Soft Starter (Yumuşak Yol Verici) Nedir ?

Soft starter, asenkron motorlara yarı iletken (tristör) güç anahtarları aracılığıyla yükü ve torku azaltma yöntemi ile yol veren ve motor performanslarını en üst düzeyde tutan mikroişlemci tabanlı güç elektroniği sistemidir. Motorlar direkt enerji verildiği zaman tam devirde ani kalkış ve duruş yaparak sistemlerde mekanik arızalara neden olabilmektedir. Ayrıca şebekeden büyük miktarda enerji çekerek şebekede gerilim düşümüne sebep olurlar.

Yumuşak yol vericiler kalkınma sırasında motorun kalkınma akımını sınırlar, motorun tam devrine ulaşıncaya kadar geçen zamanda darbe yapmadan yumuşak rampa sağlayarak motor akımının kademeli olarak yükselterek motor ve mekanik ekipmanların ömrünü de uzatır. Soft-starterler yumuşak kalkışlar aracılığı ile büyük miktarda enerji tasarrufu gerçekleştirilebilmektedir. Yumuşak yol vericiler genellikle testereler, yürüyen merdivenler, konveyörler, karıştırıcılar ve mikserler, kompresörler ve santrifüj pompaları gibi hız ve tork kontrolü gerektiren cihaz benzeri uygulamalar içinde kullanılır. Eski yol verme yöntemi olan yıldız-üçgen kullanımı artık pek fazla tercih edilmemektedir.

Soft Starter (Yumuşak Yol Verici) Çalışma Prensibi

Soft-starterler şebeke ile motor arasına bağlanırlar. Soft-starterlerde, motora uygulanan gerilim ve motor akımı izlenerek ayarı yapılır. Mikroişlemci ile birlikte çalışıyor olması kontrol sistemleri ile donatılmış yol vericiler motordaki tork-akım ilişkisini zamana bağlı olarak ayarlamasıyla, motorun devreye girme ile çıkma işlemi darbe yapmadan gerçekleşir. Yumuşak denilmesinin sebebi bu yüzdendir.

Yumuşak yol verici ile motora uygulanan gerilim değerinin istenilen değere göre düzenlenebilir olması, motorlarda frenleme yapılması, kalkış-duruş süresi ayarları yapmak mümkündür. Bu durumların dışında fazladan enerji kontaktörüne gerek yoktur.

Soft Starterlerin Sınıflandırılması

Soft-starterler aşağıdaki gibi sınıflandırılabilir;

• Moment Kontrolörleri
• Açık Çevrimli Gerilim Kontrolörleri,
• Kapalı Çevrimli Gerilim Kontrolörleri,
• Kapalı Çevrimli Akım Kontrolörleri.

Moment kontrolörleri

Ya da tork kontrolörleri yalnızca kalkış momentini ayarlamaya işlevi için kullanılır. Bu sınıftaki soft starterlerde akım kontrolü yapılamaz.

Açık çevrimli gerilim kontrolörleri

Üç faz üzerinde de kontrol gerçekleştirir. Kalkış anındaki gerilim değişimini önceden ayarlar. Bu tip yol vericiler harici bir motor koruma sistemi ve istenildiğinde farklı kontaktör ile kullanması gerekir.

Kapalı çevrim gerilim kontrolörleri

Açık çevrimden farkı durumu, motorun kalkınma akımını geri besleme olarak almasıdır. Motor, ayarladığımız akım değerine ulaştığı durumda gerilimin sabit olarak artışının bitirmesinin ardından sabit gerilimde kalmasını sağlar. Bu sınıftaki soft-starterler aşırı yük, faz dengesizliği, düşük akım gibi korumalardan oluşur. Bu tip soft-starterler motor koruma özelliğine de sahiptir.

Kapalı çevrim akım kontrolörleri

Yumuşak yol vericilerin en kaliteli sınıfıdır. Kapalı çevrimli gerilim kontrolörlerinden farkı motor kalkış akımı her saniye içinde kontrol edilir. Gerilim kontrolü kullanıcı tarafından ayarlanması gerekli olan değerler, bu sınıfa giren soft starterlerde otomatik olarak soft starter seçmektedir.

