Soft Starter, VFD & VSC

 (Soft Starter, Variable Frequency Drive & Variable Speed Coupling)

سافت استارتر یک دستگاه الکترونیکی (solid-state device) است که الکتروموتور AC را از آسیب های ناشی از هجوم توان با محدود کردن هجوم جریان اولیه در زمان راه اندازی موتور محافظت می کند. آنها یک شیب ملایم تا سرعت نامی موتور ایجاد می کنند و فقط در شروع کار استفاده می شوند. (در زمان توقف اگر برای این کار تجهیز شده باشند). افزایش تدریجی ولتاژ اولیه تغذیه موتور باعث راه اندازی تدریجی آن می گردد. سافت استارترها همچنین با عنوان سافت استارترهای ولتاژ کاهش یافته (RVSS) نیز شناخته می شوند. موارد استفاده سافت استارترها در کاربردهایی استفاده می شوند که:

  • کنترل سرعت و گشتاور فقط در زمان راه اندازی مورد نیاز است. (در زمان توقف اگر به صورت سافت استپ هم تجهیز شده باشد)
  • کاهش جریانهای هجومی مربوط به یک موتور بزرگ، در لحظه راه اندازی مورد نیاز باشد.
  • سیستم مکانیکی که نیاز به راه اندازی نرم برای فرونشاندن تنش و جهش گشتاور مرتبط با راه اندازی های معمول را دارد. (برای مثال، کانوایرها، سیستمهای گردان تسمه ای، چرخ دنده ها و مانند اینها)
  • پمپهای مورد استفاده برای حذف ضربه های فشار در سیستمهای پایپینگ در هنگامی که تغییر جهت مایع خیلی سریع است.

سافت استارترهای الکتریکی با کاهش گشتاور بطور موقت ولتاژ یا جریان ورودی را کاهش می دهند. بعضی از سافت استارترها ممکن است برای کمک به کنترل شارش جریان از تجهیزات حالت جامد استفاده کنند. آنها می توانند یک تا سه تا از فازها را کنترل کنند، با کنترل سه فاز معمولا نتایج بهتری حاصل می شود.

بیشتر سافت استارترها از یک سری تریستور یا یکسوسازهای کنترل شده سیلیکونی (SCR) برای کاهش دادن ولتاژ استفاده می کنند. در حالت خاموش، SCR جریان را قطع کرده، اما در حالت روشن، SCR ها به جریان اجازه می دهند عبور کند. SCR ها در طی افزایش سرعت به کار می روند و کنتاکتورهای مسیر جنبی (bypass) در هنگامی که موتور به سرعت ماکزیمم خود رسید عمل می کنند. این کار کمک می کند گرمایش موتور به مقدار قابل توجهی کاهش یابد.

مزایای انتخاب یک سافت استارتر:

سافت استارترها اغلب اوقات برای کاربردهایی که فقط نیاز به کنترل سرعت و گشتاور در هنگام راه اندازی است به صرفه تر هستند. علاوه بر این، آنها اغلب در جاهایی که مساله فضای موجود یک محدودیت است یک انتخاب ایده آل هستند چونکه معمولا در مقایسه با درایوهای فرکانس متغیر فضای کمتری را اشغال می کنند.

درایوهای فرکانس متغیر

یک درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه کنترل موتور است که موتور القایی AC را حفاظت کرده و سرعت آن را کنترل می کند. یک VFD می تواند سرعت موتور را در حین راه اندازی و توقف کنترل کرده و علاوه بر آن در کل سیکل کاری نیز این کار را انجام می دهد. VFDها همچنین به عنوان درایوهای با فرکانس قابل تنظیم (AFD) نیز شناخته می شوند. کاربردها VFD ها در کاربردها و در جاهایی استفاده می شوند که:

  • رنج کامل کنترل سرعت مورد نیاز باشد
  • صرفه جویی انرژی یک هدف است
  • کنترل سفارشی نیاز است

VFD ها توان ورودی را به منبعی با ولتاژ و فرکانس قابل تنظیم برای کنترل سرعت موتورهای القایی AC تبدیل می کنند. فرکانس توان اعمالی به یک موتور AC، مطابق با روابط زیر سرعت موتور را تعیین می کند،

N = 120 x f / p

P = تعداد قطبهای  f = فرکانس N = سرعت

موتور برای مثال، یک موتور چهار قطب که در فرکانس 50 هرتز کار می کند. مقادیر را در فرمول مطابق رابطه زیر قرار داده و سرعت را محاسبه می کنیم: سرعت = 120 * 50 تقسیم بر 4 = 1500rpm

Untitled

منبع AC: از شبکه قدرت شرکت تامین کننده توان می آید (نوعا 400 ولت، 50 هرتز)

یکسوساز: برق شبکه AC را به برق DC تبدیل می کند.

