سافت استارترها به صورت گسترده در صنایع مختلف کاربرد دارد. این تجهیزات به منظور کنترل راه اندازی و توقف موتور الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. راه اندازی موتورهای الکتریکی چالش های مختلفی به همراه دارد. موتورها در لحظه شروع به کار جریان زیادی از مدار می کشند. این جریان می تواند تا 10 برابر جریان نامی نیز برسد. علاوه بر این شروع به کار ناگهانی موتورها سبب ایجاد تنش های مکانیکی شدیدی می شود. این تنش ها به بخش های متحرک سیستم آسیب وارد می کند.
عملکرد صحیح سافت استارتر به شدت وابسته به تنظیم صحیح پارامترهای عملیاتی سافت استارتر است. از این رو آشنایی با این پارامترها و جایگاه آن ها کمک می کند بهره بهتری از راه انداز نرم داشته باشید. اگرچه شرکت های مختلفی اقدام به تولید سافت استارتر می کنند، اما با توجه به یکسان بودن عملکرد آن ها، اغلب پارامترهای یکسانی در تنظیم راه انداز مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور نشان دادن یک مثال عملی در این مقاله به بررسی پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس می پردازیم. با من همراه باشید.
مروری بر عملکرد سافت استارتر
سافت استارتر از جمله تجهیزات راه اندازی موتور الکتریکی است که از تکنیک کاهش ولتاژ برای کنترل راه اندازی موتور استفاده می کند. سافت استارتر شرایطی را فراهم می کند که موتور با یک ولتاژ کوچک (نسبت به ولتاژ نامی) شروع به کار کند. در ادامه و بعد از شروع به کار موتور، ولتاژ تحویل شده به موتور با شیب مناسبی تا ولتاژ نامی افزایش می یابد. در ساختار داخلی سافت استارترها، وظیفه تنظیم ولتاژ بر عهده قطعات نیمه هادی تریستور (SCR) گذاشته شده است.
یکسو کننده کنترل شده سیلیکونی یا همان تریستور، عملکردی مشابه دیود (یکسوساز) دارد با این تفاوت که زمان شروع یکسوسازی یا عبور جریان، توسط یک سیگنال کنترلی تعیین می شود. به بیان دیگر زاویه آتش (یا زمان روشن شدن تریستور) توسط مدار فرمان سافت استارتر تعیین می شود.
در لحظه شروع به کار زاویه آتش نزدیک به 180 درجه در نظر گرفته می شود. یعنی هدایت مدار در حداقل قرار دارد و بنابراین سطح ولتاژ در پایین ترین میزان ممکن است. پس از شروع به کار موتور ، زاویه آتش تریستور و در نتیجه ولتاژ تحویل شده به موتور به صورت پلکانی و به آرامی افزایش پیدا می کند. اغلب پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس، وابسته به زمان فعال سازی و بزرگی زاویه آتش تریستورهاست.
در مقاله ” سافت استارتر چیست و چه کاربردهایی دارد “، جزئیات بیشتری در مورد عملکرد راه انداز نرم بیان شده است.
سافت استارتر زیمنس
زیمنس تنوع بالایی از سافت استارترها را برای استفاده در کاربردهای مختلف عرضه می کند. در زمان انتخاب سافت استارتر لازم است به نکات مختلفی توجه کنید. از جمله پارامترهای کلیدی تاثیر گذار بر انتخاب، می توان به هماهنگی سافت استارتر با مشخصات موتور مورد نظر اشاره کرد. به صورت کلی سافت استاترهای زیمنس بصورت دو فاز کنترل و سه فاز کنترل موجود هستند.
در نمونه های دو فاز کنترل، یک فاز به صورت مستقیم به موتور وصل می شود و ولتاژ دو فاز دیگر به صورت کنترل شده به موتور اعمال می شود. این محصولات نسبت به نمونه های سه فاز کنترل ابعاد کوچکتر و قیمت پایین تری دارند. پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس در نمونه های مختلف یکسان است، اما فرآیند تنظیم آن ها متفاوت است. نمونه های دوفاز کنترل را اصطلاحا سافت استارتر آنالوگ می نامند. در این راه اندازها به منظور تنظیم پارامترهای عملیاتی از پتانسیومتر استفاده می شود.
