امروزه موتورهای الکتریکی در تمامی صنایع برای کاربردهای مختلف به کار می‌روند. آنچه که هنگام استفاده از این الکتروموتورها باید در نظر گرفت؛ حفاظت از آنها و نحوه کنترل آنهاست. یک الکتروموتور در زمان راه اندازی به صورت عادی، جریان بالایی را مطالبه می‌کند که این جریان می‌تواند تا 16 برابر جریان نامی باشد. همچنین الکتروموتورها در اثر عوامل محیطی یا اضافه بار یا مواردی از این قبیل با خطر از بین رفتن سیم پیچ‌ها یا قطعات مکانیکی روبرو هستند. در این مقاله به معرفی سافت استارتر می‌پردازیم که بازتاب زیادی در نحوه راه اندازی و استفاده از الکتروموتورهای قدرت داشت. با ما همراه باشید.
سافت استارتر چیست؟
تا پیش از گسترش علم الکترونیک در شاخه سیستم‌های قدرت؛ راه اندازی و حفاظت از الکتروموتورها تنها با استفاده از تجهیزات الکترومکانیکی مانند رله‌ها، کلیدها، کنتاکتور ها، تایمرها، مقاومت‌ها، ترانس‌ها و… صورت می‌گرفت. در نتیجه در بیشتر حالت‌ها به خصوص در توان‌های بالا، الکتروموتورها به صورت مستقیم به شبکه برق متصل نمی‌شدند. پس نیاز به تجهیزی بود تا سه مسئله را مد نظر قرار دهد:
الف) انجام عمل راه اندازی الکتروموتور بدون اینکه فشاری به قطعات مکانیکی و شبکه وارد شود.
ب) کاهش مصرف انرژی
ج) محافظت از الکتروموتور در برابر خطاهای مختلف
یکی از تجهیزاتی که با استفاده از دانش الکترونیک قدرت و ادوات نیمه هادی‌های صنعتی ساخته و مورد استفاده قرار گرفت؛ سافت استارتر بود. سافت استارتر ها یا راه انداز های نرم موتور، اولین نمونه‌های کاربردی استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت در این حوزه بودند. آنها الکتروموتورها را به صورت نرم و آهسته راه اندازی می‌کنند و در نمونه‌های پیشرفته، از آنها در برابر انواع مختلفی از خطاها که ممکن است الکتروموتور با آنها مواجه شود؛ حفاظت می‌کنند. ساختمان داخلی آنها دارای دو عدد تریستور در هر فاز به صورت موازی و معکوس است که در الکترونیک قدرت آنها را ترایاک می‌نامند. یک سافت استارتر دارای پنج بخش است: ترمینال‌های قدرت، ترمینال‌های فرمان، مدار قدرت، مدار فرمان و در نهایت بدنه تجهیز.
شکل بالا مدار داخلی یک سافت استارتر سه فاز را نشان می‌دهد که در هر سه فاز از زوج تریستوری موسوم به ترایاک استفاده شده است. قبل از دستگاه سافت استارتر یک کنتاکتور به منظور راه اندازی مدار قدرت سافت استارتر و در کنار آن در قسمت بالا کنتاکتور بای پس برای روشن نگه داشتن الکتروموتور بعد از راه اندازی قرار گرفته است.
مزایای سافت استارتر
الف) راه اندازی نرم با استفاده از مدیریت ولتاژ ورودی و تزریق در خروجی
ب) در نظر گرفتن زمان برای راه اندازی و توقف به صورتی که ضربه‌ای به الکتروموتور وارد نشود.
ج) شتابدهی نرم به الکتروموتور
د) امکان تنظیم حفاظت ویژه بار
ه) از بین بردن جریان هجومی در زمان راه اندازی و از بین رفتن گشتاور لحظه‌ای در همان زمان
و) بازدهی بالا
ز) کاهش استهلاک مکانیکی و افزایش عمر الکتروموتور
ح) جلوگیری از پیک جریان و گشتاور در طول عملیات راه اندازی
ط) کنترل زمان راه اندازی و توقف الکتروموتور
ی) کاهش طول کابل‌ها و جریان نامی کلیدهای اتصالی
ک) محافظت از الکتروموتور در مقابل گرمای بیش از حد
ل) امکان راه اندازی چندگانه در مدل‌های پیشرفته
و…
انواع سافت استارتر
دسته بندی‌های مختلفی را می‌توان برای این تجهیز عنوان کرد. شما می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر نگاهی به مقاله انواع سافت استارتر های ما بیندازید. با این حال در اینجا ما به طور خلاصه به معرفی دسته بندی‌ها پرداخته‌ایم:
1- انواع سافت استارتر از نظر فاز
سافت استارترها برای راه‌اندازی الکتروموتورهای سه فاز ساخته شده‌اند. اما باید گفت که لزوماً این تجهیز برای نظارت و کنترل هر سه فاز به کار نمی‌رود:
الف) سافت استارتر تکفاز
این مدل دارای یک جفت تریستور بر روی یک فاز بوده که در نهایت شوک ناشی از راه اندازی اولیه را کاهش می‌دهد. به این مدل، کنترل گشتاور نیز گفته می‌شود. دو فاز دیگر نیز به صورت مستقیم به شبکه متصل‌اند.
