انتخاب برگه

راه انداز نرم

راه انداز نرم

کلمه “نرم” به ویژگی های گوناگونی از تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده دلالت می کند. عموما واژه نرم در وسایل برقی به این مفهوم است که از تنشهای الکتریکی و مکانیکی جلوگیری می شود. از طرف حاوی این مفهوم است که دور موتور به تدریج افزایش می یابد و به دور نامی خود که در Data sheet درج شده است می رسد. معمولا مدت زمان راه اندازی در هنگام استفاده از راه انداز نرم زیادتر از حالتی است که موتور را مستقیم به شبکه وصل می کنیم.  به تعبیر دیگر سافت استارتر مانع وارد شدن فشارهای الکتریکی و متعاقبا مکانیکی به موتور در هنگام راه اندازی می شود. اکنون با ذکر یک مثال به تشریح این مسئله می پردازیم.

گاها در خیابان دیده شده است که بعضی از راننده ها هنگام شروع حرکت پشت چراغ راهنمایی Take Up می کنند و این حرکت فشار خیلی زیادی به لاستیک ها و موتور وارد می کند. هنگامی که موتور الکتریکی را مستقیما به برق وصل می کنیم شرایط راه اندازی شباهت زیادی به Take Up ناگهانی ماشین پشت چراغ قرمز دارد . عاقلانه است که سرعت اتومبیل خود را به صورت تدریجی  با کنترل مناسب سرعت افزایش دهید و به سرعت مطلوب برسانید. این امر در نهایت منجر به افزایش عمر مفید موتور واتصالات میشود و در مقابل کوپلینگ های مکانیکی و بار نیز کاهش می یابد. از آنجایی که این نوع راه اندازی همراه با تنش زیاد است، همزمان به برق محیط مورد استفاده مثلا کارخانه و قطعات مکانیکی مثل اجزای چرخ نده فشار می آورد و استهلاک آنها را در طول زمان افزایش می دهد. در آخر می توانیم نتیجه بگیریم که راه انداز نرم موتور وسیله ای مناسب و مفید برای راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز بصورت کنترل شده است.

راه انداز نرم موتور

راه انداز نرم موتور بسته به نوع  طراحـی و کـاربرد متنوع بوده و قابلیت های دیگری نیز علاوه بر قابلیت اصلی خود دارند. مثلا انواع پیشرفته آن توانایی حفاظت موتور وخودش را در برابر هر خطایی دارد.  و می توانند کارهایی نظیر بـی متـال و کنترل فاز و……. را نیز انجام می دهد و حفاظت های بیشتری را برای ما فراهم بکنند.

نقش راه انداز نرم

همان طور که می دانید راه انداز نرم  جریان هجومی اولیه برای شروع کار موتور را به گونه ای محدود و کنترل  می کند که تنش ها و فشارهای الکتریکی و مکانیکی به شبکه و موتور به حداقل برسند . اندازه این جریان راه اندازی می تواند حدود ۶ برابر جریان نامی موتور باشد. برای مثال اگر موتوری جریان نامی برابر با ۱۰۰ آمپر داشته باشد در صورت اتصال مستقیم به شبکه این جریان می تواند تا ۶۰۰ آمپر افزایش یابد. از آنجایی که گشتاور (نیروی دورانی) نیز با جریان رابطه مستقیم دارد با کنترل جریان راه اندازی از آسیب مکانیکی و استهلاک موتور نیز جلوگیری می شود.

نقش راه انداز نرم

اصول کار راه انداز نرم

مهم ترین و اصلی ترین عامل استفاده از راه انداز نرم کنترل و محدود کردن جریان راه اندازی می باشد که نقش کلیدی در انواع موتور های الکتریکی ایفا می کند. در درون این دستگاه از المان های الکترونیک قدرت نظیر تریستورها و مدارهای کنترل با انواع IGBT استفاده می شود.  اصول کار المان ها و ادوات الکترونیک قدرت و مدارهای کنترلی برای تنظیم  ولتاژ بر اساس کلیدزنی مناسب اِلمانهای قدرت است.  در شکل زیر چگونگی فعال شدن تریستورها جهت کنترل ولتاژ و جریان موتور را می بینید. عملکرد آن به این صورت است که با گذشت زمان مقدار مؤثر ولتاژ از صفر افزایش می یابد و متعاقبا جریان نیز افزایش یافته می یابد ولی فرکانس برق خروجی و  ورودی به طور کلی ثابت می ماند.

