آشنایی با تنظیم کنترل فاز

در سیستم‌های سه‌ فاز صنعتی، تنظیم کنترل فاز یکی از مهم ‌ترین روش‌ها برای حفاظت تجهیزات و بهینه ‌سازی مصرف انرژی است. رله‌های کنترل فاز به‌ عنوان تجهیزاتی حفاظتی عمل می‌کنند که وضعیت ولتاژ و ترتیب فازها را مانیتور می‌کنند تا از خطاهایی مانند قطع شدن یک فاز، وارونگی توالی یا عدم تقارن ولتاژ جلوگیری شود. این رله‌ها، بدون دخالت مکانیکی یا دما، کوچک ‌ترین تغییرات ولتاژ را شناسایی کرده و مدار را ایمن می‌کنند. به همین دلیل، نصب و تنظیم صحیح کنترل فاز در تابلوهای صنعتی که موتور سه‌ فاز دارند، امری ضروری است.

انواع رله‌های کنترل فاز

رله‌های کنترل فاز به دو دسته اصلی تقسیم می‌شوند: دیجیتال و آنالوگ (مکانیکی).

• مدل‌های دیجیتال معمولاً دارای صفحه نمایش LCD هستند و امکان تنظیم دقیق پارامترهایی مانند حد ولتاژ، تأخیر وصل و قطع، و حساسیت عدم تقارن را فراهم می‌کنند. علاوه بر دقت بالاتر، این مدل‌ها قابلیت ثبت وضعیت خطاها و ارتباط با شبکه را نیز دارند.
• مدل‌های آنالوگ یا مکانیکی با پیچ و ولوم تنظیم می‌شوند و بیشتر برای تابلوهای کوچک و کاربردهای ساده مناسب هستند. هزینه این مدل‌ها معمولاً کمتر است و علائم هشدار محدودتری دارند.

پارامترهای مهم تنظیم کنترل فاز

برای عملکرد صحیح رله، باید پارامترهای زیر به دقت تنظیم شوند:

1. حد آستانه ولتاژ (U< و U>): حداقل و حداکثر ولتاژ مجاز تعیین می‌شود تا در صورت نوسان شدید، مدار فرمان قطع شود.
2. ترتیب فاز: فازهای ورودی باید به ترتیب صحیح وصل شوند؛ در غیر این صورت، رله عمل نمی‌کند و ممکن است نیاز به جابجایی دو فاز باشد.
3. تاخیر قطع و وصل (Off/On Delay): این تایمرها مانع قطع ناگهانی مدار در زمان استارت موتور می‌شوند و موجب پایدار ماندن شبکه می‌شوند.
4. حساسیت عدم تقارن (Asym): میزان اختلاف ولتاژ بین فازها را تنظیم می‌کند؛ به عنوان مثال، ۱۰٪ تنظیم حساسیت به این معناست که اختلاف بیش از ۴۰ ولت باعث قطع رله می‌شود.
5. نشانگرها و آلارم‌ها: LEDها یا نمایشگر دیجیتال وضعیت و نوع خطا را نشان می‌دهند، که در عیب‌ یابی و تنظیم دقیق رله اهمیت دارد.

نصب و سیم ‌کشی رله

رله کنترل فاز معمولاً روی ریل DIN نصب شده و فازهای L1، L2 و L3 به ورودی‌های مربوطه وصل می‌شوند. خروجی رله، معمولاً یک کنتاکت NO یا NC، به بوبین کنتاکتور یا مدار فرمان متصل می‌شود. اتصال صحیح نول و فازها برای دقت عملکرد رله ضروری است. بعد از نصب، با تست عملکرد (قطع یک فاز یا تغییر ترتیب فازها) می‌توان از کارکرد صحیح آن اطمینان حاصل کرد.

همچنین، در صورت نیاز به خرید رله، می‌توان از طریق گزینه‌های خرید کنترل فاز معتبر و برندهای مشهور مانند Schneider، Siemens یا Omron اقدام کرد تا هم کیفیت بالا و هم دوام طولانی‌ مدت تجهیزات تضمین شود.

