معایب و مزیت های انواع روش های راه اندازی الکتروموتور

بسیاری از افرادی که در صنعت با الکتروموتور سروکار دارند،

از کارشناسان فروش تکنوسعدی روش‌های مختلف راه‌اندازی الکتروموتور ها را جویا می‌شوند و خواستار توضیح لازم برای روش‌های مختلف راه‌اندازی الکتروموتور هستند.

در مقاله پیش رو سعی بر این است که انواع روش‌های راه اندازی الکتروموتور که در ایران رایج است شرح داده‌شده و هرکدام به‌طور کامل تشریح شوند.

به‌طورکلی چند روش رایج برای راه‌اندازی الکتروموتور وجود دارد:

1. راه اندازی مستقیم (Direct on line)
2. سافت استارتر
3. اینورتری (درایو)
4. ستاره – مثلث

در ادامه هر یک از موارد فوق به تفصیل بیان می‌شود.

راه اندازی مستقیم (Direct on line)

DOL مخفف کلمه Direct on line بوده که در زبان پارسی به معنای راه اندازی مستقیم است. به عبارتی برق به‌صورت مستقیم به الکتروموتور متصل می‌شود و هیچ تجهیزی بین این دو نیست.

این روش به روش تک ضرب نیز شهرت دارد. در روش مستقیم برق سه فاز یا تک فاز به‌صورت مستقیم وارد یک کنتاکتور می‌شود و سپس به الکتروموتور وصل خواهد شد.

کنتاکتور در حقیقت مانند کلید قطع و وصل عمل خواهد کرد. تمامی روش‌هایی که در بالا ذکر شد علاوه بر مزایایی که دارد معایبی نیز به دنبال خواهد داشت.

مزایای روش راه اندازی مستقیم الکتروموتور

1. ساده‌ترین روش راه اندازی موتور
2. استفاده از این روش ساده، طبیعتاً هزینه‌های کمتری به دنبال خواهد داشت.
3. چون این راه‌اندازی ساختمانی ابتدایی و ساده‌ای دارد پس عیب‌یابی آن نیز بسیار راحت است.
4. راه اندازی الکتروموتور به روش مستقیم قطعاً گشتاور راه اندازی بالایی دارد.

گشتاور چیست؟

گشتاور به معنای حاصل ضرب نیرو در جابجایی تعریف می‌شود. به عبارتی مقدار نیرویی است که در خروجی شفت موتور به‌عنوان نیروی گرداننده عمل می‌کند.

گشتاور راه اندازی بالا برای تجهیزاتی که در زمان استارت زیر بار اولیه نیاز به نیروی اولیه زیادی دارند بسیار مناسب است.

معایب روش راه اندازی مستقیم

1. گشتاور راه اندازی بالا خوب است اما باید توجه داشت که برای ایجاد گشتاور راه‌اندازی بالا نیاز است که جریان بالایی در ورودی داشته باشیم. این مهم باعث می‌شود که در روش راه اندازی مستقیم، جریان راه اندازی بسیار بالا باشد و درنتیجه ممکن است جریان راه اندازی تأمین نشود. این جریان راه‌اندازی می‌تواند از 1.6 برابر تا 15 برابر جریان نامی باشد. البته باید توجه داشت که در بسیاری از کتاب‌ها به طور ساده جریان راه اندازی را 5 تا 7 برابر جریان نامی در نظر گرفته می‌شود که می‌توان گفت این مقدار به‌صورت حدودی بیان‌شده و بسته به کد روی موتور، مقدار دقیق آن باید محاسبه و برآورد شود.
2. با توجه مواردی که بالا گفته شد مصرف برق افزایش‌یافته و بنابراین هزینه برق افزایش خواهد یافت.
3. ضربه زدن موتور به خاطرگشتاور بالای موتور باعث ایجاد لقی در لحظه استارت، نامتعادل کردن بار کانوایر ها، در جرثقیل‌ها اثر پاندولی و در بسیاری تجهیزات دیگر خسارت وارد می‌کند.

نتیجه‌گیری

با توجه به مواردی که در بالا ذکر شد، اگرچه روش راه اندازی مستقیم دارای مزایایی است، اما بدیهی است که معایب بزرگی نیز دارد؛ اما در حال حاضر یکی از پرطرفدارترین راه‌های راه اندازی الکتروموتور به شمار می‌رود.

به این روش برای راه‌اندازی الکتروموتور، روش تک‌ضرب نیز گفته می‌شود. جریان راه اندازی بالا در موتورهای با توان بالا و همچنین گشتاور راه اندازی بالا می‌توان برای تجهیز متصل به الکتروموتور مشکل‌ساز شود.

راه اندازی با ستاره مثلث

روش دومی که در این مقاله در مورد آن بحث خواهد شد، روش دو ضرب یا ستاره مثلث است. همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد،

راه اندازی یک‌باره الکتروموتور با روش تک ضرب یا همان راه اندازی مستقیم باعث خواهد شد که به یک‌باره جریان زیادی از شبکه گرفته شود و گشتاور راه اندازی بالایی را منتقل کرده و به تجهیزات دیگر آسیب بزند.

