Ένα μαλακό εκκινητή είναι οποιαδήποτε συσκευή που ελέγχει την επιτάχυνση ενός ηλεκτροκινητήρα χρησιμοποιώντας τον έλεγχο της εφαρμοζόμενης τάσης.
Τώρα ας θυμηθούμε σύντομα την ανάγκη ύπαρξης μίζας για κάθε κινητήρα.
Ένας επαγωγικός κινητήρας μπορεί να ξεκινήσει μόνος του λόγω της αλληλεπίδρασης μεταξύ της περιστρεφόμενης ροής μαγνητικού πεδίου και της ροής περιέλιξης του ρότορα, προκαλώντας υψηλό ρεύμα ρότορα καθώς αυξάνεται η ροπή. Ως αποτέλεσμα, ο στάτης αντλεί υψηλό ρεύμα και όταν ο κινητήρας φτάσει σε πλήρη ταχύτητα, τραβιέται μια μεγάλη ποσότητα ρεύματος (μεγαλύτερη από το ονομαστικό ρεύμα) και αυτό μπορεί να προκαλέσει θέρμανση του κινητήρα, τελικά να τον καταστρέψει. Για να αποφευχθεί αυτό, χρειάζονται εκκινητές κινητήρα.
Η εκκίνηση του κινητήρα μπορεί να γίνει με 3 τρόπους
- Εφαρμογή πλήρους τάσης φορτίου σε χρονικά διαστήματα: Εκκίνηση απευθείας γραμμής
- Εφαρμογή σταδιακής μειωμένης τάσης: Star Delta Starter και Soft starter
- Εφαρμογή εκκίνησης εξαρτήματος: Έναρξη αυτόματου μετασχηματιστή
Ορισμός της μαλακής εκκίνησης
Τώρα ας στρέψουμε την ιδιαίτερη προσοχή μας στην απαλή εκκίνηση.
Σε τεχνικούς όρους, ένα μαλακό εκκινητή είναι οποιαδήποτε συσκευή που μειώνει τη ροπή που εφαρμόζεται στον ηλεκτροκινητήρα. Συνήθως αποτελείται από συσκευές στερεάς κατάστασης όπως θυρίστορ για τον έλεγχο της εφαρμογής τάσης τροφοδοσίας στον κινητήρα. Η μίζα λειτουργεί στο γεγονός ότι η ροπή είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος εκκίνησης, το οποίο με τη σειρά του είναι ανάλογο με την εφαρμοζόμενη τάση. Έτσι, η ροπή και το ρεύμα μπορούν να ρυθμιστούν μειώνοντας την τάση κατά την εκκίνηση του κινητήρα.
Μπορούν να υπάρχουν δύο τύποι ελέγχου χρησιμοποιώντας μαλακό εκκινητή:
Ανοίξτε το στοιχείο ελέγχου : Εφαρμόζεται τάση εκκίνησης με το χρόνο, ανεξάρτητα από το ρεύμα που έχει τραβηχτεί ή την ταχύτητα του κινητήρα. Για κάθε φάση, δύο SCR συνδέονται πλάτη με πλάτη και οι SCRs αρχικά διεξάγονται με καθυστέρηση 180 μοιρών κατά τη διάρκεια των αντίστοιχων κύκλων μισού κύματος (για τους οποίους κάθε SCR διεξάγει). Αυτή η καθυστέρηση μειώνεται σταδιακά με την πάροδο του χρόνου έως ότου η εφαρμοζόμενη τάση αυξάνει μέχρι την πλήρη τάση τροφοδοσίας. Αυτό είναι επίσης γνωστό ως σύστημα ράμπας τάσης χρόνου. Αυτή η μέθοδος δεν είναι σχετική καθώς δεν ελέγχει την επιτάχυνση κινητήρα.
Έλεγχος κλειστού βρόχου : Οποιοδήποτε από τα χαρακτηριστικά εξόδου του κινητήρα όπως το ρεύμα που τραβήχτηκε ή η ταχύτητα παρακολουθείται και η τάση εκκίνησης τροποποιείται ανάλογα για να λάβει την απαιτούμενη απόκριση. Το ρεύμα σε κάθε φάση παρακολουθείται και εάν υπερβεί ένα ορισμένο σημείο ρύθμισης, η ράμπα τάσης χρόνου σταματά.
Έτσι, η βασική αρχή του μαλακού εκκινητή είναι με τον έλεγχο της γωνίας αγωγιμότητας των SCRs μπορεί να ελεγχθεί η εφαρμογή τάσης τροφοδοσίας.
2 συστατικά ενός βασικού μαλακού εκκινητή
- Διακόπτες ισχύος όπως τα SCR που πρέπει να ελέγχονται φάσεις έτσι ώστε να εφαρμόζονται για κάθε μέρος του κύκλου. Για έναν τριφασικό κινητήρα, δύο SCR συνδέονται πλάτη με πλάτη για κάθε φάση. Οι συσκευές μεταγωγής πρέπει να βαθμολογούνται τουλάχιστον τρεις φορές περισσότερο από την τάση γραμμής.