ب) سافت استارتر دو فاز
این مدل، بیشتر برای مدیریت مصرف انرژی است زیرا دو فاز دارای زوج تریستوری و یک فاز متصل به شبکه است. جریان در فازهای کنترل شده بین 30 تا 50 درصد کمتر از فاز کنترل نشده می‌باشد.
ج) سافت استارتر سه فاز
در این نمونه در تمامی ادوات و جریان شبکه مصرفی تقارن داریم و امکان نظارت و کنترل بر روی هر سه فاز فراهم است. اگرچه قیمت آن بالاست اما خروجی مناسب‌تری به ما می‌دهد.
2- انواع سافت استارتر از نظر سیم بندی (روش‌های مختلف اتصال سافت استارتر)
مدل هایی که دارای زوج تریستوری در هر سه فاز هستند؛ از نظر سیم بندی به دو دسته تقسیم می‌شوند:
الف) سافت استارتر سه فاز متصل به خط
در این مدل که رایج‌ترین مدل است هر سه فاز به صورت سری به رله، کنتاکتور یا دیگر تجهیزات متصل می‌شود. در نهایت سربندی داخل الکتروموتور می‌تواند بر اساس آنچه که بر روی پلاک آن درج شده از نوع ستاره یا مثلث باشد.
ب) سافت استارتر سه فاز با اتصال دلتا
با استفاده از این مدل شما می‌توانید این تجهیز را در مدار مثلث قرار دهید. استفاده از این مدل سبب تغییر نسبت جریان‌ها به میزان 58 درصد می‌شود. در این حالت ابعاد دستگاه کوچکتر است. در حالت مستقیم سیم کشی کمتری داریم و در حالت دلتا سطح مقطع کمتر.
3- انواع سافت استارتر از نظر بای پس
سافت استارتر ها در حقیقت راه اندازی نرم الکتروموتور را انجام داده و پس از رساندن آنها به دور نامی؛ از مدار خارج می‌شوند. مسئله مهم در اینجا چگونگی خارج شدن از مدار است. از این مسئله با عنوان بای پس کردن یاد می‌شود. برای انجام این عمل باید از یک کنترلر یا کنتاکتور استفاده کنیم. انواع سافت استارتر از نظر بای پس به شرح زیر است:
الف) سافت استارتر با بای پس داخلی (سافت استارتر سه سیم)
این مدل سافت استارتر ها دارای یک برد بای پس و در مدل‌های قدیمی دارای کنتاکتور داخلی هستند. در این نمونه سه سیم قدرت وارد سافت استارتر شده و سه سیم قدرت برای اتصال به الکتروموتور از سافت استارتر خارج می‌شود. مزیت استفاده از مدل بای پس دار، عدم نیاز به تجهیز اضافه و سیم کشی کمتر است. عیب این مدل؛ از کار افتادن یا خراب شدن قطعه کنترلی یا بای پسینگ کنترلر بعد از گذشت زمان است.
ب) سافت استارتر با بای پس خارجی (سافت استارتر شش سیم)
در این مدل از یک کنتاکتور به صورت موازی با سافت استارتر بهره می‌بریم. یک مدار قدرت و یک مدار کنترل برای کنتاکتور تعریف می‌شود و سافت استارتر بعد از انجام راه اندازی؛ اتصال برق شبکه و الکتروموتور را بر روی کنتاکتور بای پس می‌نماید.
4- انواع سافت استارتر از نظر تنظیمات و نمایشگر
تنوع سافت استارتر ها در تنظیمات و نمایشگر به دو مدل کلی آنالوگ و دیجیتال ختم می‌شود:
الف) سافت استارتر آنالوگ
در این مدل انجام تنظیمات با استفاده از پتانسیومتر صورت می‌پذیرد. مدل‌های Sirus شرکت زیمنس نمونه معروفی از این مدل می‌باشند. این مدل تنظیمات محدودی دارد و لزوماً تمامی توابع حفاظتی را ندارد.
