کنترل فاز چیست؟ کاربرد کنترل فاز در تابلو برق

کنترل فاز یکی از تجهیزات مورد استفاده در تابلو برق بوده که از آسیب دیدن تجهیزات برقی و حفاظت از جان افراد مورد استفاده قرار می گیرد. تغییر ولتاژ باعث بالا رفتن دمای تجهیز، سوختن فیوز، داشتن اضافه بار و به وجود آمدن شرایط حساس می شود. رله کنترل فاز به عنوان یک تجهیز کنترلی ساده در انواع مختلفی طراحی و روانه بازار شده است و به دلیل نصب ساده و منطبق بودن با کاربرد های سه فاز به عنوان یک جز اصلی در تابلو برق محسوب می شود. در این مقاله ضمن آشنایی با رله کنترل فاز و انواع آن، کاربرد کنترل فاز در تابلو برق و نحوه عملکرد آن را مورد بررسی قرار داده و سپس نحوه اتصال رله کنترل فاز به تابلو برق را توضیح می دهیم.

رله کنترل فاز چیست؟

کنترل فاز به فرآیندی اطلاق می‌ شود که در آن ولتاژ و جریان الکتریکی در یک سیستم برق متناوب (AC) به‌گونه‌ ای تنظیم می‌ شود که زمان آغاز رساندن توان به بار را کنترل کند. این تنظیم با تغییر زاویه فاز ولتاژ اعمالی به بار انجام می‌ گیرد.

کنترل فاز معمولاً در سیستم‌ های الکترونیکی قدرت استفاده می‌ شود تا میزان توان انتقال‌یافته به بارها، مانند موتورها یا لامپ‌ های نورانی، را مدیریت کند. این روش کنترل معمولاً با استفاده از دستگاه‌ های الکترونیکی نیمه‌ هادی مانند تریاک (Triac) یا تریستور (Thyristor) صورت می‌ پذیرد که با تغییر زمان روشن شدن جریان، توان تحویلی را تنظیم می‌ کنند.

به زبانی دیگر می توان گفت، کارخانه های صنعتی و کارگاه ها که از تابلو برق استفاده می کنند، از تجهیزات ساده ای مانند رله اضافه بار یا قطع کننده مدار برای محافظت از تجهیزات در برابر بالا رفتن دمای سیستم استفاده می کنند. یکی از تجهیزات کنترلی در سیستم های الکتریکی سه فاز، رله کنترل فاز بوده که وظیفه کنترل توالی فاز، قطع فاز، عدم تعادل فاز و تغییرات ولتاژ را بر عهده دارد. رله کنترل فاز با نام های رله حفاظت فاز، رله خرابی فاز، رله نظارت فاز و رله مانیتورینگ خط شناخته می شود.

رله کنترل فاز بر روی منابع سه فاز نصب شده و برای عیب یابی موتور ها با تغذیه سه فاز مورد استفاده قرار می گیرند. در برخی موارد ممکن است از رله کنترل فاز برای سیستم های تک فاز مورد استفاده قرار گرفته و برای ایمنی بالا و حفاظت از جان افراد در برابر دمای بالای تجهیز و برق گرفتگی موثر واقع می شود.

یکی از نمونه های معروف رله کنترل فاز، رله کنترل فاز اشنایدر بوده که از صدمه دیدن تجهیزات موتور های الکتریکی در برابر اتفاقات ناگهانی محافظت می کند. به طوری که با وقوع پیش آمد های ناگهانی، رله کنترل فاز در مدار وصل شده و با خارج کردن قطعه مورد نظر از مدار از معیوب شدن تجهیز و برق گرفتگی محافظت می کند.

کار کنترل فاز چیست؟

کار اصلی کنترل فاز تنظیم و مدیریت مقدار توان الکتریکی تحویلی به بارها است. این کار با کنترل زاویه فاز ولتاژ اعمالی به بار، یعنی زمانی که ولتاژ به بار می‌رسد، انجام می‌شود. در واقع، با تغییر زاویه فاز، مقدار توان تحویلی به بار می‌تواند از صفر تا حداکثر مقدار تنظیم شود. این ویژگی به کاربران اجازه می‌دهد تا بهینه‌سازی مصرف انرژی و کنترل دقیق‌تری بر روی عملکرد دستگاه‌ها داشته باشند.