 فیلتر و باس DC : با همدیگر کار کرده تا برق DC یکسو شده را هموار کرده و یک برق DC تمیز و با ریپل کم را تحویل اینورتر دهند.

اینورتر: از برق DC رسیده از فیلتر و باس DC استفاده کرده و با استفاده از تکنیک مدولاسیون پهنای پالس (PWM) به یک برق با شکل موج سینوسی تبدیل می کند.

مدولاسیون پهنای پالس: سوئیچهای اینورتر را به گونه ای کلید زنی می کند که دارای زمان و پهنای متفاوتی بوده و هنگامی که متوسط گیری شوند یک شکل موج سینوسی ساخته شود.

مزایای استفاده از VFD

  • صرفه جویی انرژی
  • کاهش پیک تقاضای انرژی
  • کاهش دادن توان در هنگامی که مورد نیاز نیست
  • سرعت کاملا قابل تنظیم (پمپها، کانوایرها و فن ها(
  • راه اندازی، توقف و شتاب گیری کنترل شده
  • کنترل دینامیک گشتاور
  • ایجاد حرکت نرم و روان برای کاربردهایی نظیر آسانسورها و پله های متحرک برقی
  • سرعت تجهیزات را ثابت نگه می دارد، که درایو را جهت تجهیزات تولید و ادوات صنعتی مانند میکسرها، آسیابها و خرد کن ها ایده آل کرده است.
  • تطبیق پذیری
  • ارتباطات و اماکن تشخیص عیب داخلی
  • حفاظت پیشرفته در مقابل اضافه بار
  • منطبق با عملکرد PLC و برنامه نویسی نرم افزاری
  • ورودی ها / خروجی های دیجیتال (DI/DO)
  • ورودی ها / خروجی های آنالوگ (AI/AO)
  • خروجی های رله

صرفه جویی انرژی

VFD ها بیشترین صرفه جویی در مصرف انرژی را برای فن ها و پمپ ها ارائه می کنند. روش جریان قابل تنظیم، منحنی شارش را تغییر داده و و نیاز به توان را به شدت کاهش می دهد. تجهیزات گریز از مرکز (فن ها، پمپها و کمپرسورها) از مجموعه ای از قوانین همبستگی (affinity laws) با سرعت تبعیت می کنند. این قوانین همبستگی رابطه بین سرعت و مجموعه ای از متغیرها را به صورت زیر مشخص می کند.

  • شارش
  • فشار
  • توان

بر اساس قوانین همبستگی، شارش به صورت خطی با سرعت تغییر می کند (شکل چپ). در حالیکه فشار متناسب با مربع سرعت است (شکل وسط). توان مورد نیاز متناسب با مکعب سرعت است. آخری خیلی مهم است چون که اگر سرعت افت کند، با توان سوم سرعت، توان مورد نیاز کاهش می یابد.

Untitled

همبستگی جریان-سرعت

همبستگی فشار-سرعت

همبستگی توان-سرعت

Untitled

سیستم کنترل ولو با موتور سرعت ثابت

Untitled

موتور با سیستم دور متغیر

Untitledمصرف توان سیستم کنترل ولو در مقایسه با سیستم دور متغییر

 VSC:

Variable Speed Coupling

در موتورها با توان بالای 100 کیلووات می توان از VSC استفاده نمود. مزایا و معایب VSC در مقابل  VFD به شرح زیر می باشد. البته باید گفت به کار گیری که این سیستم با توجه به اینکه سازندگان معتبر محدودی دارد، در پروژه ها زیاد نیست.

  • فضای مورد نیاز کمتر
Untitled Untitled
  • مصرف توان کمتر
Untitled
  • راندمان بالاتر
Untitled
  • هزینه بهره برداری کمتر
Untitled
  • طول عمرUntitled