اصول کار راه انداز نرم

انواع راه انداز نرم

۱- راه انداز نرم بای پس دار

این مدل مجهز به یک کنتاکتور موازی با ادوات قدرت است که پس از راه اندازی کامل و رسیدن به جریان نامی المان های قدرت را از مدار خارج می کند.

راه انداز نرم بای پس دار

۲- راه انداز نرم بدون بای پس

همان طور که در شکل زیر می بینید در این مدل خبری ازکنتاکتور موازی نیست، ولی جهت افزایش طول عمر بهتر است از یک کنتاکتور خارجی به نام بای پس پس از راه اندازی کامل که به صورت موازی با راه انداز قرار دارد استفاده کنیم.

راه انداز نرم بدون بای پس

از دیگر ویژگی های سافت استارت ها بسته به هزینه و نوع استفاده ما می توان به تشخیص اضافه بار، اضافه ولتاژ، کاهش ولتاژ، دو فاز شدن و عدم تقارن جریان موتور نیز اشاره کرد.

مراحل سیم کشی راه انداز نرم

ابتدا برای راه اندازی موتور باید سیم کشی مدارات قدرت و فرمان بر روی ترمینال های راه انداز نرم صورت گیرد، سپس پارامترهای مورد نظر جهت راه اندازی موتور باید تنظیم شوند در مقالات بعدی سعی میکنیم نحوه تنظیم پارامتر های راه انداز را برا شما عزیزان تشریح کنیم. سیم کشی مدارات قدرت و فرمان هر دستگاه مطابق با دیاگرام سیم کشی موجود درکاتالوگ مربوطه انجام می شود. در شکل زیر یک نمونه سیم کشی بدون بای پس را مشاهده می کنید.

مراحل سیم کشی راه انداز نرم

پارامترهای تنظیمی راه انداز نرم

۱- جریان نامی موتور یا IN در راه انداز نرم

در واقع جریان نامی موتور آن جریانی است که روی پلاک موتور درج شده است و فرقی نمیکند اتصال آن ستاره باشد یا مثلث. همچنین دقت داشته باشد که پارامتر ICL یا حداکثر جریان قابل تحمل راه انداز نرم باید بین ۰.۴ و ۱.۳ باشد.

۲- محدودیت جریان یا ILT در راه انداز نرم

این پارامتر به صورت درصدی از جریان نامی تعریف می شود. به عنوان مثال اگر جریان نامی موتور ۲۲ آمگر باشد و ILT ، ۳۰۰ درصد باشد محدودیت جریان به صورت زیر تعریف می شود

IN ˟ ILT = 22A ˟ ۳۰۰% = ۶۶A   = محدودیت جریان

۳- زمان اوج گیری سرعت موتور یا ACC در راه انداز نرم

این زمان در واقع زمانی است که گشتاور راه انداز نرم از صفر به مقدار اسمی خود می رسد و مقدار آن را می توانیم از ۱ تا ۶۰ ثانیه تنظیم کنیم.

۴- گشتاور اولیه یا TQ۰در راه انداز نرم

این مقدار نیز از صفر تا ۱۰۰ درصد می تواند متغیر باشد، بدیهیست مقدار گشتاور راه اندازی بیشتر برابر با جریان بیشتر است.

۵- طریقه خاموش شدن موتور الکتریکی یا STY در راه انداز نرم

این اتفاق به سه روش زیر رخ می دهد.

۱. OFF شدن به وسیله کنترل گشتاور(D): در این مود کنترلی راه انداز نرم جهت خاموش کردن آهسته و تدریجی موتور یک گشتاور موتوری به سیستم اعمال می کند که این حرکت ریسک ضربات کله قوچی در پمپ ها را کاهش می دهد

۲. OFF شدن دینامیک(B): این حالت برای مواقعیست که اینرسی زیاد است و راه انداز نرم با اعمال یک گشتاور موتوری این کار را انجام می دهد

۳. حالت F) Freewheeling): هملن طور که از اسم آن مشخص است موتور آزاد است و هیچ گشتاوری به آن اعمال نمی شود.

