درایو (Drive) چیست

اکثر مردم فکر می کنند که با درایو الکتریکی فقط کنترل سرعت موتور را بدست می آوریم ، اما در واقع این درایو در خدمت صنعت برق ، به ویژه ماشین های AC است ، تا اینکه درایو بازار لذت ماشین های AC و DC را نشان می دهد. همچنین کنترل سرعت در موتورهای AC از مزیت بیشتری نسبت به موتورهای AC برخوردار بود ، زیرا موتورهای AC با مشکلات جریان زیاد اولیه (بعضی اوقات تا 8 برابر سرعت نامی) روبرو می شوند و باعث ایجاد تنش در منابع تغذیه آنها می شوند. در این مرحله بود که درایو الکتریکی ، با ورود خود ، ناگهان همه معادلات موجود در بازار جهانی را از بین برد و همه چیز را از کنترل سرعت گرفته تا صرفه جویی در مصرف انرژی به ارمغان آورد.

در ادامه به مباحث زیر پرداخته شده است:

  • تعریف درایو
  • تاریخچه درایو الکتریکی
  • چرا به درایو نیاز است
  • تفاوت اینورتر و درایو
  • جایگاه درایو در یک سیستم
  • ساختار درایو
  • درایو VFD
  • انواع درایو VFD
  • روش‌های کنترلی درایو VFD
  • تکنولوژی Real time در درایو
  • مزایای درایو
  • معایب درایو
  • سوالات متداول درایو
  • منابع

در این پست ، ما می خواهیم تاریخچه درایو را به روشی خاص در نظر بگیریم و سپس به دلایل ظهور آن بپردازیم. البته ، هدف علمی این مقاله برای ما بسیار ارزشمند است ، بنابراین ما به طور مبهم به ساختار درایو ، و مواردی مانند VFD و روش های کنترل که در بخش انقلابی درایو اینورتر هستند ، نگاه می کنیم و در پایان این بخش کنترل عالی گشتاور مستقیم ( روش DTC). ما برای شما افراد دوست داشتنی توضیح خواهیم داد. سرانجام ، اثرات عناصر اساسی مانند ما در انتخاب درایو به توان ، سطح جریان و … اشاره می کنیم که به شما امکان می دهد به راحتی درایو صحیح را برای موتور الکتریکی خود طراحی و پیکربندی کنید.

تعریف درایو

دستگاهی که ماشین الکتریکی را کنترل می کند معمولاً درایو نامیده می شود. به این درایو که عمدتا برای ماشین های الکتریکی استفاده می شود ، درایو الکتریکی نیز گفته می شود.

هدف اصلی درایو تنظیم سرعت ماشین های الکتریکی است. بنابراین اول از همه به خاطر داشته باشید که مهمترین عملکرد درایو تنظیم مداوم دور موتور به چندین برابر بیشتر از صفر است. با این حال ، بسیاری از کارهای دیگر مانند کنترل درایو می تواند وجود داشته باشد. گشتاور ، شتاب ، جریان ، ولتاژ و … را انجام دهید ، که هر یک به سنسور یا بازخورد نیاز دارند.

البته ، استفاده از درایو در اینجا به پایان نمی رسد ، یک درایو می تواند موتور را به چپ ، راست یا با گشتاور خاصی روشن کند.

شاید از خود بپرسید که تنظیم یک گشتاور یا حتی دور موتور در یک موتور معمولی که قرار است با سرعت ثابت کار کند ، چه فایده ای دارد؟

ماشین های الکتریکی هرگز نمی توانند خود به خود با سرعت و گشتاور مشخص در موقعیت کاملا ایده آل کار کنند ، زیرا در واقع بارهای مکانیکی به طور مداوم در حال تغییر هستند و این می تواند بر عملکرد موتور تأثیر بسزایی بگذارد ، بنابراین در عملکرد درایو است و با کنترل همیشه متغیر تعریف شده ، سعی می کند موتور را در یک دور یا گشتاور ثابت نگه دارد ، به این معنی که در صورت وجود ، موتور شما می تواند با سرعت ثابت بچرخد ، اما در عمل ، به دلایل مختلف ، این سرعت کم یا زیاد می شود. در نهایت ، این کارایی را کاهش می دهد.

علاوه بر کاربردهای فراوان در فرآیندهای صنعتی ، تنظیم سرعت موتورهای الکتریکی نیز باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. علاوه بر این ، درایوها جریان شروع در موتور را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند ، به طوری که جریان بسیار پایین تر از جریان نامی موتور است.

از دیگر ویژگی های این درایو می توان به شروع و توقف نرم و کاملاً کنترل شده در موتورهای الکتریکی اشاره کرد. با استفاده از درایو ، زمان شروع و توقف را می توان به خوبی تنظیم کرد. این زمانها ممکن است کسری از ثانیه یا صدها دقیقه باشد. توانایی شروع و نرم کردن درایو به طور قابل توجهی باعث کاهش فشار مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر دستگاه های چرخان می شود.

تاریخچه درایو الکتریکی

اطلاعات دقیق در مورد اولین درایو الکتریکی در دسترس نیست. با این حال ، گفته می شود که اولین رانندگی توسط آقای .S.Iakobi در روسیه در سال 1838 (1217 هجری قمری) ساخته شده است. به گفته منابع ، این دستگاه یک موتور محرک DC بود که می توانست سرعت قایق را در آب با استفاده از منبع باتری کنترل کند.

با این حال ، اگر بخواهیم با توجه به اسناد موجود به تکامل درایوها اشاره کنیم ، اولین آنها موتورهای جریان مستقیم بودند که در سال 1950 (1329 هجری قمری) ساخته شدند و در سال 1960 (1339 هجری شمسی) وارد صنعت شدند. دلیل توسعه درایوها در این سالها ، توسعه دستگاه های تغییر قدرت ، یعنی تریستورها بود. در اواخر دهه 1960 ، مدارهای قدرت آنالوگ با کنترل کننده های دیجیتال بر اساس زمان آتش سوزی توسعه یافتند و در سال های بعد استفاده از PWM در مدارها گسترش یافت و سرانجام در دستگاه های 1980 و 1990 (1359 و 1369 میلادی). قدرت IGT نیز ساخته شد و درایوهای موتور القایی طی سالها تکامل یافت.

