سافت استارتر زیمنس چیست؟
سافت استارتر زیمنس چیست؟
می دانیم یکی از روشهاي مرسوم صنعتی براي راه اندازي موتورهاي سه فاز توان بالا در ایران عبارت است:
ستاره – مثلث
معایب مدار ستاره – مثلث:
♦ نیاز به 6 رشته کابل.
♦ پرش جریان در لحظه سوئیچ کنتاکتور مثلث و ایجاد تنش گذرا در موتور.
♦ نیاز به تابلوي بزرگ و مونتاژ وقت گیر با هزینه بالا
ثابت بودن مقدار کاهش جریان و گشتاور راه اندازي به حدود 1/3 مقادیر متناظر راه اندازي مستقیم (dol)
•عدم امکان هیچ نوع کنترل طول زمان راه اندازي و توقف
•کمتر بودن تعداد استارت مجاز در ساعت بدلیل الکترومکانیکی بودن سیستم
پس می توان گفت این روش داراي جریان راه اندازي بالایی می باشد که با استفاده از تجهیزات جدید جریانهاي راه اندازي را حذف نمود.
با پیشرفت صنعت الکترونیک دستگاهاي جدیدي جهت راه اندازي موتورهاي سه فاز که داراي توان بالا که در زیر بار راه اندازي می شوند، ساخته شده است که عبارتند از:
•اینورتر زیمنس
•سافت استارتر زیمنس
ایراد اصلی استفاده از اینورتر زیمنس صرفاً بعنوان راه انداز موتور، گران بودن آن است وبیشتر در زمانی استفاده می شود که نیاز به کنترل سرعت داشته باشیم.
سافت استارترها زیمنس در بازار در سه مدل عرضه می شوند:
1. آنالوگ بدون حفاظت
2. آنالوگ با حفاظت
3. دیجیتال
راه اندازي نرم موتور یا سافت استارتر زیمنس چیست؟
همانطور که از نامش پیداست وسیله اي است جهت راه اندازي الکتروموتورها بصورت نرم و تدریجی.
با سافت استارتر زیمنس نمی توان همه موتورها را راه اندازي کرد؟ چون موتورها تنوع زیادي دارند و سافت استارتر زیمنس براي گونه خاصی از آنها مناسب است این موتورها در صنعت به موتورهاي سه فاز القائی یا قفس سنجابی معروفند. ما توانیم موتور سه فاز را مستقیماً به برق سه فاز متصل و راه اندازي میکنیم .به این روش راه اندازي،راه اندازي مستقیم می گویند اگر شما مستقیماً موتور را به برق سه فاز وصل کنید. هیچ کنترلی در راه اندازي آن نخواهید داشت. در حالیکه سافت استارتر زیمنس به شما امکان کنترل زمانی راه اندازي را می دهد.در خیلی از اوقات ما نیازي به اعمال نظارت و کنترل در راه اندازي موتور نداریم. مثلاً در خیلی از کاربردهاي با موتورهاي توان پایین . اما هنوز موارد زیادي هم وجود دارند که باید راه اندازي با کنترلهاي مناسب صورت بگیرد.باید توجه کنیم که هنگام راه اندازي یک موتور سه فاز یک سري اتفاقات الکتریکی و مکانیکی رخ میدهد که متفاوت از حالت کار دائم موتور پس از راه اندازي است مثلاً در هنگام راه اندازي موتور جریان خیلی بیشتري نسبت به حالت دائم آن از شبکه می کشد.اگر موتور کوچک باشد اشکال خاصی ایجاد نمی شود ولی اگر موتور بزرگ باشد ممکن است، این جریان زیاد را برق کارخانه نتواند براحتی تأمین کند.،مثلاً کشیدن جریان ناگهانی زیاد از برق کارخانه ممکن است باعث افت ولتاژ لحظه اي شده و در کار سایر تجهیزات برقی و الکترونیکی اختلال ایجاد شود.
