پردیس پاکنام
اینورتر یا درایو ، وظیفه کنترل دور الکتروموتور یا سرعت چرخش آن را بر عهده دارد. درایوها تجهیزاتی هستند که از قطعات الکترونیکی مانند ترانزیستورها ساخته شده اند. تنظیم دور در الکتروموتورها ، در کاربردهای زیادی منجر به صرفه جویی انرژی می گردد.
در این مقاله با عملکرد درایو، وظایف آن، روش های کنترل و در نهایت برندهای معروف درایو در بازار، آشنا می شویم.
تاریخچه درایو یا اینورتر AC
در گذشته همواره برای بارهایی که نیاز به کنترل سرعت دقیقی داشتند از موتورهای جریان مستقیم یا DC استفاده می شد. اما به دلیل میزان استهلاک بالای جاروبک ها و سایر اجزای این نوع موتورها ، مسئله استفاده از موتورهای القایی و کنترل سرعت آنها کم کم معروف شد.
اولین درایو یا اینورتر ، در سال 1958 توسط یک شرکت آمریکایی تولید شد. به تدریج امکانات و قابلیت های بیشتر و بهتری توسط شرکت های متعدد دیگری به درایو ها اضافه شد و اینورتر هایی با قابلیت های بیشتری وارد بازار شدند.
امروزه 10 درصد از کل موتورهایی که در سراسر جهان مورد استفاده هستند مجهز به درایو می باشند.
وظیفه درایو الکتروموتور چیست؟
همانطور که گفتیم درایو عمل کنترل سرعت یا دور الکتروموتور را انجام می دهد. این تجهیز قادر است دور الکتروموتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطور پیوسته تغییر دهد. با کنترل سرعت الکتروموتورها ، پروسه های صنعتی منعطف تر می شوند و در بسیاری از کاربردها صرفه جویی انرژِی نیز رخ می دهد.
علاوه بر آن ، با استفاده از درایوها ،جریان راه اندازی دریافتی از شبکه ، به میزان زیادی کاهش پیدا می کند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان نامی الکتروموتور است.
درایو ها همچنین می توانند الکتروموتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ را میتوان به دقت تنظیم نمود. این زمان ها می توانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانایی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنش های مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر ادوات دوار می‌گردد.
درایو یا اینورتر چگونه سرعت یک موتور را کنترل می کند؟
درایو بین منبع تغذیه و موتور های القایی قرار می گیرد. برق با ولتاژ Ac که ولتاژ و فرکانس ثابتی دارد، وارد درایو می شود. ولتاژ ورودی توسط این تجهیز به ولتاژ DC تبدیل می شود که دارای ریپل هایی می باشد. در ادامه توسط یک مدار میانی ، این ریپل ها حذف شده و ما دارای یک ولتاژ DC ثابت خواهیم بود.
در نهایت درایو ، این ولتاژ DC را تبدیل به یک ولتاز AC با ولتاژ و فرکانس متغیر خواهد کرد که ما به عنوان کاربر و یا اپراتور می توانیم براساس کاتالوگ و تنطیمات هر درایو ، فرکانس و ولتاژ خروجی و تحویلی به موتور را تنظیم و از این طریق کنترل دور و یا گشتاور الکتروموتور را در اختیار بگیریم.
فرآیند تغییر سرعت در درایو ها با تغییر چه پارامتری امکان پذیر است؟
با تغییر میزان فرکانس تحویلی به موتور از طریق کنترل سوئیچ های ترانزیستورهای درایو، می توان میزان سرعت دورانی شفت الکتروموتور را کنترل کرد. اگر فرکانس بیشتری به موتور اعمال شود ، شاهد افزایش دور و در صورتی که فرکانس کمتری به موتور اعمال شود شاهد کاهش دور در الکتروموتور خواهیم بود.
روش های کنترل دور الکتروموتور در درایو ها:
همانطور که می دانید، انواع مختلفی از ماشین آلات در صنعت موجود هستند. روش های استاندارد کنترلی در درایوهای AC ، برای کنترل این ماشین آلات ، دو روش اسکالر و برداری (وکتور) هستند. در ادامه به بررسی این روش ها می پردازیم.
