در این مقاله سعی داریم در مورد یکی از روش های راه اندازی صحبت کنیم. البته قبل از آن بهتر است به چند روش راه اندازی توجه نمایید:

1 – راه اندازی مستقیم  ” راه اندازی موتور القایی با ولتاژ مستقیم خط “

2 – راه اندازی به روش ستاره مثلث ” راه اندازی ستاره مثلث “

3 – راه اندازی با VFD ” درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟ “

سافت استارتر (Soft Starter) چیست؟

سافت استارتر یا راه انداز نرم یک تجهیز الکترونیکی است که به منظور شتاب گیری و شتاب دهی (راه اندازی و توقف) الکتروموتورهای القایی سه فاز با کنترل ولتاژ اعمال شده به موتور در حین راه اندازی و توقف طراحی شده است.

راه اندازی موتور القایی برای موتورهای القایی، گشتاور راه اندازی (LRT) به طور تقریبی متناسب با مربع جریان راه اندازی (LRA) است که از خط کشیده می شود. LRT a I² این جریان راه اندازی متناسب با ولتاژ اعمال شده (V) است. به صورت تقریبی گشتاور را نیز می توان متناسب با مربع ولتاژ در نظر گرفت. LRT a V² یک موتور القایی در هنگامی که به صورت مستقیم به خط تغذیه متصل می گردد گشتاور بسیار زیادی ایجاد می کند. که ممکن است بار به این میزان گشتاور نیاز نداشته باشد. در لحظه راه اندازی، برخی آثار نامطلوب بر روی اجزای الکتریکی و مکانیکی ایجاد می شود. که شامل موارد زیر است. با استفاده از سافت استارتر می توان تاثیر آنها را کاهش داد.

اثرات مکانیکی نامطلوب

ضربه ناگهانی بر روی بار در لحظه راه اندازی، متعاقب شتاب گیری سریع تا سرعت کامل باعث فرسودگی بیش از اندازه بر روی اجزای زیر می شود. تسمه ها و پولی ها چرخ و زنجیرها کوپلینگ و یاتاقانها کاویتاسیون در پمپها و غیره

اثرات الکتریکی نامطلوب

یک نوسان شدید جریان بر روی منبع تغذیه ایجاد می شود که میتواند به اندازه ای شدید باشد که باعث ایجاد افت ولتاژ و لرزش و پرپر زدن نور لامپها شود. بدلیل عبور جریان زیاد که تا چند برابر جریان بار کامل موتور است کنتاکتهای کلیدها سوخته و به مرور از بین می رود.

مشکلات ایجاد شده بوسیله این اثرات

نیاز به تعمیر و نگهداری پیوسته افزایش احتمال خاموشی های برنامه ریزی نشده بالاتر از سایز گرفتن اجزای الکتریکی و مکانیکی برای تحمل نوسان توان در زمان راه اندازی کاهش طول عمر قطعات

حل مشکل

با تنظیم کردن ولتاژ در حین راه اندازی، جریانی که موتور از منبع تغذیه می کشد و گشتاور تولید شده توسط آن می تواند کاهش یافته و کنترل گردد. این همان کاری است که یک سافت استارتر انجام می دهد.

اصول کار سافت استارتر در هنگام راه اندازی الکتروموتور

به دو شکل زیر توجه کنید در شکل نخست دیاگرام مداری یک سافت استارتر آورده شده است و شکل موجهای تولید شده حاصل از عملکرد سافت استارتر در شکل (2) آمده است.

با استفاده از شش عدد SCR که به صورت پشت به پشت متصل شده اند. سافت استارتر قادر به تنظیم ولتاژ اعمال شده به موتور در هنگام راه اندازی از صفر ولت تا ولتاژ نامی خط تغذیه است. فیدبک تامین شده از موتور به مدار، کنترل زوایای آتش کردن SCR را به منظور تثبیت و پایدار سازی موتور در حین شتاب گیری، انجام می دهد. توجه به نکات زیر می تواند مفید واقع شود.

1- بر خلاف VFD (درایو فرکانس متغیر( در سافت استارتر فرکانس تغییر پیدا نمی کند.
2- در سافت استارتر فقط ولتاژ و جریان تغییر می یابند.
مشخصه های عملکردی سافت استارتر مشخصه ها و منحنی ها کمک می کنند درک رفتار سافت استارتر راحت تر گردیده و بتوان رفتار آن را با ادوات مشابه مقایسه کرد. در شکل زیر دو منحنی مشخصه جریان-سرعت و گشتاور-سرعت برای دو حالت استفاده از سافت استارتر در زمان راه اندازی و عدم استفاده از آن (راه اندازی با ولتاژ خط) آورده شده است. همان طور که ملاحظه می گردد سافت استارتر در لحظه راه اندازی جریان راه اندازی را به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می دهد و در سوی دیگر گشتاور نیز کاهش می یابد و از این رو شاید استفاده از آن در بارهایی که نیاز به گشتاور راه اندازی قابل توجهی دارند امکان پذیر نباشد.

امکانات و ویژگی های سافت استارتر

• را ه اندازی و توقف نرم
• استارت پالسی (ضربه)
• کنترل شیبهای جریان
• کنترل مشخصه پمپ
• فیدبک انکودر/تاکو
• کنترل و تنظیم مشخصه های توقف/راه اندازی برای بارهای متغیر

که در ادامه هر کدام از ویژگیها و مشخصات ذکر شده تشریح می گردد.

مشخصه راه اندازی نرم

مطابق منحنی های زیر و تنظیمات سافت استارتر می توان موتور را به آرامی با ولتاژ 10 تا 50 درصد ولتاژ نامی آن راه اندازی کرد. شیب زمان افزایش ولتاژ تا مقدار نامی آن را می توان از 1-30 ثانیه تنظیم کرد.

