درسنامه آموزشی نصب و راه اندازی سیستم‌های کنترلی مکاترونیک کلاس دوازدهم مکاترونیک

رشد روز افزون کارخانجات و مراکز صنعتی، استفاده از سیستم برق سه‌فاز به جای تک‌فاز و همچنین ضرورت شناسایی مصرف کننده‌ها و مخصوصاً موتورهای سه‌فاز و همچنین طریقهٔ کنترل آنها را ایجاب می‌کند. هرچند موتورهای تک‌فاز نیز هنوز کاربرد خود را در صنعت دارند ولی مزایای برق سه‌فاز نسبت به تک‌فاز موجب گردیده است که در کارگاه‌ها و کارخانجات صنعتی از این موتورها استفاده شود. برای این منظور لازم است تمامی قسمت‌های مرتبط با کنترل موتورهای سه‌فاز، اعم از شبکهٔ تغذیه، کابل‌های ارتباطی و انواع موتورهای سه‌فاز، مورد بررسی قرار گیرند. 

واحد یادگیری 1: شایستگی اجرای مدارهای برق صنعتی

آیا تا به حال پی برده‌اید:

- چرا در اکثر مراکز صنعتی از برق سه‌فاز استفاده می‌کنند؟
- مزایا و معایب انواع موتورهای سه‌فاز چیست؟
- چگونه می‌توان موتورهای سه‌فاز را کنترل نمود؟

هدف‌های این شایستگی عبارت‌اند از:

- آشنایی با ولتاژ خطوط مختلف؛
- آشنایی و توانایی نقشه‌خوانی و استفاده از کلیدهای دستی در راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز؛
- آشنایی و توانایی نقشه‌خوانی و استفاده از کلیدهای مغناطیسی در راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز.

استاندارد عملکرد

پس از اتمام واحد یادگیری و کسب شایستگی برق صنعتی، هنرجویان قادر خواهند بود تا موتورهای سه‌فاز را با کلیدهای دستی و مغناطیسی (کنتاکتور) کنترل نموده و انواع نقشه‌های آن را ترسیم و نقشه‌خوانی کنند.

کاربردهای برق سه‌فاز

در بیشتر مراکز و کارخانجات تولیدی و صنعتی از ولتاژ سه‌فاز استفاده می‌کنند. سطح ولتاژ سه‌فاز در شبکه‌های سه‌فاز توزیع فشار ضعیف، 400/230 ولت است.

مراکز تولید برق اغلب در خارج از شهرها و مناطق صنعتی قرار دارند. از آنجا که مقدار ولتاژ تولیدشده در مولدها نمی‌تواند بیش از حد مجاز باشد و انتقال این ولتاژ با جریان بالا، اتلاف انرژی را به دنبال دارد، بنابراین در محل تولید برق مقدار ولتاژ تولیدشده، افزایش و در انتهای خط در چند مرحله جهت استفادۀ مصرف‌کنندگان صنعتی و خانگی به ولتاژ 400/230 ولت کاهش می‌یابد. این عمل توسط ترانسفورماتورهای افزاینده و کاهندۀ ولتاژ صورت می‌گیرد. 

انواع موتورهای سه‌فاز القایی

به‌طور کلی موتورهای سه‌فاز را می‌توان به دو دسته تقسیم‌بندی نمود:

الف) سنکرون (همزمان)

در این‌گونه موتورها تعداد دور سنکرون برابر تعداد دور روتور است.

$({n_s} = {n_r})$

ب) آسنکرون (غیر همزمان)

در این‌گونه موتورها درحالت کار عادی تعداد دور سنکرون بیشتر از تعداد دور روتور است.

$({n_s} \gt {n_r})$

ساختمان موتورهای آسنکرون

موتورهای آسنکرون از دو قسمت اصلی روتور و استاتور تشکیل شده است. بر روی استاتور سه دسته سیم‌پیچ با اختاف مکانی 120 درجه نسبت به هم قرار گرفته است که با اتصال جریان سه‌فاز با اختاف فاز 120 درجۀ الکتریکی، میدان دوّار تولید می‌شود.