شاید مستندترین درایو در سال 1958 توسط جنرال الکتریک باشد ، دستگاهی متشکل از اجزای نیمه هادی قابل کنترل توسط تریستور که می تواند برای کنترل سرعت موتور الکتریکی AC استفاده شود.

دلیل نیاز به درایو

ممکن است به دلیل موارد فوق نیازی به این بخش نباشید ، اما این بخش برای یادگیری جادوی درایو الکتریکی اضافه شده است.

نیاز به درایو را می توان از دو بعد ارزیابی کرد:

کاهش چشمگیر تلفات
انعطاف پذیری سیستم را افزایش دهید

انعطاف پذیری را افزایش دهید: تصور کنید یک موتور الکتریکی 4 مگاواتی دارید و برای کار با قدرت اسمی فقط 1 مگاوات در زمان های خاص (هدف استفاده بهینه از موتور با سرعت 1 مگاوات است) ، با درایو الکتریکی ، به آن نیاز دارید. شما می توانید با همان موتور 4 مگاواتی این نیاز را به راحتی برآورده کنید ، اگر ما به درایو دسترسی نداشتیم باید فقط برای چند ساعت یک موتور الکتریکی جداگانه 1 مگاواتی تهیه کنیم!

اگر بخواهیم همان مسئله را در اتوماسیون صنعتی بیان كنیم ، كه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد ، به شرح زیر خواهد بود: یك كارخانه در دو شیفت دو محصول جداگانه تولید می كند (بیشتر كارخانه ها اجزای مختلف را در شیفت های مختلف تولید می كنند تا محصول خاصی تولید كنند) 1 ، نوار نقاله باید با سرعت 0.1 متر بر ثانیه حرکت کند و در نهایت در شیفت شماره 2 ، این عدد به 0.2 متر بر ثانیه می رسد ، برای این منظور ، یک موتور الکتریکی ، درایو الکتریکی و یک PLC برای کنترل همه موارد مورد نیاز شما فرآیند.

خوشبختانه درایوهای امروزی از طریق انواع روشهای ارتباطی مانند: DeviceNet ، PROFIUS DP ، ControlNet ، MODUS ، PROFINET ، Ethernet / IP و وجه مجهز هستند ، که باعث می شود از راه دور توسط دستگاه های مختلف کنترل شوند.

آیا نمونه هایی از کنترل سرعت را در بسیاری از صنایع و برنامه های خانگی دیده اید ، اما کنترل گشتاور ثابت در کجا استفاده می شود؟

بعضی اوقات لازم است که موتور به نیرویی که از خارج وارد می شود واکنش نشان دهد. یک مثال خوب شیر راکت انداز در هواپیماهای جنگی است. آنها از یک درایو با امکان کنترل ثابت گشتاور استفاده می کنند.

کاهش چشمگیر تلفات: مهمترین دلیل استفاده از درایو را می توان کاهش چشمگیر تلفات در مقیاس بسیار بزرگ (تصمیمات کلان ملی) دانست.

استفاده از هارد درایو در کشور تقریباً 50٪ در مصرف انرژی صرفه جویی می کند!

ممکن است از جمله بالا تعجب کرده باشید ، اجازه دهید این را با یک مثال عملی ثابت کنیم.

در زیر دو سیستم کاملاً مشابه را برای شما در نظر گرفته ایم. در شکل 1 ، از درایو استفاده نشده است ، اما ما به روش قدیمی از “کنترل Throttling” استفاده کرده ایم. اجازه دهید آن را انجام دهید!

تصویر 1 (سیستم بدون درایو)
تصویر 1 (سیستم بدون درایو)

در سیستم شماره 2 از درایو استفاده کرده‌ایم و به‌جای تولید 92.5 کیلووات توان تنها باید 43.7 کیلووات توان تولید نماییم که با همین تغییر ساده، 48.8 کیلووات در تولید توان صرفه‌جویی رخ‌داده است!

تصویر 2 (سیستم با استفاده از درایو)

در مقیاس بزرگ ، تعداد اعلام شده می تواند منجر به حذف نیمی از چرخه ترکیبی ، نیروگاه های آبی و نیروگاه های برق یک کشور شود ، بنابراین سیاست کلی بسیاری از کشورها کمک مالی به عموم مردم از طریق رانندگی است. این مثال فقط در موارد صنعتی صدق می کند ، جایی که به طور خاص وسایلی که از درایو استفاده می کنند بیشتر دارای برچسب های انرژی A و A + هستند که همچنین می توانند در سطح کلان انرژی زیادی را صرفه جویی کنند.

اختلاف اینورتر و درایو

با توجه به اینکه قبلاً به طور مفصل در مورد اینورتر صحبت کرده ایم ، قبلاً متوجه شده اید که اینورتر و درایو دو دستگاه کاملاً جداگانه هستند. اینورتر عمدتا بخشی از سایر قسمت های یک درایو است ، بنابراین به احتمال زیاد یک درایو دارای یک اینورتر برای تبدیل DC به جریان AC است.

مکان رانندگی در یک سیستم

به طور کلی ، ما برای انجام یک هدف خاص ، مانند کنترل کردن ، تعدادی دستگاه را کنار هم قرار می دهیم ، گاهی اوقات در این مجموعه ، همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است ، خود موتور الکتریکی نیز وجود دارد ، اما دقیق تر ، مجموعه کنترل ما ، که به طور عمده شامل می شود؛ یکسو کننده ها ، اینورترها و سنسورها یک درایو را تشکیل می دهند.

جایگاه درایو در یک سیستم
جایگاه درایو در یک سیستم

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید ، منطقه سبز به عنوان یک واحد کنترل در نظر گرفته شده است که اگر ماشین الکتریکی را به طور جداگانه در آن در نظر بگیریم ، یک درایو الکتریکی را مشاهده خواهیم کرد ، در این واحد ، کنترل ولتاژ AC ابتدا به ولتاژ DC تبدیل می شود توسط یکسو کننده پس از تبدیل نمونه های جریان و ولتاژ DC ، آنها برای محاسبات بیشتر در واحد کنترل ذخیره می شوند. سپس ، ولتاژ DC توسط یک اینورتر با فرکانس مشخص شده به ولتاژ AC تبدیل می شود. در این مرحله ، از همه جریانهای فازی نمونه برداری می شود و در نهایت با چرخش زاویه های موتور و سایر نمونه ها می توان ولتاژ و فرکانس مورد نیاز را برای ایجاد واکنش مناسب به بار تعیین کرد.

