریان نامی 20 25 35 50 63
رنگ پولک آبی زرد سیاه سفید مسی
جریان نامی 80 100 125 160 200
رنگ پولک نقره ای قرمز زرد مسی آبی
ب-فیوز حرارتی بی متال
فیوز حرارتی بی متال برای حفاظت در مقابل بار اضافی مدار را قطع می کند. بی متال در مقابل حرارت ناشی از بار اضافی لحظه ای تغییر شکل داده و باعث قطع مدار می شود.
پ-فیوز مغناطیسی
فیوزهای مغناطیسی نیز تابع شدت جریان هستند. در اثر بروز اضافه بار میدان مغناطیسی سیم پیچی فیوز قوی شده و براساس خاصیت جذب یک هسته آهنی مدار را قطع می کند. در این فیوزها زمان قطع خط را می توان بوسیله فنر تنظیم کرد. در بین فیوزهای مغناطیسی فیوز سریع نیز وجود دارد که قطع مدار در زمان معینی تنظیم نمی شود بلکه فیوز با عبور جریان بیشتر از نامی خط فوراً قطع می گردد.
ت- فیوز توان بالا
در شبکه های فشار ضعیف با توان زیاد از فیوزهای NH استفاده می شود. این فیوزها دارای دسته ای می باشند که توسط آن فیوزها در جای خود می اندازند و یا خارج می کنند و به آن فیوزکش گویند.
ث- فیوز فشار قوی
فیوزهای H.H برای فشار قوی مورد استفاده قرار می گیرند و خیلی بلندتر از فیوزهای معمولی تا 500 ولت است. برای حفاظت ترانسفورماتورهای توزیع و اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرند.
فیوز H.H فقط در جایی بکار برده می شود که قدرت اتصال کوتاه از MVA400 تجاوز نکند. ساختمان فیوز H.H شبیه فیوز فشار ضعیف است. در داخل یک لوله چینی یا فیبری بزرگ سیم فیوز بصورت مارپیچ قرار گرفته و در دو انتها به دو کلاهک فلزی محکم شده است. سیم فیوز بطور آزاد در داخل براده کوارتز قرار گرفته یا مدار در داخل لوله دندانه است و سیم از داخل دندانه ها عبور کرده است. فیوزهای فشار قوی دارای یک سیم فرعی اند که با قطع شدن آن دکمه ای به خارج پرتاب می شود و نشان می دهد که فیوز سوخته است. می توان از حرکت این دکمه برای مدار فرعی استفاده کرد که از قطع فیوز در داخل اطاق فرمان اطلاع حاصل کرد.
انتخاب نوع فیوز
برای خطوط ساده فیوزهای ذوب شونده جهت حفاظت کافی است. اما در شبکه های گسترش یافته با مصرف کنندگان صنعتی تنها فیوزهای ذوب شونده کافی نیست. زیرا در صورت سوختن یکی از سه فیوز قبل از دو فیوز دیگر موتور تحت ولتاژ دو فاز باقی مانده و خطر سوختن آن در بین است. باید از فیوز بی متال و مغناطیسی استفاده کرد مقدار فیوز برای کابل یا سیم معلوم با توجه به شدت جریان مجاز عبوری از سیم و جریان نامی فیوز انتخاب می شود.
جداول زیر جریان مجاز سیم و فیوز را مشخص می کنند.
تعیین افت ولتاژ مجاز و انتخاب سطح مقطع هادی
خطوط هادی الکتریسیته در حقیقت مقاومتهای الکتریکی هستند که از آنها جریان عبور می کند. با اتصال مصرف کننده به چنین خطوطی و عبور جریان از آنها در خط افت ولتاژ پدید می آید.
با توجه به قانون اهم : مقاومت خط × جریان مصرفی = افت ولتاژ
U = l.R
در انتهای خط ولتاژ به اندازه U2 کمتر از ولتاژ ابتدای خط است. آنچه که برای مصرف کننده مهم است تامین توان نامی آن است.
برای رسیدن به انی امر باید نکات زیر را درگرفت :
الف- سطح مقطع کابل و در نتیجه مقاومت آن را باید طوری انتخاب کرد که افت توان از حد معینی تجاوز نکند و در ضمن حرارت ایجاد شده در اثر عبور جریان از حد معینی تجاوز نکند.
