سافت استارتر (soft starter) چیست؟

سافت استارتر یا سافت استارتر موتور وسیله‌ای برای کنترل موتورهای الکتریکی است که امکان راه‌اندازی و توقف را به‌صورت کنترل شده فراهم می‌کند. برخلاف استارترهای ولتاژ کامل، سافت استارترها ولتاژ را مدیریت کرده و به‌تدریج آن را تأمین می‌کنند. همچنین، آن‌ها هم موجب صرفه‌جویی در زمان و منابع و هم باعث کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری ناشی از سایش، می‌شوند؛ در نتیجه، می‌توانند از موتور محافظت کنند.

در ادامه این مقاله از سایت سیسوگ درباره اصول کار سافت استارترها و اینکه چگونه آن‌ها می‌توانند به بهبود ویژگی‌های یک دستگاه و افزایش طول عمر موتور کمک کنند، صحبت خواهیم کرد. پس تا پایان همراه ما باشید.

شاید برای شما مفید باشد: آموزش الکترونیک از 0 تا 100

نحوه های عملکرد موتور استارتر

قبل از بررسی نحوه عملکرد سافت استارترها، ابتدا باید سه نوع فناوری اصلی مورداستفاده در این دستگاه‌ها یا به‌عبارت‌دیگر، سه روش اصلی راه‌اندازی موتور را یاد بگیرید.

• استارتر آنلاین مستقیم (DOL)

در این دستگاه‌ها به‌محض اینکه دستور احتراق داده می‌شود، جریان بار کامل به موتور منتقل می‌شود. به‌طورکلی از این دستگاه‌ها معمولاً در موتورهای پایه استفاده می‌شود.

• استارترهای سافت (نرم)

این استارترها، ولتاژ، جریان و گشتاور را به‌آرامی و به‌تدریج اعمال می‌کنند تا کنترل بیش‌تری بر روی راه‌اندازی و توقف ایجاد شود؛ بنابراین ویژگی‌های مکانیکی و الکتریکی پیشرفته‌ای به موتور می‌دهند.

• درایورهای فرکانس متغیر (VFD)

این دستگاه‌ها به‌عنوان استارتر‌های اتو ترانسفورماتور نیز شناخته می‌شوند. به‌طورکلی آن‌ها ولتاژ خط AC را به طور خودکار به ولتاژ DC تبدیل می‌کنند و یا بالعکس که هدف از این کار، کنترل فازهای راه‌اندازی، زمان کار و توقف موتور است.

سافت استارتر چگونه کار می‌کند؟

موتورهای القایی 3 فاز برای راه‌اندازی به بار جریان نسبتاً بالایی نیاز دارند (بین 3 تا 15 برابر جریان نامی) که این موضوع می‌تواند در درازمدت به موتور و سایر اجزاء آسیب برساند.

اصولاً سافت استارترها به تأمین جریان تدریجی تا زمانی که مقدار آن به جریان نامی موتور که برای کار کردن موتور با حداکثر سرعت لازم است، می‌پردازند. همچنین، در این زمان آن‌ها ولتاژ را به طور دقیق تری کنترل می‌کنند.

ضرورت انجام این امر، استفاده از اجزای خاصی است که اجازه می‌دهند که جریان به‌تدریج در فازهای مختلف کنترل شود که از جمله این اجزا عبارت‌اند از: یکسوکننده‌های کنترل شده سیلیکونی (SCR) یا تریستورها.

این SCRها به‌عنوان “گیت” عمل می‌کنند و با افزایش سرعت موتور باز (روشن) و بسته (خاموش) می‌شوند. این موضوع اجازه می‌دهد تا ولتاژ تأمین شده برای موتور با راندمان بالا کنترل شود.

دیاگرام سافت استارتر

در یک موتور القایی سه‌فاز، دو SCR در یک پیکربندی آنتی پارالل در امتداد هر فاز موتور به هم متصل می‌شوند که در مجموع 6 SCR می‌شود. این SCRها توسط یک مدار لاجیک جداگانه کنترل می‌شوند که می‌تواند یک کنترل‌کننده PID یا یک میکروکنترلر باشد. همان‌طور که در شکل زیر نشان‌داده‌شده است، مدار لاجیک توسط یک مدار یکسوکننده، تغذیه می‌شود.

به‌غیراز کلیدهای پاور و مدارهای لاجیک، از قطعات محافظتی دیگری مانند مدارشِکَن (کلید برق) یا فیوز، کنتاکتور مغناطیسی (برای جداسازی) و OLR (رله اضافه‌بار) برای جلوگیری از ایجاد اضافه جریان استفاده می‌شود. به‌علاوه، برای رسیدن به‌سرعت نامی کامل، یک سوئیچ بای‌پس جهت ازسرگیری ولتاژ کامل در سراسر موتور استفاده می‌شود.