تئوری میدان دوّار

اساس حرکت موتورهای سه‌فاز «تئوری میدان دوّار» است. منظور از میدان دوّار، میدان‌مغناطیسی است که حول یک محور گردش کند. در موتورهای الکتریکی سه‌فاز، برق سه‌فاز با اختاف فاز زمانی 120 درجه را به سه سیم‌پیچ با اختاف فاز مکانی 120 درجه وصل می‌کنیم. با توجّه به وجود اختاف فاز 120 درجه در شکل موج سه‌فاز، یک میدان دوّار خواهیم داشت. 

در شکل صفحۀ بعد در شش مرحله، عبور جریان الکتریکی از سیم‌پیچی‌های موتور بررسی شده و بیانگر آن است که مجموع جریان‌های چند سیم‌پیچ، یک قطب مغناطیسی را تشکیل می‌دهند. در این شکل در هر 60 درجه از یک شکل موج، تغییرات جریان در سیم‌بندی استاتور مورد بررسی قرارگرفته و تغییر مکان میدان مغناطیسی (قطب S و N) را می‌توان در شکل مشاهده نمود. در زمان‌های مختلف قطب‌های مغناطیسی جای خود را عوض می‌کنند. به عبارت دیگر شروع به حرکت می‌کنند. به این حرکت «تئوری میدان دوّار» می‌گویند.

اساس کار موتور آسنکرون، القای الکترومغناطیس و تولید میدان دوّار است. وجود اختاف سرعت سنکرون (ns) و روتور (nr) شرط و ضرورت این‌گونه موتورهاست. 

روتور در این‌گونه موتورها می‌تواند سیم‌پیچی شده یا از نوع روتور قفسی باشد.

شیوۀ نام‌گذاری سیم پیچ‌ها در موتور سه‌فاز آسنکرون

همان‌طور که گفته شد، در ساختمان موتورهای آسنکرون، سه دسته سیم پیچی وجود دارد که سر و ته هر سیم پیچ بر روی تخته کلم موتور قرار گرفته است. در استاندارد کمیتۀ بین المللی الکتروتکنیک (IEC) برای نشان دادن سر کلاف‌ها از حروف «${U_1},{V_1},{W_1}$» و برای نمایش انتهای کلاف‌ها از «${U_2},{V_2},{W_2}$» استفاده شده است.

معرفی ولتاژها و جریان‌های شبکة سه‌فاز

ولتاژها و جریان‌های شبکهٔ سه‌فاز با عناوینی به شرح زیر معرفی شده و به کار می‌روند.

ولتاژ خطی $({V_L})$

به اختلاف سطح ولتاژ هر فاز با فاز دیگر ولتاژ خطی می‌گویند. در شبکۀ فشار ضعیف ایران مقدار این ولتاژ برابر 400 ولت است.

ولتاژ فازی $({V_P})$

مقدار ولتاژ (اختلاف‌پتانسیل) دو سر هر مصرف‌کنند‌هٔ سه‌فاز را ولتاژ فازی می‌گویند.
در مدارهایی که دارای سیم نول باشند به ولتاژ بین هر فاز و سیم نول ولتاژ فازی گفته می‌شود.

جریان خطی $({L_L})$

به جریانی که از هر مسیر (سیم فاز) شبکه عبور می‌کنند جریان خطی می‌گویند.

جریان فازی $({I_P})$

به جریانی که از هر کلاف مصرف‌کننده عبور می‌کند جریان فازی می‌گویند.

نحوۀ سربندی (اتصال) سیم پیچ‌ها در موتورهای سه‌فاز

الف) اتصال ستاره (Y)

اگر به ابتدای سیم‌پیچ‌های (سر کلاف‌های «${U_1},{V_1},{W_1}$» موتور به ترتیب شبکۀ سه‌فاز ${L_2},{L_3}$ و ${L_1}$ را وصل کرده و انتهای سیم‌پیچ‌ها (ته کلاف‌ها «${U_2},{V_2},{W_2}$» را به یکدیگر اتصال دهیم، به نوع اتصال، «اتصال ستاره» می‌گویند. شکل زیر نحوهٔ اتصال ستاره را به‌صورت مداری و روی تخته کلم موتور نشان می‌دهد.

ب) اتصال مثلث $(\Delta )$

اگر انتهای کلاف اول $({U_2})$ به ابتدای کلاف دوم $({V_1})$ و انتهای کلاف دوم $({V_2})$ به ابتدای کلاف سوم $({W_1})$ و به همین ترتیب انتهای کلاف سوم $({W_2})$ به ابتدای کلاف اول $({U_1})$ وصل شود، به این اتصال «اتصال مثلث» گویند. شکل زیر نحوهٔ اتصال مثلث را به‌صورت مداری و روی تخته کلم موتور نشان می‌دهد.