Uygulama Alanları

Soft-starterlerin uygulama alanlarına bakacak olursak oldukça geniştir.

Testereler, Presler, Karıştırıcı ve Mikserler, Santrifüj Pompaları, Kompresörler, Fanlar ve Üfleyiciler, Kırıcılar, Hidrolik Sistemler, Klimalar, Yürüyen Merdivenler.

Soft Starter İle Sürücü Arasındaki Farklar

Sürücüye soft starter’ın daha gelişmişi denilebilir. Soft Starterlar kalkışı ve duruşu kontrol eder. Kalkış yaptıktan sonra devreyi bypass kontakları üzerinden beslerler ve tristörlerin yüksek eforla çalışmasına sebep olmazlar. Duruşta tekrar tristörler yükü üzerine alırlar. Yani yumuşak yolverici başlangıç ve duruşta işlevini yapar, motorun hızını kontrol etmez.

Sürücüler ise yani diğer adıyla hız kontrol cihazları (frekans konvertörleri de denir) frekans kontrol yoluyla motorun hızını değiştirir. Sürücüler, yumuşak yol vericinin tüm özelliklerini bünyesinde barındırır ve bunun dışında hız kontrolü de yapar. Çok gelişmiş ayar yapabilme yeteneğine sahiptirler. Sürücüler yumuşak yol vericilere göre daha pahalı cihazlardır ve boyutları daha büyüktür. Ayrıca sürekli hız kontrolü yaptıkları için lineer yapılı olmayan tristörleri daha çok çalışır ve harmonik yayılımları daha yüksektir. Eğer sadece kalkışta ve duruşta motorun verimli kontrolü ve kalkış akımının engellenmesi isteniyorsa yumuşak yolvericiler, daha gelişmiş fonksiyonlar ve hız kontrolü isteniyorsa motor sürücüler tercih edilmektedirler.

Soft Starterin Yapısı

Soft starter yapısı tristörlerden meydana gelir. Soft starter, her fazda birbirine ters yönlü 2 adet tristörden oluşan, tristor köprülerinin tetikleme açılarının değiştirilmesi ile şebeke frekansı değiştirilmeden, başlangıç geriliminin kademeli olarak artırılması dolayısı ile başlangıç akımının kontrol edilmesi esasına göre çalışır.

Yol alma süresinin sonunda nominal gerilime ulaşan soft starterlar yavaşlama anında tekrar devreye girmek üzere bir bypass kontaktörü (veya kontağı) üzerinden motorun şebekeye bağlanmasını sağlamaktadır.

Bu yolla tristörlerin aşırı ısınması engellenerek cihazın ömrü uzatılmış olur. Motorun çalıştığı bütün bu süreç boyunca yumuşak yol vericiler sisteme sürekli biçimde; termik koruma, faz kaybı algılaması gibi korumaları sağlamaya devam eder.

Soft starter motorun kalkış akımını gerilimi belli bir seviyeden başlatmasıyla sınırlayan görevini yapınca da duruşta tekrar devreye girmesi için kendini bekleme konumuna alan bir cihazdır.

Soft starter’ın ayarları genellikle üzerlerindeki ekranlar vasıtasıyla rahatlıkla yapılabilir. Motor parametreleri ve koruma parametreleri ekran üzerinden girilerek yumuşak yol vericinin verimli çalışması sağlanabilir. Basit yapılı soft starterlarda ise kalkış ve duruş ayarları cihaz üzerindeki potansiyometreler aracılığı ile yapılır.

Soft starterler tek faz, iki faz ve üç faz kontrollü olarak üretilebilir.

Tek fazlı kontrollü

Tek faz kontrollü soft starterlar başlangıçtaki tork etkisini azaltır fakat başlangıç ​​akımını azaltmaz. Direkt yol vericiler ile birlikte kullanılması gerekir. Üç fazın sadece bir tanesinde tristör bulunur.

