استفاده بهینه از انرژی الکتریکی همواره مدنظر کارشناسان و کارفرمایان مصرف کننده برق بوده است. مطمئناً تمامی کاربران این انرژی به دنبال بیشترین بازده در مقابل مصرف کمتر هستند. بر همین اساس می‌توان گفت که تقریباً در بیش از 50 سال گذشته و پس از ظهور انقلاب صنعتی دوم به بعد؛ همواره بخشی از اختراعات و تولیدات بشر در جهت استفاده بهینه و پر بازده از انواع انرژی‌ها از جمله برق بوده است. در این میان سهم علم الکترونیک در عرصه استفاده بهینه از انرژی الکتریکی بیش از دیگر حوزه‌ها بوده و به طور شگفت انگیز و پر سرعتی رد پای آن در دیگر حوزه‌های برق دیده می‌شود. این پیشرفت‌ها سبب اتصال دو گرایش اصلی مهندسی برق یعنی الکترونیک و قدرت در دنیای امروز و پدید آمدن رشته‌ای با عنوان الکترونیک قدرت شده است. بسیاری از ابداعات و محصولاتی که امروز با آن سرو کار داریم؛ به‌دست آمده از فناوری‌های الکترونیک قدرت است.
یکی از این محصولات نیمه هادی‌های قدرت هستند که با نام‌های تجاری ترایاک، ماسفت، تریستور و در نهایت IGBT در بازار به فروش می‌رسند. از جمله تجهیزاتی که با این محصولات ساخته شده، سافت استارتر ها و درایوهای کنترل دور موتور هستند. در این مقاله قصد داریم تا به طور کامل شما را با یک تجهیز مهم و کاربردی به نام سافت استارتر آشنا کرده و انواع سافت استارترها را نیز معرفی نماییم. پس با ما همراه باشید.
سافت استارتر چیست؟
پس از ظهور موتورهای الکتریکی و تغییرات چشمگیر در تولید و مصرف انرژی الکتریکی، یکی از مسائل مهم اصلاح مصرف انرژی و افزایش بازده کاری از طرفی و جلوگیری از استهلاک قطعات الکتریکی و مکانیکی از طرف دیگر، توجه محققان و دانشمندان را به سمت ابداع تجهیزاتی در این خصوص سوق داد. تا پیش از گسترش علم الکترونیک در حوزه نیمه هادی‌های قدرت، از آنجایی که راه اندازی الکتروموتورها به خصوص در توان بالا، نیازمند جریان کشی‌های اولیه بسیار بالا (حتی تا 16 برابر جریان نامی) بود؛ روش‌هایی برای جلوگیری از این مسئله و راه اندازی پلکانی الکتروموتورها ابداع و اجرا شده بود. این روش‌ها عبارت بود از:
الف) راه اندازی الکتروموتور ها با استفاده از مقاومت اولیه
ب) راه اندازی الکتروموتور با استفاده از اتو ترانس
ج) راه اندازی الکتروموتور با استفاده از سیم پیچی های چند بخشی در الکتروموتور
د) راه اندازی الکتروموتور با استفاده از مدار ستاره-مثلث
و…
جدا از راه اندازی پلکانی الکتروموتورها و جریان کشی کمتر، از آنجایی که تمامی الکتروموتورها از طریق شفت و فلایویل به دیگر قطعات مکانیکی متصل هستند؛ این روش‌ها سبب استهلاک کمتر قطعات مکانیکی الکتروموتور و قطعات مکانیکی متصل به آن نظیر کوپلینگ ها، شفت‌ها، گیربکس‌ها، پروانه‌ها و… می‌شد. اما آنچه که در اولویت ساخت سافت استارتر در کنار این روش‌ها وجود داشته سه مسئله بوده است؛ نخست کاهش مصرف انرژی در زمان راه اندازی و توقف الکتروموتور (لزوماً در زمان توقف همواره به دنبال روش شفت آزاد برای توقف الکتروموتور نیستیم)؛ دوم افزایش طول عمر قطعات و کاهش استهلاک آنها و سوم، امکان حفاظت همه جانبه از الکتروموتورها در برابر اتفاقات و خطاهای الکتریکی قابل رخداد است. پس می‌توان گفت که علت اصلی ساخت دستگاهی به نام سافت استارتر در جهت تحقق این سه مسئله بوده است.
