سافت استارتر و درایو دو تجهیز پر کاربرد هستند که برای راه اندازی موتور الکتریکی به کار می روند. برای انتخاب صحیح بین یکی از این دو تجهیز باید با عملکرد هر یک آشنا باشیم و مزایا، کاربرد و تفاوت سافت استارتر و درایو را به خوبی بشناسیم. در این مطلب ابتدا به چالش راه اندازی موتور می پردازیم سپس مروری بر مفاهیم کلی سافت استارتر و درایو خواهیم داشت و پس از آن مزایا، معایب و کاربرد این دو را بررسی می کنیم.
به لحاظ ساختار، سافت استارتر تجهیزی الکتریکی است که در آن ادوات حالت جامد به کار رفته است. اکثر سافت استارترها از یک سری تریستور یا یکسو کنندههای کنترل شده سیلیکونی (SCR) برای کاهش ولتاژ استفاده میکنند. در حالت OFF ، تریستور جریان را محدود میکند، و در حالت ON، تریستور جریان را عبور می دهد.
چالش راه اندازی موتور الکتریکی
در اتوماسیون صنعتی مهم ترین موضوع مرتبط با موتور الکتریکی القایی، مسئله راه اندازی صحیح آن است. جریان و گشتاور موتور در لحظه راهاندازی تا چند برابر مقدار نامی می رسد. جریان راه اندازی بالا، میتواند توان حرارتی زیادی ایجاد کرده و به سیستم الکتریکی خسارت وارد کند. از طرفی گشتاور راه اندازی کنترل نشده قسمت های مکانیکی را از رگلاژ خارج و به آن آسیب میرساند. سافت استارتر و درایو توانایی کنترل جریان هجومی در هنگام راه اندازی موتور را دارند و رایج ترین تجهیزات در راه اندازی موتورهای الکتریکی القایی به شمار میآیند. اگر چه از نظر ساختاری تفاوت سافت استارتر و درایو زیاد است اما از منظر عملکرد سیستمی هر دو تجهیز می توانند جریان هجومی اولیه و گشتاور راه اندازی را کنترل کنند.سافت استارتر چیست ؟
سافت استارتر یا راه انداز نرم با محدود کردن جریان هجومی اولیه، موتورهای الکتریکی AC را فقط در برابر آسیب ناشی از جریان و گشتاور راهاندازی محافظت میکند. جریانهای هجومی در برخی موتورهای الکتریکی تا 10 برابر جریان نامی میرسد. به لحاظ ساختار، سافت استارتر تجهیزی الکتریکی است که در آن ادوات حالت جامد به کار رفته است. اکثر سافت استارترها از یک سری تریستور یا یکسو کنندههای کنترل شده سیلیکونی (SCR) برای کاهش ولتاژ استفاده میکنند. در حالت OFF ، تریستور جریان را محدود میکند، و در حالت ON، تریستور جریان را عبور می دهد.در مقاله “سافت استارتر چیست و چه کاربردی دارد ؟” به عملکرد و ساختار سافت استارتر با جزییات بیشتر پرداخته ایم.سافت استارترها به عنوان شروع کننده های با ولتاژ کاهش یافته (RVSS) نیز شناخته می شوند. این تجهیز تغذیه اولیه را برای مدت کوتاهی کاهش میدهد، هنگامی که سرعت موتور به میزان مشخصی رسید، تغذیه عادی موتور از سر گرفته میشود.
درایوهای فرکانس متغیر
درایو فرکانس متغیر (VFD) یکی دیگر از تجهیزات کنترل کننده موتور است که فرآیند راه اندازی و توقف موتور را با تغییر فرکانس و ولتاژ مدیریت میکند. VFD ها انواع مختلفی دارند اما مهمترین ویژگی مشترک آنها اینست که علاوه بر کنترل استارت و توقف، در تمام لحظات کار میتواند سرعت موتور را کنترل کند. فرکانس توان اعمال شده به یک موتور AC ، سرعت موتور را بر اساس معادله زیر تعیین می کند:N = 120 x f x p
N = سرعت (دور در دقیقه)
f = فرکانس (Hz)
p = تعداد قطب های موتور
به عنوان مثال، یک موتور چهار قطبی با فرکانس 60 هرتز کار می کند. این مقادیر را می توان در فرمول زیر برای محاسبه سرعت درج کرد: N = 120 x 60 x 4 N = 1800rpm)) همانطور که با انواع VFD در مقاله “درایو چیست؟ “ آشنا شدیم درایوها توان ورودی را طی چند مرحله به فرکانس و ولتاژ تغذیه قابل تنظیم برای کنترل سرعت موتورهای القایی AC تبدیل میکنند. این مراحل عبارتند از:- منبع AC: از شبکه برق می آید (معمولاً 480 ولت، 60 هرتز AC)
- یکسوساز: برق AC شبکه را به برق DC تبدیل می کند.