ساختار درایو

به جای توصیف ساختار درایو به عنوان یک مهندس برق ، بیایید به بلوک نمودار درایو الکتریکی رجوع کنیم ، تا بتوانیم تجزیه و تحلیل خود را با جزئیات انجام دهیم.

بلوک دیاگرام درایو

بلوک دیاگرام درایو

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می شود ، در این سیستم مواردی مانند؛ منبع تغذیه ، تعدیل کننده های برق ، موتورهای الکتریکی ، بار (Load) ، واحد کنترل (Control Unti) و حسگر (Sensing Unit) از مهمترین موارد هستند.

منبع تغذیه

منبع تغذیه می تواند تک فاز یا سه فاز باشد. منبع تغذیه AC سه فاز 50 هرتز متداول ترین نوع منبع تغذیه الکتریکی در مصارف خانگی و صنعتی است. موتورهای سنکرون که از منبع 50 هرتز تأمین می شوند حداکثر سرعت 3000 دور در دقیقه دارند. برای سرعت بالاتر فرکانس های بالاتر مورد نیاز است. موتورهای کم و متوسط ​​با منبع تغذیه 400 ولت تأمین می شوند. البته مقادیر ولتاژ بزرگتری مانند 3.3Kv ، 6.6Kv یا 11Kv وجود دارد.

تعدیل کننده برق

تعدیل کننده های نیرو دستگاه هایی هستند که برای تغییر فرکانس و همچنین شدت توان برای کنترل درایوهای الکتریکی استفاده می شوند. در واقع تعدیل کننده های برق تنظیم کننده میزان خروجی برق از منبع تغذیه هستند. این کنترل و تنظیم به گونه ای است که سرانجام مشخصه گشتاور سرعت موتور الکتریکی با توجه به بار آن تنظیم می شود.

تعدیل کننده نیرو هسته اصلی ما در عمل است و شامل تصمیماتی از جمله: شروع ، ترمز ، جهت معکوس ، مدیریت جریان (جلوگیری از آسیب به منبع تغذیه) و به طور کلی تبدیل فرم های انرژی (DC به AC ، AC به DC و در) در این بخش انجام می شود.

تعدیل کننده های برق معمولاً به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

مبدل ها
مدارهای امپدانس متغیر
مدارهای سوئیچینگ
مبدل

همانطور که از نام آنها پیداست ، مبدل ها برای تبدیل برق استفاده می شوند. بسته به نوع کاربرد ، مبدل ها به 5 دسته اصلی تقسیم می شوند:

مبدل AC به DC

مبدلهای AC به DC برای بدست آوردن ولتاژ تغذیه ثابت DC از ولتاژ تغذیه AC ثابت استفاده می شود.

یکسوساز تمام موج (مبدل AC به DC)
یکسوساز تمام موج (مبدل AC به DC)

تنظیم کننده AC

مدار الکتریکی ترانسفورماتور

از تنظیم کننده های AC برای بدست آوردن ولتاژ AC تنظیم شده استفاده می شود و این نوع مبدل ها اغلب از ترانسفورماتورهای خودکار یا ترانسفورماتور شیر تعویض استفاده می کنند.

مبدل DC به DC

مبدل های DC به DC ولتاژ متغیر DC دریافت می کنند و ولتاژ DC ثابت تولید می کنند. برای این منظور از ترانزیستورهای قدرت ، IGT ، GTO و Power MOSFET استفاده می شود.

مبدل DC به DC از نوع بوست
مبدل DC به DC از نوع بوست
اینورتر (DC به AC)

در مورد اینورتر قبلاً مفصل صحبت کردیم، اینورتر دستگاهی است که جریان مستقیم را به جریان متناوب با فرکانس مشخص تبدیل می‌کند. در زیر نمایی از مدار گسترده یک اینورتر 5 سطحی از نوع SVPWM را مشاهده می‌نمایید.

اینورتر 3 فاز دیودکلمپ 5 سطحی SVPWM
اینورتر 3 فاز دیودکلمپ 5 سطحی SVPWM
سیکلوکانورتر (AC به AC)

بیشتر درایوهایی که برای تولید ولتاژ AC در یک فرکانس خاص ساخته شده اند ، ابتدا از منبع ولتاژ AC برق دریافت می کنند و سپس آن را به DC تبدیل می کنند. سرانجام ، با استفاده از اینورتر ، آنها DC را با فرکانس خاصی به AC تبدیل می کنند. شاید از خود بپرسید که چرا AC را با ولتاژ و فرکانس مشخصی مستقیم به AC تبدیل نکنید و همه این راه را طی نکنید!

پاسخ سوال شما دستگاه جدیدی است به نام مبدلهای سیكلوكنتور ، اما این روش تبدیل بسیار دشوار و پرهزینه است (محدودیتهای زیادی برای ظرفیتهای بالا وجود دارد) و از همین روش هنوز در صنعت استفاده می شود.

مبدلهای سیکلوک برای تبدیل دامنه و ولتاژ ثابت فرکانس AC به دامنه و ولتاژ AC متغیر استفاده می شود. در این مبدل از تریستورها برای کنترل سیگنال آتش استفاده می شود.

مبدل Cycloconverters سه فاز
مبدل Cycloconverters سه فاز

مدارهای امپدانس متغیر

از این مدارها برای کنترل سرعت با تغییر مقاومت یا امپدانس مدار استفاده می شود. البته این روش کنترل در درایوهای ارزان قیمت DC یا AC مورد استفاده قرار می گیرد. به منظور کنترل موتور ، دو یا چند مرحله وجود دارد که می تواند به صورت دستی یا اتوماتیک توسط کنتاکتور کنترل شود. از سلف برای محدود کردن جریان شروع در موتورهای AC استفاده می شود.