روش کنترل اسکالر یا V/F در اینورتر :
این روش را در صنعت با اسم هایی مانند مدولاسیون عرض پالس (PWM) ، کنترل فرکانس V/F یا VVVF نیز می شناسند.
در این روش ، ابتدا ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل شده سپس بوسیله مدولاتور، دنباله پالسی از ولتاژ با فرکانس متغیر به موتور ارسال می شود.
در روش کنترل اسکالر ، مقدار V/F ثابت است بنابراین با افزایش فرکانس ، ولتاژ افزایش می یابد و در نهایت ، در این حالت کنترلی روی گشتاور موتور وجود ندارد و تغییرهای کنترلی ولتاژ و فرکانس هستند که بطور غیر مستقیم موتور را کنترل می کنند.
به علت عدم استفاده از فیدیک ، کنترلی روی موقعیت یا سرعت شافت موتور وجود ندارد. همچنین استفاده از مدولاتور باعث ایجاد تاخیر در پاسخ به گشتاور به سرعت می شود.
پس به طور کلی ، این روش برای ثابت نگه داشتن نسبت ولتاژ و فرکانس خروجی درایو است.
به عنوان مثال، یک درایو 200 ولت AC ، در فرکانش 60 هرتز ، ولتاژ خروجی 200 ولت و در فرکانس 30 هرتز ، ولتاژ خروجی 100 ولت را دارند. از آنجایی که رابطه مستقیمی بین ولتاژ و فرکانس داریم، از این درایو ها ، می توانیم برای کنترل همزمان چند الکتروموتور استفاده کنیم.
این روش به دلیل عملکرد و پاسخ کند بودن تریستور ها میزان دقت را در کنترل سرعت پایین می آورد و خطا را بالا می برد.
روش کنترل برداری یا وکتور در اینورتر :
این روش، نسبت به روش قبل جدیدتر است و به دلیل معایبی که در روش V/F وجود دارد، این روش، جایگزین روش قبلی شد.
در روش اسکالر ، متغیرهای کنترلی ، غیر حقیقی هستند. در صورتی که در این روش تلاش شده که متغیرهای حقیقی الکتروموتور مانند شار و گشتاور ، کنترل شوند.
برای کنترل بردار شار و گشتاور الکتروموتور ، جریان آن باید قابل کنترل باشد. اما در این الکتروموتورها کنترل سیستمی روی جریان آن ها وجود ندارد. از طرفی جریان الکتروموتور تابعی ازجریان استاتور است که بنابراین با استفاده از محاسبات ریاضی پیچیده با توجه به وجود این رابطه بین جریان الکتروموتور و جریان استاتور ، شار آن قابل کنترل هستند. در ضمن با استفاده از فیدیک ، می توان موقعیت و سرعت الکتروموتور را کنترل کرد. با وجود دقت درسرعت و پاسخ سریع به تغییرات گشتاور ، احتیاج به فیدبک و مدولاتور از معایب این درایوها است.
در این روش ترانزیستورهای پاسخ سریع جایگزین تریستورهای کند پاسخ شدند و همین امر باعث شد تا در روش وکتور شاهد دقت بالا در کنترل سرعت الکتروموتورها باشیم و میزان خطا به صفر برسد.
روش های کنترلی V/F و وکتور چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟
1.به دلیل ابعاد کوچک تر ترانزیستورها در درایوهایی با روش وکتور کنترل شاهد ابعاد کوچکتری نسبت به درایوهای V/F کنترل هستیم.
2.در روش V/F می توان به صورت همزمان از درایو برای کنترل چندین الکتروموتور استفاده کرد. این قابلیت در درایوهای وکتور کنترل وجود ندارد و این نوع درایوها فقط امکان پشتیبانی از یک موتور را دارند.