پس راه انداز نرم موتور وسیله اي است که جریان راه اندازي موتور را کاهش می دهد؟
در واقع ما با تنظیم سافت استارتر زیمنس جریان راه اندازي موتور را به میزان مورد نیاز محدود می کنیم و اجازه کشیدن جریان هاي زیاد را از برق کارخانه به موتور نمی دهیم.
یکی از قابلیتهاي اصلی راه انداز نرم موتور محدود کردن جریان راه اندازي است ولی هنوز راه انداز نرم قابلیتهاي دیگري نیز دارد.
مفهوم "نرم" در راه انداز نرم موتور زیمنس چيست؟
مفهوم "نرم" به ويژگيهاي متفاوتي دلالت مي كند. مثلاً نرم به اين معناست كه جلوي تنشهاي الكتريكي و مكانيكي گرفته ميشود.ازسوي ديگر نرم به اين معناست كه موتور تدريجا" دور ميگرد و به دور اسمي خودمي رسد. به صورت طبيعي مدت زمان راه اندازي در هنگام استفاده از سافتاستارتر بيشتر از حالت اتصال مستقيم موتور به شبكه است.به عبارت ديگر سافت استارتر زیمنس جلوي فشارهاي وارده به موتور را در هنگام راه اندازي مي گيرد؟
يك مثال : حتماً گاهي اوقات در خيابان بعضي جوانها را در هنگام Take Up ديده ايد! و فشار زيادي كه به لاستيكها و موتور وارد ميشود را حس كرده ايد ! وقتي موتور را مستقيماً به برق وصل مي كنيم شرايط راه اندازي شباهت به Take Up ناگهاني اتوموبيل دارد . بديهي است كه شما اتومبيل خود را به اين صورت راه اندازي نمي كنيد بلكه با كنترل مناسب سرعت خودرو را بتدريج افزايش مي دهيدو آنرا به سرعت مطلوب مي رسانيد.به اين ترتيب عمر مفيد موتور واتصالات و كوپلينگهاي مكانيكي و بار كاهش پيدا ميكند . چون راه اندازي تحتتنش هم به برق كارخانه فشار مي آورد و هم به لحاظ مكانيكي به اجزاي چرخنده فشار مي آورد و استهلاك آنها را بالا مي برد.مي توانيم بگوئيم كه راه انداز نرم زیمنس وسيله اي است جهت راه اندازي الكتروموتورهاي سه فاز بصورت كنترل شده؟
راه انداز نرم موتور خواصهاي ديگري هم دارد؟ بسته به مشخصات طراحـي و كـاربرد،سافت استارترهای زیمنس متنوع بوده و قابليتهاي ديگري علاوه بر قابليت اصلي خود دارند.
سافت استارترهای زیمنس علاوه بر تفاوت درروشهاي مختلفي كـه براي راه اندازي اعمال مي كنند. در ميزاني كه موتور وخود را حفاظت مي كنند هم تفاوت دارند. مثلا يك راه انداز نرم موتور پشرفته مي تواند به طور كامل موتور را در مقابل هر نوع خطا حفاظت كند.
سافت استارتر زیمنس كارهائي از قبيل بـي متـال و كنترل فاز و... را نيز انجام مي دهد و حفاظت هاي بيشتري را نيز مي تواند اعمال كند
بصورت مدار الكترونيكي از يك راه انداز نرم زیمنس چگونه استفاده مـي شود.
به اين شكل نگاه كنيد. نخست برق سه فاز به سافت استارتر زیمنس وارد مي شود و خروجي سه فاز سافت استارتر به وصل مي شود. در يك كاربرد ساده با استفاده از پانل روي دستگاه ، موتور استارت مي شود.موتور بر اساس تنظيمات از پيش انجام گرفته دور مي گيرد و در يك زمان مشخصبه دور نامي خود مي رسد.
دراينجاست كه ماموريت اصلي آن تمام شده است و فقط وظيفه آن حفاظت از موتور است. سافت استارتر كار كنتاكتور ورودي موتور را نيز انجام مي دهدكه بستگي به مدل سافت استارتر زیمنس دارد.
بطوركلي سافت استارترهای زیمنس به دو نوع بيسيك و مجهز تقسيم مي شوند.