مدارهای کلید زدن

در موتورها و درایوهای الکتریکی از مدارهای سوئیچینگ برای شروع روان موتور استفاده می شود. این مدارها همچنین در صورت خرابی از موتور محافظت می کنند. یکی دیگر از کاربردهای مدارهای سوئیچینگ تغییر عملکرد سیستم کنترل موتور در حالت عملکرد طبیعی آن است.

مدارهای سوئیچینگ برای شروع موتور و درایو آن مطابق با یک برنامه از پیش تعیین شده اجرا می شوند و ویژگی هایی مانند قفل داخلی (قفل داخلی: جلوگیری از دو حالت متناقض در موتور ، مانند ارسال همزمان فرمان چپ و راست) و قطع اتصال موتور از مدار اصلی. در صورت بروز خطا یا عملکرد غیر عادی تهیه کنید.

واحد کنترل

واحد کنترل به دلیل شرایط خاص خود فقط در ولتاژ و توان کم کار می کند. انتخاب واحد کنترل به نوع مدولاتور و توان مصرفی بستگی دارد. به خصوص هنگام استفاده از مبدل های نیمه هادی ، واحدهای کنترل بسیار متنوع هستند. در این حالت ، واحد کنترل شامل یک مدار اشتعال (سوئیچینگ) است که در آن از عناصر خطی و ریز پردازنده ها استفاده می شود. این واحد گاهی می تواند در محافظت از موتور و تعدیل کننده نیرو نقش داشته باشد.

واحد Sensing

این واحد وظیفه انجام تمام نمونه‌برداری‌ها در طول فرآیند را برعهده دارد، هر زمان این واحد در سیستم ما وجود داشت خبر از یک سیستم کنترلی حلقه بسته می‌دهد. این بخش خود شامل مواردی مانند؛ Speed sensing، Torque sensing، Position sensing، Current and Voltage sensing و Temperature sensing می‌باشد.

انواع درایو الکتریکی

درایوهای الکتریکی می‌توانند در شکل‌ها و کاربردهای مختلفی دسته‌بندی شوند، در ادامه برخی از این دسته‌بندی‌ها را مرور می‌کنیم.

درایو الکتریکی بر اساس منبع تغذیه

  • درایوهای AC
  • درایوهای DC

درایو الکتریکی بر اساس سرعت چرخش

  • درایو سرعت ثابت (Constant speed drive)
  • درایو سرعت متغیر (Variable speed drives)

درایو الکتریکی بر اساس تعداد موتور

  • درایو تک موتور
  • درایو چند موتوری

درایو الکتریکی بر اساس متغیر کنترل

  • درایو گشتاور ثابت
  • درایو توان ثابتهمانطور که مشاهده می کنید ، دسته های مختلفی برای درایو های الکتریکی وجود دارد ، با این حال ، مهمترین طبقه بندی هنوز بر اساس منبع تغذیه است که در زیر به جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت.

    از آنجا که تمرکز ما در این پست بیشتر درایوهای AC است ، ما با زیر مجموعه های این درایو محبوب ادامه خواهیم داد.

    درایوهای AC

    درایوهای AC تمام ویژگی های یک درایو مجهز که تاکنون شرح داده شده است. این دارای کنترل سرعت ، گشتاور ، شتاب ، جهت چرخش ، مدیریت نیرو و … است. مهمترین وظیفه این درایوها کنترل و تنظیم توان مورد نیاز با توجه به بار است که در نهایت باعث صرفه جویی زیادی در مصرف برق می شود.

    هدف از تهیه درایوهای AC یافتن جایگزین الکتریکی برای؛ جعبه دنده مکانیکی ، تسمه ، کوپلینگ هیدرولیک ، درایو DC! و است. از مزایای این درایوها می توان به دامنه کنترل دقیق و روان در سرعت و گشتاور ، اجرای بهینه ، نگهداری آسان ، حجم و اندازه کم ، ارتباطات پیشرفته و استفاده از پیشرفته ترین فناوری اشاره کرد.

    مقایسه سهم بازار موتور DC و AC

مقایسه سهم بازار موتور DC و AC

در صنعت درایوهای AC بر اساس توان آنها دسته‌بندی می‌شوند، دلیل آن هم مشخص است چرا که قرار است حجم بازار ارزیابی گردد تا درنهایت شرکت‌های سرمایه‌گذاری بتوانند یک دید خوب نسبت به آینده با ارقام و نمودار داشته باشند، این دسته‌بندی عبارت است از:

  • میکرو درایو (0 تا 5 کیلووات)
  • Low-End درایو (5 تا 40 کیلووات)
  • درایو میانی – Midrange (41 تا 200 کیلووات)
  • High-End درایو (201 تا 600 کیلووات)
  • مگا درایو (بیش از 600 کیلووات)از آنجا که هدف این مقاله تجزیه و تحلیل علمی است ، بنابراین ما مجبور نیستیم که با طبقه بندی بازاریابی درایو AC سروکار داشته باشیم و فناوری ساخت درایو AC را از دید یک مهندس برق بررسی خواهیم کرد.

    درایو AC نام های دیگری دارد که متداول ترین آنها VFD یا درایو با فرکانس متغیر است. نامه های دیگر عبارتند از: AFD یا درایو با فرکانس قابل تنظیم ، VVVF یا ولتاژ متغیر / فرکانس متغیر ، VSD یا درایو با سرعت متغیر و … همه برای کنترل سرعت و گشتاور موتور الکتریکی AC با تغییر ولتاژ و فرکانس اشاره دارند.

    درایو VFD

    چند نمونه از درایوهای VFD سه فاز

    درایو متغیر فرکانس سیستمی برای کنترل سرعت موتورهای AC است. علاوه بر کاربرد کنترل سرعت ، این درایوها می توانند منحنی مشخصه سرعت گشتاور-سرعت مشابه موتورهای جریان مستقیم در سرعت های پایین را بدست آورند ، به طوری که در بسیاری از برنامه ها می توان موتورهای جریان مستقیم را جایگزین موتورهای AC قفس سنجابی کرد.