ب) سافت استارتر دیجیتال
سافت استارترهای دیجیتالی دارای میکرو کنترلر برنامه ریزی شده و قابل برنامه دهی هستند که به همراه صفحه نمایش دیجیتالی و کی پد تنظیمات به مصرف کنندگان ارائه می‌شوند. همین مسئله باعث می‌شود تا دست اپراتور برای تنظیم انواع توابع حفاظتی با دقت بالا فراهم باشد و عملیات‌های مختلفی را برنامه ریزی کند. از دیگر خصوصیات این مدل دستگاه‌ها قابلیت اتصال آنها به شبکه‌های صنعتی برای برنامه ریزی و مدیریت از راه دور می‌باشد.
5- انواع سافت استارتر از نظر کلاس کاری
سافت استارتر ها بسته به نوع کاربری الکتروموتور کلاسه بندی می‌شوند. علت این کلاس بندی ایجاد تفاوت در سخت افزار یا نرم افزار سافت استارتر هاست. به طور کلی دو مدل کلاسه بندی برای سافت استارتر ها داریم:
الف) سافت استارتر کلاس 10:
این مدل از سافت استارتر ها برای راه اندازی نرمال در توان پایین و برای کاربردهای نسبتاً پایین که نیازی به گشتاور بالا ندارند مورد استفاده قرار می‌گیرند.
ب) سافت استارتر کلاس 30:
برای بارهای بزرگ یا اینرسی‌های بالا و گشتاور بالا باید از این سافت استارتر ها استفاده کرد. این سافت استارتر ها مناسب جرثقیل‌ها، سنگ شکن‌ها و این قبیل تجهیزات هستند.
مشخصات فنی سافت استارتر
با در نظر گرفتن نوع بار و عملیات مورد انتظار باید مشخصات فنی زیر را در نظر گرفته و پیش از خرید به آنها دقت کنید.
الف) ولتاژ نامی (مصرفی)
ب) تعداد فازها (تکفاز یا سه فاز)
ج) جریان نامی (مصرفی)
د) کلاس نامی یا کاربرد محصول
ه) قدرت یا توان محصول بر حسب کیلووات یا اسب بخار
و) میزان گشتاور راه اندازی
ز) نوع بای پس محصول
ح) مدت زمان راه اندازی قابل تنظیم سافت استارتر
ط) روش توقف الکتروموتور
ی) آیتم‌های حفاظتی سافت استارتر
ک) نوع برنامه ریزی و نمایشگر
ل) امکان پشتیبانی از شبکه‌های صنعتی و اتصال به سیستم‌های اتوماسیون صنعتی
نحوه عملکرد سافت استارتر
یک دستگاه سافت استارتر باید از هر لحاظ بتواند از نظر عملکردی، راندمان کاری را افزایش داده و مصرف انرژی و استهلاک الکتروموتور را کاهش دهد. بنابراین می‌توانیم مزایای زیر را برای آن بر شماریم:
الف) عدم وجود جریان هجومی در هنگام راه اندازی و گشتاور لحظه‌ای
ب) کاهش استهلاک الکتروموتورها و افزایش عمر کوپلینگ، بلبرینگ و …
ج) افزایش ایمنی کار و اطمینان به چرخه عملیات
د) افزایش بازده سیستم
ه) کاهش هزینه‌های مصرف انرژی و صرفه جویی در مصرف برق
و) کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری
ز) قابلیت کنترل و آگاهی از شرایط الکتروموتور
ح) راه اندازی و توقف نرم و بدون ضربه
ط) کاهش سایز کابل بر اساس روش سیم بندی سافت استارتر
کاربرد سافت استارتر
در هر قسمت یا بخشی از کارخانه، کارگاه، محل کار و… که الکتروموتوری در حال کار است؛ می‌توان از سافت استارتر استفاده کرد. در نتیجه می‌توان کاربردهای زیر را برای سافت استارتر ها عنوان کرد:
الف) راه اندازی پمپ‌ها در موتور خانه یا پمپ خانه
ب) جابجایی مواد با نوار نقاله
ج) جابجایی بارها با استفاده از آسانسور، جرثقیل و…
د) استفاده در سیستم‌های سردخانه صنعتی
ه) استفاده در سیستم‌های تهویه هوا و استفاده در فن‌ها
و) استفاده در میکسر ها
ز) استفاده در دستگاه‌های خم، برش، تزریق و…
نحوه نصب سافت استارترها (سیم کشی سافت استارتر)
برای مهندسان و کسانی که آشنایی کامل با تأسیسات برق دارند؛ نصب سخت افزاری سافت استارتر ها راحت بوده و تنها تنظیمات نرم افزاری یا تنظیمات پتانسیومتر های آن کمی پیچیده است. سافت استارتر ها مانند درایوها دارای دو بخش قدرت و فرمان برای سیم بندی می‌باشند:
- بخش قدرت
سه ترمینال ورودی قدرت و سه ترمینال خروجی قدرت داریم. ترمینال‌های خروجی را مستقیماً به الکتروموتور وصل می‌کنیم. ترمینال‌های ورودی نیز برق خود را از ترمینال‌های قدرت خروجی کنتاکتور (مینیاتوری) گرفته یا به صورت مستقیم به شبکه متصل‌اند. همچنین یک فاز و یک نول از شبکه را برای تغذیه سافت استارتر استفاده می‌کنیم. پیشنهاد می‌کنیم برای ارتباط بین شبکه برق و سافت استارتر، حتماً از کنتاکتور استفاده کنید.
