روش‌های نسبتاً متفاوتی برای راه‌اندازی موتورهای الکتریکی وجود دارد؛ از جمله “روش راه‌اندازی مستقیم (DOL)”، “ستاره – مثلث”، “اتوترانسفورماتور”، “مقاومت اولیه” و یا استفاده از تجهیزات الکترونیک قدرت حالت جامد مانند “درایو فرکانس متغیر (VFD)” یا “سافت استارتر”. هر یک از این روش‌ها دارای کاربردها و مزایای خاص خود هستند.
در این مقاله که به‌صورت ساده و قابل‌درک تهیه شده است، قصد داریم روش “سافت استارتر” را مورد بررسی قرار دهیم و سایر روش‌ها را در مقالات آینده پوشش خواهیم داد.
برای آشنایی بیشتر با مفهوم سافت استارتر، ادامه مطلب را بخوانید.
اصول اولیه سافت استارتر
از آنجا که موتورهای الکتریکی هنگام شتاب‌گیری تا رسیدن به سرعت نامی خود، معمولاً به جریان الکتریکی زیادی نیاز دارند، می‌توان از سافت استارتر برای محدود کردن جهش ناگهانی جریان — که به آن جریان هجومی (Inrush Current) گفته می‌شود — و همچنین گشتاور موتور استفاده کرد. نتیجه‌ی این کار، راه‌اندازی ایمن‌تر، نرم‌تر و تدریجی‌تر موتور خواهد بود.
سافت استارترها از موتور الکتریکی شما در برابر آسیب‌های احتمالی محافظت کرده و در عین حال با کاهش حرارت ناشی از راه‌اندازی و توقف‌های مکرر، طول عمر موتور و کل سیستم را افزایش می‌دهند. همچنین با کاهش تنش‌های مکانیکی وارد بر موتور و محور آن، و کاهش تنش‌های الکتودینامیکی روی کابل‌های تغذیه، عملکرد کلی سیستم بهبود می‌یابد.
جریان هجومی بالا همچنین بار زیادی بر سیستم تأمین برق وارد می‌کند که در نتیجه باعث افزایش هزینه‌ها می‌شود.
سافت استارترها معمولاً در کاربردهای صنعتی که دارای بار با اینرسی زیاد هستند و نیاز به جریان هجومی بالا دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
نمونه‌هایی از کاربرد سافت استارتر
۱. کلکتور غبار
سافت استارترها در کاربردهای صنعتی با بار اینرسی بالا که نیازمند جریان راه‌اندازی زیاد هستند، بسیار رایج‌اند. یکی از نمونه‌های این کاربردها، سیستم‌های تصفیه هوا یا کلکتور غبار است که درون آن‌ها فن‌های بزرگ به‌کار رفته‌اند.
در این نوع سیستم‌ها، برای به حرکت درآوردن فن در ابتدا به زمان و جریان بیشتری نیاز است، اما پس از شروع چرخش فن، جریان و گشتاور مورد نیاز موتور کاهش می‌یابد. در چنین سامانه‌ای، فن هوا را به داخل فیلترها می‌کشد، جایی که ذرات غبار جمع‌آوری می‌شوند، و سپس هوای تمیز مجدداً به محیط کارخانه بازگردانده می‌شود.
۲. سامانه‌های تأمین آب
کاربرد دیگر این تجهیزات الکترونیکی حالت جامد، در سیستم‌های پمپاژ و تأمین آب است. در فرآیندهایی که از پمپ استفاده می‌شود، لازم است راه‌اندازی پمپ به‌صورت تدریجی انجام گیرد. در غیر این صورت، ممکن است افزایش ناگهانی فشار در شبکه آب به‌وجود آید که می‌تواند شرایط خطرناک و آسیب‌زا را ایجاد کند.