مشخصه راه اندازی ضربه ای در هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که به گشتاور راه اندازی قابل توجهی نیاز باشد. در این حالت یک پالس ولتاژ با 80% ولتاژ نامی اعمال می شود. طول پهنای پالس بین صفر تا 2 ثانیه متغیر است.

مشخصه توقف نرم کنترل کننده با یک شیب رفته رفته ولتاژ موتور را کاهش داده و در نتیجه گشتاور و جریان نیز کاهش می یابد. و بر اثر آن سرعت موتور کاهش یافته و متوقف می شود.

این عمل اغلب در بارهای با اینرسی زیاد استفاده می شود در این بارها توقف ناگهانی ممکن است باعث خسارت به محصول یا سیستم گردد. زمان توقف قابل تنظیم 1-30 ثانیه است.

• باعث جلوگیری از کاویتاسیون و چکش کاری بر روی پمپها می شود
• از واژگونی اجسام بر روی کانوایرها جلوگیری می کند.

مشخصه محدود کنندگی جریان

محدود کردن جریان

این مد از راه اندازی نرم هنگامی استفاده می شود که بدلیل طولانی بودن زمان راه اندازی و یا حفاظت از الکتروموتور نیاز است که حداکثر جریان راه اندازی محدود گردد. -حداکثر جریان 200-400% جریان بار کامل موتور (FLC) – زمان شیب قابل تنظیم 1-30 ثانیه (که بر حسب نیاز می تواند طولانی گردد.)

مقایسه روشهای مختلف راه اندازی شامل سافت استارتر، راه اندازی مستقیم و راه اندازی به صورت ستاره-مثلث

تفاوت این سه نوع راه اندازی در مقدار ولتاژ اعمال شده به موتور در حین راه اندازی و شتاب گیری تا سرعت نامی دارد. در شکل زیر ولتاژ اعمال گردیده به موتور در هر کدام از این سه روش نشان داده شده و مقایسه شده است.

مقایسه مشخصه جریان راه اندازی و گشتاور-سرعت راه اندازی نرم با راه اندازی مستقیم و ستاره-مثلث

روشهای راه اندازی ولتاژی که مورد مقایسه قرار گرفتند بر روی مشخصات مختلف الکتروموتورها تاثیر می گذارند. بررسی تغییرات جریان راه اندازی و مشخصه گشتاور-سرعت الکتروموتور در بکارگیری هر کدام از این روشها ضروری است. منحنی گشتاور-سرعت، مناسب بودن روش انتخاب شده و هماهنگی آن با بار و گشتاور راه اندازی مورد نیاز را به ما می دهد و مشخصه جریان نیز به انتخاب فیوز و دیگر تجهیزات راه اندازی و تخمین تنشهای الکتریکی ایجاد شونده بر روی الکتروموتور کمک می کند.

مزایای سافت استارترها

• جریان هجومی زیاد و گشتاور مکانیکی زیاد را در زمان راه اندازی حذف می کند.
• باعث کاهش اندازه کابلها و کلیدهای اتصال به شبکه تغذیه می گردد. (از طریق کاهش جریان راه اندازی)
• فرورفتگی ولتاژ (voltage dip) خط را محدود می کند.
• شتاب گیری و شتاب دهی نرم و بدون پله را می دهد.
• راه اندازی ضربه ای برای بارهای سنگین و کاربردهایی که تحت بار راه اندازی می شوند.
• مشخصات محدود کنندگی جریان
• کنتاکتور کنار گذر (By-pass) صرفه جویی انرژی را افزایش می دهد.
• از پیکهای جریان و گشتاور جلوگیری می کند و بدین ترتیب تنش الکتریکی کمتری بر روی شبکه تامین توان و تنش مکانیکی کمتری بر کل اجزای دوار وارد می شود.
• استرس و تنش را بر روی کوپلینگها و دیگر تجهیزات انتقال (جعبه دنده ها، شفتها، تسمه ها و غیره) کاهش می دهد.
• به واسطه کاهش دادن ضربات مکانیکی طول عمر موتور و دیگر اجزا/قطعات را افزایش می دهد.
• در تابلوی کلیدها و ادوات به فضای کمتری نیاز دارد. (خیلی باریکتر از بقیه تجهیزات راه اندازی الکترومکانیکی است)
• کاهش دادن هزینه ها
• مشخصات راه اندازی و توقف منحصر به فرد
• ویژگی کنترل پمپ
• کار در دماهای بالا تا 65 درجه سانتیگراد
• اتصال سیم کشی ساده
• کارکرد، برنامه ریزی و نگهداری آسان

معایب سافت استارترها

• هارمونیک تولید می کنند(کمتر از اینورتر)
• سرعت کارکرد موتور ثابت است(بر خلاف VFD، فرکانس ثابت است)
• امکان تنظیم سرعت وجود ندارد (فقط برای راه اندازی، توقف و حفاظت استفاده می شود)
• زمان شتاب گیری و شتاب دهی به میزان بسیار زیادی به بار بستگی دارد.

  برخی از کاربردهای سافت استارترها شامل:

• پمپهای خلأ
• پمپهای گریز از مرکز
• کمپرسورها
• فنها/بلوورها/اگزوسترها
• مخلوط کنها
• کانوایرها
• بلوورهای محوری
• فنهای ملخی
• فنهای محوری (Axial fans) (کم اینرسی-کم بار)
• پودر کننده ها
• پمپهای بزرگ
• خردکن ها/سنگ شکن ها
• آسیابهای چکشی
• پله های متحرک

منبع؛   soft-starter a presentation by : ravi shankao singh