    25٪ از کل برق در جهان توسط موتورهای الکتریکی مصرف می شود

    فرکانس (یا هرتز) مستقیماً با دور موتور (RPM) ارتباط دارد. به عبارت دیگر ، هرچه فرکانس بالاتر باشد ، موتور سریعتر می چرخد ​​و RPM بیشتر است. اگر برای کار با دور نامی به موتور احتیاج ندارید ، می توانید فرکانس و ولتاژ وارد شده به موتور را با توجه به نیاز خود با استفاده از VFD به راحتی تنظیم کنید ، در این صورت موتور بدون هیچ گونه افت یا کاهش شدید بازده به راحتی کار می کند . کار خودش را خواهد کرد

    در بعضی موارد ممکن است به گشتاور شروع زیاد نیاز داشته باشید ، به عنوان مثال وقتی قطار مترو به دلیل تعداد مسافر سوار می خواهد هنگامی که می خواهد جدا شود ، جدا شود. در این حالت می توانیم از گشتاور موتور با استفاده از درایو VFD استفاده کنیم. مطابقت با بار.

    VFD در واقع یک درایو کامل است که شامل تمام موارد ذکر شده تاکنون ، مانند؛ دارای یکسوساز ، اینورتر ، واحد کنترل و.

    نکته مهم: VFD اینورتر نیست! این یک درایو است که اینورتر بخشی از آن است.

متأسفانه ، در بسیاری از وب سایت های فارسی زبان ، به اشتباه درایو VFD اینورتر نامیده می شود ، در حالی که طبق توضیحات داده شده ، اینورتر بخشی از درایو VFD است که در آن جریان DC با ولتاژ و فرکانس مشخصی به جریان AC تبدیل می شود .

انواع درایوهای VFD

درایوهای AC یا VFD بر اساس مقالات پژوهشی منتشر شده به طور کلی به 6 نوع تقسیم می شوند که در زیر به طور خلاصه در مورد آنها صحبت خواهیم کرد.

درایو با اینورتر منبع ولتاژ (VSI): در مدل VSI ، در قسمت پیوند DC خروجی یکسو کننده (جایی که ولتاژ AC به DC تبدیل می شود) ، خازن وظیفه ذخیره انرژی و سپس تأمین اینورتر را با این ذخیره شده دارد ولتاژ. ، آیا اکثر درایوها از نوع VSI ساخته شده اند. درایو VWS از ولتاژ خروجی PWM استفاده می کند.

درایو با اینورتر منبع فعلی (CSI): در مدل CSI ، خروجی DC از مبدل AC به DC که در این مدل یک پل SCR یا یکسوساز کنترل شده سیلیکون است ، برای برق رسانی به اینورتر در یک سلف سری ذخیره می شود. علاوه بر پشتیبانی از PWM ، درایو CSI از “شکل موج شش مرحله ای” نیز پشتیبانی می کند.

Six-Step Inverter Drive: این مدل را می توان منسوخ دانست ، درایوهای 6 مرحله ای به طور کلی می توانند VSI و CSI باشند. نام های دیگر این مدل Pulse-Amplitude Modulation یا PAM ، درایو موج مربع و اینورتر هلی کوپتر DC است.

درایو Inverter Commutated Load (LCI): درایو LCI یک درایو CSI ویژه است که در آن انرژی ذخیره شده در پیوند DC خروجی مبدل پل SCR همراه با سلف DC از نظر سینوسی شبیه ولتاژ و جریان اینورتر است. آنها از نوع پل SCR ارائه می دهند.

درایو Cycloconverter یا Matrix Converter (MC): همانطور که قبلاً اشاره شد ، مبدل cyclocon در واقع یک مبدل AC به AC است ، بنابراین هیچ مبدل یکسو کننده یا پیوند DC در این درایو وجود ندارد. مبدل سیکلوک به طور عمده به عنوان یک منبع جریان سه فاز با مراحل SCR پیکربندی شده است ، که در هر فاز آن یک مبدل سیکلوکالر جداگانه فرکانس و سطح ولتاژ ثابت ورودی را به فرکانس متغیر و ولتاژ خروجی تبدیل می کند. تعویض در این اینورتر با استفاده از IGT انجام می شود.

Doubly Fed Slip Recovery System: در این روش ، هدف از درایو کنترل دور موتور است ، از یک طرف قدرت AC کنترل می شود و از طرف دیگر پیوند DC جریان تنظیم می شود تا بتواند Let به آنچه می خواهیم برسیم.

روش‌های کنترلی درایو VFD

تاکنون در مورد سخت افزار درایو صحبت کردیم و همانطور که مشاهده می کنید مهمترین قسمت درایو اینورتر آن است ، به طوری که عملکرد کلی و کارایی یک درایو بیشتر تحت تأثیر اینورتر قرار می گیرد.

از آنجا که فناوری تبدیل AC به DC مورد استفاده در بخش یکسوساز ساده تر از اینورتر (DC به AC) است ، روشهای کنترل درایو VFD معمولاً به عنوان روشهای کنترل اینورتر یک درایو واحد شناخته می شوند. با توجه به موارد فوق ، به طور کلی سه روش اصلی برای کنترل درایو VFD وجود دارد که در زیر به جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت.

کنترل Scalar – V / HZ PWM (کنترل Scalar)
کنترل میدانی
کنترل گشتاور مستقیم (DTC)
کنترل اسکالر

در این روش دامنه های ولتاژ و فرکانس با ثابت نگه داشتن نسبت v / f کنترل می شوند. از آنجا که مقادیر اعمال شده همه مقیاس پذیر هستند ، به این روش کنترل مقیاس گفته می شود.

از طرف دیگر ، موتور توسط ولتاژ و فرکانس متغیر تولید شده توسط PWM و از طریق اینورتر کنترل می شود.

به طور قطع ، برای اعمال این روش های کنترل ، باید یک مغز متفکر درون اینورتر قرار گیرد. از میکروکنترلر ، ریزپردازنده یا هر دستگاه کنترل دیجیتال استفاده می شود (این قسمت با توجه به سبک سازنده اینورتر تعیین می شود).

این روش اساساً از تکنیک PWM استفاده می کند ، بنابراین بیایید نگاهی کوتاه به تعریف PWM خود بیندازیم و سپس به موضوع اصلی برگردیم.