لذا اگر بتوان کاری کرد که جریان راه اندازی کنترل شود، مزیت بسیار بزرگی ایجادشده است و هزینه‌های بهره‌برداری کاهش خواهد یافت.

عملاً در روش دو ضرب یا همان ستاره مثلث، با کاهش ولتاژ جریان راه اندازی و گشتاور را کاهش می‌دهند و در حقیقت دو ایراد بزرگ راه اندازی الکتروموتور سه فاز با روش مستقیم را برطرف خواهیم کرد.

با این کار ولتاژ یک‌سوم خواهد شد پس گشتاور و به دنبال آن جریان راه اندازی یک‌سوم خواهد شد. گشتاور و جریان راه اندازی در حالت ستاره یک سوم مثلث بوده و این نوع راه اندازی می‌تواند بسیاری از مشکلات راه اندازی الکتروموتور به روش مستقیم را کاهش دهد؛ اما توان هم تقریباً یک سوم کاهش خواهد یافت (مقادیر دقیق نیست و به‌صورت حدودی بیان می‌شود) و این نکته مهمی است که در راه اندازی باید به آن دقت کرد.

اگر الکتروموتور شما تحت بار اولیه (اصطلاحاً زیر بار) استارت شود، سربندی ستاره گشتاور لازم را تأمین نمی‌کند. در حقیقت انتخاب الکتروموتور بر اساس بار یا توان مصرفی است و حال که اتصال به‌صورت ستاره مثلث است،

توان کمتری در ابتدا برای راه اندازی ایجاد می‌شود لذا توان الکتروموتوری که تحت بار اولیه است کم بوده و این باعث خواهد شد که سیم‌پیچ تحت‌فشار سوخته و موتور از کار بیافتد؛ بنابراین توصیه این است که در حالت ستاره مثلث، دینام بی بار استارت شود.

یک اشتباهی که بسیاری با آن مواجه هستند این است که گمان می‌کنند در حالت ستاره مثلث دور اولیه کم است و این در حالی است که بر اساس رابطه زیر، این فرضیه غلط است.

سرعت سنکرون با رابطه Ns=120 f/P نمایش داده می‌شود و ارتباط سرعت با قطب و فرمانس موتور است و به سایر پارامترها ربطی ندارد. بدیهی است که در سربندی به روش ستاره مثلث، با توجه به اینکه فرکانس و قطب دینام تغییر نمی‌کند پس دور نیز ثابت است.

اما سؤال این است که چرا با روش ستاره مثلث در برخی تجهیزات دور کم است؟

علت این است که موتور تحت بار اولیه استارت می‌شود و این زیر بار رفتن باعث خواهد شد که به موتور فشار آمده و با دور کم استارت شود اما اگر موتور خالی بار با روش ستاره مثلث راه اندازی شود، دور اولیه یکسان خواهد بود.

سؤال اساسی : آیا می‌توان تمام الکتروموتورها را به صورت ستاره مثلث راه اندازی کرد؟

خواهشمندیم اگر جواب این سؤال را میدانید، در زیر همین پست پاسخ را درج بفرمایید و اینکه اگر راهکاری برای راه اندازی تمام الکتروموتور ها به‌صورت ستاره مثلث دارید پیشنهاد دهید.

معایب روش ستاره مثلث

• زیر بار قدرت راه اندازی کمی دارد و باید بدون بار استارت شود
• برای راه اندازی دو عدد کابل نیاز دارد
• 3 عدد کنتاکتور برای استارت و استاپ در حالت معمولی و برای چپ‌گرد و راست‌گرد 5 عدد کنتاکتور نیاز دارد

راه اندازی الکتروموتور به روش سافت استارتر

سافت استارتر در حقیقت بر روی هر فاز ولتاژ را کاهش می‌دهد به عبارتی ساختار و الگوریتمی شبیه ستاره مثلث دارد. در حقیقت با کاهش ولتاژ گشتاور و جریان راه اندازی کم می‌شود.

این روش بسیار مشابه با ستاره مثلث است و بر روی هر سه فاز دیمر دارد. در حقیقت روی هر فاز دو عدد تریستور که در نیم سیکل مثبت یک تریستور را راه می‌دهد و در نیم سیکل منفی یک تریستور دیگر را راه می‌دهد.

در حقیقت با زاویه آتش تریستورها ولتاژ را کم‌ و زیاد می‌کند. در حقیقت سافت استارتر با کنترل ولتاژ از ضربه زدن جلوگیری می‌کند. البته باید توجه داشت که این کنترل ولتاژ از لحظه استارت تا لحظه‌ای است که موتور به دور نامی برسد و البته سافت استارتر فرکانس را کنترل نمی‌ کند بلکه با ولتاژ کار می‌کند.

