عملکرد درایو یا اینورتر صنعتی+آموزش کامل نحوه عملکرد درایو همراه با بلوک دیاگرام

با عملکرد درایو یا اینورتر صنعتی آشنا شوید:

درایو صنعتی یا VFD و یا به اصطلاح اینورتر، یکی از تجهیزاتیست که در صنعت برق، کاربردهای بسیاری دارد. برای آشنایی کامل با عملکرد درایو صنعتی یا اینورتر، تا انتهای این مقاله با ما همراه باشید.

نقش دستگاه درایو، کنترل ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه و تغییر یکپارچه سرعت چرخش موتور های مورد استفاده در لوازم‌خانگی و ماشین‌آلات صنعتی است. درایو می‌تواند بسیار بزرگ و سنگین باشد. به خصوص اگر برای عملکرد مستقل، باتری داخلی داشته باشد. این دستگاه همچنین گرمای زیادی تولید می‌کنند، به همین دلیل اغلب دارای فن‌های خنک کننده نیز می‌باشد.

همانطور که می‌بینید این تجهیز موارد مصرف بسیار زیادی دارد. به همین دلیل بهتر است که با عملکرد درایو آشنایی کامل داشته باشید.

چرا باید از درایو استفاده کنیم؟

درایوها از نظر قدرت تولیدی متفاوتند. برای ایجاد شرایط امن، به درایوی با توان حدود یک چهارم بیش از توان موتوری که می‌خواهید راه اندازی کنید، نیاز دارید.

کاهش جریان و مصرف برق در زمان راه‌اندازی، یکی از دلایل استفاده از این تجهیز می‌باشد. استفاده از درایو می‌تواند حداکثر قدرت را برای مدت زمان کوتاهی ایجاد کند. البته درایو طوری طراحی نشده که در ماکزیمم توان، برای مدت طولانی کار کند.

یکی دیگر از دلایل استفاده از درایو صنعتی، کنترل سرعت موتور AC می‌باشد. موتور AC به محض روشن شدن منبع تغذیه با سرعت کامل کار می‌کند. بدون درایو نمی‌توانید سرعت چرخش موتور را کنترل کنید. استفاده از اینورتر دامنه‌ی کاربردهای موتور را در مقایسه با موتوری که بدون اینورتر و سرعت ثابت می‌چرخد، افزایش می‌دهد. سرعت موتور بر حسب تعداد دور در دقیقه اندازه گیری می‌شود. همچنین تغییر سرعت در یک بازه زمانی مشخص به عنوان نرخ شتاب تعیین می‌شود.

نحوه عملکرد درایو به چه صورت است ؟

در مورد ساختار داخلی دستگاه کنترل دور موتور، دانستن چند نکته الزامی است. جریان خروجی منبع تغذیه، به صورت جریان متناوب (AC) است. این جریان توسط مدار مبدل یا اینورتر داخلی، به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌ شود. مدار اینورتر با استفاده از کنترل PWM، جریان مستقیم تبدیل شده (DC) را به جریان متناوب (AC) تغییر می‌دهد. اینورتر ولتاژ را به صورت شکل موج پالس، خروجی می‌دهد.

پالس‌های خروجی، توسط سیم پیچ موتور صاف می‌شوند. تا جریان موج سینوسی به سمت موتور برود و سرعت و گشتاور موتور را کنترل کند. تصاویر زیر نحوه‌ی عملکرد اینورتر را نشان می‌دهند:

در مرحله اول،  مدار مبدل به طور مداوم جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می‌کند. این فرآیند یکسوسازی نامیده می شود. جهت و اندازه موج به طور دوره‌ای در طول زمان تغییر می‌کند. زیرا جریان متناوب یک موج سینوسی است. دیود یک نیمه‌هادی است و برای یکسوسازی جریان استفاده می‌شود. دیود جریان الکتریسیته را در جهت رو به جلو منتقل کرده و به جریان مستقیم تبدیل کند.

هنگام عبور جریان از دیود، فقط جریان مثبت خارج می شود و یک پیک مثبت ظاهر می‌شود. با این حال، نیمی دیگر از چرخه هدر می‌رود. زیرا جریان منفی عبور نمی‌کند. این فرایند یکسوسازی موج کامل نامیده می‌شود. زیرا هر دو قله موج رو به جلو و منفی را تغییر می‌دهد. 

با این حال، یکسوسازی موج کامل به خودی خود نمی‌تواند شکل موج صاف ایجاد کند. زیرا آثار جریان متناوب و نوسانات ولتاژ موج دار باقی می‌ماند. بنابراین به منظور رفع این نوسانات، خازن بارها شارژ و دشارژ می‌شود. خازن به آرامی شکل موج را نزدیک به جریان مستقیم صاف می کند و تغییر می‌دهد.

مدولاسیون عرض پالس خروجی در عملکرد درایو :

مدار اینورتر جریان متناوب را با ولتاژ و فرکانس متغیر خروجی می‌دهد. ولتاژ خروجی از اینورتر به صورت موج پالس است. پالس ها توسط سیم پیچ موتور صاف می‌شوند و موج سینوسی جریان می‌یابد. در نتیجه، خروجی اینورتر چند منظوره را نمی‌توان برای تجهیزاتی غیر از موتورها استفاده کرد. مکانیزم تبدیل جریان DC به جریان AC، امواج پالس با عرض های مختلف ایجاد می‌کند. ترانزیستورهای قدرت مانند “IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق بندی شده)” و فواصل ON/OFF تغییر می‌کنند.