ب- هادیها باید استحکام مکانیکی کهفی داشته باشند. حداکثر افت ولتاژ به درصد در شبکه های گوناگون مطابق جدول زیر می باشد :
ولتاژ نامی شبکه 220/330 KV6 KV30 KV60
حداکثر افت ولتاژ %5/3 %5 %10 %10
افت ولتاژ قابل در فشار ضعیف برای مصرف کننده های مختلف چنین است :
1- افت ولتاژ در مورد مصرف کننده های روشنایی 5/1 درصد
2- افت ولتاژ در مورد مصرف کننده های الکترومغناطیسی مانند موتور و غیره 3 درصد
موازی بستن آلترناتورها :
اتصال یک آلترناتور با آلترناتور دیگر بطور موازی و یا اتصال آلترناتوری به یک شبکه جریان متناوب را عمل سنکرونیزاسیون می نامند. و برای سنکرونیزاسیون مناسب شرایط زیر لازم است :
الف- تساوی ولتاژ موثر آلترناتورها
ب- متناسب بودن سرعت به طوری که فرکانسها باهم برابر باشند.
پ- تساوی فازها
بخش دوم : وسایل کنترل ساده
کلیدها
جهت کنترل وسایل الکتریکی و مصرف کننده ها از وسایل مختلفی استفاده می شود که ساده ترین این وسایل کلیدها هستند. بطور کلی کلید وسیله ای است که با تغییر حالتی که در این وسیله ایجاد می شود. باعث قطع یا وصل مدار می شود. عمل تغییر حالت کلید از نیروی مکانیکی ناشی می شود و نیز اینکه این نیروی مکانیکی مستقیماً به کلید اعمال شود و یا توسط انرژی دیگر مثل الکتریسیته.
می توان کلیدها را کلاً به دو دسته تقسیم نمود :
الف- کلیدهای ساده :
برای تغییر حالت احتیاج به انرژی مکانیکی دارند که بصورتهای یک پل و دو پل و سه پل و … ساخته می شوند که از نظر ساختمان خود نیز به چند دسته تقسیم می گردند.
ب- کلیدهای مرکب :
این کلیدهای نیروی مکانیکی را جهت تغییر حالت از انرژی واسطه ای دریافت می کنند مثل رله ها و کنتاکتورها.
انواع کلیدهای ساده :
کلیدهای ساده بطور کلی به دو دسته تقسیم بندی می شوند :
کلیدهای لحظه ای (شستی ها)
کلیدهای دائمی که معمولاً از نظر ساختمان بصورتهای اهرمی و غلطکی و زبانه ای ساخته می شوند که در مورد هرکدام توضیحاتی داده می شود.
1-کلید اهرمی ساده
کلید اهرمی ساده از جمله ساده ترین کلیدها بوده و بوسیله اهرمی که به تیغه های کلید نیرو وارد می کند ارتباط برقرار می نماید. تیغه های کلید به صورت یکنواخت به کنتاکتهای ثابت وصل می شوند. معمولاً از کلیدها بیشتر برای جداکردن مدارهای کم جریان استفاده می کنند. در صنعت اغلب به این «کلید چاقویی» و یا «کلید کاردی» می گویند. در کلیدهای جریان کمتر با استفاده از دو کنتاکت که با فاصله قرار دارند با بستن رشته سیم نازکی عمل فیوز را برای هر تیغه انجام می دهند و در کلیدهای قدرت بالاتر از فیوزهای کاردی (NH) در زیر تیغه استفاده می کنند.
2-کلیدغلطکی
ساختمان این کلیدها از یک استوانه عایق که حول محوری بصورت غلطک حرکت می کند تشکیل شده در روی استوانه در قسمتهای لازم قطعات هادی بصورت نوار قرار داده شده فرم استوانه و قطعات هادی بصورتی است که با حرکت استوانه در حول محورش می تواند کنتاکتهای ثابتی را به هم وصل و یا از هم جدا نماید.
3-کلید زبانه ای
در کلید غلطکی به خاطر تماس و سائیدگی که بین نوار هادی و کنتاکتهای ثابت بوجود می آید از عمر کلید کاسته می شود. به همین خاطر از کلید غلطکی کمتر استفاده می شود و بجای آن از کلید زبانه ای استفاده می شود.
در این کلید بجای قراردادن نوار هادی روی استوانه استوانه را طوری طراحی می کنند که دارای برجستگی و فرورفتگی هایی می باشد که این استوانه حول محور خود حرکت کرده و زبانه هایی را بالا و پائین می برد. زبانه مزبور کنتاکتهای متحرک را به کنتاکتهای ثابت وصل و یا‌آنها را از هم جدا می کند. این کلید بصورتهای روکار و توکار بکار می رود.