- Λογική ελέγχου χρησιμοποιώντας ελεγκτές PID ή Μικροελεγκτές ή οποιαδήποτε άλλη λογική για τον έλεγχο της εφαρμογής της τάσης πύλης στο SCR, δηλαδή για τον έλεγχο της γωνίας πυροδότησης των SCR για να κάνει τη SCR να διεξαχθεί στο απαιτούμενο μέρος του κύκλου τάσης τροφοδοσίας.
Παράδειγμα λειτουργίας του Ηλεκτρονικού συστήματος μαλακής εκκίνησης για τριφασικό κινητήρα επαγωγής
Το σύστημα αποτελείται από τα ακόλουθα στοιχεία.
- Δύο SCR πλάτη με πλάτη για κάθε φάση, δηλαδή συνολικά 6 SCR.
- Έλεγχος κυκλώματος Logic με τη μορφή δύο συγκριτών - LM324 και LM339 για την παραγωγή της στάθμης και της τάσης ράμπας και ενός οπτοαπολυτήρα για τον έλεγχο της εφαρμογής τάσης πύλης σε κάθε SCR σε κάθε φάση.
Ένα κύκλωμα τροφοδοσίας για την παροχή της απαιτούμενης τάσης τροφοδοσίας DC.
Διάγραμμα μπλοκ που δείχνει το ηλεκτρονικό σύστημα μαλακής εκκίνησης για τριφασικό κινητήρα επαγωγής
Η τάση στάθμης παράγεται χρησιμοποιώντας τον συγκριτή LM324 του οποίου ο ακροδέκτης αντιστροφής τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας μια πηγή σταθερής τάσης και ο μη αναστρέψιμος ακροδέκτης τροφοδοτείται μέσω ενός πυκνωτή συνδεδεμένου με τον συλλέκτη ενός τρανζίστορ NPN. Η φόρτιση και εκφόρτιση του πυκνωτή προκαλεί την αλλαγή της εξόδου του συγκριτή και το επίπεδο τάσης αλλάζει από υψηλό σε χαμηλό. Αυτή η τάση στάθμης εξόδου εφαρμόζεται στο μη αναστρέψιμο τερματικό ενός άλλου συγκριτή LM339 του οποίου ο ακροδέκτης αντιστροφής τροφοδοτείται χρησιμοποιώντας τάση ράμπας. Αυτή η τάση ράμπας παράγεται χρησιμοποιώντας έναν άλλο συγκριτή LM339 ο οποίος συγκρίνει την παλμική τάση DC που εφαρμόζεται στον ακροδέκτη αναστροφής του με την καθαρή τάση DC στον μη αναστρέψιμο ακροδέκτη του και παράγει ένα σήμα αναφοράς μηδενικής τάσης που μετατρέπεται σε σήμα ράμπας με τη φόρτιση και εκφόρτιση ενός πυκνωτής ηλεκτρολυτών.
Το 3rdΟ συγκριτής LM339 παράγει σήμα υψηλού πλάτους παλμού για κάθε τάση υψηλού επιπέδου, η οποία μειώνεται σταδιακά καθώς μειώνεται η τάση στάθμης. Αυτό το σήμα αναστρέφεται και εφαρμόζεται στον Optoisolator, ο οποίος παρέχει παλμούς πύλης στα SCR. Καθώς μειώνεται το επίπεδο τάσης, το πλάτος παλμού του Optoisolator αυξάνεται και όσο περισσότερο το πλάτος παλμού, τόσο μικρότερη είναι η καθυστέρηση και σταδιακά ενεργοποιείται το SCR χωρίς καθυστέρηση. Έτσι ελέγχοντας τη διάρκεια μεταξύ των παλμών ή καθυστέρησης μεταξύ των εφαρμογών παλμών, ελέγχεται η γωνία πυροδότησης του SCR και ελέγχεται η εφαρμογή του ρεύματος τροφοδοσίας, ελέγχοντας έτσι τη ροπή εξόδου του κινητήρα.
Η όλη διαδικασία είναι ένα σύστημα ελέγχου ανοιχτού βρόχου όπου ο χρόνος εφαρμογής των παλμών ενεργοποίησης πύλης σε κάθε SCR ελέγχεται με βάση το πόσο νωρίτερα μειώνεται η τάση ράμπας από την τάση στάθμης.
Πλεονεκτήματα της Soft Start
Τώρα που έχουμε μάθει πώς ένα ηλεκτρονικό σύστημα μαλακής εκκίνησης λειτουργεί, ας θυμηθούμε μερικούς λόγους για τους οποίους προτιμάται σε σχέση με άλλες μεθόδους.
- Βελτιωμένη απόδοση : Η αποδοτικότητα του συστήματος μαλακής μίζας με χρήση διακοπτών στερεάς κατάστασης οφείλεται περισσότερο στη χαμηλή τάση κατάστασης.
- Ελεγχόμενη εκκίνηση : Το ρεύμα εκκίνησης μπορεί να ελεγχθεί ομαλά αλλάζοντας εύκολα την τάση εκκίνησης και αυτό διασφαλίζει ομαλή εκκίνηση του κινητήρα χωρίς τραύματα.
- Ελεγχόμενη επιτάχυνση : Η επιτάχυνση του κινητήρα ελέγχεται ομαλά.
- Χαμηλό κόστος και μέγεθος : Αυτό διασφαλίζεται με τη χρήση διακοπτών στερεάς κατάστασης.