1. در مدلهايبيسيك يك كنتاكتور باي پاس با سافت استارتر پارالل مي شود كه پس از راهاندازي موتور كنتاكور مذكور عملاً سافت استارتر را باي پس كرده و از مدارخارج مي كند.
2. اما در مدلهاي مجهز كنتاكتور باي پس خارجي مورد نياز نيست. بطور مثال در سافت استارترهايAucom مدل Csxi كنتاكتور باي پس وجود دارد ولي مدلهاي IMS2 همواره در مسير مي مانند البته قابليّت گذاردن كنتاكتور باي پس را با حفاظت كامل موتور دارند.
باي پس چیست؟
يعني آنرا از مدار خارج كنيد و از مسيرديگري برق موتور را تأمين كنيد به عبارتي يك كنتاكتور بصورت موازي با سافت استارتر نصب مي شود. و اين كنتاكتور پس از راه اندازي موتور توسط خود سافت استارتر تغذيه شده و كنتاكت هاي آن وصل مي شود و برق بطور مستقيم به موتوراعمال مي شود.
با توجه به اينكه جريان از مسير خارج ازسافت استارتر به موتور وصل ميشود. سافت استارت چگونه موتور را در مقابل اضافه جريان حفاظت مي كند؟
يك مدار ابتدائي سافت استارت نمي تواند موتور را در مقابل اضافه جريان حفاظت كند، در واقع يك سافت استارت مجهز به راحتي اين كار را انجام مي دهد. قبلاً گفتيم كه سافت استارتر های زیمنس مدلهاي مختلفي دارند.
شرح يك مدار سافت استارتر زیمنس مجهز ؟
برق سه فاز به ورودي سافت استارتر زیمنس وارد ميشود و مجدداً از آن خارج ميشود در بين راه ترانسهاي اندازه گيري جريان قرار دارد . بنابراين سافت استارتر با كمك آن ترانسها دقيقاً جريان موتور را اندازه مي گيرد. از آن كاملتر سافت استارترهاي زیمنس كاملاً مجهز هستند كه اساساً در آنها نياز به نصب كنتاكتورخارجي نيست.
ساير حفاظتهاي يك سافت استارتر زیمنس
سافت استارتهاي IMS2 ساخت شركت Aucom نمونهاي از سافت استارتهاي پيشرفته است اين سافت استارت نياز به كنتاكتور بايپس ندارد( در صوتيكه كنتاكتور باي پس اضافه كنيم حفاظت انجام مي دهد) وقادر است موتور را در مقابل اضافه جريان، بر اساس يك مدل گرمائي از موتورحفاظت كند. از سوي ديگر اگر موتور داراي ترميستور حفاظتي باشد ميتوان آنرا به سافت استارت متصل نمود و سافت استارت، موتور را در مقابل قطع شدنفاز ورودي و يا بهم خوردن توالي فازها و همچنين عدم تقارن جريانهاي سه فازحفاظت مي نمايد.وظايف بي متال و كنترل فاز را سافت استارت تقبل نمود.
علاوه بر آن سافت استارت مدل IMS2 شركت IMS2 مي تواند با كنترل گشتاور، نيروي دوراني روي شفت و ساير آسيبهاي مكانيكي، محدود نمايد. (ELectronic shearpin) يا سافت استارت IMS2 در صورت بي بار شدن ناگهاني موتور نظير مواقعي كه تسمه پاره مي شود و يا ساير اشكالات مكانيكي را سنس كرده و هشدار متناسبي مي دهد.
حفاظت سافت استارت IMS2 ازخود؟
براي مثال IMS2 شركت Aucom خودش را در مقابل سوختن SCR ، اشكالات مدار قدرت ، گرم شدن هيت سينگ و يا طولاني شدن زمان راه اندازي حفاظت مي كند.سافت استارتر زیمنس را نمي توان براي راه اندازي همه موتورهاي سه فاز و با هر باري استفاده نمود.چون راه اندازي هاي نرم موتور براي همه بارها و موتورها مناسب نيستند. و معمولاً لازم است با يك متخصص مربوطه مشورت شود.
