سافت استارتر یا راه انداز نرم موتور چیست؟

در این آموزش می‌خواهیم با زبانی ساده با سافت استارتر و چگونگی کار آن آشنا شویم. برای راه‌اندازی یک موتور الکتریکی شیوه‌های مختلفی وجود دارد. مثلا راه‌اندازی مستقیم (DOL) ، راه‌اندازی ستاره- مثلث (Star-Delta)، راه‌اندازی با اتوترانسفورماتور، راه‌اندازی با کمک مقاومت، با کمک ابزارهای الکترونیک قدرتیِ حالت جامد مانند VFDها و یا راه‌اندازی با استفاده از سافت استارتر. هر کدام از این روش‌ها کاربردها و مزایای مخصوص به خود را دارند. در این مقاله بر آن هستیم تا روش سافت ‌استارتر را پوشش دهیم و بقیه روش‌ها را هم در آموزش‌های بعدی دنبال خواهیم کرد.

اصول مقدماتی سافت استارتر

از آن‌جا که موتورهای الکتریکی در زمان شتاب‌گیری تا رسیدن به سرعت اسمی خود معمولا جریان الکتریکی زیادی مصرف می‌کنند، یک سافت‌ استارتر می‌تواند در نقش کنترل کننده‌ی افزایش ناگهانی جریان که به جریان تهاجمی (inrush current) معروف است و نیز محدود کننده‌ی گشتاور موتور، کمک کرده و منجر به یک راه‌اندازی تدریجی، نرم و ایمن شود.

بنابراین سافت‌ استارترها  موتور الکتریکی را از آسیب‌های احتمالی حفظ می‌کنند و هم‌چنین به واسطه‌ی کاهش‌ گرمای ناشی از خاموش و روشن شدن‌های پی‌درپی، کاهش فشار مکانیکی وارد آمده به موتور و شفت آن و کاهش فشار الکترودینامیک بر روی کابل‌های توان، طول عمر موتور و نیز کل آن سیستم را افزایش می‌دهند.

سافت استارتر ها معمولا در کاربردهای صنعتی که بارهایی با اینرسی بالا دارند، استفاده می‌شود چرا که این بارها جریان تهاجمی بالایی ایجاد می‌کنند. جریان‌های تهاجمی بزرگ، بر منابع تغذیه‌ی آن سیستم نیز فشار زیادی وارد می‌کنند که منجر به صرف هزینه‌های بیشتربرای انرژی و استهلاک منابع خواهد شد.

مثال‌ هایی از کاربرد سافت استارتر

1. غبارروب صنعتی (Dust Collector)

یک نمونه از کاربردهای صنعتی سافت استارتر، استفاده از آن‌ها در ماشین‌های غبارروب صنعتی یا اسکرابرهای تصفیه هوا ست. نحوه  کار آن‌ها به این صورت است که به کمک فن های بسیار بزرگی که در درون خود دارند، جریان هوایی را که آلوده به ذرات گرد و غبار است از محیط اطراف به درون خود می‌کشند و پس از آن هوای تصفیه شده را به محیط کارخانه برمی‌گردانند.این فن‌های عظیم‌الجثه  معمولا مدتی طول می‌کشد تا شروع به کار کنند و در این مدت جریان بالایی می‌کشند. اما به محض راه افتادن، جریان و گشتاور بار وارد شده به موتور کاهش خواهد یافت.

2. سیستم‌ های آب رسانی (Water Supply Systems)

سیستم‌های تامین آب یکی دیگر از کاربردهای مهم این اداوت الکترونیک قدرتی هستند. از آن‌جا که در این سیستم‌ها از پمپ‌های استفاده می‌شود، این پمپ‌ها الزما باید به تدریج شروع به کار کنند در غیر این صورت موجب افزایش فشار جریان آب خواهند شد که می‌تواند منجر به ایجاد شرایط بسیار خطرناکی شود.