سافت استارتر یا راه انداز نرم یک تجهیز الکترونیک قدرت است که به منظور راه اندازی آهسته و پیوسته الکتروموتورها ساخته شده و در نمونه‌های پیشرفته آن امکان محافظت از الکتروموتورها در برابر یکسری خطاهای الکتریکی فراهم است. اگرچه نام فارسی آن راه انداز نرم است؛ اما در بازار با نام انگلیسی آن بسیار شناخته شده تر است. این تجهیز از نظر ساختمان کلی به چهار بخش تقسیم شده است: ترمینال‌های قدرت، مدار قدرت، ترمینال‌های کنترل (در مدل‌های پیشرفته) و مدارهای آن و در نهایت بدنه تجهیز. سافت استارتر از قطعه‌های نیمه هادی قدرت با عنوان تریستور برای هر فاز استفاده می‌کند. هر فاز شامل دو تریستور به صورت موازی و معکوس به هم است که با نام تجاری ترایاک شناخته می‌شود.
تریستور نوع خاصی از دیود بوده که دارای یک پایه فعال ساز است. زمانی که پالس لازم به پایه فعال ساز داده می‌شود؛ جریان برق موجود از ترمینال ورودی به سمت ترمینال خروجی شار می‌یابد. ارسال پالس لازم به پایه فعالساز تریستور، وظیفه مدار کنترل دستگاه است که بر اساس تنظیمات صورت گرفته توسط اپراتور است. پس می‌توانیم بگوییم که در یک سافت استارتر حداکثر از 6 تریستور استفاده کرده‌ایم. حال ممکن است برای کاربران این سؤال ایجاد شود که چرا از همان دیود و یا ترانزیستور استفاده نکردیم و به سراغ قطعه جدیدی بنام تریستور رفته‌ایم؟ جواب این سؤال در دو نکته بسیار مهم نهفته است: اولاً از دیود استفاده نکردیم، چون نیازمند تجهیزی هستیم که بتواند در حالتی که سه فاز را با هم داریم؛ قابل کنترل در زاویه‌های مختلف باشد و این امر با وجود پایه گیت تریستور فراهم می‌شود. ثانیاً از ترانزیستور استفاده نکردیم زیرا ترانزیستور تجهیزی برای فرکانس‌های بالا و ولتاژهای بسیار پایین می‌باشد.
در کنار این ادوات شما می‌توانید به صورت جدا از سافت استارتر یا در بعضی مدل‌ها در کنار سافت استارتر از تجهیزات حفاظتی دیگر نظیر کنتاکتورها، بریکرها و مواردی از این قبیل استفاده کنید.
شرح عملیات کاری یک سافت استارتر به این صورت است که بر اساس تنظیمات، الکتروموتور شما را به صورت نرم راه اندازی کرده و به دور نامی می‌رساند. پس از تثبیت وضعیت الکتروموتور، سافت استارتر از مدار خارج و الکتروموتور مستقیماً به برق شبکه متصل می‌شود. در زمان توقف نیز مجدداً این قابلیت وجود دارد که سافت استارتر وارد مدار شده و عملیات توقف نرم الکتروموتور را انجام دهد. انواع سافت استارتر ها که در ادامه معرفی خواهند شد بر حسب شرایط نصب، تجهیزی که باید به آن متصل شود و … در دسته‌های مختلفی قرار می‌گیرند.
انواع سافت استارتر ها
سافت استارتر ها دارای دسته بندی‌های زیادی هستند. البته شایان ذکر است که تنوعی که در این مقاله عنوان می‌شود؛ لزوماً منطبق بر سافت استارتر های موجود در بازار نبوده و اغلب سافت استارتر های موجود در بازار دارای مشابهت بسیار و تنوع بسیار کم هستند. سافت استارتر را می‌توان در انواع مختلفی دسته بندی کرد که در ادامه به معرفی آن می‌پردازیم:
1- انواع سافت استارتر از نظر فاز
در بخش معرفی گفتیم که عموم سافت استارتر های موجود در بازار، با توجه به اینکه برای راه اندازی الکتروموتورهای صنعتی به کار می‌روند؛ از نوع سه فاز هستند. اما باید گفت که در شرایط‌های مختلف لزوماً همه فازها تحت نظارت و کنترل راه اندازی قرار نگرفته و به مدل‌های زیر تقسیم می‌شوند:
الف) سافت استارتر تکفاز
دستگاه‌های تکفاز، دارای یک جفت تریستور در یک فاز می‌باشند. در نتیجه، فازهای باقیمانده به صورت مستقیم از خط شبکه به بار متصل‌اند. ثمره این مدل راه اندازی، کاهش شوک ناشی از گشتاور در ابتدای راه اندازی است. پس به آن سافت استارتر کنترل گشتاور نیز گفته می‌شود. این مدل قادر به کاهش جریان راه اندازی برای ما نیست.