۶- زمان صفر شدن سرعت موتور یا DEF

این پارامتر زمانی کاربری دارد که نوع خاموش شدن موتور حالت دینامیکی انتخاب شود و آن را نیز می توان بین  ۰۱تا ۶۰ ثانیه تنظیم کرد

روش های استارت یا شروع در راه انداز نرم

روش های استارت یا شروع در راه انداز نرم

۱- روش راه اندازی شیب ولتاژ در راه انداز نرم

رمپ ولتاژ (TVR) اولین روش استارت در راه انداز نرم بود. شیب ولتاژ کاربرد روند اعمال ولتاژ را کند می کند، و بدین شکل جریان راه اندازی را کاهش می دهد. این روش همچنین باعث کاهش گشتاور استارت می شود و سرعت شتاب گیری موتور را نیز کند می کند.

مزایای اصلی کنترل ولتاژ عبارتند از:

  • جریان استارت را کاهش داده و گشتاور استارت را نیز می کاهد
  • از بین بردن استرس های مکانیکی و الکتریکی

این روش برای بارهای اینرسی بالا (مانند فن ها) مناسب نیست، چرا که در این نوع بارها که برای شتاب گیری بار نیاز به ولتاژ بالایی وجود دارد.

روش راه اندازی شیب ولتاژ در راه انداز نرم

۲- روش استارت جریان ثابت در راه انداز نرم

با استفاده از روش استارت جریان ثابت، جریان از صفر تا یک سطح مشخص شده بالا می رود و راه انداز نرم جریان را در آن سطح ثابت نگه می دارد تا شتاب گیری موتور کامل شود و موتور به جریان نامی خود برسد. روش راه اندازی جریان ثابت  برای برنامه هایی ایده آل است که جریان راه اندازی باید در زیر یک سطح خاص نگه داشته شود.

روش استارت جریان ثابت در راه انداز نرم

۳- روش استارت شیب جریان در راه انداز نرم

هر کدام از روش های قبلی به نوعی کامل نبودند. مثلا در روش جریان ثابت نمی شد کنترل دقیق تری روی نحوه شتابگیری و همچنین زمان رسیدن به سرعت نامی در موتور اعمال کرد. روش شیب جریان کامل ترین روش استارت جریانی در راه انداز نرم می باشد. در روش شیب جریان، راه انداز نرم جریان را از یک سطح مشخص (نقطه ۱ در تصویر زیر)، طی یک بازه زمانی مشخص (بازه نشان داده شده با عدد ۲ در تصویر) به یک حد جریان ماکزیمم (نقطه ۳ در تصویر) می رساند.

روش استارت شیب جریان می تواند برای کاربردهایی مفید باشد که:

  • بار می تواند بین راه اندازی های مختلف تغییر کند (برای مثال نوار نقاله ای که ممکن است بارگیری یا تخلیه شود).
  • بار به راحتی راه می افتد، اما زمان استارت باید طولانی باشد (برای مثال پمپ سانتریفیوژی که در آن فشار خط لوله به مرور زمان بالا می رود).

منبع برق محدود است (به عنوان مثال یک مجموعه ژنراتور)

روش استارت شیب جریان در راه انداز نرم

۴- روش استارت کنترل گشتاور در راه انداز نرم

در برخی کاربردها نیاز به این وجود دارد که شیب افزایش سرعت موتور یک شیب ثابت و بدون تغییر باشد. روش کنترل گشتاور در راه اندازهای نرم می تواند شیب تغییر سرعت خطی را برای استارت موتورها توسط راه انداز نرم به ارمغان بیاورد. با فراهم کردن یک گشتاور شتاب گیری ثابت توسط راه انداز نرم، کنترل گشتاور باعث می شود موتور می تواند با یک سرعت خطی استارت شود یا متوقف شود. در برخی کاربردها نیاز به این وجود دارد که شیب افزایش سرعت موتور یک شیب ثابت و بدون تغییر باشد. روش کنترل گشتاور در راه اندازهای نرم می تواند شیب تغییر سرعت خطی را برای استارت موتورها توسط راه انداز نرم به ارمغان بیاورد. با فراهم کردن یک گشتاور شتاب گیری ثابت توسط راه انداز نرم، کنترل گشتاور باعث می شود موتور می تواند با یک سرعت خطی استارت شود یا متوقف شود. روش کنترل گشتاور در راه انداز نرم برای کاربرد هایی مناسب است که:• گشتاور بار در طول راه اندازی ثابت باقی می ماند یا به عبارتی با یک بار گشتاور ثابت سر و کار داریم• گشتاور بار بین راه اندازی های مختلف ثابت است و تغییری نمی کند.