راه اندازی الکتروموتور با استفاده از کلیدهای ساده :
مصرف کننده های سه فاز و الکتروموتورهای با قدرت کم را می توان بطور مستقیم به شبکه وصل کرد. در راه اندازی به طور مستقیم از انواع کلیدهای ساده استفاده می کنند. معمولاً این گونه کلیدها 6 کنتاکت دارند که سه کنتاکت ورودی با حرفهای R,S,T و سه کنتاکت خروجی به حرفهای U,V,W مشخص و دارای دو حالت قطع و وصل می باشند که با علامتهای (O) برای قطع و (I) برای وصل. در نقشه های الکتریکی کلیدها را در حالت قطع نشان می دهند.
راه اندازی موتورها با استفاده از کلید ستاره – مثلث :
همانطوریکه گفته شد موتورهای قدرت پائین را می توان بطور مستقیم به شبکه وصل کرد.
اما الکتروموتور با قدرتهای بالاتر را به علت جریان نسبتاً زیاد در راه اندازی نباید مستقیماً به شبکه وصل کرد بلکه بطور تدریجی، که روشهای مختلفی برای این کار وجود دارد که ساده ترین آنها راه اندازی به روش ستاره مثلت است که هم با کلیدهای ساده و هم مرکب قابل اجرا می باشد.
کلیدهای ستاره- مثلث ساده نیز معمولاً بصورت غلطکی و زبانه ای ساخته می شدند.
این کلید ابتدا سیم پیچهای موتور را بصورت ستاره به شبکه وصل می کند. پس از اینکه موتور به سرعت نرمال خود رسید، با تغییر حالت کلید سیم پیچهای موتور را به حالت مثلث در شبکه قرار می دهد.
پس کلید دارای سه حالت قطع – ستاره و مثلث می باشد.
بخش سوم : کلیدهای مرکب
کلیدهای مرکب
همانطور که گفته شد کلیدهای مرکب نیروهای مکانیکی جهت قطع و وصل را از انرژی واسطه ای مانند الکتریسیته دریافت می کنند مانند رله و کنتاکتور.
تعریف رله :
بطور کلی رله به دستگاهی گفته می شود که در اثر تغییر کمیت الکتریکی و یا کمیت فیزیکی مشخص تحریک شده و موجب بکار افتادن دستگاه یا ماشینی بشود.
تعریف کنتاکتور :
کنتاکتور نیز یک رله است (کلید بوبین دار) که مانند کلید ساده سه فاز دارای سه کنتاکت برای وصل مدار قدرت و کنتاکتهای کمکی جهت مدار فرمان می باشد و اساس کارش بر مبنای بوبین سیم پیچی شده با هسته آهنی است.
-سیم پیچ کنتاکتور ممکن است با جریان مستقیم یا متناوب و یا ولتاژ های 330، 220، 127، 110 و … و با جریان کم تحریک شود. هسته آهنی از دو قسمت که یکی ثابت و دیگری متحرک است ساخته شده.
قسمتی که در زیر قرار گرفته ، ثابت و قسمت بالائی متحرک است و توسط فنر از قسمت ثابت فاصله می گیرد. سیم پیچ کنتاکتور روی قرقره پیچیده در وسط هسته جای می گیرد. زمانی که این بوبین تحریک شود بخش ثابت هسته بخش متحرک را به سمت خود می کشد و هنگامی که بوبین از منبع انرژی قطع شود.
فنرها قسمت متحرک را مجدداً به جای خود برمی گردانند.
بر روی قسمت متحرک، کنتاکتهای کنتاکتور نصب شده است که با حرکت هسته بالا و پائین می روند.
و با کنتاکتهای ثابتی که در اطراف کنتاکتور قرار دارد تماس برقرار می کنند. بدین ترتیب که کنتاکتهایی که از نظر الکتریکی باز بودند، در اثر جذب هسته بالایی بسته و کنتاکتهای بسته باز می شوند.
کنتاکتهای یک کنتاکتور به دو دسته اصلی و فرعی تقسیم می شوند :
کنتاکتهای اصلی برای ورود جریان سه فاز از شبکه به مصرف کننده و کنتاکتهای فرعی به عنوان کنترل در مدار فرمان عمل می کنند. معمولاً جریانی که کنتاکتهای فرعی می توانند از خود عبور دهند کمتر از جریانی است که کنتاکتهای اصلی از خود عبور می دهند.
ساختمان داخلی کنتاکتور بصورت زیر می باشد :
قاب نگهدارنده کنتاکتهای بالایی
تیغه اصلی
بوبین
هسته
حلقه اتصال کوتاه
کنتاکت اصلی
کنتاکت فرعی
بست نگهدارنده
فنر
قاب نگهدارنده کنتاکتهای پایین
کانال جداکننده
پین نگهدارنده
کنتاکت اصلی
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 36 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله گزارش کار کارآموزیآشنایی با تاسیسات الکتریکی