۳. سیستم‌های نوار نقاله با بار سنگین
سیستم‌های نوار نقاله که وظیفه جابه‌جایی بارهای سنگین را دارند نیز می‌توانند با استفاده از سافت استارتر عملکرد خود را بهینه کنند. در این‌گونه کاربردها، سافت استارتر معمولاً در داخل تابلو کنترل نصب می‌شود. در قسمت بالایی آن، برق سه‌فاز ورودی از شبکه تأمین می‌شود و در قسمت پایینی، برق سه‌فاز خروجی به سمت موتور ارسال می‌گردد. به کمک سافت استارتر، موتور نوار نقاله به صورت تدریجی و کنترل‌شده راه‌اندازی می‌شود که این امر موجب کاهش تنش‌های مکانیکی بر اجزای سیستم، افزایش طول عمر تجهیزات و بهبود بهره‌وری کلی فرآیند انتقال مواد خواهد شد.
روش‌های کنترل سافت استارتر
کنترل سافت استارتر می‌تواند به دو روش انجام شود:
- کنترل مستقیم از طریق سیم‌کشی استارت/استاپ (Direct Start/Stop Wiring)
- کنترل از طریق شبکه اترنت (Ethernet Control)
هر یک از این روش‌ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.
در روش استارت/استاپ مستقیم، نیازی به استفاده از PLC وجود ندارد و در نتیجه هزینه سیستم کمتر خواهد بود. اما در روش کنترل از طریق اترنت، وجود PLC الزامی است. با این حال، این روش امکان دریافت فیدبک (بازخورد) را فراهم می‌کند که به‌واسطه‌ی آن می‌توان کنترل دقیق‌تر، قابل تنظیم‌تر و پایش (مانیتورینگ) لحظه‌ای عملکرد سیستم را انجام داد.
عملکرد داخلی سافت استارتر
اکنون که با کاربردها و نحوه‌ی اتصال سافت استارتر در یک سیستم آشنا شدیم، بیایید نگاهی دقیق‌تر به نحوه‌ی عملکرد داخلی آن بیندازیم.
اصلی‌ترین جزء در سافت استارتر، قطعه‌ای به نام «ترایاک (Triac)» است که وظیفه‌ی آن محدود کردن ولتاژ اعمال‌شده به موتور می‌باشد.
ترایاک در واقع از دو عدد تریستور (Thyristor یا SCR) که به‌صورت پشت‌به‌پشت به یکدیگر متصل شده‌اند تشکیل می‌شود.
زمانی که پالس کنترلی به پایه‌ی گیت (Gate) تریاک اعمال می‌شود، مسیر عبور جریان باز شده و جریان به سمت موتور هدایت می‌شود.
این پالس‌ها بر اساس زمان افزایش تدریجی (Ramp Time) ارسال می‌گردند، بنابراین جریان به‌آرامی به موتور اعمال می‌شود.
در نتیجه، موتور به‌صورت تدریجی و نرم (Soft Start) راه‌اندازی می‌شود و مقدار گشتاور و جریان هجومی (Inrush Current) به میزان قابل‌توجهی کاهش می‌یابد.
مقایسه سافت استارتر و راه‌انداز مستقیم
۱. مقایسه منحنی‌ها
اصطلاح DOL مخفف Direct On Line است. راه‌اندازی مستقیم یا DOL ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین روش برای راه‌اندازی یک موتور الکتریکی به شمار می‌رود.
یک راه‌انداز DOL معمولاً از کلید اتوماتیک (Circuit Breaker)، کنتاکتور (Contactor) و رله حرارتی (Overload Relay) برای حفاظت تشکیل می‌شود — بسیار ساده، درست است؟
زمانی که موتور به سرعت نامی خود می‌رسد، عملکرد سافت استارتر و DOL مشابه است. تفاوت اصلی آن‌ها در نحوه‌ی رفتار هنگام رسیدن به سرعت کامل است:
در روش DOL، موتور به‌صورت ناگهانی و با ولتاژ کامل راه‌اندازی می‌شود که باعث ایجاد جریان هجومی بسیار بالا و تنش مکانیکی زیاد بر روی موتور و تجهیزات می‌گردد.
