روش صحیح انتخاب سافت استارتر یا اینورتر

انتخاب سافت استارتر یا اینورتر

یک سوال رایج در تصمیم گیری بین یک سافت استارتر (راه انداز نرم موتور) و یا یک اینورتر این است که سافت استارتر (RVSS) یا اینورتر (VFD) کدام  یکی را انتخاب کنیم؟

– آیا کاربرد شما به گشتاور کامل درسرعت صفر نیاز دارد؟

– آیا کاربرد شما به نحوه ای است که درزمانی که موتوردر حال کار است نیازبه تعقیر یا کنترل سرعت دارد؟

– آیا کاربرد شما به گشتاور ثابت نیاز دارد یا بهتر بگوییم به ثابت نگه داشتن گشتاور یا همان توان موتور در طول کار نیاز دارد ؟

– آیا کاربرد شما به زمان دقیق در شیب استارت و زمان دقیق در توقف نیاز دارد ؟

– آیا فضای اشغال شده موضوعی مورد توجه است؟

– آیا هزینه اولیه خرید موضوعی مورد توجه است؟

با مطالعه بخش زیر به راحتی می توانید شناخت کاملی از سافت و اینورتر کسب کنید.

سافت استارتر چیست و چه کاربردی دارد؟

به صورت کلی سافت استارتر دستگاهی است که برای کاهش موقت جریان، گشتاور و بار موتور های AC در هنگام شروع به کار ( Start Up ) به کار گرفته می‌شود. استفاده از سافت استارتر باعث کاهش فشار مکانیکی وارد بر موتور و شفت آن و همین طور باعث کاهش فشار الکتریکی وارد بر کابل‌های برق موتور و شبکه‌ی توزیع نیرو در هنگام راه اندازی موتور می‌شود که تمام این عوامل باعث افزایش طول عمر سیستم می‌شود.

هرچند سافت استارتر می‌تواند سیستم های مکانیکی و الکتریکی مانند کلاچ ها ، کوپلینگ ها و …. را در بر بگیرد اما آنچه امروزه در بازار به عنوان سافت استارتر شناخته می‌شود، دستگاهی الکترونیکی است که می‌تواند با محدود کردن جریان یا ولتاژ موتور در زمان شروع به کار موتور، گشتاور و بار الکتریکی موتور را کنترل کند و مانع از ایجاد شوک مکانیکی و الکتریکی شود.

چرا سافت استارتر؟

اما چه لزومی دارد که از سافت استارتر ها استفاده شود ؟ همانطور که می دانید برای اینکه بتوانیم از حداکثر توان موتور های سه فاز استفاده کنیم باید آنها را با همبندی مثلث (Δ) به شبکه وصل کنیم. زمانی که با استفاده از این همبندی یک موتور القایی شروع به کار می‌کند که به این حالت DOL گفته می‌شود، جریان راه اندازی ۷ الی ۱۰ برابر حالت معمول و گشتاور موتور بیش از ۳ برابر حالت معمول است. البته در برخی شرایط ممکن است اتصال مستقیم موتور به شبکه باعث پیک جریان ۲۰ برابر حالت معمول شود. همانطور که می‌بینید این میزان بار الکتریکی می‌تواند باعث افت ولتاژ در شبکه شود و دستگاه های حساس را از بین ببرد. از طرف دیگر این میزان گشتاور نیز باعث وارد شدن آسیب هایی به سیستم مکانیکی الکترو موتور خواهد شد. یکی از راه های ساده برای کاهش گشتاور و جریان راه اندازی موتور های سه فاز اسفاده از همبندی ستاره (Y) است. در این حالت مقاومت بین فاز ها افزایش می‌یابد و موتور جریانی به میزان ۳۳% حالت DOL مصرف می‌کند. در این نوع راه اندازی که به راه اندازی ستاره مثلث ( Star Delta ) معروف است موتور در ابتدای راه اندازی به صورت ستاره به شبکه وصل می‌شود و پس از گذشت چند ثانیه همبندی موتور به مثلث تغییر می‌کند، این کار را می‌توان با یک مدار فرمان ساده و ۳ کنتاکتور انجام داد. اما همانطور که گفته شد این حالت هم نمی تواند به صورت کامل مشکل راه اندازی موتور را حل کند و برای حل بهتر این مسئله باید از سافت استارتر ها کمک گرفت.