PWM چیست؟

Pulse Width Modulation (Pulse Width Modulation) یکی از پرکاربردترین اصطلاحات در برق است که راهی برای تنظیم توان الکتریکی داده شده به یک بار با تغییر زمان قطع و اتصال منبع تغذیه به بار (در هر سیکل) .

مدولاسیون عرض پالس (PWM) نیز در مهندسی الکترونیک و کنترل استفاده می شود.

قسمت اصلی PWM یک سیگنال کنترل به شکل یک موج مربعی (پالس) است ، به طوری که می توان چرخه کار پالس ها را در هر دوره موج (هر چرخه) تنظیم کرد.

دوره کاری نسبت مدت موج مربع به تناوب آن است و به صورت درصد (٪) بیان می شود. در واقع ، این سیگنال قطع و وصل منبع تغذیه به بار را تعیین می کند (به عنوان مثال ، با کنترل باز و بسته شدن سوئیچ الکترونیکی). به عنوان مثال ، اگر زمان موج کاری یک موج مربعی 40٪ باشد ، در 40٪ هر چرخه ، بار به یک منبع برق متصل می شود و بقیه قطع می شود. در این حالت ، متوسط ​​مقدار توان داده شده به بار برابر با 40٪ از کل برق (منبع تغذیه) خواهد بود. اگر میکروکنترلر 5 ولتی (Vcc) سیگنال PWM با چرخه کار 50٪ تولید کند ، میانگین مقدار موج مربعی تولید شده 50٪ Vcc یا 2.5 ولت خواهد بود. به طور کلی ، اگر دوره کار با D نشان داده شود ، ولتاژ متوسط ​​VccD و مقدار موثر (RMS) Vcc * sqr (D) است.

در زمینه طراحی منبع تغذیه و کنترل سطح ولتاژ ، مدولاسیون عرض پالس راهی برای کنترل برق بدون نیاز به اتلاف یا اتلاف هرگونه نیرو در راننده است. در حقیقت ، PWM تکنیکی است که می تواند برای کنترل میزان ولتاژ ، و میزان توان مورد استفاده قرار گیرد.

مثالی از کاربرد PWM

تاکنون در مورد سخت افزار درایو صحبت کردیم و همانطور که مشاهده می کنید مهمترین قسمت درایو اینورتر آن است ، به طوری که عملکرد کلی و کارایی یک درایو بیشتر تحت تأثیر اینورتر قرار می گیرد.

از آنجا که فناوری تبدیل AC به DC مورد استفاده در بخش یکسوساز ساده تر از اینورتر (DC به AC) است ، روشهای کنترل درایو VFD معمولاً به عنوان روشهای کنترل اینورتر یک درایو واحد شناخته می شوند. با توجه به موارد فوق ، به طور کلی سه روش اصلی برای کنترل درایو VFD وجود دارد که در زیر به جزئیات بیشتری خواهیم پرداخت.

کنترل Scalar – V / HZ PWM (کنترل Scalar)
کنترل میدانی
کنترل گشتاور مستقیم (DTC)
کنترل اسکالر

در این روش دامنه های ولتاژ و فرکانس با ثابت نگه داشتن نسبت v / f کنترل می شوند. از آنجا که مقادیر اعمال شده همه مقیاس پذیر هستند ، به این روش کنترل مقیاس گفته می شود.

از طرف دیگر ، موتور توسط ولتاژ و فرکانس متغیر تولید شده توسط PWM و از طریق اینورتر کنترل می شود.

به طور قطع ، برای اعمال این روش های کنترل ، باید یک مغز متفکر درون اینورتر قرار گیرد. از میکروکنترلر ، ریزپردازنده یا هر دستگاه کنترل دیجیتال استفاده می شود (این قسمت با توجه به سبک سازنده اینورتر تعیین می شود).

این روش اساساً از تکنیک PWM استفاده می کند ، بنابراین بیایید نگاهی کوتاه به تعریف PWM خود بیندازیم و سپس به موضوع اصلی برگردیم.

PWM چیست؟

Pulse Width Modulation (Pulse Width Modulation) یکی از پرکاربردترین اصطلاحات در برق است که راهی برای تنظیم توان الکتریکی داده شده به یک بار با تغییر زمان قطع و اتصال منبع تغذیه به بار (در هر سیکل) .

مدولاسیون عرض پالس (PWM) نیز در مهندسی الکترونیک و کنترل استفاده می شود.

قسمت اصلی PWM یک سیگنال کنترل به شکل یک موج مربعی (پالس) است ، به طوری که می توان چرخه کار پالس ها را در هر دوره موج (هر چرخه) تنظیم کرد.

دوره کاری نسبت مدت موج مربع به تناوب آن است و به صورت درصد (٪) بیان می شود. در واقع ، این سیگنال قطع و وصل منبع تغذیه به بار را تعیین می کند (به عنوان مثال ، با کنترل باز و بسته شدن سوئیچ الکترونیکی). به عنوان مثال ، اگر زمان موج کاری یک موج مربعی 40٪ باشد ، در 40٪ هر چرخه ، بار به یک منبع برق متصل می شود و بقیه قطع می شود. در این حالت ، متوسط ​​مقدار توان داده شده به بار برابر با 40٪ از کل برق (منبع تغذیه) خواهد بود. اگر میکروکنترلر 5 ولتی (Vcc) سیگنال PWM با چرخه کار 50٪ تولید کند ، میانگین مقدار موج مربعی تولید شده 50٪ Vcc یا 2.5 ولت خواهد بود. به طور کلی ، اگر دوره کار با D نشان داده شود ، ولتاژ متوسط ​​VccD و مقدار موثر (RMS) Vcc * sqr (D) است.

در زمینه طراحی منبع تغذیه و کنترل سطح ولتاژ ، مدولاسیون عرض پالس راهی برای کنترل برق بدون نیاز به اتلاف یا اتلاف هرگونه نیرو در راننده است. در حقیقت ، PWM تکنیکی است که می تواند برای کنترل میزان ولتاژ ، و میزان توان مورد استفاده قرار گیرد.