اما در روش سافت استارتر، ولتاژ به‌تدریج افزایش می‌یابد و در نتیجه راه‌اندازی نرم، ایمن و کنترل‌شده انجام می‌شود.
مقایسه‌ی ولتاژ بین سافت استارتر و راه‌انداز مستقیم (DOL)
هنگام مقایسه‌ی ولتاژ بین سافت استارتر و راه‌انداز مستقیم (DOL)، مشاهده می‌شود که در روش DOL، ولتاژ به‌صورت مستقیم و ناگهانی به موتور اعمال می‌شود؛ به همین دلیل، جریان هجومی بسیار بالایی در لحظه‌ی راه‌اندازی ایجاد می‌گردد.
در مقابل، در سافت استارتر، ولتاژ به‌تدریج و طی مدت زمان مشخصی افزایش می‌یابد تا موتور به ولتاژ کامل (Full Voltage) برسد.
>این فرآیند باعث می‌شود افزایش ولتاژ و جریان به‌صورت نرم و کنترل‌شده صورت گیرد و از تنش‌های الکتریکی و مکانیکی ناگهانی بر موتور و تجهیزات جلوگیری شود.
در روش سافت استارتر، جریان راه‌اندازی به‌صورت کنترل‌شده و یکنواخت افزایش می‌یابد.
اما در روش راه‌انداز مستقیم (DOL)، در لحظه‌ی استارت موتور، افزایش ناگهانی و شدید جریان (جریان هجومی) رخ می‌دهد که باعث ایجاد پیک‌های بزرگ جریان در مدار می‌شود.
به‌بیان دیگر، سافت استارتر با تنظیم تدریجی ولتاژ و جریان، موجب کاهش تنش‌های الکتریکی بر روی سیستم تغذیه و افزایش عمر مفید موتور و تجهیزات می‌شود؛ در حالی‌که DOL به دلیل راه‌اندازی ناگهانی و بدون کنترل جریان، معمولاً فرسایش و استهلاک بیشتری در سیستم ایجاد می‌کند.
گشتاور اعمال‌شده به موتور هنگام افزایش سرعت، در روش راه‌انداز مستقیم (DOL) بسیار بیشتر و ناگهانی است، در حالی که در سافت استارتر، گشتاور به‌صورت تدریجی و کنترل‌شده افزایش می‌یابد.
این تفاوت باعث می‌شود که استفاده از DOL تنش‌های مکانیکی بیشتری به موتور، شافت و تجهیزات متصل وارد کند، در حالی که سافت استارتر با راه‌اندازی نرم و تدریجی، از بروز این تنش‌ها جلوگیری کرده و عمر مفید سیستم را افزایش می‌دهد.
۲. مقایسه روش‌های سافت استارتر و DOL در کاربردهای صنعتی
حال که با سافت استارتر و عملکرد آن آشنا شدیم، بیایید به کاربردهای صنعتی بازگردیم و بررسی کنیم که چرا استفاده از سافت استارتر می‌تواند از بروز اثرات نامطلوب مکانیکی و الکتریکی جلوگیری کند.
نتیجه‌گیری
زمانی که یک کاربرد صنعتی دارای بار با اینرسی بالا باشد و نیاز به جریان هجومی زیاد داشته باشد، استفاده از سافت استارتر یک گزینه ایده‌آل برای کنترل سیستم محسوب می‌شود.
در این مقاله، علاوه بر کاربردها و مزایای سافت استارتر، به سیم‌کشی و روش‌های کنترل آن و همچنین اجزای داخلی و نقش تریاک‌ها (Triac) در کنترل ولتاژ موتور بر اساس زمان افزایش تدریجی (Ramp Time) نیز اشاره شد.
در نهایت، ما اثرات مکانیکی و الکتریکی نامطلوبی را که ممکن است هنگام استفاده از راه‌انداز مستقیم (DOL) ایجاد شوند، بررسی کردیم و نشان دادیم که استفاده از سافت استارتر می‌تواند از بروز این اثرات جلوگیری کند.