سافت استارتر عوارض نامطلوب راه اندازی موتور را تا حد مطلوبی کاهش می‌دهد و باعث افزایش عمر موتور، کاهش بار شبکه و در نهایت باعث صرفه جویی در هزینه ها می‌گردد. سافت استارتر های الکترونیکی با استفاده از تریستور ها (SCR)  یا دستگاه های حالت جامد ( Solid State )  جریان و ولتاژ موتور را در زمان راه اندازی کنترل می‌کنند. Soft Starter ها می توانند جریان و ولتاژ موتور را در یک دوره زمانی چند ثانیه ای ( معمولا قابل تنظیم ) با شیب ملایم به نقطه حداکثر برسانند این کار باعث می‌شود تا موتور به آرامی شروع به کار کند و از طرفی از آنجا که ولتاژ و جریان کم کم زیاد می شود جریان راه اندازی با توجه به تنظیمات Soft Starter و بار موتور به کمترین حالت خود خواهد رسید.

سافت استارتر به عنوان سافت استاپ 

یکی دیگر از مشکلاتی که در هنگام کار با موتور ها با آن روبرو هستیم ، توقف موتور در حال حرکت است. توقف موتور در حال حرکت به صورت یک باره ،در بسیاری از سیستم ها می‌تواند باعث ایجاد تنش در سیستم مکانیکی موتور شود. یکی از موارد قابل ذکر، تنش در پمپ های آب است. توقف ناگهانی پمپ های آب می‌تواند باعث ایجاد ضربه قوچ ( Water Hammering ) در کل سیستم شود. ضربه قوچ با توجه به شدت آن می‌تواند عمر موتور و سایر سیستم های مکانیکی را به شدت کاهش دهد. برای جلوگیری از این تنش ها ، سافت استارتر ها عمل سافت استاپ را نیز انجام می‌دهند. سافت استاپ با کاهش تدریجی ولتاژ و جریان، عملیات توقف موتور را به صورت تدریجی انجام می‌دهد تا تنش های ناشی از تغییر ناگهانی به کمترین حد ممکن برسند. همچنین جریان راه اندازی حدود 2.5 برابرجریان حالت عادی موتوراست. که ازکلیدهای استاتیکی (SSR) استفاده می‌شود که درتوان های پایین ازترایاک ودرتوان های بالا ازیک جفت تایستور به صورت معکوس وموازی استفاده می‌شود. در سافت استارتر تغییر ولتاژ وجود دارد ودرواقع با کنترل ولتاژسینوسی ورودی درهردونیم سیکل مثبت ومنفی ولتاژخروجی باهمان فرکانس ورودی می‌شود.

سافت استارتر از نظر قیمت، با توجه به کیفیت، توان و نحوه پیاده سازی تقریبا ۲ تا ۳ برابر سیستم راه اندازی ستاره مثلث هزینه پیاده سازی خواهد داشت؛ اما کاهش هزینه های جاری مصرف برق و کاهش هزینه تعمیرات و نگه داری سیستم در دراز مدت، سرمایه گذاری بیشتر برای تهیه این دستگاه را توجیه می‌کند.

به طور کلی می توان ذکر کرد که :

1. سافت استارتر برای راه‌اندازی الکتروموتور بکار می‌رود و بیشترین جریان راه‌اندازی حدود ۲٫۵ برابر جریان نامی موتوراست. امکان تنظیم منحنی راه‌اندازی با شیب مناسب وجود دارد.
2. در طراحی سافت استارتر از کلیدهای استاتیکی(SSR)استفاده می‌شود، که در توان‌های پایین ازترایاک و در توان‌های بالا از دو تایستور( به‌صورت معکوس و موازی) استفاده می‌شود.
3. اساس کارکرد سافت استارتر بر مبنای تغییر ولتاژ خروجی است و فرکانس خروجی برابر با فرکانس ورودی خواهد بود.
4. معمولاً از سافت استارتر در صنعت جهت کنترل دور استفاده نمی‌شود ولی دیمر،مدارهای کنترل دور پنکه و …درواقع یک سافت استارتر تک فاز هستند.
5. با طراحی یک مدار فرمان مناسب می‌توان توسط یک سافت استارتر، تعداد زیادی موتور را راه‌اندازی نمود. مثلاً تعداد۱۰ دستگاه موتور را می‌توان با یک‌راه انداز نرم روشن کرد.
6. با سافت استارتر نمی‌توان سرعتی بیش از سرعت نامی موتور ایجاد نمود.
7. مدار ستاره مثلث (مدار دوضرب) نیز درواقع یک‌راه انداز نرم است که توسط کنتاکتور پیاده‌سازی شده است. بیشترین جریان راه‌اندازی در ستاره – مثلث حدود چهار برابر جریان نامی است و منحنی راه‌انداز به‌صورت جهشی و غیرقابل انتخاب می‌باشد.

اینورتر یا کنترل دور (VFD)

منظور از اینورتر دستگاه الکترونیکی است که برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس و ولتاژ برق اعمال شده به موتور الکتریکی بدون آنکه قدرت و گشتاور موتور کاهش یابد. اینورترها در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند که با توجه به تغذیه ورودی آن به DC و AC تقسیم می شود . جریان AC تبدیل شده می‌توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله مدارت داخلی کنترل می‌شود. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می‌دهد. در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش و سرعت موتور استفاده می شود.

