السوفت ستارتر هو وسيلة لبدء حركة المحركات الحثية بإستخدام تقنية تخفيض الجهد أثناء بدء تشغيل المحرك
يتناسب عزم المحرك الحثي طرديا مع مربع التيار والذى بدوره يتناسب طرديا مع جهد المصدر وبالتالي يمكن التحكم في عزم المحرك وسرعته عن طريق التحكم في جهد المصدر
لكن خلافا لطرق البدء الأخري يقوم السوفت ستارتر أثناء عملية بدء تشغيل المحرك بزيادة الجهد المسلط علي المحرك تدريجيا خلال فترة زمنية محددة حتي يصل إلي الجهد المقنن للمحرك في نهاية فترة البدء مما ينتج عنه أن يبدأ المحرك تشغيله بعزم وسرعة أقل من المقنن ويصل إلي السرعة المقننة في نهاية فترة البدء مع تسليط الجهد الكامل للمحرك مما يحافظ علي المحرك من أي إجهادات ميكانيكية التي قد تنتج من بدء المحرك بكامل عزمه وسرعته
ويتم التحكم في الجهد المسلط علي المحرك بإستخدام أشباه موصلات Semiconductors مثل الثايريستور thyristor حيث بالتحكم في زاوية الإشعال firing angle للثايريستور يتم التحكم في جهد المحرك فبزيادة زاوية الإشعال يقل الجهد المسلط علي المحرك والعكس صحيح
مكونات السوفت ستارتر
يتكون السوفت ستارتر من :-
- ثايريستورات SCR : حيث يتكون من عدد (6) ثايريستورات يتم توصيل كل (2) ثايريستور علي كل فازة من الفازات الثلاثة يتم توصيلهما بشكل معكوس (back to back) .
- متحكم Controller : ويتم التحكم في زاوية الإشعال للثايريستور بإستخدام دائرة منطقية التي قد تكون microcontroller أو PID control ويتم تغذية المايكروكنترولر من المصدر الرئيسي عن طريق انفرتر (موحد) حيث يتم إدخال إشارة السرعة والتيار لدائرة المايكروكنترولر وبناء علي قيمتي السرعة والتيار يقوم بالتحكم في قيمة زاوية الإشعال للثايريستور وبالتالي يتحكم في جهد المصدر المسلط علي المحرك .
- كونتاكتور تشغيل Bypass Contactor : ووظيفته توفير مسار بديل لتغذية المحرك بعد إنتهاء فترة البدء ووصول المحرك إلي سرعته المقننه.
- وسائل فصل وحماية : حيث يتم إستخدام أوفرلود حراري للحماية من زيادة الحمل وكونتاكتور للتحكم في فصل وتشغيل المحرك وقاطع عمومي أو فيوز للحماية من دوائر القصر
فكرة عمل السوفت ستارتر
يقوم السوفت ستارتر بالتحكم في جهد المحرك وبالتالي تيار المحرك وعزمه وسرعته بإستخدام الثايريستور وتكون تسلسل عمل السوفت ستارتر كما يلي :-
- يتم تغذية المايكروكنتولر بتيار مستمر DC مناسب من المصدر الرئيسي بواسطة موحد Rectifier
- يقوم المايكروكنترولر بتوليد نبضات pulses هذه النبضات يتم تغذيتها إلي دائرة إشعال الثايريستور firing Circuit تقوم دائرة الإشعال بتكبير هذه النبضات قبل تسليطها علي بوابة gate الثايريستور
- عند بدء حركة المحرك يقوم المايكروكنترولر بتوليد نبضة مخصصة لكل ثايريستور علي حدة ... متي ؟؟... عقب كل مرة تصل دورة ال sinewave إلي الصفر أي كل نصف دورة have cycle
- النبضة الأولي في بداية التشغيل يتم إطلاقها علي بوابات الثايريستورات بالقرب من نهاية نصف الدورة الأولي (بالقرب من الصفر) - أي تكون زاوية الأشعال كبيرة تقترب من 180 (مثلا 175) - وبالتالي قلت فترة التوصيل للثايريستور (من 175 حتي 180) مما يعني إنخفاض التيار أو الجهد المسلط علي المحرك في تلك اللحظة
- ثم تدريجيا يتم تقليل زاوية الإشعال لجميع الثايريستورات وبالتالي زيادة جهد المحرك حتي نصل إلي الجهد الكامل في نهاية فترة البدء للمحرك
- متي يتوقف المايكروكنترولر عن توليد النبضات؟ - حينما يجد أن قيم إشارات السرعة والتيار الواصلة إليه قد وصلت إلي القيم المقننة لها بالمحرك
- بعد انتهاء فترة البدء للمحرك ووصول المحرك للسرعة المقننة يتم عمل bypassing أي توفير مسار بديل للتيار وموازي للسوفت ستارتر بإستخدام ما يسمي ب bypass contactor حيث في هذه الحالة يتوقف السوفت ستارتر بما يشمله من كنترولر وثايريستورات عن العمل ويسري التيار في المسار الموازي البديل .
كيف يعمل الثايريستور ؟
عند تطبيق نبضة pulse علي بوابة الثايريستور gate تسمي نبضة الإشعال firing pulse يقوم الثايريستور بتوصيل التيار في إتجاه واحد فقط one direction (لذلك سنحتاج لعدد (2) ثايريستور للتحكم في الإتجاهين لدورة ال sinewave للجهد او التيار)
وبالتالي بالتحكم في زاوية نبضة الإشعال يمكننا التحكم في كمية أو قيمة الجهد المسلط علي المحرك خلال نصف دورة half cycle حيث تتراوح قيمة زاوية الإشعال للنبضة بين 0 و 180 درجة فكلما زادت زاوية الإشعال قلت فترة توصيل أو تشغيل الثايريستور وبالتالي تقل الفترة التي يتم فيها تسليط الجهد او توصيل التيار للمحرك مما يعني إنخفاض جهد المحرك (كما موضح بالرسم)
والعكس كلما قلت زاوية الإشعال زادت فترة تسليط الجهد علي المحرك مما يعني زيادة جهد المحرك .