- فیلتر و باس DC: برای صاف کردن برق DC یکسو شده و تامین برق DC کم ریپل به منظور استفاده در اینورتر به کار می رود.
- اینورتر: با استفاده از تکنیک مدولاسیون عرض پالس (PWM) ، برق DC که در مرحله قبل تولید شده است را به ولتاژ متناوب شبیه موج سینوسی تبدیل می کند. اینورتر بخشی از تجهیزات درایو است اما اغلب و به غلط درایو را با این نام معرفی می کنند.
تفاوت سافت استارتر و درایو در کاربرد
مطابق آنچه گفته شد، هر دو تجهیز در کنترل موتور الکتریکی القایی اهمیت بالایی دارند. انتخاب بین سافت استارتر و VFD بر اساس کاربرد، نیاز سیستم و البته بودجه بندی پروژه صورت می پذیرد. در مورد بودجه بندی هم هزینه راه اندازی اولیه سیستم و هم تمام هزینه های انرژی در طول دوره کاری باید در نظر گرفته شود. به غیر از تفاوت در طراحی و نحوه عملکرد، تفاوت سافت استارتر و درایو را در سه پارامتر اصلی زیر می توان بیان کرد:- نحوه کنترل سرعت و گشتاور
- محدودیت های مربوط به اندازه و حجم نهایی
- هزینه خرید و راه اندازی و طول دوره کاری
کاردبرد VFD
VFD در پروژه هایی کاربرد دارد که:- کنترل کامل سرعت و گشتاور مورد نیاز است.
- صرفه جویی در مصرف انرژی یکی از اهداف اصلی پروژه باشد.
- کنترل دقیق و سفارشی عملکرد موتور مورد نیاز است.
کاربرد soft start
سافت استارت هنگامی مورد نیاز است که :- کنترل سرعت و گشتاور فقط در هنگام راهاندازی و یا توقف مد نظر است. باید توجه داشت گشتاور راهاندازی در این حالت کم میشود و در صورتی که به گشتاور بالا نیاز باشد، موتور زیر بار می‌خوابد.
- موتور بزرگ است و جریان هجومی بالایی دارد و نیاز به کنترل جریان هجومی اولیه داریم.
- سیستم مکانیکی مرتبط با موتور به یک شروع ملایم نیاز دارد تا پیک گشتاور و تنش مرتبط با راهاندازی عادی کاهش یابد.(نوار نقاله‌ها، سیستم‌های تسمه محور، چرخ دنده‌ها)
- وقتی در پمپ ها سیال به سرعت تغییر جهت میدهد، به منظور حذف نوسانات فشار ناشی از سیستم های لوله کشی به سافت استارتر نیاز است.
تفاوت سافت استارتر و درایو در مزایا
تفاوت های ساختاری سافت استارتر و درایو نه تنها سبب تفاوت در کاربردهای آن ها شده است، بلکه سبب می شود مزایای متفاوتی برای پروژه داشته باشند. در ادامه به بررسی مزایای این تجهیزات خواهیم پرداخت.مزایای استفاده از درایو ((VFD
- مدیریت مصرف انرژی
- پیک مصرف انرژی را کاهش می دهد
- کاهش مصرف توان در زمان های توقف
- سرعت کاملا قابل تنظیم (پمپ، نوار نقاله و فن)
- شروع، توقف و شتاب کنترل شده
- کنترل گشتاور دینامیکی
- حرکت یکنواخت را در کاربردهایی مانند آسانسور و پله برقی فراهم می کند
- سرعت تجهیزات را حفظ می کند. درایوها برای کنترل تجهیزات صنعتی مانند میکسر، آسیاب و سنگ شکن ایده آل هستند.
- حفاظت در برابر اضافه بار پیشرفته
- امکان برنامه نویسی نرم افزاری
- دارای ورودی/خروجی های دیجیتال (DI/DO)
- دارای ورودی/خروجی های آنالوگ (AI/AO)
- دارای خروجی های رله ای
مزایای انتخاب سافت استارتر
استارت‌های نرم اغلب در مواردی که فقط هنگام راهاندازی موتور (یا توقف) به کنترل سرعت و گشتاور نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرند. مزایای سافت استارتر نسبت به درایو را می توان در موارد زیر خلاصه کرد:- قیمت اقتصادی‌تر
- سافت استارتها فضای کمتری را نسبت به درایوهای فرکانس متغیر اشغال میکنند
بررسی مزیت مصرف انرژی در درایو
همانطور که گفته شد، یکی از مزیت های درایو مدیریت مصرف انرژی است. قابل تنظیم بودن جریان مصرفی موتور، منحنی جریان مصرفی را تغییر و نیاز به توان را به شدت کاهش می دهد. تجهیزات چرخشی و گریز از مرکز (فن ها، پمپ ها و کمپرسورها) از مجموعه ای کلی از قوانین مرتبط با سرعت پیروی می کنند. VFDها بیشترین مدیریت مصرف انرژی را برای فن ها و پمپ ها ارائه می دهند. در این قوانین بین سرعت و متغیرهای زیر رابطه ای را تعریف می کنند:- جریان
- فشار
- قدرت
- جریان با سرعت به صورت خطی تغییر می کند.