  • PWM سینوسی (Sinusoidal PWM – SPWM)
  • PWM با هدف حذف یک سری از هارمونیک‌ها (Select Harmonic Elimination – SHE PWM)
  • PWM با هدف حداقل کردن ریپل جریان (Minimum Ripple Current PWM)
  • PWM تصادفی (Random PWM)
  • PWM با کنترل جریان باند هیسترزیس (Hysteresis Band Current Control PWM)
  • PWM سینوسی با کنترل جریان لحظه‌ای (Sinusoidal PWM with Instantaneous Current Control)
  • مدولاسیون دلتا (Delta Modulation)
  • مدولاسیون سیگما دلتا (Sigma- Delta Modulation)
  • PWM شش پله‌ای (Six-Step PWM)
  • مدولاسیون بردار فضایی (Space Vector Modulation PWM – SVPWM)

PWM سینوسی (SPWM)

در این روش فرکانس سوئیچ زنی باتوجه‌به سرعت رفرنس و مقدار میانگین یا RMS ولتاژِ فرکانس نهایی (که وابسته به تعداد پالس و عرض پالس می‌باشد) تغییر خواهد کرد. اگر عرض پالس تغییر نماید به طبع آن ولتاژ موتور نیز تغییر خواهد نمود. این ولتاژ درنهایت سبب تولید جریان شِبه سینوسی برای موتور الکتریکی خواهد شد.

نحوه عملکرد PWM
نحوه عملکرد PWM

از مزایای خوب این روش می‌توان به ساده بودن محاسبات اشاره کرد ولی متاسفانه استفاده از متد PWM باعث تزریق هارمونیک به سیستم نیز می‌گردد که درنهایت دامنه ولتاژ اصلی (فاندامنتال) کمتر از 90% خواهد بود.

پس SPWM یک مدولاسیون پالس “مبتنی بر حامل – carrier-based” می‌باشد. در این روش سیگنال مدولاسیون یک موج سینوسی می‌باشد (به همین علت به آن PWM سینوسی گفته می‌شود) که همواره دامنه آن از سیگنال حامل (carrier-based) کمتر می‌باشد.

تولید فرکانس های متفاوت در PWM
تولید فرکانس های متفاوت در PWM

توجه داشته باشید که در روش‌های PWM عمدتاً فرکانس کلیدزنی 10 الی 20 برابر فرکانس موج خروجی اصلی می‌باشد که در نتیجه استفاده از این تکنیک‌ها اختلاف عددی شماره بین هارمونیک مؤلفه اصلی و سایر هارمونیک‌ها بیشتر می‌شود.

استفاده از PWM سه مزیت عمده دارد:
1. اولاً اگر فاصله هارمونیک اصلی و هارمونیک‌های مزاحم زیاد شود، ابعاد فیلتری که برای حذف هارمونیک‌های مزاحم لازم است نیز کوچک می‌شود.

2. ثانیاً اگر فاصله هارمونیک اصلی و هارمونیک‌های مزاحم زیاد باشد، در نتیجه فیلترکردن هارمونیک‌های مزاحم، دامنه هارمونیک اصلی تضعیف نمی‌شود.

3. مزیت سوم استفاده از تکنیک‌های PWM که اصلی‌ترین مزیت آن نیز به‌حساب می‌آید ایجاد قابلیت کنترل دامنه و فرکانس ولتاژ خروجی سینوسی مؤلفه اصلی اینورتر می‌باشد.

PWM شش پله‌ای (Six-Step PWM)

در این روش در اینورتر VFD شش سوئیچ متمایز وجود دارند که طی یک بازه زمانی خاص آتش می‌شوند تا درنهایت بتوانند ولتاژ و فرکانس موتور را تنظیم نمایند. اگر بخواهیم جهت چرخش موتور را تغییر دهیم کافیست توالی فاز را با استفاده از زمان سوئیچ زنی (آتش کردن سوئیچ‌ها) ایجاد نماییم.

از مزایای این روش نبود محاسبات اضافه و از طرفی دامنه ولتاژ اصلی (Fundamental) بیشتر از لینک DC موجود، بکار گرفته خواهد شد.

بااین‌حال هارمونیک‌های مرتبه پایین در این روش زیاد بوده و متاسفانه نمی‌توان آنها را توسط اندوکتانس موتور فیلتر نمود، در نتیجه افزایش تلفات، کارکرد نامنظم و افزایش ریپل گشتاور اجتناب‌ناپذیر خواهد بود.

مدولاسیون بردار فضایی (Space Vector Modulation PWM – SVPWM)

یکی از مهم‌ترین اهداف در این روش ساده‌سازی معادلات می‌باشد به‌گونه‌ای که سه بردار یک موتور سه‌فاز که هر بردار متعلق به یک فاز می‌باشند به یک بردار چرخشی تبدیل خواهند شد.

بردار مشکی نتیجه Space Vector می‌باشد، دقت نمایید که سطح ولتاژ آن همواره ثابت است
بردار مشکی نتیجه Space Vector می‌باشد، دقت نمایید که سطح ولتاژ آن همواره ثابت است

در این روش دو چالش عمده وجود دارد:

  1. سطح ولتاژ محدود بوده و تنها به لینک DC وابسته است که همان گونه که اطلاع دارید عمدتاً این ولتاژ تغییر نخواهد کرد.
  2. تنها 6 زاویه متفاوت برای ولتاژ موجود است و نمی‌توان زاویه‌های میانی آنها را تولید کرد، برای چرخش نرم یک موتور به زوایای متفاوتی نیاز است و مسلماً این محدودیت آثار منفی در پی خواهد داشت.
Field-oriented Control یا کنترل برداری (Vector Control)

ک. هاس از دانشگاه فنی دارمشتات و اف (Technische Universität Darmstadt’s K. Hasse) و بلاسک از زیمنس (Siemens’ F. Blaschke) ، پیشگامان کنترل برداری (وکتور کنترل) موتور جریان متناوب (AC) بودند که در سال 1968 (1347 ه.ش) و در اوایل دهه 1970 هاس در مورد پیشنهاد وکتور کنترل (کنترل برداری) غیرمستقیم و بلاسک از نظر پیشنهاد وکتور کنترل (کنترل برداری) مستقیم شروع به کار کردند.