به عنوان مثال، در سیستم‌های روشنایی، کنترل فاز می‌تواند به تنظیم شدت نور کمک کند، که این امر به‌طور مستقیم به کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی منجر می‌شود. همچنین، در دستگاه‌هایی که نیاز به کنترل سرعت دارند، مانند فن‌ها یا موتورهای الکتریکی، کنترل فاز می‌تواند عملکرد بهینه و کنترل‌پذیرتری را فراهم کند. از این رو، کنترل فاز به عنوان یک ابزار قدرتمند در مدیریت انرژی و بهبود کارایی سیستم‌های قدرت محسوب می‌شود.

خطاهای کنترل فاز

خطاهای کنترل فاز می‌توانند در اثر عوامل مختلفی رخ دهند که عملکرد صحیح سیستم را مختل می‌کنند. یکی از این خطاها، از دست رفتن فاز (Phase Loss) است که در آن یکی از فازهای سیستم سه‌فاز قطع می‌شود. این مشکل می‌تواند باعث عملکرد نادرست یا توقف دستگاه‌هایی که به توان سه‌فاز وابسته‌اند، شود. علاوه بر این، خطاهای عدم تقارن فاز (Phase Imbalance) ممکن است رخ دهد، جایی که ولتاژ یا جریان در فازهای مختلف برابر نیستند. این مشکل می‌تواند به داغ شدن موتور و کاهش کارایی آن منجر شود.

دیگر خطاهای ممکن شامل اضافه‌ولتاژ و کم‌ولتاژ در فازها هستند که می‌توانند به تجهیزات الکتریکی آسیب برسانند یا عمر مفید آنها را کاهش دهند. همچنین، تغییرات ناگهانی در بار یا خطای اتصال کوتاه می‌تواند سیستم را تحت تاثیر قرار دهد. برای مقابله با این خطاها، استفاده از رله‌های کنترل فاز و دستگاه‌های محافظتی ضروری است تا از عملکرد صحیح و پایدار سیستم اطمینان حاصل شود و از آسیب به تجهیزات جلوگیری شود.

انواع رله کنترل فاز

• رله عدم تعادل فاز
• رله توالی فاز
• رله خرابی فاز
• رله پایش ولتاژ

رله عدم تعادل فاز

یکی از مشکلات سیستم های سه فاز، عدم تعادل منبع تغذیه به دلیل توزیع نا مساوی بار می باشد که با تبدیل قسمتی از انرژی به انرژی راکتیو، موجب از بین رفتن انرژی می شود. عدم تعادل فاز در موتور ها و تجهیزات الکترونیکی، موجب بالا رفتن دما و به وجود آمدن اختلال در موتور های AC می شود. به دلیل افزایش طول عمر موتور و جلوگیری از پرداخت هزینه بالا برای تعمیرات ان، می توان از رله عدم تعادل فاز به منظور متوقف کردن آسیب های موتور به طور خودکار استفاده کرد.

رله توالی فاز

یکی از مشکلات عمده در موتور های الکتریکی، چرخش معکوس بوده که به دلیل تغییر در دنباله فاز یا توال فاز اشتباه رخ داده و باعث خرابی اجزای موتور مانند پمپ، کمپرسور، فن و غیره می شود. در این حالت قطعات شل شده و می تواند خطرات سهمگینی به وجود آورد. به منظور جلوگیری از این امر لازم است از یک رله توالی فاز، دستگاه پایش و کنتاکتور استفاده شود.

رله خرابی فاز

خرابی فاز در موتور های سه فاز ممکن است بر اثر عوامل مختلفی از جمله سوختن فیوز، معیوب بودن سیم پیچی ترانسفورماتور و خرابی تجهیزات اتفاق افتاده و موجب توقف کار موتور های سه فاز تحت بار می شود. در نتیجه مقاومت الکتریکی به طور قابل توجهی کم شده و طبق قانون اهم، جریان تا 600 برابر جریان نامی موتور افزایش خواهد یافت. این امر باعث از بین رفتن سیم پیچ موتور در عرض زمان کوتاه در حد چند ثانیه می شود. به همین دلیل لازم است از رله خرابی فاز برای جلوگیری از این اتفاق در تابلو برق استفاده شود و از روشن کردن موتور ها هنگام از دست دادن و خراب شدن فاز بپرهیزید و اتصال برق از دستگاه را قطع کنید.