يك راه انداز براي اينكه بتواند جريان راه اندازي را محدود كند ولتاژ را كاهش مي دهد، كاهش ولتاژ باعث كاهش گشتاور راه اندازي موتور ميشود . منظور از گشتاور راه اندازي، نيروي دوراني مورد نياز جهت كندن بار و به چرخش در آوردن آن مي باشد. بنابراين اگر بار طوري باشد كه گشتاور راه اندازي (يا نيروي دوراني راه اندازي) بالائي نياز داشته باشد عملاً با راه انداز نرم موتور نميتوان آنبار را راه اندازي نمود.
چگونگي تشخيص راه انداز نرم براي كاربرد مورد نظر خيلي هم نگران كننده نيست. طبيعت بسياري از بارها طوري است كه گشتاور راه اندازي كمي دارند. براي مثال فنها، كمپرسورها و پمپ ها بارهاي ايده آل براي راه اندازي با سافت استارتر زیمنس ميباشند. اينها در مقياس وسيعي در كارخانجات مورد استفاده قرار مي گيرند.
سافت استارتر زیمنس براي راه اندازي كليه پمپ ها و فن ها جوابگو است ولي ممكن است گاهي اوقات بررسيهاي ديگري نيز مورد نياز باشد. ولي بصورت كلي اين برداشت درست است.
چگونگي راه اندازي پمپ توسط سافت استارتر زیمنس؟
اولاً در هنكام راه اندازي جريان را به ميزان زيادي محدود ميكند بدين ترتيب تنشهاي الكتريكي وارده به شبكه و موتور را ميگيرد.حتما توجه دارد كه جريان راه اندازي يك موتور با اتصال مستقيم آن به شبكه حدود 6 برابر جريان اسمي موتور است. يعني يك موتوري كه جريان اسمي آن100A است در هنگام راه اندازي با اتصال مستقيم به شبكه ۶۰۰A از شبكه جريان ميكشد. ثانياً سافت استارتر زیمنس گشتاور (نيروي دوراني) اضافي را به موتور و پمپ محدود نموده و جلوي خيلي از مشكلات مكانيكي و استهلاك بعدي را مي گيرد. در بعضي از پمپها مثل پمپهاي شفت و غلاف كه در آبياري استفاده ميشوند قطعات چرخنده زيادي وجود دارد. تنشهاي مكانيكي هنگام راه اندازي ميتواند عمر آنها را كاهش دهد در بعضي از كاربردها مثل چاههاي عميق آّبكشاورزي، با استفاده از سافت استارتر زیمنس و دور گرفتن تدريجي موتور و پمپ ازتلاطم دوراني ناگهاني آب در داخل چاه مي توان جلوگيري نمود. اين تلاطم ها مي توانند به جداره برخي از چاه هاي عميق كه ماسه اي هستند آسيب برساند وعمر مفيد چاه را كاهش دهد.بامحدود كردن سرعت راه اندازي در پمپها پديده كاويتاسيون راه اندازي هم تحت كنترل در مي آيد.
منظور از كاويتاسيون چيست؟
كاويتاسيون عبارتند از بروز حبابهاي هوائي كه بخار آب ناشي از كاهش فشار ( يا خلأ ) در پمپ بدليل شتاب سريع ايجاد مي شود و بعد از دور گرفتن پمپ و جبران فشار ، اين حبابها مي تركند و باعث خوردگي تدريجي پره ها مي شود. يكي از دلايل ايجاد كاويتاسيون، استارت ناگهاني پمپ و دور گرفتن سريع پره ها است. اين امر باعث مي شود در پشت پرهها خلا درست شده و آب در داخل آن فضا بسرعت تبخير مي شود و تركيدن اينحبابهاي بخار و شتاب ذرات آب اطراف آن با پره ها بسيار خورنده است.