کنترل توان با روش Phase Control

علاوه بر حفاظت، تنظیم کنترل فاز به عنوان یک روش الکترونیکی برای کنترل توان الکتریکی نیز کاربرد دارد. در این روش، با تأخیر لحظه روشن شدن سوئیچ‌های نیمه‌ رسانا مانند تایریستور (SCR) یا TRIAC نسبت به صفر عبور ولتاژ، می‌توان میزان توان تحویلی به بار را از صفر تا ۱۰۰٪ کنترل کرد. این تکنیک به ویژه در کاربردهایی مانند روشنایی، گرمایش صنعتی و کنترل سرعت موتور کاربرد دارد.

مدارهای تحریک (Firing Circuits)

مدارهای تحریک، مسئول تولید پالس برای روشن کردن سوئیچ نیمه‌ رسانا هستند. رایج‌ ترین نوع آن، مدار RC با DIAC و TRIAC است که زاویه آتش‌ زنی (Firing Angle) را کنترل می‌کند. زاویه آتش‌ زنی تعیین می‌کند چه بخشی از نیم‌ تناوب ولتاژ به بار منتقل شود و بنابراین ولتاژ خروجی RMS و توان تحویلی تنظیم می‌شود. برای بارهای مقاومتی، کنترل فاز بسیار دقیق و نرم است، اما برای بارهای القایی مانند موتورهای AC باید با دقت انجام شود تا جریان نامتقارن و مشکلات هارمونیکی ایجاد نشود.

کنترل فاز تک‌ فاز و سه ‌فاز

• تک‌ فاز: برای توان تا حدود ۲۰–۳۰ kVA مناسب است و معمولاً با یک یا دو SCR/ TRIAC اجرا می‌شود. هزینه پایین و نصب ساده دارد، اما تلفات خط بیشتر و عامل قدرت کمی پایین‌ تر است.
• سه‌ فاز: برای صنایع و سیستم‌های بزرگ استفاده می‌شود و با سه کنترل‌ کننده هماهنگ، توان را با حداقل تلفات و کارایی حدود ۹۰٪ منتقل می‌کند. این روش مناسب برای موتورهای القایی و بارهای صنعتی سنگین است.

کاربردهای عملی کنترل فاز

1. کنترل روشنایی: برای لامپ‌های هالوژن و رنگین‌ گلو، امکان تنظیم روشنایی و کاهش مصرف انرژی فراهم می‌شود.
2. گرمایش صنعتی: عناصر گرمایشی در کوره‌ها و سیستم‌های گرمایشی با کنترل فاز نرم‌ تر و دقیق‌ تر عمل می‌کنند.
3. کنترل سرعت موتور: موتورهای AC القایی می‌توانند با کنترل زاویه آتش‌ زنی، سرعتشان تنظیم شود، هرچند برای بارهای القایی پیچیدگی بیشتری دارد و گاهی استفاده از VFD ترجیح داده می‌شود.
4. منابع تغذیه و شارژر باتری: توان DC از طریق کنترل SCR یا TRIAC به دقت تنظیم می‌شود.

مشکلات کیفیت توان و راهکارها

کنترل فاز می‌تواند باعث تشویش هارمونیک (THD)، کاهش عامل قدرت و ایجاد نویز الکترومغناطیسی شود. برای کاهش این مشکلات از فیلترهای پسیو و فعال یا تکنیک‌های Selective Harmonic Elimination استفاده می‌شود. همچنین، در انتخاب بین کنترل فاز و روش‌های دیگر مانند Zero-Cross یا VFD باید نیاز بار، نوع مصرف و حساسیت تجهیزات به هارمونیک در نظر گرفته شود.

جمع ‌بندی

تنظیم کنترل فاز با انتخاب رله مناسب و تنظیم دقیق پارامترها، هم از تجهیزات صنعتی محافظت می‌کند و هم امکان کنترل دقیق توان و روشنایی را فراهم می‌سازد. برای عملکرد بهینه و کاهش مشکلات هارمونیک، نصب صحیح و استفاده از کنترل فاز از برندهای معتبر توصیه می‌شود.