مقادیر ولتاژهای خطی و فازی در اتصال ستاره و مثلث

شکل‌های زیر ولتاژها و جریان‌های خطی و فازی را در اتصال ستاره و مثلث بیان می‌کند.

آشنایی با پلاک مشخصات الکتروموتورهای سه‌فاز

برای انتخاب صحیح و مناسب موتور سه‌فاز، باید به توضیحات روی پاک مشخصات موتور کاملاً توجّه نمود. شکل پاک موتورهای سه‌فاز، همچنین اطلاعات نوشته شده روی آن‌ها متفاوت است.

یکی از مهم‌ترین موارد نوشته شده بر روی موتور، «ولتاژ نامی» موتور است و نظر به اینکه مقدار ولتاژ شبکه در نقاط مختلف دنیا متفاوت است، باید به این قسمت توجّه ویژه شود. در اتصال مصرف‌کننده‌های سه‌فاز (موتورها) به شبکهٔ برق، باید دقت کنیم که ولتاژ کار هر یک از سیم‌پیچ‌ها (ولتاژ فازی) برابر ولتاژی باشد که از طریق شبکهٔ برق به آن‌ها می‌رسد. از آنجا که در اتصال مثلث، ولتاژ هر فاز $\sqrt 3 $ برابر ولتاژ فازی در حالت اتصال ستاره است، باید در اتصال موتور به‌صورت ستاره و مثلث دقت کافی نمود. برای مثال، اگر بر روی پاک یک موتور الکتریکی سه‌فاز نوشته شده باشد «$230V\Delta$»، به این معنی است که این موتور را در برق ایران نمی‌توان به‌صورت مثلث به شبکه متصل کرد؛ زیرا به دو سر هر سیم‌پیچ 380 ولت ولتاژ می‌رسد و آن را می‌سوزاند. در ایران موتوری را می‌توان به‌صورت مثلث اتصال داد که روی پاک مشخصات آن نوشته شده باشد «$400V\Delta$» یا «$680/400V$».

تعریف کابل

چنانچه یک یا چند هادی الکتریکی، که نسبت به هم عایق هستند، در درون غلافی محافظت شوند، کابل الکتریکی تشکیل می‌شود. در یک کابل، ولتاژ سطح عایق نسبت به زمین صفر است (عایق کامل).

ساختمان کابل‌ها به سه دستۀ زیر تقسیم‌بندی می‌گردد:

- هادی کابل
- عایق کابل
- غلاف کابل

الف) هادی کابل

وظیفۀ عبور و تحمل جریان بر عهدۀ «هادی کابل» است، که با توجه به جریان عبوریِ مقطعِ هادی، تغییر می‌کند. هادی کابل از جنس مس خالص و دارای انعطاف قابل قبول است یا از آلومینیم یا آلیاژهای مخصوص ساخته می‌شود. کابل‌ها از نظر تعدادِ رشته، به دو دسته تک‌رشته (مفتولی) با حرف اختصاری (e) و چند رشته (افشان) با حرف اختصاری (m)، و از نظر سطح مقطع نیز به دو دستۀ گِرد با حرف اختصاری (r) و مثلثی با حرف اختصاری (S) تقسیم‌بندی می‌شوند.

ب) عایق کابل

با توجه به اینکه کابل‌ها در زیرِ زمین یا روی تجهیزات قرار می‌گیرند، باید فاقد هرگونه اتصال الکتریکی بین هادی و زمین باشند. به عبارت دیگر، باید ولتاژ روی بدنۀ عایق نسبت به زمین صفر باشد. برای عایق‌کردن کابل‌های الکتریکی، بسته به نوع مصرف و ولتاژِ روی هادی کابل، از مواد مختلفی همچون کاغذهای آغشته به روغن، مواد پروتودور (PVC) و مواد عایق پلی اتیلن (PET) استفاده می‌شود.

ج) غلاف کابل

در برخی کابل‌ها از لایه یا لایه‌هایی روی کابل استفاده می‌شود که می‌توانند عایق کابل را در مقابل انواع نیروهای مکانیکی محافظت کنند و همچنین از نفوذ رطوبت به داخل کابل جلوگیری نمایند. به این محافظ «غلاف کابل» یا «زره» گفته می‌شود.