۵- روش استارت کنترل تطبیقی در راه انداز نرم

روش کنترل تطبیقی آخرین نسل از روش های راه اندازی در راه اندازهای نرم می باشد که انحصارا توسط کمپانی AuCom توسعه پیدا کرده و در راه انداز نرم EMX3‌ و EMX4 این کمپانی پیاده سازی شده است. این روش، از یک الگوریتم هوشمند خودآموز برای دستیابی به بهترین شتاب گیری بهره می برد و می تواند خود را با شرایط بار و موتور برای یک راه اندازی موفق، وفق دهد.
در یک راه انداز نرم که از روش کنترل تطبیقی بهره می برد، جریان به گونه ای کنترل می شود که موتور در یک زمان دقیق و مورد نظر با یک پروفایل شتاب گیری مطلوب راه اندازی شود. در حقیقت روش کنترل تطبیقی تنها روشی است که کاربر می تواند زمان دقیق راه اندازی را در دست بگیرد.

پروفایل های مختلف استارت را در روش کنترل تطبیقی در یک راه انداز نرم مشاهده می کنید. در این روش شما کافی است تنها زمان راه اندازی و پروفایل مورد نظر را تنظیم کنید و باقی قضایا را به تجهیز بسپارید.

روش استارت کنترل تطبیقی در راه انداز نرم
روش های استاپ یا توقف در راه انداز نرم

۱- روش توقف خلاص در راه انداز نرم

روش خلاص به این معنی است که راه انداز نرم پس از دریافت دستور توقف، کاملا بار را رها می کند. پس از رها شدن بار، بسته به اینرسی و سایر شرایط، بار آنقدر می چرخد تا در نهایت انرژی جنبشی موجود در آن به پایان برسد و خود به خود متوقف شود. در نتیجه مدت زمان لازم برای توقف مشخص نیست و به خود بار بستگی دارد. این توقف در بسیاری از کاربردها مناسب است. مثلا در یک فن دمنده شاید نیاز چندانی به کنترل فرایند توقف نداشته باشید و می توانیم اجازه دهیم فن آنقدر بچرخد تا خود به خود متوقف شود. بدین صورت دیگر فشار زیادی نیز به موتور و راه انداز  برای توقف سریع تر بار اعمال نمی شود.

۲- روش توقف شیب ولتاژ در راه انداز نرم

در روش شیب ولتاژ، ولتاژ اعمالی به موتور را طی یک بازه زمانی مشخص کاهش می دهد. وقتی کاهش ولتاژ به صفر رسید، موتور دیگر از شبکه انرژی دریافت نمی کند اما ممکن است همچنان در اثر اینرسی بار به چرخش خود ادامه دهد. بزرگ ترین عیب این روش این است که در ضایان فرایند توقف و به صفر رسیدن ولتاژ ، بار ممکن است همچنان در حال چرخش باشد که ممکن است مطلوب بهره بردار و کاربرد نباشد.

با استفاده از روش توقف شیب ولتاژ می توان زمان توقف را افزایش داد و توقف نرم تری را توسط راه انداز نرم اجرا کرد. تصویر نمودار شیب ولتاژ را می توانید در ذیل مشاهده کنید.

روش توقف شیب ولتاژ در راه انداز نرم

۳- روش کنترل تطبیقی در راه انداز نرم

روش کنترل تطبیقی آخرین نسل از روش های توقف در راه اندازهای نرم می باشد که انحصارا توسط کمپانی AuCom توسعه پیدا کرده و در راه انداز نرم EMX3 و EMX4 این کمپانی پیاده سازی شده است. این روش، از یک الگوریتم هوشمند خودآموز برای دستیابی به بهترین کاهش شتاب بهره می برد و می تواند خود را با شرایط بار و موتور برای یک توقف موفق، وفق دهد.
در روش کنترل تطبیقی جریان را به گونه ای کنترل می کند که موتور در یک زمان دقیق و مورد نظر با یک پروفایل کاهش شتاب مطلوب راه اندازی شود. در حقیقت روش کنترل تطبیقی تنها روشی است که کاربر می تواند زمان دقیق راه اندازی را در دست بگیرد. روش کنترل تطبیقی می تواند در افزایش زمان توقف بارهای اینرسی پایین مورد استفاده قرار بگیرند.
قابل توجه است که روش کنترل تطبیقی نمی تواند به صورت فعالانه سرعت موتور را کم کند و همچنین نمی تواند یک موتور را سریع تر از حالت خلاص، متوقف کند. برای کاهش زمان توقف بارهای بزرگ باید از روش های ترمزی در راه انداز های نرم بهره برد. نمودار عملکردی سه پروفایل توقف روش کنترل تطبیقی در راه اندازهای نرم را می توانید در تصویر زیر مشاهده کنید.