ب) سافت استارتر دو فاز
اگر دستگاه شما پیش از اتصال به الکتروموتور در دو فاز دارای زوج تریستوری باشد؛ در این صورت می‌توانید از آن به عنوان سافت استارتر دو فاز یاد کنید. مطابق با مدل قبلی، فاز غیر قابل نظارت و کنترل؛ مستقیم از خط شبکه به بار متصل است. در این مدل دیگر جریان فازها برابر نبوده و می‌توان گفت که به صورت تقریبی جریان در فازهای کنترل شده بین 30 الی 50 درصد کمتر از فاز کنترل نشده است. این مدل از سافت استارتر ها مناسب کسانی است که می‌خواهند کم هزینه کنند؛ اما در مقابل از نعمت سافت استارتر برای کاهش هزینه‌های برق خود محروم نباشند!
ج) سافت استارتر سه فاز
بهترین حالت ممکن برای کنترل یک دستگاه زمانی است که در تمامی ادوات و جریان شبکه تقارن وجود داشته باشد. پس چه بهتر که کنترل کننده ای در اختیار داشته باشیم که به ما اجازه کنترل و نظارت بر روی هر سه فاز را بدهد. در این مدل هر سه فاز ما دارای یک زوج تریستور است و کاملا در حالت بالانس جریان از زمان راه اندازی تا لحظه توقف قرار داریم. تنها ضعف این مدل قیمت بالاتر آن نسبت به نمونه های قبلی است. سافت استارتر های سه فاز از نظر سیم بندی داخلی دارای دو نوع می باشند که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم.
2- انواع سافت استارتر سه فاز از نظر سیم بندی
تصاویر مدل‌های بالا را که نگاه می‌کنید؛ شاید به نظر برسد که سیستم‌های سافت تئوری آسانی دارند؛ اما باید بگویم که با توجه به اینکه تجاری سازی و صرفه جویی همواره دارای اهمیت بوده است؛ در مدل‌های سه فاز که پر مصرف‌ترین نوع، در صنعت هستند دو نوع سیم بندی داریم:
الف) سافت استارتر سه فاز متصل به خط
این مدل، رایج‌ترین و ساده‌ترین مدل سافت استارتر است. هر سه فاز به صورت سری به رله، کنتاکتور و سایر تجهیزات متصل می‌شود. فقط دقت داشته باشید که دستگاه‌هایی که در ادامه بین سافت و الکتروموتور قرار می‌گیرند باید با جریان کامل موتور منطبق باشند. در نهایت سر بندی داخلی الکتروموتور شما می‌تواند با توجه به پلاک موتور از نوع ستاره یا مثلث باشد.
ب) سافت استارتر سه فاز با اتصال دلتا
استفاده از این مدل به شما امکان قرار دادن سافت استارتر در مدار مثلث را می‌دهد. چنانچه از این مدل سافت استارتر استفاده کنید؛ در این صورت نسبت جریان‌ها 58 درصد می‌شود و این به این معناست که می‌توان دستگاه را کوچک‌تر کرد. همچنین این دو مدل از نظر سیم کشی نیز قابل مقایسه‌اند. سافت استارتر اتصال مستقیم، سیم کشی خروجی کمتری دارد؛ از طرفی سطح مقطع اتصال مثلث کمتر است پس اگر مسافت سافت تا الکتروموتور کوتاه است؛ استفاده از سافت استارتر های دلتا گزینه مناسب‌تری است.
3- انواع سافت استارتر از نظر بای پس
گفتیم که سافت استارتر ها برای ما در ابتدا راه اندازی نرم الکتروموتورها را انجام داده و در ادامه با رسیدن الکتروموتور به دور نامی از مدار خارج می‌شوند. مسئله‌ای که اینجا وجود دارد؛ چگونگی خارج شدن سافت استارتر از مدار است.