3. سیستم‌های نقاله بار سنگین

نقاله‌های بار سنگین در صورت استفاده از سافت استارتر‌ها می‌توانند به حداکثر بهره‌وری خود برسند. سافت استار را در کنترل پنل آن‌ها قرار می‎‌دهند و کنترل پنل را از بالا با برق سه‌فاز تغذیه می‌کنند. این برق سه فاز پس از عبور از جعبه‌ی کنترل و سافت استارتر، وارد موتور می‌شود.

روش های کنترل سافت استارتر

سافت استارتر را می‌توان یا از طریق سیم‌پیچی‌های مستقیم روشن/خاموش کنترل نمود و یا از طریق شبکه‌های اترنت. هرکدام از این دو روش مزایا و معایبی دارند. روش استفاده از سیگنال‌های مستقیم به PLC نیاز ندارد و کم هزینه‌تر است. اما در حالت کنترل با استفاده از اترنت، به PLC نیاز داریم. وجود PLC باعث می‌شود که فیدبک هم داشته باشیم که به قابلیت‌های تنظیم و نظارت بر کنترل کمک خواهد کرد.

عملکرد داخلی یک سافت استارتر چگونه است؟

تا اینجا در مورد کاربردهای سافت استارتر صحبت کردیم و هم‌چنین مثال‌هایی از نحوه‌ی کاربرد آن‌ها در مدارها را نیز با هم بررسی کردیم. حالا بیایید سری به داخل آن بکشیم و ببینیم اوضاع از چه قرار است.

اصلی‌ترین قسمت یک سافت استارتر ترایاک (Triac) آن است که وظیفه آن محدود کردن ولتاژ اعمال شده به موتور است. خود ترایاک از دو عدد تریستور یا SCR تشکیل شده است  که با آرایش پشت به پشت (back to back) درون آن قرار دارند. زمانی که یک پالس درونی به گیت اعمال می‌شود، گیت به جریان اجازه‌ی عبور می‌دهد که به این ترتیب جریان روانه‌ی موتور خواهد شد. اما این پالس‌ها براساس یک سیگنال زمانی رمپ ارسال می‌شوند که موجب شود جریان آهسته آهسته افزایش یافته و به موتور اعمال شود. به این ترتیب موتور به آهستگی راه‌اندازی می‌شود و گشتاور و جریان تهاجمی آن کاهش می‌یابند.

مقایسه‌ ی سافت استارتر با روش راه اندازی مستقیم (DOL)

1. مقایسه ی نمودار ها

روش راه اندازی مستقیم یا Direct On Line  ساده‌ترین روشی است که می‌توان برای راه‌اندازی یک موتور الکتریکی ساده متصور شد. DOL معمولا از یک دژنکتور، یک کنتاکتور و یک رله‌ی اضافه بار برای محافظت از مدار تشکیل می‌شود. خیلی ساده به نظر می‌رسد؛ این طور نیست؟

زمانی که موتور به دور موتور کامل خود می‌رسد ( سرعت ثابت می‌شود) DOL  و سافت استارتر عملکرد مشابهی دارند. تفاوت عملکرد آن‌ها در زمانی است که موتور راه‌اندازی شده و در حال دور گرفتن برای رسیدن به سرعت تعیین شده است.

اگر ولتاژ را بین DOL و سافت استارتر مقایسه کنیم، می‌بینیم که در DOL  یک ولتاژ تهاجمی واضح وجود دارد اما در سافت استارتر شیب تغییرات بسیار نرم و ملایم است. اما از آن سو سافت استارتر هم برای رسیدن به سرعت نهایی  زمان بیشتری را طی می‌کند.

همچنین جریان نیز در سافت استارتر بیشتر تحت کنترل است. در DOL  می‌بینیم که در هنگام شروع به کار موتور اسپایک‌های بزرگ‌تری در جریان وجود دارند.

زمانی که از سافت استارتر استفاده می‌کنیم، زمانی که طول می‌کشد تا موتور به سرعت مدنظر برسد، زمان طولانی‌تری ست اما با DOL می‌توان گفت که تقریبا به صورتی آنی ( اتلاف زمان بسیار کوتاه) موتور به سرعت مدنظر خود می‌رسد. و البته خود این راه‌اندازی آنی می‌تواند موجب تاثیرات نامطلوبی شود که در قسمت‌های بعدی در مورد آن‌ها صحبت می‌کنیم.