- بخش فرمان
بخش فرمان به منظور برق رساندن به بوبین کنتاکتور و تغذیه سافت استارتر بکار می‌رود. همچنین در صورت لزوم می‌توان برای موارد اعلامی و… نیز مدار فرمانی طراحی کرد. چنانچه پیش از سافت استارتر از ادواتی مانند کنترل فاز، بار و… نیز استفاده نمایید؛ در این صورت آنها نیز دارای مدار فرمان جدایی هستند. در حالت ساده، که شامل یک مینیاتوری، یک کنتاکتور و یک سافت استارتر هستیم؛ فاز خروجی از مینیاتوری را به کلید گردان می‌دهیم و از دو انشعاب در خروجی کلید گردان برای بوبین کنتاکتور و تغذیه سافت استارتر استفاده می‌کنیم. مثلاً در یک نمونه سافت استارتر زیمنس (آنالوگ) دو رله داریم. یک رله برای فعال شدن سافت استارتر و یک رله برای استفاده از بای پس. در پایان، بعد از روشن کردن دستگاه، پتانسیومتر ها یا پارامترها را تنظیم می‌کنیم.
برای اشنایی بیشتر با روش‌ها و نحوه نصب سافت استارتر ها پیشنهاد می‌کنیم تا مقاله نحوه نصب سافت استارتر ها را مطالعه نمایید.
روش های کنترل سافت استارتر
سافت استارتر را می‌توان به دو صورت کنترل کرد:
روش اول استفاده از شستی گردان یا شستی استپ استارت است که در بخش قبل اشاره‌ای به این نحوه از راه اندازی برای نمونه‌های آنالوگ کردیم.
روش دوم استفاده از بستر شبکه‌های صنعتی است که با وجود آن می‌توان این دستگاه را از طریق رایانه یا PLC یا دیگر ادوات اتوماسیونی از راه دور راه اندازی و کنترل نمود. همچین استفاده از حالت دوم به ما اجازه کنترل از راه دور دستگاه را می‌دهد. همچنین می‌توان با در نظر گرفتن یک فیدبک، سیستم را به صورت کنترل حلقه بسته راه اندازی نمود.
تفاوت سافت استارتر با اینورتر (درایو)
این سؤال افراد کثیری است که با توجه به اختلاف قیمت زیاد سافت استارتر و درایو؛ تفاوت این دو محصول در چیست و هر کدام را در چه حالتی باید استفاده کنیم. باید عنوان کنیم که یک سافت استارتر تنها بر روی ولتاژ شما کنترل دارد و هیچ کنترلی بر روی فرکانس شما ندارد. پس اگر نیازمند کنترل دور موتور در سرعت یا گشتاور خاصی هستید؛ بدانید که سافت استارتر نمی‌تواند کمکی به شما نماید. همچنین باید بگوییم که در شرایط کنونی، اعم برندهای مختلف درایو دارای سیستم‌های کنترلی مختلف مانند کنترل V/F، کنترل PID، کنترل گشتاور و… هستند که این موارد برای سافت استارتر ها تعریف نشده است. از طرفی مسئله بای پس نیز برای درایو تعریف نشده است و یک درایو از ابتدا تا انتهای سیکل کاری یک الکتروموتور بر روی آن نظارت کامل دارد. در سخت افزار نیز این دو تجهیز باهم متفاوت‌اند. سافت استارتر ها از یک جفت تریستور استفاده می‌کنند و این در حالی است که درایوها از نیمه هادی جدیدی با نام IGBT استفاده می‌کنند. در یک درایو ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل شده و در نهایت با استفاده از روش PWM تبدیل به پالس‌های AC مربعی می‌شوند. همچنین توابع حفاظتی درایو بسیار بیشتر از یک سافت استارتر می‌تواند باشد. برای آشنایی بیشتر در این خصوص می‌توانید مقاله 10 تفاوت سافت استارتر و درایو را ملاحظه کنید.