كما ذكرنا يتم إستخدام عدد (2) ثايريستور لكل فازة من الفازات الثلاثة يتم توصيلهما بشكل متعاكس بحيث يقوم الثايريستور الأول بالتحكم في جهد المحرك في نصف الدورة الأول (الإتجاه الموجب) - عن طريق التحكم في زاوية الإشعال الخاصه به التى تتراوح بين 0 و 180 - بينما يقوم الثايريستور الآخر بالتحكم في جهد المحرك في نصف الدورة الآخر (الإتجاه السالب) بالتحكم في زاوية الإشعال الخاصة به
مميزات إستخدام السوفت ستارتر
- يساعد في عملية بدء المحرك وإيقافه بدون حدوث إجهادات ميكانيكية وكهربية للمحرك أو الأحمال .
- تقليل تيار البدء للمحرك بنسبة كبيرة إلي قيمة تتحملها ملفاته الداخليه .
- نادرا ما يحتاج إلي صيانة نظرا لعدم إحتواءه علي أجزاء ميكانيكية متحركة .
- يحمي الأحمال المتصلة مع المحرك في نفس الشبكة من إنخفاض الجهد المفاجئ أثناء فترة بدء المحرك والذي يحدث نتيجة لتيار البدء العالي .
- يستخدم للأحمال التي تحتاج إلي تشغيل وإيقاف بشكل متكرر بدون حدوث حرارة أو إجهادات للمحرك .
- إستخدام كابلات تغذية للمحرك ذات مساحة مقطع أصغر نظرا لصغر تيار البدء الناتج بإستخدام السوفت ستارتر .
- توفير إستهلاك الطاقة أثناء فترة بدء المحرك مقارنة بالطرق التقليدية لبدء المحرك
عيوب إستخدام السوفت ستارتر
- يستخدم فقط في التطبيقات التي تحتاج إلي عزم منخفض أو متوسط : حيث أن السوفت ستارتر يقوم بتخفيض الحهد المسلط علي المحرك أثناء فترة البدء مما ينتج عنه تقليل تيار البدء وبالتالي يقل عزم البدء للمحرك (الذي يتناسب مع مربع التيار) وبالتالي ينحصر استخدامه في الاحمال التى لا تحتاج إلي عزوم بدء عاليه .
- الحرارة العالية : نظرا لإستخدام مكونات شبه موصلات مثل الثايريستور التي ينتج عن استخدامها خرارة عاليه مما يتكلب استخدام وسيلة لتشتيت وتقليل الحرارية او وسائل تبريد .
- إنتاج توافقيات عالية نتيجة استخدام شبه موصلات في مكوناتها مثل الثايريستور والانفرتر
الفرق بين السوفت ستارتر وستار دلتا
- السوفت ستارتر يقوم بزيادة الجهد تدريجيا من الصفر وحتي كامل قيمته مع نهاية فترة البدء بينما الستار دلتا يكون الجهد خلال فترة البدء مساويا (3√/1) من الجهد المقنن ثم يزداد فجأه إلي قيمته المقننه .
- في حالة السوفت ستارتر تكون قيمة عزم البدء منخفض إلي متوسط كما يمكن التحكم في قيمة عزم البدء بينما في حالة الستار دلتا يكون عزم البدء منخفضا وثابت القيمة لا يمكن التحكم به .
- يمكن التحكم في زمن بدء المحرك في حالة السوفت ستارتر بينما لا يمكن التحكم في زمن البدء في حالة الستار دلتا
- في حالة الستار دلتا نجد أن اللحظة التى يتم فيها تغيير طريقة توصيل ملفات المحرك من " ستار " إلي " دلتا " فإن ذلك يكون مصحوبا بتيارات عابرة transient currents عالية جدا بينما السوفت ستارتر يقوم بزيادة الجهد تدريجيا وبالتالي زيادة التيار تدريجيا أي لا توجد زيادة حادة وعالية في التيار
- السوفت ستارتر أغلي ثمنا لكنه أكثر كفاءة من الستار دلتا .
- الستار دلتا يستخدم في بدء المحركات في حالة اللاحمل فقط أي لا يكون المحرك محملا بينما السوفت ستارتر يستخدم في بدء المحرك في كلا الحالتين الحمل واللاحمل .
تطبيقات او إستخدامات السوفت ستارتر
- السيور الناقلة : حيث أن السوفت ستارتر يساعد علي بدء المحرك وإيقاف تشغيله بشكل ناعم بدون إجهادات أو حركات فجائية مما يحافظ علي سلامة المنتج وعدم حدوث خسائر للمنتج الذي يتم نقله علي السيور فيصبح هنا استخدام السوفت ستارتر ضرورة ملحه .
- الأوناش والروافع : لضمان حركة هادئة أثناء رفع وإنزال الأحمال .
- المضخات والضواغط : لتلافي حدوث تغييرات مفاجئة في ضغوط السوائل والغازات وبالتالي تلافي حدوث ظاهرة الطرق داخل المواسير hammering.
- آلات تغليف المنتجات بالبلاستيك .
- كسارات الأحجار والمطاحن .
- السلالم المتحركة .
- المصاعد الكهربائية .
