Come funzionano i soft starters: vantaggi e applicazioni pratiche

L'avviamento dei motori elettrici rappresenta uno degli aspetti più critici nella gestione degli impianti industriali.

Durante la fase di avviamento, i motori asincroni trifase possono assorbire correnti fino a 6-8 volte superiori rispetto alla corrente nominale, generando stress significativi sia sulla rete elettrica che sui componenti meccanici dell’impianto.

Cosa sono i soft starters e perché sono importanti

I soft starters sono dispositivi elettronici progettati per controllare l’avviamento e l’arresto graduale dei motori asincroni trifase. La loro funzione principale consiste nel limitare la corrente di spunto durante la fase di avviamento, riducendo gli stress elettrici e meccanici che caratterizzano l’avviamento diretto tradizionale.

Nell’avviamento diretto, il motore viene collegato direttamente alla tensione di rete, causando un picco di corrente che può raggiungere valori compresi tra 6 e 8 volte la corrente nominale del motore. Questo fenomeno genera diverse problematiche: sollecitazioni meccaniche eccessive sui componenti rotanti, cadute di tensione nella rete elettrica, stress termico sui conduttori e colpi d’ariete nei sistemi di pompaggio.

I soft starters proposti da Schneider Electric e da altri produttori leader risolvono efficacemente queste problematiche attraverso un controllo elettronico sofisticato che consente di modulare gradualmente la tensione applicata al motore durante l’avviamento.

Il principio di funzionamento dei soft starters

Il funzionamento dei soft starters si basa sull’utilizzo di tiristori (SCR – Silicon Controlled Rectifier), che consentono di controllare elettronicamente la tensione applicata al motore durante le fasi di avviamento e arresto.

Il principio fondamentale risiede nel controllo dell’angolo di innesco dei tiristori. Ogni tiristor viene attivato con un ritardo specifico rispetto al passaggio per lo zero della tensione di alimentazione. Variando progressivamente questo angolo durante la rampa di avviamento, è possibile modulare con precisione la tensione efficace fornita al motore.

Durante l’avviamento, il sistema implementa una rampa di tensione configurabile che parte dal 30-50% della tensione nominale e aumenta gradualmente fino al 100%. La differenza rispetto agli inverter risiede nel fatto che i soft starters operano esclusivamente sulla modulazione della tensione mantenendo costante la frequenza di alimentazione.

Vantaggi principali nell’utilizzo dei soft starters

L’implementazione dei soft starters comporta numerosi vantaggi significativi. La riduzione dello stress meccanico rappresenta il beneficio più immediato, proteggendo cuscinetti, giunti e riduttori attraverso l’eliminazione dei picchi di coppia caratteristici dell’avviamento diretto.

Dal punto di vista energetico, i soft starters contribuiscono al risparmio attraverso la riduzione dei picchi di assorbimento che influiscono sui contratti di fornitura elettrica. La gestione controllata delle correnti di spunto evita penalizzazioni tariffarie legate ai picchi di potenza.

La protezione dei motori costituisce un altro vantaggio cruciale. I soft starters integrano funzioni avanzate di protezione termica, contro i sovraccarichi, gli squilibri di fase e i cortocircuiti. Nelle applicazioni idrauliche, l’eliminazione dei colpi d’ariete previene danni alle tubazioni e alle valvole.

Soft starter vs inverter: quale scegliere

La scelta tra soft starters e inverter dipende dalle esigenze applicative specifiche. I soft starters eccellono in applicazioni dove l’obiettivo è il controllo dell’avviamento senza necessità di regolazione continua della velocità. Il costo iniziale significativamente inferiore, tipicamente del 30-50% in meno rispetto agli inverter, rappresenta un vantaggio competitivo importante.

Gli inverter offrono un controllo completo della velocità attraverso la modulazione di tensione e frequenza, rendendoli indispensabili per applicazioni con regolazione continua della velocità. Tuttavia, comportano maggiore complessità di installazione e configurazione.

Applicazioni pratiche dei soft starters nell’industria

Le applicazioni industriali coprono un vasto spettro di settori. Nelle pompe centrifughe per trattamento acque, motori da 15-200 kW beneficiano dell’eliminazione dei colpi d’ariete e della riduzione dell’usura delle giranti.

I ventilatori industriali, particolarmente nei sistemi di ventilazione per gallerie e impianti di trattamento aria, utilizzano soft starters per ridurre le sollecitazioni sui sistemi di trasmissione. Nel settore cementiero, i ventilatori dei forni rotativi gestiscono avviamenti con inerzie elevate senza stress sui riduttori.

I nastri trasportatori nell’industria mineraria e i compressori alternativi rappresentano altre applicazioni privilegiate, dove i soft starters gestiscono efficacemente l’elevata coppia resistente all’avviamento.

Come dimensionare correttamente un soft starter

Il dimensionamento richiede l’analisi di parametri fondamentali. La corrente nominale del motore costituisce il riferimento principale, con soft starters dimensionati per il 110-120% della corrente nominale del motore.

Il tipo di carico influenza significativamente la scelta: carichi a coppia costante richiedono caratteristiche di sovraccarico superiori rispetto ai carichi a coppia quadratica. Le condizioni ambientali, con temperature superiori a 40°C, richiedono declassamento della corrente nominale del 10-15% per ogni 10°C aggiuntivi.

Installazione e configurazione: best practice

L’installazione prevede l’inserimento del soft starter tra contattore di linea e motore, con contattore di bypass per ridurre le perdite a regime. Il dimensionamento del quadro elettrico deve considerare la dissipazione termica, tipicamente 15-25 W per 100 A di corrente nominale.

La parametrizzazione iniziale richiede l’impostazione di corrente nominale motore, tensione di partenza, rampa di accelerazione (20 secondi tipici) e configurazione delle protezioni termiche e di fase per garantire un funzionamento ottimale e sicuro.