تا اينجا در مورد مزاياي سافت استارتر زیمنس در راه اندازي پمپ توضيح داديم. ولي در هنگام توقف پمپ هم راه انداز نرم در بعضي از كاربردهاي پمپ بسيار مفيد ظاهر مي شود.كه سافت استارترهای زیمنس در هنگام توقف موتور هم آنرا كنترل مي كنند.براي مثال پك پمپ كه هد بالائي دارد را تجسم كنيد.
هد بالا چيست؟
يك پمپ آب را در نظر بگيريد، كه آب را از يك موقعيت پائين به ارتفاع بالاتري هدايت مي كند. اين اختلاف سطح را هد مي گويند.يك چنين پمپي در هنگام توقف اختلالات زيادي درست مي كند. چون پمپ ناگزير است به سيال (مثلاً آب ) بميزاني انرژي جنبشي بدهد كه به آن اختلاف ارتفاع غلبه كند. حالا تجسم كنيد اين پمپ، باقطع كردن كنتاكاور ورودي آن ناگهان خاموش شود. در اين حالت آبي كه در لوله ها وجود دارد و داراي انرژي پتانسيل بالائي بسته به هد پمپ مي باشد، بطورناگهاني بطرف پمپ سرازير مي شود. اين آب پس از برخورد به پمپ كه به آن كله قوچي مي گويند مجدداً به عقب رانده مي شده و اين سيكل چند بار تكرار ميشود تا آنكه انرژي آب تمام شود.
اين ضربه و نواسانات بعديآن، هم به پمپ و هم به لوله ها مي تواند آسيب بزند.اين موضوع بقدري جديست كه براي كنترل آن همواره ازيك تجهيزات مكانيكي استفاده مي شود.مثلاً ممكن است از يك انباره هوائي براي گرفتن جلو ضربه كله قوچي استفاده كنند. و يا قبل از خاموش كردن پمپ نخست يك شير برقي را در خروجي پمپ ببندد ، كهتازه در اين صورت تنها پمپ حفاظت مي شود، و هنوز معلوم نيست تكليف نوسانات اعمال شده به لوله ها و فيتينگ ها چه مي شود.
سافت استارتر زیمنس چگونه مسئله را حل مي كند.و چگونه جلو ضربه كله قوچي را مي گيرد؟
سافت استارتر زیمنس با توقف تدريجي پمپ باعث مي شود كه انرژي پتانسيل آب بتدريج رها شود و بدين ترتيب ضمن جلوگيري ازضربه از نواسانات مكانيكي بعدي آن هم جلوگيري مي كند.پس سافت استارتر زیمنس نقش يك سافت استاپ يا توقف نرم را هم بازي مي كند.و اين خاصيت در خيلي از كاربردها حائز اهميت است.
با اين همه خواصي كه برشمرديم فكرمي كنيد يك سافت استارتر زیمنس گران قيمت باشد؟
به لحاظ كار چيز با ارزشي است ولي به لحاظ قيمت فروش آن گران نبوده و حتي اختلاف قيمت چنداني با راهاندازهاي متداول ديگر، مثل راه انداز ستاره مثلث ندارد.
در يك سافت استارتر زیمنس ولتاژ از مقدار قابل تنظيمي شروع به افزايش مي كند و بصورت تدريجي پيوسته افزايش مي يابد، تا همه ولتاژ به موتور اعمال شود.
نمي توانيم نتيجه بگيريم كه جريان هم بتدريج از صفر و متناسب با ولتاژ افزايش پيدا مي كند تا به دور اسمي برسد.چون در يك سافت استارتر جريان به ميزان از قبل تعريف شده محدود مي شود و در تمام مدت راه اندازي جريان از آن مقدار اضافه نمي شود . پس از پايان زمان راه اندازي جريان كاهش پيدا كرده و به ميزان مورد نياز بار محدود ميشود.