İki fazlı kontrollü

İki fazlı kontrollü soft starterlar tork geçişlerini ortadan kaldırır ve motor yol verme akımını azaltır. Bu tip soft starterlarda iki fazda tristör bulunmaktadır. Kontrol edilmeyen faz, motor çalıştırma sırasında kontrol edilen iki fazdan daha yüksek bir akıma sahiptir. Bu nedenle bu çeşit soft starterlar ile bazı motor koruma görevleri gerçekleştirilemez.

Üç fazlı kontrollü

Üç faz kontrollü soft starterlar üç fazı da kontrol eder, optimum yumuşak başlatma gerçekleştirebilir. Normal şart ve ağır şart uygulamalarda kusursuza yakın bir performans sağlarlar. Motor koruma özelliklerinin çoğu gerçekleştirebilir.

Soft starter ve bypass özelliği

Soft Starterler dahili veya harici olarak bulunabilen bypass özelliğine sahiptir. Bu özellik tristörlere paralel olarak konumlandırılan kontaklar veya kontaktörler aracılığı ile sağlanır. Motorun başlatılması sırasında ilk olarak tristörler yükü üzerine alır ve akım sınırlı hale gelir. Motor nominal akımına ulaştıktan sonra tristörlerin daha fazla zorlanmasına gerek kalmaz. Bu nedenle enerji tristörler üzerinden alınarak bypass kontakları veya kontaktörleri üzerine aktarılır. Bypass kontaktörü / kontağı, motorun yol alma periyodu tamamlandıktan sonra kapanır ve bir durdurma ya da  hata komutu algılamasıyla tekrar açılır.

Soft starter kullanımının motorlar ve kullanıcılar için faydaları

• Gerilim ve akım kademesiz ve ani değişimlerden etkilenmeden değiştirilebilir.
• Kalkış süresince akım ve momentin esnek ve basit kontrolü yapılabilir.
• Sık yol vermeye müsaittir.
• Değişken kalkış koşullarında çalışabilmektedir.
• Yumuşak duruş özelliğinin de kullanımı ile motor duruş süresinin kontrol edilebilir
• Frenleme özelliği ile motor duruş süresi azalması sağlanır.
• Gelişmiş motor koruma ve operatör ara birim özelliklerine mevcuttur
• Haberleşme imkanları yüksek ve geniştir
• Hem normal şart hem de ağır şart uygulamalarda verim elde edilir.
• Direkt yol verme ve yıldız üçgen yol vermede oluşan ani pik gerilimler, mekanik ve elektriksel zorlanmalar yumuşak yol vericide olmaz. Bu sayede motor ömrüne pozitif bir etkisi olur.

 Gerilim düşmesi de hem çalışan motorun hem de çalışan diğer alıcıların çalışma özelliğini etkilemektedir. Şebekelerin durumlarına göre elektrik idareleri belirli güçlerden büyük motorların yani 3 KW’nin üzerindeki motorların çalıştırılmasında kalkış akımını düşürücü önlemleri alınması için kurallar getirmektedir.

Asenkron Motorun Kalkınma Sırasındaki Şebekeye Olan Etkileri

Asenkron motor çalışmaya başladığı ilk anda şebekeden çektiği akıma kalkınma akımı denir. Asenkron motor çalışırken bu akım, motorun gücüne ve kutup sayısına bağlı olarak birlikte yaklaşık anma akımların 3 ya da 6 katı kadardır.

 Duran bir asenkron motor üzerine gerilim uygulandığı zaman stator sargılarında meydana gelmekte olan manyetik alan kuvvet çizgilerinin tamamı rotor çubuklarını kestiği için rotorda endüklenen gerilim ve haliyle de rotor çubuklarından geçen akım en yüksek değerinde olur.

 İlk anda rotor dönmediği için zıt EMK en küçük değerdedir ve bu sebeple motor şebekeden en yüksek akımı çeker. Rotor dönmeye başlayınca stator döner alan hızıyla rotor hızı arasında olan fark azalmaya başlamaktadır. Bunun sonuncunda zıt EMK’nin değeri yükseleceği için şebekeden çekilmekte olan kalkınma akımı giderek azalır.

