سافت استارتر

انواع روش های راه اندازی موتورهای القایی

جهت راه اندازی الکتروموتورهای القایی از تجهیزات مختلفی مانند کنتاکتور، رله حالت جامد( SSR)، سافت استارتر (Soft starter) و اینورتر استفاده می شود.
در مقاله راه اندازی الکتروموتور ها با کنتاکتور، به صورت خیلی ساده با این روش راه اندازی آشنا شدید. 

معایب راه اندازی الکتروموتور با کنتاکتور

همانطور که می دانید با توجه به مزایای الکتروموتورهای القایی، اکثر موتورهای استفاده شده در صنعت الکتروموتورهای القایی رتور قفسی هستند که در هنگام راه اندازی 4 تا 7 برابر جریان نامی الکتروموتور، جریان از شبکه دریافت می کنند که این امر مشکلات زیادی به همراه دارد.

از جمله ایجاد افت ولتاژ در شبکه در حدی که ولتاژ مدار فرمان توانایی روشن نگه داشتن کنتاکتور را نداشته باشد و باعث می شود کنتاکتورها خاموش شوند (اگر به بوبین 220 ولتی، ولتاژی کمتر از 180 ولت وصل کنیم بوبین جذب نمی کند و اگر افت ولتاژ به این حد برسد کنتاکتورهایی که قبلا روشن بودند خاموش خواهند شد).

یکی دیگر از مشکلات جریان راه اندازی، گرم شدن کابل ها و تجهیزات انتقال برق است و برای جبران باید تجهیزات بیش از قدرت نامی موتور و مصرف کننده ها انتخاب شود، گرم شدن سیم پیچی موتور و هزینه های بالا برای ایجاد یک شبکه قوی که در برابر جریان های زیاد مقاوم باشد از این دست مشکلات می باشند. که برای حل این مشکل در روش های راه اندازی کنتاکتوری از راه اندازی ستاره و مثلث استفاده می شود. 
ولی در توان های بالا راه انداز دوضرب هم جوابگو نیست و در حالت استارت و یا تبدیل از حالت ستاره به مثلث باعث می شود که ولتاژ از حد مشخص کمتر شود و بوبین کنتاکتورها ضعیف شده و کنتاکتور خاموش شود. (قطع شود)
 

روش دیگر برای راه اندازی موتورها استفاده از تجهیزاتی نظیر اینورتر و سافت استارتر (راه انداز نرم) می باشد. در مقاله اینورتر بطور مفصل با این روش راه اندازی آشنا شدید، در این مقاله قصد داریم به راه اندازی موتور با سافت استارتر بپردازیم.

سافت استارتر چیست

سافت استارتر (soft starter) در لغت به معنی راه انداز نرم است، بنابراین ما با وصل کردن این دستگاه به الکتروموتور می توانیم الکتروموتور را به صورت نرم راه اندازی کنیم. بطور خلاصه می توان گفت، سافت استارتر ها از تکنیک کاهش ولتاژ در هنگام راه‌اندازی الکتروموتور استفاده می‌کنند. در واقع سافت استارتر ولتاژ را هنگام شروع به کار موتور افزایش می‌دهد که این امر به موتور اجازه می‌دهد تا به آرامی و به روشی نرم شتاب و سرعت گیرد. 

اصول عملکرد سافت استارتر

همانطور که می دانید در لحظه راه اندازی موتور دو نوع تنش از جمله تنش های الکتریکی و تنش های مکانیکی روی شفت موتور در اثر گشتاور راه اندازی بالا، ایجاد می شود.
 

اصول عملکرد سافت استارتر به این صورت است که در لحظه راه اندازی ولتاژ را با یک شیب ملایمی به الکتروموتور می رساند و این باعث می شود اولا جریان اولیه موتور که در حالت عادی تا 8 برابر جریان نامی هم می رسد حداکثر تا 3 برابر جریان نامی محدود شود دوما به دلیل اینکه موتور کم کم به دور نامی می رسد بنابراین در لحظات راه اندازی گشتاور آن کاملا کنترل و محدوده می شود و تنش های مکانیکی روی شفت کاهش پیدا می کند.

به عبارت خیلی ساده در سافت استارتر توسط علم الکترونیک قدرت کاری انجام می شود که موتور به تدریج به توان نامی خود برسد در واقع موتور به محض برق دار شدن تمایل دارد با قدرت نامی کار کند و اگر ما سطح ولتاژ را کاهش بدهیم برای اینکه باز بتواند با توان نامی کار کند باید جریان بیشتری را بکشد( چون توان از حاصل ضرب ولتاژ در جریان حاصل می شود.) حال توانایی سافت استارتر در این موضوع است که علاوه بر اینکه ولتاژ را با یک شیب ملایم به موتور تزریق می کند اجازه نمی دهد جریان کشی اولیه موتور از یک حدی بالاتر برود و در نتیجه به تدریج به توان و دور نامی خود می رسد. 