3.در روش وکتور ، شاهد ارتباط دو طرفه بین الکتروموتور و اینورتر هستیم. به شکلی که اینورتر، شرایط الکتروموتور را بررسی و براساس بازخوردی که هر لحظه از الکتروموتور می گیرد تصمیم می گیرد که فرکانس را به چه میزان افزایش و یا کاهش دهد تا سرعت موتور به میزان تنظیم شده توسط کاربر برسد. اما در روش V/F ارتباط الکتروموتور و اینورتر، یک طرفه می باشد.
4.روش وکتور دقت بالاتر و خطای کمتری داشته و براساس بازخوردی که از الکتروموتور می گیرد ، بهترین تغییرات را برای کنترل سرعت اعمال خواهد کرد اما این امکان در روش V/F وجود ندارد.
انتخاب نوع کنترل درایو یا اینورتر بر چه اساسی انجام می شود؟
انتخاب نوع کنترل درایو ، باید براساس گشتاور در سرعت پایین ، بازه کنترل سرعت و دقت باشد پس:
– روش V/F در مواردی که گشتاور راه اندازی پایین و تغییرات کم بار وجود داشته باشد ، استفاده می شود.
مانند: پمپ ها و فن ها
– روش وکتور در مواردی که گشتاور راه اندازی بالا و تغییرات زیاد بار را شاهدیم کاربرد دارد.
مانند:جرثقیل ها
درایو چه مزایا و کاربردهایی در صنعت دارد؟
- کنترل سرعت و گشتاور در بهینه ترین حالت ممکن.
- کاهش مصرف انرژی
- راه اندازی و توقف الکتروموتورها به صورت نرم
- تغییر جهت گردش به آسانی
- کاهش نیاز به سیستم های حفاظتی جانبی
- کاهش جریان راه اندازی
طبقه بندی درایوها بر مبنی چه پارامترهایی انجام می شود؟
طبقه بندی اینورتر یا درایو ها بر اساس کلاس ولتاژی و توان منبع تغذیه انجام می شود.
اینورترها معمولا در کلاس های ولتاژی تک و سه فاز و رنج های 200 ،400 و 690 ولتی در بازار رایج اند. این تجهیز از نظر توان منبع هم از 1.5 کیلووات به بالا عرضه می شود.
البته ناگفته نماند که کلاس های تولیدی هر برند متفاوت بوده و براساس کاتالوگ ها قابل بررسی می باشد.
درایوها در زندگی روزمره ما کجا قرار گرفته اند؟
در سال های گذشته نیاز به کنترل میزان سرعت الکتروموتورها به صورت چشمگیری در صنایع مختلف افزایش یافته است. این امر باعث شده اینورترها بیشتر در زندگی روزمره ما نقش ایفا کنند. به طور مثال در دستگاه های عکس برداری بیمارستان ها،آسانسورها،پله برقی ها،نوار نقاله های خط تولید شرکت ها،سیستم های ریسندگی،صنعت کاغذ و چرم سازی و بسیاری از دیگر صنایع.
برندهای معروف درایوهای موجود در بازار:
- برند OMRON
- برند YASKAWA
- برند ABB
- درایو برند LS
- برند HYUNDAI
- درایو برند دلتا DELTA
در هر یک از این برندها، نرم افزارهایی وجود دارد که میتوان روی رایانه نصب و تنطیمات اینورترها برای هر الکتروموتور با مشخصات مدنظر را شبیه سازی نمود.
بعضی از این اینورتر یا درایو ها قابلیت کنترل از طریق کامپیوتر را هم دارند.
در آخر به شما پیشنهاد می کنیم برای دریافت اطلاعات مصور بیشتر در مورد الکتروموتورها و اینورتر یا درایو ها، به صفحه اینستاگرام تسلا کالا ، سر بزنید.
غزاله صالح زاده
تحریریه تسلاکالا
ممنون از تسلاکالا. مقاله بسیار خوبی بود.
از همراهی شما متشکریم جناب زمانی.
خوشحالیم که براتون مفید بوده.🙏🌸