سرسیم و کابلشو

برای اتصالات جداشدنی سیم‌ها، از فیش یا سرسیم‌های مخصوص استفاده می‌کنند. سرسیم‌ها، با توجّه به سطح مقطع سیم، در اندازه‌های مختلف ساخته می‌شوند و با لحیم‌کاری یا توسط دستگاه پرسِ مخصوص، به هادی محکم می‌شوند.

برای اتصال جداشدنی کابل از کابلشو استفاده می‌شود. کابلشوها در انواع مختلفِ پرسی، لحیمی، پیچی و  منگنه‌ای ساخته می‌شود. روی کابلشوها معمولاً سطح مقطع کابل و قطر سوراخ کابلشو جهت اتصال به پیچ مناسب نوشته می‌شود.

راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز

بهره‌برداری مطمئن و بدون وقفه از انرژی الکتریکی شدیداً به خصوصیات و طرزکار وسایل کنترل‌کننده از جمله کلیدها بستگی دارد. در سال‌های اخیر تولیدکنندگان تجهیزات الکتریکی، براساس نیاز بازار، انواع کلیدها را با خواص الکتریکی و مکانیکیِ هماهنگ با شرایط بهره‌برداری و جنبه‌های اقتصادی تولید کرده‌اند. امروزه موتورهای الکتریکی عمدتاً توسط کلیدهای زبانه‌ای یا کلیدهای مغناطیسی (کنتاکتور) کنترل می‌شوند. البته دو نوع کلید اهرمی و غلتکی نیز در صنایع قدیمی دیده می‌شود که به علّت استهلاک بالا دیگر مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

کلیدهای زبانه‌ای

در این نوع کلیدها استوانه‌ای طرّاحی شده است که چندین برجستگی و فرورفتگی دارد و با حرکت استوانه به دور محور خود، زبانه بالا و پایین می‌رود و کنتاکت‌های متحرک و ثابت را به همدیگر وصل یا قطع می‌کند. در صنعت به این کلیدها «کلید سلکتور» نیز می‌گویند.

اتصال موتورهای سه‌فاز به شبکۀ برق با کلید قطع و وصل (1-0)

در این حالت، کلید زبانه‌ای مشابه سه کلید تک‌پل عمل می‌کند و باید سه‌فاز ${L_1}$ و ${L_2}$ و ${L_3}$ به سرهای ${U_1},{V_1},{W_1}$ اتصال دهد یا قطع کند. به خاطر داشته باشید که هنگام استفاده از کلیدهای (1-0) اتصال موتور با استفاده از تیغه‌های تخته کلم باید به‌صورت ستاره یا مثلث بسته شده باشد.

برای رسم نقشه و همچنین کاربرد کلیدهای زبانه‌ای در استاندارد کمیتۀ بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC) از دو شمای فنی (تک‌خطی) و حقیقی استفاده می‌شود. در کلیدهای قطع و وصل زبانه‌ای نیز نقشه‌های فنی و حقیقی مانند شکل زیر است:

تغییر جهت گردش موتورهای سه‌فاز

در موتورهای سه‌فاز برای تغییر جهت گردش دور موتور باید جایِ دو‌فاز، سه‌فازِ ورودی را با هم جابه‌جا نماییم؛ یعنی: 

در حالت راست گرد

 

در حالت چپ گرد 

${L_1} \to {V_1}$
${L_2} \to {U_1}$
${L_3} \to {W_1}$

از مقایسهٔ حالت‌های چپ‌گرد و راست‌گرد با یکدیگر مشاهده می‌شود که در یک فاز مشترک‌اند و می‌توان به رابطه کلی زیر دست یافت:

${V_1} \to {L_1} \to {U_1}$
${U_1} \to {L_2} \to {V_1}$
${W_1} \to {L_3} \to {W_1}$

شمای فنی و حقیقی کلیدهای چپ گرد-راست گرد در شکل زیر نمایش داده شده است.

راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز به‌صورت ستاره مثلث

برای اینکه یک موتور از حالت سکون به دور نامی برسد، آن‌را با وسایلی که «راه‌انداز» نامیده می‌شود به‌کار می‌اندازند. اگر موتورهای الکتریکی با قدرت بالا را مستقیماً به شبکه وصل کنیم، جریان راه‌اندازی حدود 4 تا 7 برابر جریان نامی از شبکه دریافت می‌کند؛ در نتیجه احتمال دارد سیم‌های رابط و سیم‌پیچ‌های موتور صدمه ببینند. به همین جهت موتورها را به گونه‌ای راه‌اندازی می‌کنند که بتوان جریان راه‌اندازی را کنترل و آن را محدود کرد (البته هر چه جریان راه‌اندازی بیشتر باشد گشتاور راه‌اندازی موتور نیز بالاتر می‌رود).

به همین دلیل است که موتورهای با قدرت پایین را مستقیماً به شبکه وصل می‌کنند و موتورهای دارای جریان بالا و قدرت زیاد را توسط روش‌های راه‌اندازی، کنترل می‌کنند. یکی از این روش‌های راه‌اندازیِ موتورهای سه‌فاز، اتصال ستاره مثلث است. این روش در موتورهایی به کار می‌رود که می‌توانند در شبکۀ موردنظر اتصال مثلث داشته باشند و با استفاده از مدارهای ستاره مثلث، به شبکه اتصال می‌دهند.

کنترل جریان راه‌اندازی با استفاده از مدار ستاره مثلث

همان‌طور که در قسمت‌های قبل گفته شد، برای ایجاد اتصالات ستاره و مثلث باید اتصال کلاف‌ها و فازها به‌صورت زیر باشد:

اتصال ستاره

${L_1} \to {U_1}$
${L_2} \to {V_1}$
${L_3} \to {W_1}$
${U_2} \to {V_2} \to {W_2}$

اتصال مثلث

${L_1} \to {U_1} \to {W_2}$
${L_2} \to {V_1} \to {U_2}$
${L_3} \to {W_1} \to {V_2}$

شمای فنی و حقیقی کلیدهای ستاره مثلث زبانه‌ای در شکل زیر نمایش داده شده است.

کنتاکتور یا کلید مغناطیسی

کنتاکتور با استفاده از خاصیت الکترومغناطیس (مانند رله‌ها) تعدادی کنتاکت را به یکدیگر وصل یا از یکدیگر جدا می‌کند. از این خاصیت جهت قطع و وصل یا تغییر اتصال مدار استفاده می‌شود.

در مدارهای فرمان الکتریکی وسایل مختلفی به‌کار می‌رود که مهم‌ترین آن‌ها کنتاکتور یا کلید مغناطیسی است. استفاده از کنتاکتور در مدارهای کنترل، طرّاحی‌های متنوع را در پی دارد.

ساختمان کنتاکتور

این کلید از دو هسته به شکل U یا E که یکی ثابت و دیگری  متحرک است، تشکیل می‌شود. در میان هستهٔ ثابت یک بوبین یا سیم‌پیچ قرار دارد. وقتی بوبین به برق متصل می‌شود با استفاده از خاصیت مغناطیسی، نیروی کششی فنر را خنثی می‌کند و هستة فوقانی را به هستهٔ تحتانی اتصال می‌دهد و باعث می‌شود که تعدادی کنتاکت عایق شده از یکدیگر به ترمینال‌های ورودی و خروجیِ کلید متصل شود یا باعث گردد کنتاکت‌های بستة کنتاکتور باز شوند.

در صورتی‌که مدار تغذیهٔ بوبینِ کنتاکتور قطع شود، هستهٔ متحرک در اثر نیروی فنری که داخل کلید قرار دارد، دوباره به حالت اوّل باز می‌گردد. شکل زیر طرح ساده‌ای از یک کنتاکتور را نشان می‌دهد.

شناخت مشخصات فنی کنتاکتور

با توجّه به نوع مصرف‌کننده و شرایط کار، کنتاکتورها قدرت و جریان عبوری مشخصی برای ولتاژهای مختلف دارند. بنابراین، باید به جدول و مشخصات کنتاکتور توجّه کافی شود و منطبق بر مشخصات مورد نیاز، انتخاب گردد.

برای اتصال مصرف‌کننده به شبکه باید از کلید یا کنتاکتوری استفاده کرد که کنتاکت‌های آن تحمل جریان راه‌اندازی و جریان دائمی را داشته باشند. همچنین در صورت اتصال کوتاه، جریان لحظه‌ای زیادی که از مدار عبور می‌کند و یا جرقه‌ای که هنگام قطع مدار ایجاد می‌شود، صدمه‌ای به کلید نزند.