 در نتیجه با استفاده از اینورتر می‌توان، فرکانس و ولتاژ برق AC را تنظیم و تغییر داد.  با استفاده از این ویژگی سرعت و گشتاور موتور را می‌توان کنترل کرد. به این نوع کنترل که در آن ولتاژ و فرکانس آزادانه تنظیم شده است، مدولاسیون عرض پالس یا PWM گفته می‌شود.

چهار ربع عملکرد درایو : 

همانطور که در نمودار زیر مشاهده می کنید، عملکرد درایو را می‌توان به چهار ربع دسته‌بندی کرد:

• ربع اول: رانندگی، ربع جلو با سرعت و گشتاور مثبت
• ربع دوم: ترمز، ربع جلو با سرعت مثبت و گشتاور منفی
• ربع سوم: رانندگی، ربع دنده معکوس با سرعت و گشتاور منفی
• ربع چهارم: ترمز، ربع دنده معکوس با سرعت منفی و گشتاور مثبت

اغلب کاربری‌ها شامل بارهای تک ربع هستند که در ربع اول کار می‌کنند. بار های گشتاور متغیر (مانند پمپ های سانتریفوژ یا فن ها) و بارهای گشتاور ثابت (مانند اکسترودرها) از این دسته هستند.

برخی از کاربری‌ها شامل بارهای دو ربع هستند. این بارها در ربع اول و دوم عمل می‌کنند. به این معنی که در آنها سرعت مثبت و گشتاور متغیر است. برخی منابع درایوهای دو ربع را به عنوان بارهایی که در ربع اول و سوم کار می‌کنند تعریف می کنند. که در آن سرعت و گشتاور جهت قطبی یکسان دارند.

برخی بارهای با کارایی بالا در چهار ربع (ربع اول تا چهارم) عمل می‌کنند. به این معنی که سرعت و گشتاور می‌تواند در هر جهت باشد. بالابرها، آسانسورها، نوار نقاله‌ها در این دسته هستند.

استارت و استپ موتور توسط درایو یا اینورتر :

در راه اندازی موتور، درایو ابتدا ولتاژ و فرکانس پایینی را اعمال می‌کند. بنابراین جریان هجومی راه‌اندازی اولیه را کنترل و محدود می‌کند. پس از استارت اولیه، فرکانس و ولتاژ اعمال شده با سرعت کنترل شده افزایش می‌یابد. این روش راه اندازی به موتور اجازه می‌دهد تا 150 درصد گشتاور نامی خود را تولید کند. این در حالی است که درایو کمتر از 50 درصد جریان نامی خود را از شبکه اصلی و در محدوده سرعت پایین می‌گیرد. درایو را می‌توان طوری تنظیم کرد که از حالت سکون تا سرعت کامل به این میزان گشتاور برسد. با این حال عملکرد طولانی مدت با سرعت کم، باعث گرم شدن بیش از حد موتور می‌شود. به همین دلیل استفاده از درایو بدون تهویه فن جداگانه امکان پذیر نیست.

توالی توقف، برعکس توالی شروع است. فرکانس و ولتاژ اعمال شده به موتور با سرعت کنترل شده کاهش می یابد. وقتی فرکانس به صفر می‌رسد، موتور خاموش می‌شود. برای کاهش سرعت بار، گشتاور کمی در دسترس است. گشتاور ترمز اضافی را می توان با افزودن یک مدار ترمز بدست آورد. مدار ترمز (مقاومت کنترل شده توسط ترانزیستور) برای از بین بردن انرژی ترمز است. درایو با یک مدار یکسوساز چهار ربع، قادر است با اعمال گشتاور معکوس و تزریق مجدد انرژی به خط AC، بار را ترمز کند. 

مزایای استفاده از درایو :

حال که با عملکرد درایو آشنا شدید، در ادامه به بررسی دو  مورد از مزایای مهم این تجهیز می‌پردازیم:

ذخیره انرژی :

بسیاری از بارهای سرعت ثابت مستقیماً از برق خط AC تأمین می‌شوند. در این بار‌ها با ایجاد سرعت متغیر از طریق درایو، می‌توان در مصرف انرژی صرفه‌جویی کرد. چنین صرفه جویی در هزینه انرژی در کاربردهای پمپ و گریز از مرکز گشتاور متغیر، مشهود است. گشتاور و قدرت بار به ترتیب با مربع و مکعب سرعت متناسب است.

کنترل عملکرد :

از درایوهای AC برای بهبود فرایند و کیفیت در شتاب، جریان، فشار، سرعت، دما و گشتاور استفاده می‌شود. بارهای با سرعت ثابت موتور را در معرض گشتاور شروع بالا و افزایش جریان قرار می‌دهند. این افزایش جریان ممکن است تا حدود هشت برابر جریان کامل بار باشد. درایوهای AC سرعت موتور را به تدریج تا سرعت کار افزایش می‌دهند. این امر باعث کاهش استرس مکانیکی و الکتریکی می‌شود. همچنین هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش داده و عمر موتور و تجهیزات محرکه را افزایش می‌دهند.