- فشار متناسب با مجذور سرعت است.
- توان مورد نیاز متناسب با مکعب سرعت است. این مورد بسیار حایز اهمیت است که اگر سرعت موتور کاهش یابد، قدرت به اندازه مکعب کاهش می یابد.
انتخاب تجهیزات مناسب برای نیازهای شما
با توجه به تفاوت سافت استارتر و درایو، انتخاب تجهیزات متناسب به نوع کاربرد شما بستگی دارد. در زمان انتخاب باید چندین شاخص را در نظر بگیرید:1. هزینه و ابعاد
سافت استارترها در مقایسه با VFDها، در کاربردهایی که موتور قدرت بزرگتری دارد انتخابی با ابعاد کوچکتر و قیمت ارزانتر هستند. VFD ها فضای بیشتری را اشغال می کنند و معمولاً گرانتر از سافت استارترها هستند. توجه به این نکته مهم است که هزینه راه اندازی VFD دو تا سه برابر بیشتر از سافت استارتر است. ولی در طول دوره کاری خود با مدیریت مصرف ، هزینه های انرژی را به میزان چشمگیری کاهش می دهد. بنابراین، اگر شتاب ثابت و کنترل گشتاور ضروری نیست، و برنامه شما فقط در هنگام راهاندازی نیاز به محدود کردن جریان دارد، یک راهانداز نرم ممکن است انتخاب منطقی تری باشد.2. انعطاف پذیری طراحی
درایو های فرکانس متغییر، انعطاف طراحی پروژه و قابلیت سفارشی سازی کنترل موتور را فراهم می کنند مانند:- کنترل حرکت چپگرد و یا راستگرد
- کنترل استارت و استپ با سرعت و شتاب خاص
- مدیریت شتاب
- کنترل گشتاور دینامیکی
- توانایی کنترل جریان راه اندازی
- حرکت روان در کاربردهای سنگین
3. دوره کاری
تفاوت سافت استارتر و درایو در دوره کاری نیز بر انتخای تجهیزات مناسب تاثیرگذار است. سافت استارتر فقط در زمان استارت و استپ (راهاندازی و توقف)، موتور را کنترل میکند و بعد از آن توسط کنتاکتور بای‌پس از مدار خارج میشود. در صورتی که، درایو از لحظه راهاندازی تا لحظه توقف کامل، کنترل موتور را در دست دارد. سافت استارت در دستگاه هایی که پس از راه اندازی با سرعت ثابت به کار خود ادامه می دهند، مانند فن ها و سیستم های تهویه انتخاب بهتری است. اما اگر کنترل فن تهویه مطبوع مورد نظر باشد، به دلیل تکرار خاموش و روشن شدن فن بهتر است از درایو استفاده کنیم.4. ثابت بودن شتاب و گشتاور
کنترل سرعت و دثابت نگه داشتن شتاب از جمله مزایای VFD است. این ویژگی در پله های برقی و آسانسور که هر لحظه بار متفاوتی را تحمل می کنند بسیار حایز اهمیت است. هر چقدر قدرت موتور بالاتر باشد گشتاور راه اندازی بیشتری دارد. بر اثر گشتاور راهانداز بالای موتور ممکن است سیستم های مکانیکی مرتبط با موتور مانند نوار نقاله‌ها، سیستم‌های تسمه محور و چرخ دنده‌ها دچار آسیب شوند. درایوها بهره وری و راندمان الکتروموتور را به میزان قابل توجهی بهبود می دهند. همچنین در مواردی که نمیخواهیم موتور با حداکثر ظرفیت توان خود کار کند بهترین انتخاب هستند.سخن پایانی
درایو فرکانس متغیر VFDدر کنار کنترل سرعت و گشتاور الکتروموتور، از بسیاری خطرات احتمالی مانند سوختن الکتروموتور جلوگیری می کند. با وجود تفاوت سافت استارتر و درایو در عملکرد و مزایا، این نکته را هم باید در نظر گرفت که سافت استارترها و درایو ها میتوانند در برخی موارد جایگزین یکدیگر شوند. همچنین برخی از برنامه ها شامل سافت استارتر نرم افزاری می باشند و در صورت تغییر کاربری و یا نیاز سیستم به کنترل سرعت ، می توان به راحتی درایو را جایگزین کرد.