به این منظور و برای اینکه بتوانیم پس از طرّاحی مدار، کنتاکتور مناسب را برای اتصال مصرف‌کننده به شبکه انتخاب کنیم، باید با مقادیر نامی مربوط به کنتاکتور آشنا شویم. این مقادیر برای کلیدهای غیرمغناطیسی، مانند کلید اهرمی و غلتکی نیز، وجود دارد.

اجزای تشکیل‌دهندهٔ مدارهای کنترل با استفاده از کنتاکتور

در مدارهای راه‌اندازی موتورهای الکتریکی با استفاده از کنتاکتور، عموماً با دو نقشۀ مدار فرمان و مدار قدرت روبه‌رو هستیم، که در شماهای مسیر جریان، حقیقی، مونتاژ و خارجی نشان داده می‌شوند. در این کتاب به نقشۀ مسیر جریان اکتفا شده است.

برای طراحی راه‌اندازی موتورهای الکتریکی و کار با آن‌ها باید وسایل تشکیل‌دهندهٔ آن را به‌طور کامل شناخت و به اصول ساختمان و موارد استفاده از این وسایل آشنا شد.

وسایلی که در مدارهای قدرت به‌کار می‌روند عبارت‌اند از:

1- انواع فیوز؛
2- کنتاکت‌های قدرت کنتاکتور؛
3- بی متال؛
4- موتورها.

شکل زیر نمونه‌ای از مدار قدرت و علائم به‌کار رفته را نشان می‌دهد.

با توجّه به شکل فوق، هدف از مدار قدرت تنها تغذیۀ مصرف‌کننده از قبیل موتور، لامپ و... است (جایگزین کلیدهای دستی).

وسایلی که در مدارهای کنترل فرمان به‌کار می‌روند، عبارت‌اند از:

1- کنتاکتور (کلید مغناطیسی)؛
2- شستی استاپ استارت؛
3- تیغه‌های بی‌متال؛
4- لامپ‌های سگینال؛
5- فیوزها؛
6- لیمیت سوییچ‌ها؛
7- کلیدهای تابع فشار، دما (ترموستات) و ارتفاع؛
8- کلیدهای شناور؛
9- چشم‌های الکتریکی (سنسورهای القایی و خازنی)؛
10- تایمر و انواع آن؛
11- کلیدهای تابع دور.

شکل زیر نمونه‌ای از «مدار فرمان» و علائم به‌کار رفته را نشان می‌دهد.

با توجّه به شکل بالا، می‌توان گفت که هدف از مدار فرمان، کنترل مدار تغذیۀ مصرف‌کننده (بوبین کنتاکتور) است. بنابراین مدارهای فرمان و قدرت باید به‌طور هم‌زمان با هم کار کنند و وجود هر یک به تنهایی نمی‌تواند عملکرد صحیح را در پی داشته باشد.

راه‌اندازی موتور سه‌فاز با استفاده از کنتاکتور

برای راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز تنها به یک کنتاکتور نیاز است تا بتوانیم توسط یک شستی (استارت) موتور را به حرکت درآوریم و توسط یک شستی دیگر (استپ)، آن را متوقف نماییم. از فیوز و رلۀ حرارتی نیز، به ترتیب به عنوان وسایل حفاظت‌کننده در برابر اتصال کوتاه و اضافه بار، استفاده می‌نماییم.

رلة زمانی (تایمر) و انواع آن

یکی از وسایل فرمان‌دهندهٔ مدارهای کنترل اتوماتیک، تایمرها یا رله‌های زمانی هستند که وظیفهٔ کنترل مدار را برای مدت زمانی معین بر عهده دارند. رله‌های زمانی در انواع مختلف ساخته می‌شوند:

الف) رله‌‌ٔ زمانی موتوری یا الکترومکانیکی؛
ب) رله‌ٔ زمانی الکترونیکی (ثابت زمانی خازن)؛
پ) رلهٔ زمانی نیوماتیکی (با فشار هوا)؛
ت) رلهٔ زمانی بی‌متال یا حرارتی؛
ث) رلهٔ زمانی هیدرولیکی (فشار روغن).

