เหตุใดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมจึงต้องใช้ซอฟต์สตาร์เตอร์?

ในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เช่น อุตสาหกรรมเหล็กและเหล็กกล้า เหมืองแร่ และวิศวกรรมเคมี มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ที่มีกำลังตั้งแต่หลายร้อยกิโลวัตต์ถึงหลายเมกะวัตต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย อย่างไรก็ตาม กระบวนการสตาร์ทของมอเตอร์เหล่านี้มักไม่ใช้ "การสตาร์ทด้วยแรงดันเต็ม" โดยตรง แต่โดยทั่วไปจะติดตั้งซอฟต์สตาร์เตอร์แทน ทำไมมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่เหล่านี้จึงไม่สามารถสตาร์ทโดยการเปิดไฟโดยตรงเหมือนมอเตอร์ไฟฟ้าในครัวเรือนขนาดเล็กได้? ซอฟต์สตาร์เตอร์มีบทบาทสำคัญอย่างไรในกระบวนการสตาร์ท?

เหตุผลหลักที่มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมจำเป็นต้องใช้ซอฟต์สตาร์เตอร์นั้น มาจากความไม่ลงตัวระหว่างลักษณะการสตาร์ทของตัวมอเตอร์เองกับระบบจ่ายไฟของโรงงานอุตสาหกรรม ซอฟต์สตาร์เตอร์ช่วยแก้ปัญหาอันตรายหลายประการที่เกิดจากการสตาร์ทด้วยแรงดันเต็มที่ โดยการปรับพารามิเตอร์การสตาร์ทอย่างนุ่มนวล ซึ่งสามารถวิเคราะห์ได้จากสามมิติ ได้แก่ ตัวมอเตอร์เอง ระบบจ่ายไฟ และกระบวนการผลิต

1. ลดกระแสไฟกระชากขณะสตาร์ทและปกป้องขดลวดและฉนวนของมอเตอร์

กระแสเริ่มต้น (หรือที่เรียกว่ากระแสกระชาก) ของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจะมีค่ามากกว่ากระแสพิกัดถึง 5-7 เท่า คุณลักษณะนี้เกิดจากหลักการทางแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะที่มอเตอร์เริ่มทำงาน: เมื่อเริ่มทำงาน โรเตอร์ยังไม่หมุน ความเร็วที่ขดลวดสเตเตอร์ตัดกับสนามแม่เหล็กเป็นศูนย์ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับไม่สามารถเกิดขึ้นได้ ในขณะนี้ ขดลวดจะอาศัยความต้านทานของตัวเองในการจำกัดกระแสเท่านั้น และความต้านทานกระแสตรงของขดลวดมอเตอร์มักจะน้อยมาก ทำให้เกิดกระแสกระชากอย่างรวดเร็ว สำหรับมอเตอร์ขนาดเล็ก (เช่น มอเตอร์พัดลมขนาดไม่กี่ร้อยวัตต์) กระแสกระชากในระยะสั้นนี้จะไม่ก่อให้เกิดความเสียหายที่เห็นได้ชัด อย่างไรก็ตาม ขดลวดของมอเตอร์ขนาดใหญ่จะหนากว่าและมีจำนวนรอบมากกว่า และกระแสกระชากที่สูงมากจะสร้างแรงไฟฟ้าที่รุนแรง ซึ่งอาจทำให้ขดลวดเสียรูปและฉนวนเสียหายเฉพาะจุด ในขณะเดียวกัน ผลกระทบจากความร้อนของกระแสจะทำให้อุณหภูมิของขดลวดสูงขึ้นทันที เร่งการเสื่อมสภาพของฉนวนและลดอายุการใช้งานของมอเตอร์

ซอฟต์สตาร์เตอร์จะค่อยๆ เพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์ของมอเตอร์ผ่านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์กำลัง เช่น ไทริสเตอร์และ IGBT ทำให้ความเร็วรอบของโรเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ และแรงเคลื่อนไฟฟ้าต้านกลับจะค่อยๆ เกิดขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น กระแสสตาร์ทจึงถูกควบคุมให้อยู่ในช่วง 1.5-2.5 เท่าของกระแสพิกัด ป้องกันความเสียหายต่อโครงสร้างและฉนวนของมอเตอร์ที่เกิดจากการกระแทกของกระแสไฟฟ้า

2. รักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าของระบบส่งไฟฟ้าและหลีกเลี่ยงผลกระทบต่อการทำงานของอุปกรณ์อื่นๆ