چگونه سافت استارترها ولتاژ را کنترل می‌کنند؟

به‌طورکلی موتور سافت استارترها از دو جزء تشکیل شده است:

• مدار قدرت

از طریق این مدار جریانی که به موتور انتقال می‌یابد، به گردش درمی‌آید. این مدار شامل تعدادی تریستور، محافظ و ترانسفورماتور جریان است.

• مدار کنترل

این مدار وظیفه کنترل، نظارت و حفاظت از اجزای مدار منبع تغذیه را بر عهده دارد. همچنین، مدارهای رابط کاربری می‌توانند بر اساس هر برنامه پیکربندی شوند.

هنگامی که یک پالس گیت (پالس آتش) به مجموعه‌ای از تریستورها اعمال می‌شود، آن‌ها باز می‌شوند (روشن) و اجازه می‌دهند تا جریان ایجاد شود و موتور در فاز مربوطه انرژی دهد. زاویه هر پالس معیاری است که تعیین می‌کند چه مقدار جریان و برای چه مدت می‌تواند از مدار عبور کند.

این توانایی تریستورها در کنترل تغییر زاویه آتش باعث می‌شود ولتاژ مؤثری در خروجی ایجاد شود که این ولتاژ به‌تدریج تا رسیدن به ولتاژ نامی شبکه افزایش می‌یابد.

زاویه پالس آتش و مدت زمان جاری شدن جریان به وسیله کاربر از طریق مدار کنترل با تنظیم پارامترهای خاصی برای محدود کردن جریان کنترل می شوند. به این ترتیب، سافت استارترها:

۱. عملکرد موتورها را به ویژه در فازهای راه اندازی و توقف کنترل می کنند.

۲. از موتورها و کنترلرها در برابر ولتاژ بالا و گرمای بیش از حد محافظت می‌کنند.

کاربردهای سافت استارتر

سافت استارت‌ها برای انواع مختلفی از موتورها، مفید و سودمند هستند.

بااین‌حال، نیاز به نصب استارتر بر روی موتور بستگی به ویژگی‌های موتور و آسیب‌پذیری آن در مقابل جریان و گرمایی که در مرحله راه‌اندازی به آن وارد می‌شود، دارد.

در اینجا برخی از مهم‌ترین کاربردهای سافت استارترها بیان شده است:

• فن‌ها

فن‌ها اغلب برای مدت‌زمان طولانی فعال نگه داشته می‌شوند. همچنین، می‌توانند از یک‌ فاز استارت تدریجی برای کمک به افزایش طول عمر خود استفاده کنند؛ این موضوع به‌خصوص برای حفظ مواد غذایی یا قطعات ظریف اهمیت دارد.

• پمپ ها

این پمپ‌ها اغلب به دلیل فشار شدیدی که در هنگام راه‌اندازی و توقف در لوله‌ها ایجاد می‌شود آسیب می‌بینند. سافت استارترها می‌توانند با افزایش کنترل شده فشار، خطر آسیب را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهند.

• تسمه

یک شروع ناگهانی و خشن می‌تواند فشار بی موردی را به نوار نقاله یا تسمه انتقال وارد کند و باعث شکستن یا لیزخوردن آنها از مسیرهای خود شود. شروع صاف می‌تواند تضمین کند که تسمه‌ها در جای خود باقی می‌مانند و دوام بیش‌تری دارند و همچنین از وسایل حمل شده و سایر قطعات محافظت می‌کند.

• روتورهای الکتریکی

به‌عنوان‌مثال، موتورهایی که توسط هلیکوپترهای الکتریکی مورداستفاده قرار می‌گیرند، برای کاهش خطر زمان شروع یا توقف ناگهانی روتورهایشان، به سافت استارتر‌ها نیاز دارند.

مزایای سافت استارترها

• راه‌اندازی یا شروع ملایم

سافت استارترها برخلاف موتور استارترهای معمولی، افزایش تدریجی ولتاژ را فراهم می‌کنند؛ بنابراین سرعتی که منجر به راه‌اندازی موتور می‌شود، بسیار ملایم است و هیچ‌گونه فشار مکانیکی یا تکان‌ شدید ناگهانی که می‌تواند به موتور آسیب برساند وجود ندارد.

• کنترل شتاب و کاهش سرعت

کنترل شتاب و کاهش سرعت موجب تنظیم‌موتور می‌شود. تغییر زاویه آتش می‌تواند شتاب هنگام راه‌اندازی و کاهش سرعت در هنگام توقف موتور را کنترل کند. این کار در برنامه‌هایی استفاده می‌شود که شتاب راه‌اندازی نیاز به تنظیم دارد.