نکات ایمنی در استفاده از سافت استارتر
در صورت استفاده از سافت استارتر لطفاً موارد ایمنی زیر را در نظر بگیرید:
الف) برق ورودی شما باید حتماً دارای ارت باشد.
ب) برای ارت کردن بدنه سافت استارتر حتماً از سیم ارت مجزا استفاده کنید و نول شبکه به را به بدنه متصل نکنید.
ج) چنانچه ارتباطی با بردهای سافت استارتر دارید؛ پیشنهاد ما استفاده از دستبندهای ارت است.
د) ارت سافت استارتر را با ارت تجهیزات قدرت بالا مانند الکتروموتورهای سنگین؛ دستگاه ترانس جوشکاری و… مشترک نکنید.
ه) بدنه الکتروموتور نیز باید متصل به ارت باشد.
و) اتصالات و سایز سیم‌ها باید مطابق با دفترچه راهنما انتخاب و سیم بندی شود.
ز) سیم‌های قدرت را از سیم‌های فرمان و سیگنال‌ها به طور کامل تفکیک کنید.
ح) نصب دو یا چند سافت استارتر داخل یک تابلو را با توجه به دستورات یادداشت شده در دفترچه راهنما انجام دهید.
خطاهای رایج در سافت استارتر
در یک سافت استارتر ممکن است خطاهای متداول و گوناگونی رخ دهد. آنچه دارای اهمیت می‌باشد؛ رفع این خطاها و راه اندازی مجدد دستگاه می‌باشد. در این بخش ما به رایج‌ترین خطاها اشاره می‌کنیم:
الف) خطای عدم تقارن یا تعادل جریان که این خطا مربوط به نصب نادرست سافت استارتر، وجود مشکل در محیط یا الکتروموتور یا نحوه سیم کشی شماست.
ب) خطای قطع ولتاژ ورودی که در این صورت باید برق ورودی به سافت استارتر بررسی شود.
ج) بالا رفتن جریان لحظه‌ای که باید حتماً باید به آن توجه کرد.
د) متصل نبودن سافت استارتر به الکتروموتور که باید ترمینال‌های خروجی سافت استارتر به موتور را بررسی کرد.
ه) زمان طولانی در راه اندازی موتور، در این صورت باید این زمان را کاهش داد زیرا می‌تواند موجب صدمه به قطعات سافت استارتر شود.
و) بالا رفتن درجه حرارت خنک کننده یا هیت سینک؛ بالا رفتن حرارت در هیت سینک به معنای بالا رفتن دمای عملکردی سافت استارتر است. در نتیجه لازم است تا پیش از وقوع هرگونه اتفاق، شرایط محیطی مناسبی برای خنک کردن دستگاه و یا خارج کردن آن از مدار یا خاموش کردن آن را در دستور کار قرار داد.
ز) بالا رفتن بار الکتریکی در موتور؛ این خطا متداول است و نشان دهنده اضافه بار می‌باشد که باید آن را کاهش داد.
ح) کاهش ولتاژ که در زمانی رخ می‌دهد که در یکی از فازها با کمبود ولتاژ مواجه شویم.
ط) تغییر توالی فاز، چنانچه تغییری در ترتیب فازها رخ دهد؛ جهت چرخش موتور تغییر می‌کند. این خطا بر همین اساس به عنوان اخطار به اپراتور نمایش داده می‌شود.
ی) خطای تریستور یا SCR که در این صورت دستگاه با مشکل سخت افزاری مواجه شده و بر اساس آن یک یا چند تریستور دستگاه دچار مشکل یا خرابی شده‌اند که در این صورت دستگاه باید به تعمیرگاه ارجاع داده شود.
در این مقاله به معرفی و بررسی سافت استارتر، انواع آن، سیم کشی و مواردی از این نظیر پرداختیم. مجموعه برق و انرژی ارائه دهنده سافت استارتر های مطرح بازار با قیمت مناسب و رقابتی بوده که برخی از آنها دارای ضمانت یک‌ساله و خدمات پس از فروش می‌باشند. برای خرید سافت استارتر می‌توانید از بخش تجهیزات اتوماسیون صنعتی وارد بخش سافت استارتر شده و تمام مدل‌ها را مقایسه و مشاهده کنید. همچنین می‌توانید برای دریافت اطلاعات بیشتر با کارشناسان ما از طریق سایت، پیام‌رسان ها و تلفن در ارتباط بوده، سؤالات و نقطه نظرات خود را بیان نمایید. انرژی در دستان تو!