اینورتر بهترین راه اندازنرم موتور است ولی با قیمتی بیش از چهار برابر راه اندازنرم یا همان سافت استارت.

در صنعت از اینورتر یا کنترل از راه دور بطور عموم برای موتورهایی که نیاز به کنترل سرعت دارند استفاده می‌شود.

بر خلاف سافت استارتر که خروجی آن با تغییر ولتاژ عمل می‌کرد، تغییرات دور موتور در درایو با تغییر فرکانس انجام می‌گیرد، بنابراین می‌توان فرکانس خروجی تا چند برابر فرکانس ورودی زیاد کرد. درنتیجه این افزایش فرکانس، دور موتور نیز افزایش می‌یابد.

به دلیل استفاده از مدارات الکترونیک قدرت عمر مفید آن‌ها بالاست.

اینورتر ها می‌توانند انرژی مصرفی در ترمزهای مکانیکی یا مقاومت‌های الکتریکی را به شبکه بازگردانند.

جریان راه‌اندازی کمتر از ۱۰ درصد جریان نامی می‌شود.

کاهش تنش‌های الکتریکی (به دلیل راه‌اندازی – توقف نرم) که باعث کاهش تنش‌های مکانیکی و درنتیجه کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.

دامنه تغییرات کنترل سرعت الکتروموتورها بیشتر می‌شود و به‌راحتی می‌توان موتور را برای سرعت موردنیاز تنظیم نمود.

دراستفاده ازکنترل از راه دور امکان افزایش دورموتور بیشتر از دور نامی وجود دارد و با افزایش فرکانس ولتاژ خروجی دور موتورافرایش می یابد.

با افزایش دور موتور بیشتر از دورنامی دراین حالت کاهش گشتاور ایجاد می‌شود.

بطور معمول در اینورتورها از ترانزیستورهای IGBT درقدرت های بالا استفاده میشود ودر قدرت های پایین از ترانزیستورهای MOSFET قدرت هم استفاده می‌شود.

استفاده از برق تک فاز در بسیاری از کاربردهای صنعتی در ورودی اینورتر و راه اندازی موتورهای سه فاز

توسط اینورتر (درایو) می‌توان الکتروموتور را با بیشترین جریان راه‌اندازی در حدود جریان نامی موتور و با منحنی تقریباً خطی راه‌اندازی نمود.

کنترل سرعت و قابلیت های سیستم، داشتن حداکثر توان در سرعت های پایین Vector control در طی طول کار و به صورت دائم

برنامه های کاربردی با گشتاوراستارت بالا

فیدبک مداوم برای کنترل های خاص و دقیق مثلPID Control و Position control

نگه داشتن روتور در سرعت صفر DC break

استپ و استارت‌های پی درپی و مداوم.

چپگرد و راستگرد های پی درپی و مداوم.

بازه بسیار بالا و مطمئن و دقیق شیب راه اندازی و شیب استپ در بعضی ازمدل ها تا ۵۰۰۰ ثانیه.

بالا بردن سرعت موتور از سرعت نامی پلاک تا ۲۰% حد مجاز.

نصب و همسان سازی با موتورها از نظر ولتاژ و فرکانس کاری.

دقت بسیار بالا در ولتاژ و فرکانس خروجی حتی در مواقع تعقیر ولتاژ در ورودی.

راه اندازی موتور با باطری در مواقع خاص

راه اندازی موتور با برق ۲ فاز در مواقع خاص

نیازبه برنامه های کاربردی برای عملکرد های خاص و کاهش هزینه های اجرای پروژه (Multi pump -Crain-Elvator-Regenerative)

نیاز به حفاظت های بسیار پیچیده تر و دقیق تر از موتور ماننده :

خطای ولتاژ پایین شبکه – خطای ولتاژ بالای شبکه – خطای جریان بیش از حد موتور – خطای جریان پایین تراز حد مجاز – خطای دمای بیش از حد موتور -خطای دمای بالای محیط کار – خطای قطعی فاز ورودی – خطای قطعی یکی از سیم های موتور قبل از استارت و…بسیاری از خطاهای کاربردی دیگر.

همان‌طور که پیش‌ازاین گفتیم، سافت استارتر تنها در هنگام راه‌اندازی یک الکتروموتور کاربرد دارد حال ‌آنکه درایو (اینورتر) محدود به زمان راه‌اندازی نیست و در هر لحظه می‌توان به‌وسیله سیگنال‌های کنترلی سرعت الکتروموتور را کنترل نمود.

درایو علاوه بر قابلیت راه‌اندازی نرم، امکان چپ‌گرد راست‌گرد کردن موتور و تغییر دور موتور را نیز داراست.