این عمل چگونه انجام می‌شود؟ این عمل توسط فرآیندی به نام به ای پس انجام می‌شود. به ای پس یعنی پس از اینکه الکتروموتور را به دور نامی رساندیم؛ سافت را به وسیله یک کنترلر یا کنتاکتور قدرت، از مدار خارج و مستقیم به برق شبکه متصل نماییم. سافت استارتر ها از نظر به ای پس دو نوع هستند:
الف) سافت استارتر بای پس دار (سافت استارتر سه سیم)
این مدل از سافت استارتر ها دارای برد به ای پس و در نمونه‌های قدیمی‌تر دارای کنتاکتور داخلی هستند. در این نمونه تنها سه سیم از ترمینال‌های قدرت سافت استارتر خارج شده و به الکتروموتور متصل می‌شود. از مهم‌ترین مزیت‌های این مدل عدم نیاز به سیم کشی اضافی و نصب راحت می‌باشد. اما معایب آن به طور کلی شامل دو مورد می‌شود. مورد اول در خصوص قیمت دستگاه می‌باشد. به طور کلی از آنجایی که به ای پس یک تجهیز اضافه بر روی سافت قلمداد می‌شود؛ پس اینورتر های به ای پس دار گران قیمت‌تر هستند. مورد دوم در رابطه با نوع به ای پس می‌باشد.
گفتیم که به ای پس‌ها در داخل سافت استارتر ها در دونوع برد کنترلی و کنتاکتوری هستند. مدل‌های جدید که با استفاده از برد کنترل به ای پس را انجام می‌دهند؛ بر اساس تجربه ما پس از مدتی دچار مشکل شده و از کار می افتند. در نتیجه مجبور هستید که در نهایت آنها را به ای پس خارجی کنید. اما مدل‌هایی که به ای پس داخلی‌شان کنتاکتوری است؛ تا مدت طولانی می‌توانند کار کنند و کارایی آنها وابسته به کنتاکتور به کار رفته است و در صورت هرگونه خرابی تنها کنتاکتور تغییر می‌کند. پس در مجموع می‌توان گفت که اگر امکان خرید سافت استارتر به ای پس دار کنتاکتوری را دارید؛ این خرید مناسب‌تر است. اما باید اعتراف کرد که مدل‌های کنتاکتور دار در سافت استارتر های قدیمی و یا توان بالا موجود است
ب) سافت استارتر بدون بای پس (سافت استارتر شش سیم)
در این مورد ما دیگر مجبوریم از یک کنتاکتور برای خارج کردن سافت استارتر از مدار استفاده کنیم. برای این کار از ترمینال کنترلی سافت استارتر و یک کنتاکتور برای مدار قدرت استفاده می‌کنیم. مطابق تصویر زیر از پشت سافت استارتر و زیر کلید اتوماتیک، سه فاز ورودی کنتاکتور را می‌گیریم و سه فاز خروجی مورد نیاز موتور را به آن متصل می‌کنیم. در ادامه با استفاده از ترمینال‌های کنترلی، مدیریت بوبین کنتاکتور برای اتصال برق شبکه به موتور را به سافت استارتر می‌سپاریم. برای توقف الکتروموتورها نیز به همین ترتیب مجدداً سافت استارتر را وارد مدار می‌کنیم تا عملیات توقف الکتروموتور به شکلی نرم، صورت پذیرد.
4- انواع سافت استارتر از نظر تنظیمات و نمایشگر
سافت استارتر ها دارای انواع متنوعی هستند و یکی از انواع آنها سافت استارتر های دیجیتال و سافت استارتر های آنالوگ هستند. اگرچه در اینجا توضیح مختصری از این دو مدل گفته‌ایم؛ ام پیشنهاد می‌کنیم تا سری به مقاله” 7 تفاوت سافت استارتر آنالوگ و دیجیتال” ما بزنید.
الف) سافت استارتر آنالوگ
در این مدل بسیاری از تنظیمات مختلف دستگاه با استفاده از تعدادی پتانسیومتر انجام می‌گیرد. نمونه‌ای از این مدل سافت استارتر ها را شرکت زیمنس تولید می‌کند. این مدل دستگاه‌ها تنظیمات محدودی دارند و لزوماً دارای توابع حفاظتی مختلف برای الکتروموتور متصل به سافت نیستند. مدل‌های SIRUS دارای ولوم های مقادیر راه اندازی، توقف و برخی حفاظت‌های موتور مانند حفاظت حرارتی با در نظر گرفتن سنسور حرارتی می‌باشند. در این مدل‌ها ضریب محدودیت جریان، زمان توقف نرم، میزان جریان نامی موتور، کلاس حفاظتی و نوع ریست را می‌توانیم ببینیم.