اما نمونه های سه فاز کنترل را تحت عنوان سافت استارتر دیجیتال زیمنس می شناسیم. در این نمونه ها از قطعات و پردازنده های الکترونیکی به منظور تنظیم پارامترهای عملیاتی سافت استارتر استفاده می شود. به بیان دیگر این نمونه ها دارای یک صفحه نمایش جهت نشان دادن پارامترها و چند کلید برای تنظیم آن ها هستند. به صورت کلی راه اندازهای نرم زیمنس در سری های زیر عرضه می شوند:
تنها تفاوتی که بین پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس در سری های مختلف وجود دارد، روش تنظیم آن ها است. سری های 30 و 40 سافت زیمنس از نوع آنالوگ و سری 55 از نوع دیجیتال هستند.
پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس
سافت استارترهای سری 3RW40 و 3RW30 زیمنس پنل کاربری تقریبا یکسانی دارند. شکل زیر نمونه ای از پنل این راه اندازهای نرم را نشان می دهد:
سری 3RW55 زیمنس پنل تنظیمات دیجیتالی دارد. در زیر نمایی از پنل این راه اندازهای نرم را مشاهده می کنید:
سافت استارترها ولتاژ موتور را با شیبی ملایم افزایش می دهند. به عبارت دیگر، با تنظیم یک رمپ ولتاژ، به راه اندازی نرم موتور دست می یابند. به بیان ساده تر ولتاژ موتور در یک زمان مشخص، از ولتاژ راه اندازی قابل تنظیم به ولتاژ نامب موتور افزایش می یابد. زمان رسیدن ولتاژ موتور به حد نامی، به عنوان زمان رمپ شناخته می شود. شکل زیر نمونه ای از رمپ ولتاژ سافت استارتر را نشان می دهد.
اصلی ترین پارامترهای عملیاتی سافت استارتر، همان تنظیمات تابع رمپ است. برای رسیدن به راه اندازی نرم مطلوب لازم است ولتاژ شروع و زمان رمپ (رسیدن به ولتاژ خط) را تنظیم کنید.
ولتاژ راه اندازی(Starting Voltage)
در نمونه های دیجیتال به کمک کلیدهای انتخاب کننده می توانید این پارامتر را از لیست انتخاب کنید. در نمونه های آنالوگ نیز این پارامتر به کمک پتانسیومتر U تنظیم می شود. این پارامتر تعیین کننده گشتاور موتور است. ولتاژ راه اندازی کوچکتر به معنای گشتاور کمتر، راه اندازی نرمتر و جریان راه اندازی پایین تر است.
ولتاژ انتخاب شده باید به اندازه کافی بزرگ باشد تا اطمینان حاصل کنیم موتور به محض رسیدن سیگنال فرمان شروع به کار می کند. از سوی دیگر باید این ولتاژ در حدی انتخاب شود که موتور به آرامی شروع به کار کند. لازم به ذکر است ولتاژ راه اندازی به صورت درصدی از ولتاژ خط تعیین می شود. ولتاژ راه اندازی از جمله پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس است که تنظیم نادرست آن می تواند سبب بروز خطا در عملکرد سافت استارتر شود.
در مقاله “آشنایی با خطاهای سافت استارتر زیمنس” این مطلب را تشریح کرده ایم.
زمان رمپ (Ramp Up Time)
این پارامتر تعیین کننده زمان رسیدن ولتاژ خروجی سافت استارتر به ولتاژ خط است. در نمونه های آنالوگ سافت استارتر این پارامتر توسط پتانسیومتر t تنظیم می شود. زمان رمپ تعیین می کند که ولتاژ موتور در چه مدت زمانی از ولتاژ راه اندازی (Starting Voltage) به ولتاژ خط خواهد رسید. به بیان دیگر شتاب گشتاور موتور در طول فرآیند راه اندازی، توسط این زمان تعیین می شود.
زمان راه اندازی بسته به نوع بار می تواند متفاوت باشد. زمان رمپ طولانی تر به معنای جریان کمتر و کاهش شتاب گشتاور در لحظه راه اندازی، و نتیجه آن شروع به کار نرم تر موتور است. زمان رمپ باید به اندازه کافی طولانی در نظر گرفته شود تا موتور بتواند به سرعت نامی برسد.