روش کنترل تطبیقی در راه انداز نرم

ظهور روش کنترل تطبیقی توانسته تحولی در کنترل پدیده ضربه قوچ در سیستم های پمپاژی که با راه انداز نرم کنترل می شوند، به وجود آورده است. هر کدام از پروفایل های مورد نظر می توانند برای یک نوع سیستم پمپاژ مناسب باشد.

چند نمونه از کاربرد های راه انداز نرم

از آنجایی که سافت استارتر ها مزایای زیادی نظیر كاهش هزينه هاي عملياتي و تعداد قطعات مورد نياز براي يك سيستم، سيم كشي راحت ۶ كابل به جاي ۱۲ كابل ،حفاظت از تجهيزات نصب شده، كاهش فضاي مورد نياز براي تاسيسات، كاهش فشار هاي مربوط به توزيع الكتريكي توسط كاهش پيك هاي جريان و افت ولتاژ خطوط كه به علت راه اندازي موتور ايجاد شده ان و كاهش هزينه هاي اجرايي دستگاه را دارند در صنعت بسیار پرکاربرد هستند.

۱- راه انداز نرم در کمپرسورها

به طور کلی در کمپرسورها فواید زیر را دارند

  • رفع لغزش تسمه
  • کاهش جريان راه اندازی اولیه
  • محفاظت از موتور در برابر تغییر فاز
  • توقف نرم موتور

اما در بعضی موارد خاص در کمپرسور ها  نیز انواع مختلفی از راه انداز نرم با کاربردهای زیر نیز  وجود دارد

راه انداز نرم در کمپرسورها

۲- راه انداز نرم در كمپرسور هاي سرد خانه اي

  • کنترل راه اندازي
  • مدیریت راه اندازی مجدد به طور اتوماتیک

۳- راه انداز نرم در فن ها

  • تشخیص اضافه بار و يا كم باري
  • تشخيص خرابي موتور و فن
  • جلوگيري از گشتاور ترمزي در زمان توقف

۴- راه انداز نرم در پمپ ها

  • كاهش سرعت و توقف كنترل شده برای جلوگيري از به وجود آمدن ضربات چكشي(پمپ های گریز از مرکز)
  • حفاظت در مقابل تغيير فاز
  • کنترل پمپ و جهت چرخش پمپ (پمپ های پیستونی)
راه انداز نرم در پمپ ها

۵- راه انداز نرم در نوار نقاله و سيستم هاي حمل و نقل

  • شروع نرم ، کاهش ضربه و لغزش تسمه
  • نظارت بر هر گونه افزایش یا کاهش جريان و اضافه یا كم بودن بار جهت تشخیص خرابي
  • تنظیم پارامترهای ثانويه موتور با توجه به نوع محموله انتقالي
راه انداز نرم در نوار نقاله و سيستم هاي حمل و نقل

۶- راه انداز نرم در توربين

به طور کلی راه انداز های نرم در سیستم های چرخشی و دورانی کاربرد مضاعفی دارند همچنین در توربین ها و ژنراتور ها نیز کاربرد دارد..

  • نظارت حرارتی موتور از طریق پراب PTC ایزوله شده

۷- راه انداز نرم در ميكسر و ماشين هاي همزن مايعات

  • نمايش دهنده جریان کاری موتور
  • تقویت راه اندازی
راه انداز نرم در ميكسر و ماشين هاي همزن مايعات

۸- پالايشگاه

از آنجایی که در پالایشگاه ها با رنج وسیعی از تجهیزات صنعتی سر و کار داریم استفاده از راه انداز نرم بسیار مرسوم است و  نقشی کلیدی در کنترل گشتاور شروع و توقف موتورهای موجود ایفا می کنند.

و همچنین از دیگر کاربردهای آن می توان به درب های اتوماتیک و گيت جرثقیل هاي کوچک و پله برقی نیز اشاره کرد.