 Yukarıda belirtilen değerlerden dolayı küçük güçlü motorların çekmiş olduğu kalkınma akımı, giderek azalan bir durumda olduğu için sargılar ve şebeke için bir sorun oluşturmamaktadır. Ancak 3 kW’ın üzerinde büyük güçlü motorların kalkınma akımı, hem şebeke için hem de motor sargısı için zararlıdır.

 Haliyle bu fazla akım motor sargılarında aşırı şekilde sınmalara, şebekede ise gerilim düşümlüne ve gerilim dalgalanmasına sebep olur. Haliyle de gerilim düşümü, motoru ve şebekeden beslenmekte olan diğer alıcıları etkilemektedir.  Bunun haricinde kumanda devresindeki anahtarlama elemanlarının daha çabuk yıpranmasına ve arıza yapmasına yol açmaktadır. Bu sebeple büyük güçlü motorların ve çok sık yol alan küçük güçlü motorların, kalkınma akımları şebekeyi olumsuz yönde etkilenmemesi için çeşitli yöntemler uygulanır.

Asenkron Motorlara Yol Verme Yöntemleri

Doğrudan Yol Verme(Direkt Yol Verme)

Asenkron motor, kalkışı sırasında şebekeden 3-6 katı kadar daha fazla akım çeker. Asenkron motor yol verme yöntemlerinden biri olan doğrudan yol vermede kalkış sırasında çekilmiş olan bu fazla akımın süresi kısadır. Küçük güçlü motorlarda, kısa zamanlı fazla akımın şebeke üzerinde olumsuz etkileri olmaz. Ancak büyük güçlü motorlarda, kalkış akımlarının etkisi oldukça önemlidir.

 Şebekelerin durumlarına göre elektrik idareleri, belirli güçlerden büyük motorların çalıştırılması sırasında kalkış akımını düşürücü bazı önlemler alınması için kurallar getirmiştir. Bir fazlı motorlar, küçük güçlü motorlar olduğu için bu motorlara ve yine üç fazlı asenkron motorlara doğrudan yol verilmektedir. Asenkron motor yol verme işleminde, kollu veya paket tip mekanik şalter veya kontaktör kombinasyonlarıyla oluşturulmuş olan manyetik şalterler kullanılmaktadır.

Düşük Gerilimle Yol Verme

 Asenkron motor yol verme yöntemlerinden biri olan düşük gerilimle yol verme yöntemi ilk çalışmaya başlama, boşta çalışmakta olan motorlarda uygulanmaktadır. Yük altındaki kalkınan motorlara uygulanmaz. Bunun sebebi motora düşük gerilim verildiği zaman döndürme momintinin de azalmasıdır. Yükü karşılayabilmek amacıyla motor şebekeden daha çok akım çeker ve kalkınmaz.

 Düşük gerilimle yol verme yöntemleri ise yıldız-üçgen yol verme yöntemi, Oto trafosu ile yol verme yöntemidir. Üç fazlı Asenkron motor yol verme yöntemlerinden en çok kullanılanı, düşük gerilimle yol verme yöntemidir. Ancak bu yöntem sadece boşta kalkınan motorlara uygulanmaktadır.

Çünkü yüklü kalkınmakta olan bir motora kalkınma sırasında düşük gerilim uygulandığı zaman motor, yükü karşılamak amacı ile şebekeden daha çok fazla akım çeker ve kalkınamaz. Oysa düşük gerilimle yol verme amacı kalkış akımını azaltmak olduğu için yüklü kalkınan motora düşük gerilim yöntemi ile yol verilmez.

Yıldız-Üçgen Yol Verme Yöntemi

Bu Asenkron motor yol verme yönteminde amaç motoru yıldız bağlı çalıştırabilmektir. Bununla birlikte kalkışını tamamlayan motoru hemen normal bağlantı olan üçgen bağlı olarak çalıştırabilmek amaçtır. Motor kalkışı sırasında yıldız bağlı çalıştırılmış olduğu için uygulanan gerilim U3 değerine düşmektedir. Şebekeden çekilen akım ise 1/3 değerlerine kadar düşer.