• نداشتن نوسان برق

 ازآنجایی‌که موتور استارتر معمولی اجازه وجود ولتاژ کامل در سراسر موتور را می‌دهد، جریان هجومی بزرگی به موتور وارد می‌شود که باعث افزایش برق در مدار می‌شود. در این جهت، سافت استارتر این جریان را محدود می‌کند و در نتیجه، از نوسانات برق جلوگیری می‌شود.

• راه‌اندازی یا استارت چندگانه

در برخی از موارد نیاز است که موتور چندین بار در بازه زمانی کوتاهی راه‌اندازی و متوقف شود. در چنین موتوری اگر از یک استارتر معمولی استفاده شود، به دلیل جریان راه‌اندازی بالا، گرمای بیش از حدی به همراه دارد. بااین‌حال، سافت استارترها، تعداد راه‌اندازی یک موتور را در مدت‌زمان مشخصی افزایش می‌دهند.

• کاهش گرمای بیش از حد

گرمای بیش از حد موتور یک مشکل بسیار جدی است. این موضوع به دلیل جریان بالای سیم‌پیچ در هنگام راه‌اندازی آن رخ می‌دهد. در این جهت، سافت استارتر اجازه می‌دهد تا مقدار بسیار کمی از جریان شروع، مانع از گرم‌شدن بیش از حد موتور شود.

• افزایش طول عمر

سافت استارتر در مقایسه با یک استارتر معمولی طول عمر موتور را افزایش می‌دهد که دلیل آن، عملکرد ملایم و عدم وجود فشار الکتریکی و مکانیکی روی موتور است.

• نیاز به تعمیر کمتر

به‌طورکلی احتمال اینکه موتور القایی دارای ایرادات مکانیکی باشد، کم است؛ به همین دلیل، این موتور نسبت به موتور استارتر معمولی به تعمیر و نگهداری کمتری نیاز دارد.

• راندمان بالا

یک موتور استارتر معمولی می‌تواند ولتاژ کامل (جریان هجومی بسیار بالا) یک موتور را که انرژی زیادی مصرف می‌کند، تأمین کند. در این جهت، یک سافت استارتر این انرژی زیاد را به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌دهد و امکان افزایش تدریجی مصرف انرژی را فراهم می‌کند. همچنین، کلیدهای برق با استفاده از سطح ولتاژ بسیار پایین کنترل می‌شوند و در نتیجه، راندمان کلی موتور بهبود پیدا می‌کند.

• جمع‌وجور و کوچک بودن

سافت استارتر طراحی بسیار فشرده‌ای دارد و فضای بسیار کمی اشغال می‌کند. به‌طورکلی این دستگاه برخلاف موتور استارترهای دیگر، اندازه بسیار کوچکی دارد.

• کم‌هزینه‌بودن

سافت استارتر در مقایسه با سایر استارتر‌ها مانند VFD، ارزان‌تر است.

معایب سافت استارترها

• عدم امکان تنظیم سرعت

به‌طورکلی سافت استارتر فقط اجازه کنترل منبع ولتاژ ورودی را می‌دهد، یعنی از 0 ولت به ولتاژ خط با فرکانس خط ثابت. ازآنجایی‌که فرکانس ثابت است، سرعت موتور نیز ثابت است و فقط توسط بار متصل به آن تنظیم می‌شود. سرعت موتور القایی با تغییر فرکانس تغذیه در زیر یا بالاتر از فرکانس خط بر اساس نیاز تنظیم می‌شود. فقط استارتر VFD (درایو فرکانس متغیر) این ویژگی را دارد.

• اتلاف گرما

سوئیچ‌های نیمه‌هادی داخل سافت استارتر مقداری از انرژی را به‌صورت گرما دفع می‌کنند. همچنین، برای خنک‌کردن کلیدهای برق نیاز به هیت‌سینک است.

• کاهش گشتاور راه‌اندازی

ولتاژ ورودی که جریان ورودی را کاهش می‌دهد، متناسب با گشتاور راه‌اندازی موتور القایی است. همچنین، این ولتاژ موجب کاهش گشتاور راه‌اندازی می‌شود. به همین دلیل است که سافت استارترها برای اعمال گشتاور راه‌اندازی کم یا متوسط ​​استفاده می‌شوند.

جمع‌بندی

همان‌طور که توضیح دادیم، سافت استارترها دستگاه‌هایی کنترلی و حفاظتی هستند که می‌توانند با محافظت از موتورها در برابر نوسانات ناگهانی ولتاژ و گرمای بیش از حد، احتمال خرابی آن‌ها و در نتیجه، خرابی ماشین‌آلات را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهند. همچنین، سافت استارترها می‌توانند به افزایش چشمگیر طول عمر این دستگاه‌ها کمک کنند.