กระแสสตาร์ทเต็มกำลังของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมอาจสูงถึงหลายพันหรือหลายหมื่นแอมแปร์ กระแสขนาดมหาศาลเช่นนี้จะทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมอย่างมากบนอิมพีแดนซ์ของสายส่ง ตามกฎของโอห์ม แรงดันตกคร่อมสาย ΔU = I × R (I คือกระแสสตาร์ท, R คืออิมพีแดนซ์ของสาย) แรงดันตกคร่อมอย่างมากในเวลาอันสั้นจะทำให้แรงดันไฟในระบบไฟฟ้าของทั้งโรงงานหรือแม้แต่พื้นที่โรงงานลดลงอย่างฉับพลัน ความผันผวนของแรงดันนี้จะส่งผลกระทบอย่างร้ายแรงต่ออุปกรณ์อื่นๆ ในระบบไฟฟ้าเดียวกัน เช่น เครื่องมือวัดความแม่นยำอาจมีข้อผิดพลาดในการวัดหรือหยุดทำงานเนื่องจากแรงดันไฟไม่เสถียร ระบบไฟส่องสว่างจะหรี่ลงทันที มอเตอร์อื่นๆ อาจหยุดทำงานเนื่องจากแรงดันไฟไม่เพียงพอและทำให้ขดลวดไหม้ ในสถานการณ์ทางอุตสาหกรรมที่มีโหลดที่ไวต่อความผันผวน (เช่น ระบบควบคุม PLC และตัวแปลงความถี่) ความผันผวนอย่างรุนแรงของแรงดันไฟอาจทำให้ระบบควบคุมทำงานผิดปกติและก่อให้เกิดอุบัติเหตุในการผลิตได้

ด้วยการปรับแรงดันเอาต์พุตอย่างราบรื่น ซอฟต์สตาร์เตอร์จะทำให้กระแสเริ่มต้นเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ ซึ่งช่วยลดผลกระทบของกระแสเริ่มต้นต่อโครงข่ายไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควบคุมแรงดันตกคร่อมสายให้อยู่ในขอบเขตที่อนุญาต (โดยปกติไม่เกิน 10%) และรับประกันเสถียรภาพของแรงดันไฟฟ้าในโครงข่ายและการทำงานปกติของอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ

3. ลดแรงกระแทกทางกลและปกป้องระบบส่งกำลังและกระบวนการผลิต

มอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่มักใช้ขับเคลื่อนโหลดหนัก เช่น พัดลม ปั๊มน้ำ เครื่องบด และสายพานลำเลียง ในระหว่างการสตาร์ทด้วยแรงดันไฟฟ้าเต็มที่ ความเร็วของมอเตอร์จะเพิ่มขึ้นจากหยุดนิ่งไปสู่ความเร็วที่กำหนดในทันที ทำให้เกิดแรงกระแทกทางกลอย่างรุนแรงต่ออุปกรณ์ที่รับโหลด แรงกระแทกนี้จะส่งผลต่อชิ้นส่วนระบบส่งกำลัง เช่น ข้อต่อ ตัวลดเกียร์ และแบริ่ง ทำให้เกิดการสึกหรออย่างรุนแรง การหลวม หรือแม้กระทั่งการแตกหักของชิ้นส่วน เพิ่มต้นทุนการบำรุงรักษาและเวลาหยุดทำงานของอุปกรณ์ ในขณะเดียวกัน แรงกระแทกทางกลยังส่งผลต่อเสถียรภาพของกระบวนการผลิตด้วย ตัวอย่างเช่น ในการผลิตสารเคมี การสตาร์ทปั๊มน้ำอย่างกะทันหันอาจทำให้ความดันในท่อเพิ่มขึ้นอย่างฉับพลัน นำไปสู่การแตกของท่อหรือการรั่วไหลของสารเคมี ในการทำเหมือง แรงกระแทกอย่างฉับพลันของเครื่องบดอาจทำให้วัสดุอุดตันและส่งผลต่อประสิทธิภาพการผลิต

ระบบสตาร์ทแบบนุ่มนวลช่วยให้ความเร็วของมอเตอร์เพิ่มขึ้นอย่างราบรื่นจากศูนย์ และอุปกรณ์ที่รับภาระจะเริ่มทำงานอย่างช้าๆ ตามไปด้วย ช่วยหลีกเลี่ยงการเกิดการกระแทกทางกล ยืดอายุการใช้งานของระบบส่งกำลัง และรับประกันความต่อเนื่องและเสถียรภาพของกระบวนการผลิต

สรุป

อุปกรณ์สตาร์ทแบบนุ่มนวลสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับขนาดใหญ่ในอุตสาหกรรมไม่ใช่เพียงอุปกรณ์เสริมที่ไม่จำเป็น แต่เป็นอุปกรณ์หลักในการแก้ปัญหาความไม่ลงตัวระหว่างลักษณะการสตาร์ทของมอเตอร์กับระบบอุตสาหกรรม ด้วยหน้าที่หลักสามประการ ได้แก่ การลดแรงกระแทกของกระแสไฟฟ้า การรักษาเสถียรภาพแรงดันไฟฟ้าของระบบจ่ายไฟ และการลดแรงกระแทกทางกล จึงไม่เพียงแต่ช่วยปกป้องการทำงานที่ปลอดภัยของมอเตอร์และอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น แต่ยังช่วยให้กระบวนการผลิตมีความเสถียรอีกด้วย จึงเป็นหลักประกันที่สำคัญสำหรับการทำงานที่ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมขนาดใหญ่

เรื่องก่อนหน้า

เลือกและใช้ผลิตภัณฑ์เหล่านี้อย่างไรให้เหมาะสมเพื่อปกป้องสุขภาพทางเดินหายใจ?

เรื่องถัดไป

เหตุใดมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสสลับจึงมักเกิด “กระแสไฟกระชากสูง” ในขณะสตาร์ท? ปรากฏการณ์นี้ก่อให้เกิดอันตรายอะไรบ้าง และจะป้องกันได้อย่างมีประสิทธิภาพในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมได้อย่างไร?