چه معيارهائي براي انتخاب جريان راه اندازي وجود دارد؟
اولاً بايد توجه كنيم كه بسته به موتور و بار اگر اين جريان را از يك حدي كمتر انتخاب كنيم، ممكن است موتور اصلاً راه اندازي نشود. چون قبلاً گفتم كه با كاهش جريان راه اندازي، گشتاور راه اندازي موتور نيز كم مي شود. حال اگر جريان راه اندازي را آنقدر كاهش بدهيم كه در نتيجه گشتاور راه اندازي موتور ازراه اندازي بار كمتر بشود. اصلاً بار از جا كنده نخواهد شد. (منظور اگر نيروي دوراني توليد شده در شفت موتور از نيروي دوراني مورد نياز براي كندن بار كمتر باشد اصلاً بار حركت نخواهد كرد) دقيقاً مشابه اين كه يك موتور سيكلت كاميوني را به حركت در آورد. نكته ديگري كه بايد به آن توجه كنيم آنست كه هر گاه جريان راه اندازي را كم انتخاب كنيم ، با فرض اينكه بتوانيم به گشتاور مقاوم بار غلبه كنيم، و آنرا به حركت در بياوريم ، مدت زماني كه طول خواهد كشيد تا سرعت موتور به سرعت نامي آن برسد تابع جريان انتخاب شده ما خواهد بود. به عبارت ديگر جريان كمتر مدت زمان بيشتر و جريان بيشتر مدت زمان كمتري طول خواهد كشيد، تا موتور به دور اسمي خود برسد.
در يك سافت استارتر زیمنس ما ناگزير نيستيم تنظيمات مختلفي انجام بدهيم؟
بصورت كلي با تنظيم سه، چهار پارامتر كه مشخصه استارت و جريان موتور مي باشد براحتي تنظيم مي گردد. راه اندازهاي ديگري نيز وجود دارند كه يا كم استفاده هستند و يا موارد خاص بكار گرفته مي شوند. منظورم آنست كه زياد متداول نيستند.
راه اندازهاي زیمنس نرم از چند كيلووات تا چند مگاوات در دسترس مي باشند و ولتاژ كار آنها مي تواند 380v تا 11kv باشد.
براي موتورهاي چند صد كيلووات و يا چند مگاواتي هم سافت استارتر ساخته مي شود؟ البته تعداد محدودي سازنده وجود دارند كه براي توانهاي مگاوات راه انداز نرم مي سازند كه Aucom يكي از آنهاست.
سيستمهاي درايو چيست؟
سيستمهاي درايو شامل كنترل كننده هايدور موتور، راه اندازهاي نرم موتور، الكتروموتورها و ترانسفورماتورهاي مرتبط با آنها و سنسورها و ساير تجهيزات مرتبط مي شود.
در يك پروژه سيستمهاي درايو مسائل كاملاً تخصصي و كارشناسانه است و حتماً لازم است مشتريان صنعتي پارتنرهاي مناسبي براي اين كار داشته باشند. همانطور كه اشاره كرديد مسائل مرتبط شامل، بررسي و انتخاب راه حلهاي مناسب، انتخاب محصول مناسب با توجه به مسائل بعدي آن، نصب و راه اندازي درست محصولات وخدمات پس از فروش شامل تامين قطعات يدكي و تعميرات و نظاير آن مي باشد واز اينجا مشتريان صنعتي بايد با يك شركت معتبر و پايدار كار كنند چون پشتيباني سيستمهاي درايو بيش از خريد آنها اهميّت دارد.
در انتخاب يك محصول به تنهائي ويژگيهاي خود محصول كافي نيست البته بديهي است محصول بايد كيفيت مطلوبي داشته باشد ولي بايد توجه كرد كه چه سيستمهائي در پشت غرفه آن محصول نهفته است. مثلاً شما ممكن است يك اتومبيل فراري را در ايران تهيه كنيد ولي بايد توجه كنيم كه اين خودرو در ايران فاقد نهادهاي حمايتي مناسب است.بنابراين در انتخاب محصول فرآيندهاي سازماني ساپلاير محصول، لاجستيك، خدمات پس ازفروش و نكات ديگر را بايد مورد توجه قرار داد. مثلاً بايد توجه كرد كه نمايندگيهاي داخلي كه يك محصول ولو با كيفيت خوب را عرضه مي كنند خودشان كيفيت خدماتي مناسبي دارند يا نه!