رله پایش ولتاژ

کار کردن تجهیزات برقی در سطوح ولتاژ مختلف می تواند آسیب دیدن اجزای تابلو برق شده و عایق قطعات الکترونیکی از بین می رود. سطح پایین ولتاژ می تواند باعث متوقف شدن کارکرد عادی موتور و کنتاکتور شده و بالا رفتن دمای تجهیز موجب آسیب دیدن آن خواهد شد. به همین دلیل لازم است از رله پایش ولتاژ برای کنترل عملکرد ولتاژ تجهیزات در میزان حداقل و حداکثر آستانه ولتاژ استفاده کرد.

عملکرد کنترل فاز

عملکرد کنترل فاز بر اساس تنظیم و مدیریت دقیق زاویه فاز ولتاژ اعمالی به بار استوار است. این تنظیم به طور موثر مقدار توان الکتریکی تحویلی به بار را کنترل میکند. با تغییر زاویه فاز، می‌توان میزان انرژی را از حداکثر به حداقل کاهش داد یا بالعکس. در سیستم‌های قدرت صنعتی و تجاری، این امر به افزایش کارایی و کاهش مصرف انرژی کمک می‌ کند.

در سیستم‌ های کنترل موتور، کنترل فاز سرعت و گشتاور موتورها را با دقت بالا تنظیم میکند. این امر به خصوص در صنایعی که نیاز به کنترل دقیق سرعت و قدرت دارند، مانند تولیدات صنعتی یا حمل و نقل، حیاتی است. همچنین، کنترل فاز به بهبود کیفیت توان الکتریکی و کاهش اثرات هارمونیکی در سیستم‌های قدرت کمک می‌ کند. به این ترتیب، عملکرد کنترل فاز به عنوان یک ابزار مهم در مدیریت بهینه انرژی و بهبود کارایی تجهیزات شناخته می‌ شود.

کاربرد رله کنترل فاز

رله کنترل فاز یکی از اجزای اصلی مورد استفاده در تابلو برق بوده که در موارد مختلفی کاربرد دارد. کاربرد رله کنترل فاز شامل موارد زیر است:

• کنترل اتصال تجهیزات متحرک
• حفاظت در برابر کارکرد موتور معکوس
• کارکرد درست منابع حساس سه فاز
• بالا رفتن دمای بیش از حد موتور در اثر ولتاژ نا متقارن
• کنترل عملکرد موتور در اثر تغییرات ولتاژ
• تنظیم جهت چرخش درایو

علاوه بر موارد بالا، رله کنترل فاز موجب قطع شدن مدار فرمان در اثر تغییرات بیش از حد ولتاژ، قطع و وصل متوالی جریان برق، جا به جایی و عدم تقارن فاز ها می شود. هم چنین با استفاده از رله کنترل فاز می توان زمان وصل را پس از بر طرف نمودن خطا نیز تنظیم کرد.

نحوه عملکرد رله کنترل فاز در تابلو برق

اساس عملکرد رله کنترل فاز مبنی بر دریافت و تعیین سیگنال های ورودی بوده به طوری که با رسیدن سیگنال به یک مقدار مشخص، کنتاکت خروجی توسط کاربر تغییر داده می شود. کنتاکت خروجی به تجهیزات دیگر تابلو برق مانند کنداکتور ها و کلید ها وصل شده و سپس هشداری را به PLC ارسال می کند. رله کنترل فاز در تابلو برق از چندین خروجی برای محافظت از هر گونه آسیب های ناشی از تغییر ولتاژ استفاده می کند. به طوری که خارج شدن شرایط تغذیه از محدوده از پیش تعیین شده موجب باز شدن خروجی و قطع مدار می شود.