چنانچه این پارامتر عملیاتی سافت استارتر خیلی کوتاه در نظر گرفته شود، زمان رمپ قبل از رسیدن موتور به دور نامی تمام می شود. در چنین شرایطی جریان راه اندازی بسیار بالایی را شاهد خواهیم بود. تنظیم نادرست زمان رمپ می تواند جریان راه اندازی را تا حد راه اندازی مستقیم افزایش دهد. بروز این حالت می تواند به سافت استارتر آسیب برساند. حداکثر زمان رمپ قابل تنظیم در سافت استارترهای مختلف متفاوت است. به عنوان مثال این پارامتر در سری 3RW30 زیمنس به 20 ثانیه محدود شده است. اما در سری های 3RW44 و 3RW40 که در توان های بزرگتر استفاده می شوند، زمان رمپ بیش از 20 ثانیه نیز قابل تنظیم است.
زمان توقف (Ramp Down Time)
یکی دیگر از پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس، زمان توقف است. این پارامتر در نمونه هایی از راه انداز که امکان توقف نرم را نیز دارند تعریف می شود. به همان میزان که تنظیم صحیح زمان رمپ حائز اهیمت است، زمان توقف نیز از اهمیت بالایی برخوردار است. این زمان عملکردی مشابه زمان رمپ دارد با این تفاوت که زمان رسیدن از ولتاژ نامی به صفر را تعیین می کند. دقت کنید تنظیم نادرست این زمان سبب تکان های شدید مکانیکی در لحظه توقف سیستم خواهد شد.
جریان نامی (Rated Current) Ie
این پارامتر کمک می کند تا بتوانید از سافت استارتر برای راه اندازی موتورهای بیشتری استفاده کنید. مقدار این پارامتر عموما روی جریان نامی موتور تنظیم می شود. این پارامتر عملیاتی سافت استارتر در تعیین حداکثر جریان راه اندازی موتور نیز نقش دارد. جریان نامی براساس مشخصات درج شده در پلاک موتور تعیین می شود.
حداکثر جریان راه اندازی (xIe – Starting Current )
راه انداز نرم به منظور کنترل جریان هجومی راه اندازی موتور مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از نمونه های سافت استارتر قادرند در برابر خطاهای اضافه جریان و اتصال کوتاه از موتور محافظت کنند. آستانه خطا براساس ضریبی از جریان نامی موتور در نظر گرفته می شود. حداکثر جریان راه اندازی سافت استارتر تعیین کننده ماکزیمم جریان مجاز به عبور از مدار در لحظه راه اندازی موتور است. این پارامتر به صورت ضریبی از جریان نامی تعیین می شود. به عنوان مثال اگر این پارامتر عملیاتی سافت استارتر را روی 5 تنظیم کنید، یعنی حداکثر جریان خروجی تا 5 برابر جریان نامی مجاز است.
کلاس حفاظت
سافت استارترها از موتور محافظت می کنند. میزان حفاظت براساس پارامتری به نام کلاس حفاظتی تعیین می شود. این کلاس براساس استاندارد IEC 60947 تعیین می شود و تعیین کننده زمان تحمل خطا یا به عبارت دیگر زمان تریپ راه انداز نرم است.
تنظیم درست این پارامتر حفاظت مطمئن تر از موتور را تضمین می کند. اگر این پارامتر روی off تنظیم شود، در واقع هیچ حفاظتی از موتور به عمل نمی آید. حداکثر جریان موتور در وضعیت گرم (در حال کار) روی 1.5 برابر جریان نامی، و در وضعیت سرد (شروع به کار) روی 7.2 برابر جریان نامی تنظیم می شود. در واقع کلاس حفاظتی تنها زمان تحمل جریان اضافی بدون تریپ را تعیین می کند.
جمع بندی
سافت استارترها مزایای گسترده ای دارند که سبب استفاده از آن ها در کاربردهای مختلف شده است. به منظور بهره مندی از این مزایا لازم است تنظیمات سافت استارتر به صورت صحیح و دقیق انجام شوند. پارامترهای عملیاتی سافت استارتر زیمنس را در این مقاله از نظر گذراندیم. توجه به کارایی و جایگاه هر کدام از این پارامترها به شما کمک می کند تنظیم دقیق تری روی راه انداز نرم داشته باشید.