سافت استارتر زمانی که دینام به دور نامی می‌رسد باید از مدار خارج شود وگرنه تلفات حرارتی تریستورها بالا می‌رود.

نکته بسیار مهم بعدی این است که سافت استارتر امکان کنترل دور پس از رسیدن موتور به دور نامی را ندارد و به عبارتی نمی‌تواند سرعت موتور را کم یا زیاد کند؛ اما ایراد بزرگ سافت استارتر این است که چپ‌گرد و راست‌گرد ندارد و برای اینکه چپ‌گرد و راست‌گرد داشته باشید باید از دو کونتاکتور جدا استفاده نمایید.

اگر بار شما گشتاور بالاست اصلاً به دنبال سافت استارتر نباشد که اصلاً مناسب این نوع کاربری‌ها نیست به عبارتی اگر موتور شما زیر بار باید استارت شود (مانند جرثقیل) اصلاً سافت استارتر مناسب کار شما نیست.

علت این است که ولتاژ راه اندازی در ثانیه های اول کم است و درنتیجه زور مناسب برای راه اندازی اولیه را ندارد. در حقیقت سافت استارتر برای پمپ و فن که گشتاور راه اندازی اولیه کمی نیاز دارد مناسب است.

راه اندازی الکتروموتور به روش اینورتری

اینورتر در حقیقت VFD (Variable Frequency Drive) است که در بازار عمومی به درایو نیز شهرت دارد. تقریباً استفاده از اینورتر را می‌توان بهترین روش برای راه اندازی الکتروموتور به شمار می‌رود.

اینورتر در حقیقت وسیله‌ای است که با آن می‌تواند دور موتور را کنترل کرد، موتور را حفاظت کرد و دور آن را از صفر تا 100 کنترل کرد. برای همین است که بهترین راه، مطمئن‌ترین راه و سریع‌ترین راه برای راه‌اندازی الکتروموتورها استفاده از AC درایو یا اینورتر است.

درایو یا اینورتر یک تجارت چندین میلیارد دلاری در دنیاست و امروزه به یک تجهیز پرکاربرد در صنعت بدل شده است.

اینورتر دارای نام‌های مختلفی نظیر VFD، VSD (Variable Speed Drive)، VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)، FC (Frequency Control) است. به‌عنوان‌مثال در صنایع نفتی FC خیلی استفاده می‌شود، در آسانسورها VVVF خیلی مطرح می‌شود که اساساً بردی تحت عنوان VVVF دارند.

مزیت اینورتر ها

• برای چپ‌گرد و راست‌گرد کردن موتور نیازی به کنتاکتور نیست.
• جریان هجومی بالایی برای راه اندازی الکتروموتور ندارد.
• گشتاور راه اندازی نسبتاً بالایی دارد یعنی در کمترین دور بیشتری قدرت را داشته باشید و این فوق‌العاده است.
• مصرف برق کاهش می‌یابد.
• نیازی به بانک خازنی نیست.
• در روش‌های قبلی Cos (fi) از عدد یک دور می‌شد اما با اینورتر به عدد یک نزدیک می‌شود به عبارتی توان راکتیو نزدیک به صفر است.
• با تنظیم درست حفاظت کامل از الکتروموتور را بر عهده دارد و هیچ وسیله حفاظتی دیگری نیاز نیست.
• قابلیت تنظیم دور از صفر تا 100 را دارید.
• با اینورتر دستیابی به فرکانس بالاتر از فرکانس نامی امکان‌پذیر است. به عبارتی برق ایران که 50 هرتز است را می‌توان به یک برق با فرکانس بالاتر تبدیل کنید. بعضی اینورتر ها می‌توانند تا 2.5 کیلوهرتز خروجی داشته باشند.

معایب اینورتر ها

1. در ایران قیمت بالایی دارد. لذا هزینه اولیه را بالا برده اما هزینه‌های بهره‌برداری کاهش خواهد یافت.
2. خروجی اینورتر سینوسی کامل نیست و به‌صورت پالسی است. اصطلاحاً PWM است و ازآنجایی‌که الکتروموتور با جریان سینوسی بهتر کار می‌کند، استفاده از اینورتر باعث عدم بهینه کار کردن الکتروموتور خواهد شد و باعث تلفات در الکتروموتور خواهد شد که این عیب راهکارهایی هم دارد.
3. در شبکه برق هارمونیک ایجاد می‌کند و ازآنجایی‌ که هارمونیک روی ولتاژ ایجاد می‌شود و ولتاژ برای تمام مصرف‌کنندگان روی شبکه مشترک است، به مصرف‌کنندگان دیگر هم آسیب وارد می‌شود.

سخن پایانی

با توجه به روش‌های راه‌اندازی الکتروموتور که در بالا به آن اشاره شد، قطعاً بهترین راه و مطمئن‌ترین راه برای راه‌اندازی الکتروموتور اینورتر است که امروزه کاربرد بسیار وسیعی نیز پیداکرده است و بسیاری شرکت‌های ایرانی نیز به دنبال ساخت آن هستند.