بطور کلی می توان گفت کنترل جریان راه اندازی، اصلی ترین عامل استفاده از سافت استارتر است.
در داخل سافت استارتر از تجهیزات الکترونیک قدرت نظیر تریستورها و مدارهای کنترل استفاده می شود. وظیفه المان های الکترونیک قدرت و مدارات کنترلی تنظیم ولتاژ بر اساس کلید زنی مناسب المان های قدرت است.
 

در شکل زیر چگونگی فعال کردن تریستورها برای کنترل ولتاژ و جریان موتور نشان شده است. در این مدارها، با گذشت زمان مقدار موثر ولتاژ از صفر افزایش می یابد و در نتیجه جریان نیز افزایش یافته ولی فرکانس برق خروجی با برق ورودی همچنان برابر است.

کاربرد و مزایای سافت استارتر

از راه انداز نرم (سافت استارتر) برای راه اندازی موتور های القایی سه فاز قفس سنجابی، مخصوصا در توان های بالا استفاده می شود.

1.  

2. دلایل استفاده از سافت استارتر در توان های بالا

3. ►  الکتروموتورهای کوچک به صورت یک ضرب راه اندازی می شوند.

4. ►  جریان راه اندازی الکتروموتورهای کوچک زیاد بالا نیست و در صنعت مقرون به صرفه نیست.

5. ►  قیمت سافت استارتر و اینورتر برای الکتروموتورهای کوچک تفاوت چندانی ندارد و مقرون به صرفه نیست.

6. ►  در راه انداز نرم برای اتصال برق به موتور به جای 6 سیم برای ستاره مثلث، از 3 سیم استفاده می شود که در مسیر های طولانی مثل شناورهای پمپاژ آب ارزش اقتصادی استفاده از سافت استارتر بیشتر میشود. 

7. 
    

8. مزایای استفاده از سافت استارتر

9. ►  مصرف کمتر انرژی الکتریکی در هنگام راه اندازی الکتروموتور.

10. ►  نظارت دیجیتالی به ترتیب فاز، ولتاژ و فرکانس برق شبکه قبل از راه اندازی و چه در زمان راه اندازی و در هنگام کار الکتروموتور.

11. ►  با استفاده از سافت استارتر نیاز به کنترل بار، بی متال، کنترل فاز نمی باشد.

12. ►  کنترل تغییرات احتمالی بار مکانیکی الکتروموتور در حین عمل راه اندازی و تشخیص آن و حفظ ایمنی و سلامت ماشین.

13. ►  استفاده از روش بای پس در مدار الکتریکی برای حفظ ایمنی و افزایش عمر ادوات مدار راه انداز و کم شدن استهلاک آن ها

14.  

انواع سافت استارتر از نظر ساختاری

انواع سافت استارتر از نظر ساختاری به دو دسته سافت استارتر دیجیتال و سافت استارتر آنالوگ تقسیم بندی می شوند.

سافت استارتر آنالوگ

سافت استارتر آنالوگ جزء اولین مدل های سافت استارتر می باشد که فاقد نمایشگر و کی پد است و هیچ اطلاعاتی را نمایش نمی دهد. تنظیمات سافت استارتر آنالوگ با تعدادی پتانسیومتر و ولوم انجام می شود.
پایین بودن قیمت سافت استارتر آنالوگ در مقایسه با سافت استارتر دیجیتال مهم ترین مزیت این نوع راه انداز است.

سافت استارتر دیجیتال

امروزه اکثر سافت استارترها از نوع دیجیتال هستند که دارای امکانات و حفاظت های بسیار بیشتری در مقایسه با سافت استارترهای آنالوگ می باشند. این نوع سافت استارتر دارای کی پد است که با استفاده از آن می توان تعداد زیادی پارامتر را متناسب با الکتروموتور مورد نظر تنظیم کرد و از بهترین عملکرد سافت استارتر بهره مند شد.
صفحه نمایش دیجیتال این نوع سافت استارتر نیز امکان مشاهده جریان، ولتاژ، گشتاور، دمای موتور، وضعیت سافت استارتر، توان موتور و ... را بطور دقیق فراهم میکند.

انواع سافت استارتر از نظر کاربرد

سافت استارتر، با توجه به مشخصات طراحی و کاربرد می تواند به دو دسته دائم بای پس دار یا فقط برای راه اندازی بدون بای پس استفاده شود.