Oto Trafosu İle Yol Verme Yöntemi

Asenkron motorlara yol verme yöntemlerinden biri olan direnç ile yol vermekteki amaç şebekedeki gerilimi düşürmektir. Söz konusu olan şey direncin görevi olmaktadır. Böylelikle motor, şebekeden olması gerekenden düşük bir kalkınma akımını çekmiş olur. Kalkınma akımını azaltmak için de büyük güçlü motorun devresine seri olarak ayarlı olan direnç yerleştirilmektedir. Kademeli olarak ayarlanmakta olan direnç sırayla kontaktörün kontakları tarafından devreden çıkartılır.

Mikroişlemcilerle Yol Verme Yöntemi

Kurulması maliyet gerektirmektedir ancak motorlar vuruntu olmadan oldukça yumuşak kalkış sağlarlar. Motorun devri geniş sınırlar içerisinde ayarlanabiliyor olması sebebiyle bu yöntem tercih edilir. Yapısı ve çalışması mikro işlemci temeline dayanmaktadır. Şebeke ve motorun arasına yerleştirilen mikro işlemci ile motor istenilen şekilde çalışır.

Yumuşak Yol Verme(Soft-Starter ile Yol Verme)

Yumuşak bir şekilde yol alması gereken motorlara, softstarter ile yol verilmektedir. Bu vericiler, motor akımı ve motora uygulanmakta olan gerilimi takip eder. Bu takip sonucunda da gereken ayar verilir. Yumuşak yol vericiler mikro işlemci tabana sahip kontrol sistemleri ile donatılmaktadır.

 Tork akım ilişkisini zamana bağlı olarak yavaşça ayarlamaktadır. Motorun devreye girmesi ve çıkması darbe olmadan yumuşakça olur. Softstarterler motorun akımını ve geriliminin kontrolünü sağlar. Motorun devreye girmesi ile gerilim değeri % 100’e kadar kontrollü bir biçimde uygulanır.

 Motorun devreden çıkması da yine aynı şekilde kontrolü yapılarak sağlanır. Softstarterler asansör, yürüyen merdiven, taşıyıcı bant gibi alanlarda kullanılırlar. Bunun haricinde araba yıkama tesislerinde ve zemin temizleme araçlarında da kullanılmaktadırlar.

Frekans Değiştirici ile Yol Verme(Sürücüler İle Yol Verme)

Frekansların değiştirilerek hız ayarı inverter cihazıyla yapılmaktadır. İnverter DC-AC dönüştürmektedir. Ayrıca frekansı ve gerilimi birbirlerinden bağımsız bir şekilde ayarlayabilen cihazlardır. Asenkron motorların kutup sayıları ve frekansları değiştiği aman hızları da değişmektedir.

 Sürücüde bulunmakta olan mikro işlemciyle asenkron motor statoruna uygulanmakta olan gerilim frekans oranı değişir. Bu durum da motorun çalışma koşuluna bağlı olarak değişmektedir. İstenilen devirlerde istenilen moment sağlanır.

 Hız Değişimi

 Elektrik motorlarının belirli bir hızda dönmeleri için motora mikro işlemcili elektronik hız değiştirici bir inverter takılmalıdır. Değişmekte olan hızlar için doğru akım motorları seçimi yapılmalıdır. Bu motorlarda sabit uyarısı altında dönme hızı rotor üzerine uygulanmakta olan gerilimle doğru orantılıdır.

 Kuvvet çiftiyle rotordan geçmekte olan akımın şiddeti arasındaki oran aynı kalmaktadır. Bu durumda motora bir doğrultucu takılmalıdır. Asenkron motor hız değiştiricisi karmaşıktır. Bu durumda statik frekans dönüştürücü inverter devresi de kullanılır.

 Bu dönüştürme işlemi iki şekilde yapılmaktadır. İlki sabit doğru akım elde etmektir. Dolaylı dönüştürücü diyotlu redresörle meydana gelir ve bu bileşim doğru bir akım kaynağı görevini yapmaktadır.