امروزه بیشتر در بازار، از رلۀ زمانیِ الکترونیکی، به علت کیفیت و عمر بالا و قیمت مناسب، استفاده می‌شود. در نوعی از این تایمرها، با شارژ و دشارژ شدن یک خازن، بوبین یک رلۀ کوچک تحریک می‌گردد. این نوع رله‌ها در دو نوع تأخیر در وصل و تأخیر در قطع می‌باشند.

تغییر جهت گردش موتورهای سه‌فاز

در قسمت‌های قبل گفته شد که برای تغییر جهت گردش موتورهای سه‌فاز کافی است جای دوفاز با یکدیگر تعویض شود. بنابراین برای انجام این کار به دو کنتاکتور نیاز است که یکی از آن‌ها برای راست گرد و دیگری برای چپ گرد طرّاحی می‌شود.

برای مدار فرمان چپ‌گرد-راست‌گرد، مدارهای مختلفی طراحی می‌شود که عبارت‌اند از:

1- مدار چپ‌گرد-راست‌گرد با توقف؛
2- مدار چپ‌گرد-راست‌گرد سریع؛
3-  مدار چپ‌گرد-راست‌گرد با حفاظت کامل.

مدار چپ‌گرد- راست‌گرد با توقف

در این مدار با فشار بر یکی از شستی‌ها (راست‌گرد یا چپ‌گرد) موتور در همان جهت انتخابی شروع به حرکت می‌کند و برای تغییر جهت، ابتدا باید موتور توسط شستی استپ متوقف گردد، سپس با فشار بر شستیِ استارتِ دیگر، موتور تغییر جهت دهد.

مدار چپ‌گرد- راست‌گرد سریع

در مدارهای فرمان قبل، که طراحی شد، برای تغییر جهت گردش موتور، باید ابتدا شستی قطع را فشار دهیم و در صورتی که بخواهیم بدون قطع‌کردن مدار، جهت چرخش موتور را عوض کنیم، می‌توانیم کنتاکت بسته شستی I را در مدار بوبین کنتاکتور K2M و کنتاکت بسته شستی  II را در مدار بوبین کنتاکتور K1M، به‌صورت سری قرار دهیم تا با فشار بر هر یک از آن‌ها، ابتدا مدارِ کنتاکتورِ مقابل قطع گردد و سپس جهت چرخش موتور عوض شود.

مدار چپ‌گرد- راست‌گرد با حفاظت کامل

اگر در مدار چپ‌گرد-راست‌گرد با توقف، شستی‌های I و II هم‌زمان فشار داده شوند، هر دو کنتاکتور K2M و K1M هم‌زمان جذب کرده و اتصال کوتاه دوفاز پیش خواهد آمد. برای کیفیت بهتر مدار، می‌توان شستی‌های I و II را دوبل انتخاب کرد. در این صورت با فشار هم‌زمان به شستی‌ها، هیچ یک از کنتاکتورها جذب نخواهند کرد.

لیمیت سوئیچ‌ها (سوئیچ‌های محدودکننده)

این نوع کلیدها معمولاً برای فرمان‌های مکانیکی یا محدودکردن حرکت دستگاه به‌کار می‌روند. ساختمان داخلی آن‌ها مانند استاپ استارت‌هاست و به‌صورت ساده، دوبل و چند کنتاکته ساخته می‌شوند. به لیمیت سوئیچ‌هایی که در ابعاد کوچک ساخته می‌شوند میکروسوئیچ هم گفته می‌شود.

کاربرد و ساختمان خارجی لیمیت سوئیچ‌ها متفاوت است و مستقیماً به چگونگی سیستم مکانیکی دستگاه بستگی دارد.

رلۀ کنترل فاز

در مدارهای کنترلی سه‌فاز، چنانچه یکی از فازها قطع شود (به اصطلاح دوفاز شود) توان موتور کاهش می‌یابد و قادر به اجرای کار مورد نظر نخواهد بود (زیر بار می‌خوابد). در نتیجه جریان زیادی از موتور عبور می‌کند و چنانچه وسایل حفاظتی عمل نکنند موتور آسیب می‌بیند. یکی از کاربردهای کنترل فاز جلوگیری از دو فاز شدن موتور است.