ب) سافت استارتر دیجیتال
سافت های دیجیتال از قدرت مانور بسیار بیشتری در مقابل نمونه‌های آنالوگ برخوردارند. یک سافت دیجیتال دارای یک میکرو کنترلر برنامه ریزی شده بوده که به همراه صفحه نمایش تنظیمات می‌تواند بسیاری از خواسته‌های اپراتور در جهت راه اندازی و توقف نرم الکتروموتورها را برآورده نماید. امکانات یک سافت استارتر دیجیتال پیشرفته مانند سافت استارتر های دانفوس عبارت‌اند از صفحه نمایش، کلیدهای کنترل محلی، ورودی و خروجی‌های دیجیتال و آنالوگ، منوهای متعدد، روش‌های راه اندازی و توقف گسترده، ترمز جریان DC، برنامه راه اندازی خودکار، سیستم حفاظتی پیشرفته، ثبت خطاها و عملیات‌ها، گزارش گیری، سیستم شبیه سازی، جاگ و ارتباط با شبکه‌های صنعتی. یک سافت استارتر دیجیتال پیشرفته می‌تواند ما را از نصب بسیاری از تجهیزات اضافی نظیر تجهیزات پایش، حفاظت و کنترل خلاص کند! بسیاری فکر می‌کنند که داشتن یک سافت دیجیتال برابری می‌کند با یک درایو کنترل دور موتور. اما این صحیح نیست. کمترین تفاوت این دو دستگاه، عدم امکان تغییر سرعت الکتروموتور متصل به سافت استارتر در کار می‌باشد. برای آشنایی بیشتر با این تفاوت‌ها می‌توانید نگاهی به مقاله” 10 تفاوت سافت استارتر و درایو (اینورتر)” بیندازید.
5- انواع سافت استارتر از نظر کلاس کاری
سافت استارتر ها نیز مانند درایوها برای کاربردهای مختلف ساخته شده‌اند. علت دسته بندی به دلیل تنوع در سخت افزار بخش قدرت یا بخش کنترل درایوها و سافت استارتر ها می‌باشد. اگرچه درایوها در هر برندی دارای تنوع و گوناگونی می‌باشد؛ اما در سافت استارتر ها با کلاس بندی شناخته می‌شود:
الف) سافت استارتر کلاس 10
این مدل از سافت استارتر ها برای راه اندازی نرمال در توان‌های پایین و برای کاربردهای نسبتاً پایین که نیازمند گشتاور یا اینرسی بالا نیستند؛ مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربرد این مدل از سافت ها بیشتر در مواردی همچون راه اندازی پمپ‌ها و کمپرسورها دیده می‌شود.
ب) سافت استارتر کلاس 30
سافت های کلاس 30 برای اینرسی‌های بزرگ در نظر گرفته شدند. منظور از اینرسی در اینجا به معنی بارهایی است که شروع سنگین و بعضاً طولانی دارند تا به دور نامی برسند. سافت استارتر های کلاس 30 دارای راه اندازی سنگین بوده و برای کاربردهایی مانند فن‌ها، جرثقیل‌ها، سنگ شکن‌ها و آسیاب‌ها مناسب می‌باشند.
در این مقاله سعی کردیم از 4 دیدگاه مختلف به بررسی انواع سافت استارتر های موجود در بازار بپردازیم. فراموش نکنید که می‌توان سافت استارتر ها را از منظرهایی نظیر توان‌های مختلف، دامنه ولتاژهای مختلف و… نیز دسته بندی کرد. اما به طور کلی این دسته بندی‌ها نسبت به دیگر مدل‌های دسته بندی معمول‌تر است. برندهای مختلفی در بازار اعم از ایرانی، چینی و اروپایی در حال تولید و فروش این محصول هستند. در حال حاضر برندهایی مانند دانفوس، اشنایدر و زیمنس به عنوان برندهای پایه این تجهیز، بیش از سایر برندها شناخته شده هستند. مجموعه برق و انرژی افتخار آن را دارد تا با مشاوره دقیق و معرفی محصولات سافت استارتر و درایو به مشتریان و مهندسان، آنها را در انتخابی مناسب‌تر و بهینه‌تر یاری نماید. شما علاقمندان و کاربران می‌توانید سؤالات خود را به صورت تلفنی یا از طریق بخش دیدگاه‌های همین مقاله با ما در میان بگذارید و یا با مراجعه به صفحات محصولات از انواع سافت استارتر ها و درایوهای موجود در سایت دیدن فرمایید. انرژی در دستان تو!
نظرات کاربران