در حالت استفاده از DOL  گشتاور وارد شده به موتور ناشی از افزایش سرعت ، بیشتر است برخلاف استفاده از سافت استارتر که تغییرات گشتاور در آن تدریجی و ملایم است.

2. مقایسه‌ی دو روش راه‌اندازی سافت استارتر و DOL در کاربردهای صنعتی

حالا که متوجه شدیم که سافت استارتر چیست و چگونه کار می‌کنیم، بیایید باز به همان بحث کاربردهای صنعتی برگردیم و آن‌چه آموخته‌ایم را به کار بگیریم تا بهتر متوجه شویم که یک سافت استارتر چگونه از تاثیرات نامطلوب الکتریکی و مکانیکی بر موتورها جلوگیری می‌کند.

خب، فرض کنیم که در همان کاربردهای صنعتی، به جای سافت استارتر از روش DOL  برای راه‌اندازی استفاده کنیم.چه اتفاقی می‌افتد؟ در جریان راه‌اندازی؛ بار موتور دچار یک شوک ناگهانی جریان و ولتاژ و شتاب‌گیری سریع می‌شود. همین امر موجب سایش بیش از حد موتور خواهد شد.  فن اسکرابر تصفیه هوا که در مورد آن صحبت کردیم را به خاطر بیاورید، این فن همان‌طور که در تصویر زیر می‌بینید با کمک یک کمربند و یک قرقره به موتور وصل شده و توسط آن کنترل می‌شود. اگر روش راه‌اندازی DOL  باشد، افزایش ناگهانی دور موتور می‌تواند منجر به لغزش کمربند و یا حتی پاره شدن آن شود.

یا در مثال سیستم آبرسانی، روش DOL منجر به افزایش فشار آب در خطوط انتقال خواهد شد. این اتفاق هم می‌تواند موجب شکستن لوله‌های خطوط انتقال شود.

و در آخرین مثالی که بررسی کرده بودیم، یعنی خطوط نقاله. روش راه اندازی DOL  باعث افزایش فشار بر روی اجزایی از سیستم که نوار نقاله را به کمک اتصالات و یاتاقان‌ها هدایت می‌کنند خواهد شد.

این تاثیرات نامطلوب مکانیکی در طولانی مدت موجب طول عمر کوتاه‌تر دستگاه‌ها، از کار افتادگی‌های غیرمنتظره و افزایش نیاز به خدمات مراقبتی می‌شوند.

هم‌چنین تاثیرات الکتریکی نامطلوبی که ما برای پرهیز از دچار شدن به همه‌ی این‌ها ترغیب به استفاده از سافت استارترها می‌شویم. به عنوان مثال جریان‌های تهاجمی که در قسمت‌های قبل بارها به آن‌ها اشاره کردیم، در روش DOL  می‌توانند حتی منجر به سوختن موتور و یا اتصالات مدارها شوند.

در مجموع زمانی که یک دستگاه صنعتی بارهای با اینرسی زیاد دارد که جریان‌های تهاجمی بالا ایجاد می‌کنند، استفاده از سافت استارها یکی از بهترین و معقول ترین گزینه‌ها برای راه‌اندازی آن دستگاه است.

در پایان و به عنوان جمع‌بندی مطاالبی که با هم مرور کردیم؛ در مورد روش‌های کنترل سافت‌ استارتر ها، اجزاء داخلی آن‌ها، این‌که چگونه ترایاک‌ها ولتاژ ورودی به موتور را براساس یک سیگنال زمانی رمپ کنترل می‌کنند صحبت کردیم. و در نهایت به عنوان جمع‌بندی به این نتیجه رسیدیم که استفاده از روش راه‌اندازی با کمک سافت استارتر می‌تواند ما را از تاثیرات نامطلوب مکانیکی و الکتریکی مصون بدارد.

منبع: نرجمه از وب‌سایت REALPARS.COM

اگر علاقمند بودید توصیه میکنم دیگر مقالات اتوماسیون صنعتی و الکترونیک صنعتی را نیز مشاهده کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.