سافت استارتر بای پس دار

در این نوع سافت استارتر یک کنتاکتور موازی با المان های قدرت در داخل سافت استارتر وجود دارد که پس از راه اندازی کامل و رسیدن به جریان نامی، کنتاکتور وارد مدار می شود و المان های قدرت از مدار خارج می گردد.

سافت استارتر بدون بای پس 

در این نوع سافت استارتر، کنتاکتور داخلی وجود ندارد، بنابراین بهتر است برای افزایش طول عمر راه انداز نرم (Soft Starter) یک کنتاکتور خارجی به نام (کنتاکتور بای پس ) پس از راه اندازی کامل به صورت موازی با راه انداز نرم قرار گیرد. در واقع ترمینال هایی روی سافت استارتر تعبیه شده است که کنتاکتور بیرون از دستگاه قرار می گیرد.

از امکانات دیگر موجود در راه انداز نرم می توان به تشخیص اضافه ولتاژ ، کاهش ولتاژ، دو فاز شدن و عدم تقارن جریان موتور اشاره نمود، که با توجه به مدل دستگاه می توان مقدار آن ها را تنظیم کرد.
 

1. کنتاکتور بای پس

2. همان طور که می دانید با عبور جریان از نیمه هادی ها، نیمه هادی ها گرم می شوند و این گرما ناخواسته و به صورت تلفات است و عمر مفید نیمه هادی را کاهش خواهد داد و حتی اگر گرما بیش از حد شود سوختن نیمه هادی را به همراه خواهد داشت.
3. در سافت استارتر هنگام راه اندازی و توقف ما به کنترل کردن برق موتور نیاز داریم و در هنگام کار برق شبکه به طور مستقیم به موتور وصل است.
4. با توجه به نکات بالا در هنگام کار عادی موتور یک کنتاکت دو سر نیمه هادی ها قرار می گیرد تا از عبور جریان از نیمه هادی ها جلوگیری کند. به کنتاکتوری که با نیمه هادی ها موازی می شود کنتاکتور بای پس می گویند. در واقع علت استفاده از کنتاکتور بای پس، کاهش تلفات حرارتی است.

نحوه نصب سافت استارتر

برای راه اندازی موتور توسط سافت استارتر لازم است ابتدا سیم کشی مدار قدرت و فرمان بر روی ترمینال های سافت استارتر انجام گیرد. سپس پارامترهای مورد نظر جهت راه اندازی موتور تنظیم گردد. سیم کشی مدارات قدرت و فرمان هر دستگاه مطابق با دیاگرام سیم کشی موجود در کاتالوگ مربوطه انجام می شود.
ایمنی : در هنگام سیم کشی سافت استارتر هیچ کدام از تغذیه های قدرت L1 , L2 , L3 و تغذیه های مدار فرمان CL1 , CL2 نباید وصل باشد.
 

انتخاب سافت استارتر

در هنگام انتخاب و خرید سافت استارتر مناسب باید چند معیار را در نظر گرفت :
1.    توان الکتروموتور
2.    شرایط محیطی (به عنوان مثال دمای مجاز سافت استارتر هنگام کار، با توجه به مدل و برند متفاوت بوده و حتما باید به توصیه های شرکت سازنده در این خصوص توجه کنیم.)
3.    تعداد استارت در ساعت
4.    نوع راه اندازی ها
5.    نوع کاربری (میکسر، فن سانتریفیوژ، کمپرسور، آسیاب، پمپ، سنگ شکن و خوردکن ها، کانوایرها، اگزوسترها … )

تفاوت اینورتر و سافت استارتر

اینورترها از نظر کارکرد شبیه به سافت استارترها هستند، اما پیشرفته تر و با کارایی بیشتر می باشند. اینورتر علاوه بر راه اندازی نرم مزایایی همچون کنترل دور الکتروموتور ، تغییر جهت و سرعت، افزایش استحکام و مقاومت، کاهش مصرف انرژی و … را دارد. 

بنابراین انتخاب بین سافت استارتر و اینورتر بستگی دارد شما تا چه میزان نیاز به کنترل سیستم خود دارید؟ مثلا اگر در کاربرد مورد نظر شما، جریان راه اندازی بسیار بالاست اما بعد از راه اندازی نیازی به کنترل سرعت موتور نیست، سافت استارتر برای شما مناسب تر است. اما اگر بخواهید سرعت را کنترل کنید، حتما باید اینورتر را انتخاب کنید.
به دلیل همین امکانات کمتر، قیمت سافت استارتر کمتر از قیمت اینورتر می باشد.
 

منبع : کتاب نصب و راه اندازی سیستم های کنترلی مکاترونیک-پدید آورنده : سازمان پژوهش و برنامه ریزی آموزشی / کتاب بررسی تخصصی مدارات سافت استارتر-نویسنده:مهندس سعید تجلایی