رلۀ کنترل بار

رلۀ کنترل بار جایگزین مناسبی برای بی‌متال‌های حرارتی، به‌منظور محافظت از موتور در برابر اضافه جریان (اضافه بار) است. در این رله‌ها، با استفاده از یک‌سری کانال عبوری که سیم‌های سه‌فاز در داخل آن‌ها قرار می‌گیرد، میزان جریان عبوری را توسط روش القایی اندازه می‌گیرند (مانند آمپرمترهای انبری). کاربرد عمدۀ این رله‌ها در حفاظت موتورها، عبارت است از اضافه بار بیش از حد مجاز، دوفاز شدن، اتصالی در هر نقطه از مسیر جریان مصرفی (حتی در داخل موتور) و اختلالات داخلی موتور.

راه‌اندازی موتور به‌صورت ستاره مثلث 

با توجّه به مطالب گفته شده در قسمت‌های قبل، برای کاهش جریان راه‌اندازی موتورهای آسنکرون سه‌فازه، می‌توان از اتصال ستاره مثلث استفاده کرد. یکی از مزایای راه‌اندازی ستاره مثلث توسط کنتاکتور، نسبت به راه‌اندازی توسط کلید دستی، در این است که با طراحی مدار فرمان مناسب می‌توان موتور را طور اتومات از حالت ستاره به حالت مثلث تغییر حالت داد.

الف) مدار قدرت:

در حالت ستاره، باید سه انتهای کلاف‌های موتور، یعنی ${U_2},{V_2},{W_2}$ به یکدیگر متصل شود و ${L_1}$ به ${U_1}$ و ${L_2}$ به ${V_1}$ و ${L_3}$ به ${W_1}$ اتصال یابد. برای رسیدن به این هدف، به 2 عدد کنتاکتور نیاز است تا یکی از آن‌ها مانند K1M انتهای کلاف‌ها را به یکدیگر اتصال دهد و کنتاکتور دیگر مانند K2M، سه‌فاز را به سر کلاف‌های موتور متصل کند.

در حالت مثلث نیز باید فاز ${L_1}$ به ${W_2}$ و ${U_1}$، فاز ${L_2}$ به ${V_1}$ و ${U_2}$ و فاز ${L_3}$ به ${W_1}$ و ${V_2}$ وصل شود. برای این کار نیز به دوکنتاکتور، نیاز است، به طوری که کنتاکتور K3M، سه فاز را به سه انتهای کلاف‌ها به ترتیب ذکر شده اتصال دهد.

با دقت در مطالب، در می‌یابیم که یکی از کنتاکتورها (K2M) در هر دو حالت در مدار باقی می‌ماند.

ب) مدار فرمان برای حالت دستی:

برای راه‌اندازی موتور باید با فشار به شستی I کنتاکتورهای K1M و K2M جذب گردد و با فشار دادن به شستی 0 کنتاکتور K1M قطع و کنتاکتور K3M جذب شود. البته قبل از وصل شدن کنتاکتور K3M باید حتما K1M قطع شود. به‌علاوه، اگر برای راه‌اندازی موتور ابتدا شستی 0 فشار داده شود، هیچ یک از کنتاکتورها نباید وصل شوند.

برای طراحی مدار، ابتدا اتصال کنتاکتورهای K1M و K2M را توسط شستی I ترسیم می‌کنیم. چون کنتاکتور K2M در حالت مثلث نیز باید در مدار باشد، از این رو برای اتصال دائم مدار، از کنتاکت باز K2M به‌صورت موازی با شستی I استفاده می‌کنیم. در مرحله بعدی باید با فشار بر شستی 0، ابتدا کنتاکتور K1M قطع و بعد کنتاکتور K3M وصل شود. برای اطمینان از این امر، کنتاکت بستۀ K1M را به‌طور سری با کنتاکتور K3M قرار می‌دهیم و چون فقط کنتاکتور K1M باید از مدار قطع شود و کنتاکتور K2M در مدار باقی بماند، از شستی 0 برای قطع کنتاکتور K1M استفاده می‌کنیم.

همچنین برای اینکه پس از فشار مجدد شستی I کنتاکتور K1M دوباره وصل نشود، کنتاکت بست K3M را به طوری سری با آن قرار می‌دهیم. 

ج) مدار فرمان برای حالت اتوماتیک:

در این حالت، باید با فشار دادن به شستی I، موتور به‌صورت ستاره راه‌اندازی شود و پس از گذشت زمانِ از قبل تنظیم شده‌ای، که بستگی به موتور و بار آن دارد، به‌طور اتومات به حالت مثلث اتصال یابد.