ورنر لئونارد از دانشگاه فنی براونشوایگ (Braunschweig)، تکنیک‌ها و روش‌های کنترل برداری (FOC) را بیشتر توسعه داد که ابزاری در راه‌گشایی فرصت‌هایی برای جایگزینی و بازاریابی اینورتر جریان متناوب (AC) در جایگزین رقابتی با اینورترهای جریان مستقیم (DC) بود.

کنترل برداری که قبلاً کنترل میدانی یا (FOC) نامیده می‌شد، یک روش کنترل درایو فرکانس متغیر (VFD) است که یک موتور الکتریکی AC سه‌فاز را با استفاده از دو متغیر خروجی اینورتر VFD کنترل می‌کند که عبارت‌اند از:

  • اندازهٔ ولتاژ
  • فرکانس (زاویهٔ ولتاژ، یا فاز فقط به‌صورت غیرمستقیم کنترل می‌شوند.)

این روش در اصل برای کاربرد موتورهای با کارایی بالا توسعه‌یافته است که می‌تواند در سرعت نامی خود به نرمی کار کند و از طرفی در سرعت صفر با گشتاور کامل عمل کرده و شتاب بالای مثبت و منفی داشته باشد، ولی به‌مرور برای کاربردهای با کارایی پایین‌تر باتوجه‌به کاهش اندازه موتور FOC، هزینه و مصرف برق آن هم جذاب شد.

FOC در موتورهای القایی باتوجه‌به کارایی بالای آنها هنوز خیلی همگانی نشده است ولی انتظار می‌رود در نهایت در همه‌جا جایگزین کنترل تک متغیر اسکالر ولت بر هرتز (V/f) شود.

در این روش بردارهای جریان سه‌فاز به دو مرجع چرخشی (d-q) که با استفاده از تبدیل Clarke-Park به دست می‌آیند تبدیل می‌گردند. در این مرجع، مؤلفه d بیانگر فلاکس تولیدی توسط استاتور بوده و مؤلفه q گشتاور تولیدی می‌باشد.

فرآیند کنترل برداری (Vector Control) در درایو VFD
فرآیند کنترل برداری (Vector Control) در درایو VFD

در این روش دو مؤلفه ذکر شده به‌صورت مجزا و توسط کنترلرهای PI کنترل می‌شوند و در نهایت خروجی دو PI با تبدیل عکس پارک به سه رفرنس ساکن باز تبدیل می‌شوند.

قطعاً روش Vector Control نسبت به Scalar control از دقت سرعت و پاسخ گشتاوری مناسب‌تری برخوردار است ولی به‌هرحال دارای الگوریتم پیچیده‌تر برای محاسبه سرعت و نیاز به تجهیزات کنترلی گران‌تری می‌باشد.

کنترل مستقیم گشتاور (Direct Torque Control)

روش DTC برای اولین‌بار توسط Manfred Depenbrock در آمریکا و آلمان در سال 1984 (1363 ه.ش) به ثبت رسید، البته در آن زمان اصطلاح DTC رواج نداشت و به آن DSC که کوتاه شده direct self-control می‌بود در پتنت ثبت شد. در همان سال مقاله‌ای مشابه در IEEJ به نام Isao Takahashi و Toshihiko Noguchi درج گردید که سرانجام در سال 1986 با عنوان “روشی جدید با امکان پاسخ‌دهی بالا و بهینه جهت کنترل موتور القایی” در IEEE نیز مورد تأیید قرار گرفت.

تنها تفاوت میان DTC و DSC، شکل مسیر بردار شار کنترل شده می‌باشد، این مسیر در مدل DSC به شکل شبه دایره است درحالی‌که در DTC به دلیل بالاتر بودن فرکانس کلیدزنی به شکل یک شش‌ضلعی ظاهر می‌شود. تفاوت دیگر در توان درایو می‌باشد، در DSC عمدتاً هدف درایوهای توان بالا می‌بود از سمت دیگر در DTC هدف بیشتر درایوهایی با توان متوسط موردنظر می‌باشند.

تمرکز روش DTC به‌صورت عمده بروی موتورهای سه‌فاز می‌باشد که در آنها با کنترل مستقیم گشتاور می‌توانیم سرعت را نیز به نحوهٔ کنترل نماییم.

در DTC با اندازه‌گیری ولتاژ و جریان موتور محاسبات تخمین شار مغناطیسی صورت پذیرفته و در ادامه می‌توانیم گشتاور را بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده کنترل نماییم.

نحوه عملکرد DTC

عملکرد کنترل مستقیم گشتاور در شکل زیر به‌خوبی بیان شده است، در ابتدا شار پیوندی استاتور با انتگرال‌گیری از ولتاژ استاتور محاسبه می‌گردد. گشتاور در این فرآیند یکی از نتایج تخمین بردار شار پیوندی و اندازه‌گیری بردار جریان می‌باشد. همان گونه که در شکل مشهود است سپس دامنه شار و گشتاور با مقادیر رفرنس که توسط ما تعیین می‌شوند مقایسه می‌گردند. اگر شار تخمینی و گشتاور از مقادیر مرجع (reference) فاصله زیادی داشته باشند، با خاموش و روش کردن ترانزیستورهای VFD می‌توانیم آنها را به مقادیر مشخص شده نزدیک نماییم. باتوجه‌به توضیحات داده شده Direct torque control یکی از روش‌های هیسترزیس یا Bang-Bang کنترل می‌باشد.

فرآیند عملکرد DTC
فرآیند عملکرد DTC

در DTC نیازی به مدولاتور و دورسنج یا اندکودر موقعیت برای بازخورد سرعت و مکان محور الکتروموتور نداریم. DTC از سریع‌ترین نرم‌افزار پردازش سیگنال دیجیتال و فهم ریاضی پیشرفته در چگونگی کارکرد موتور استفاده می‌کند و حاصل درایوی با پاسخ گشتاوری است که معمولاً 10 مرتبه سریع‌تر از هر درایو AC یا DC است.

دقت سرعت دینامیک در درایوهای دی تی سی 8 مرتبه بیشتر از هر درایو AC حلقه باز می‌باشد. DTC تقریباً با یک درایو DC که از فیدبک استفاده می‌کند، قابل‌مقایسه خواهد بود. DTC به‌نوعی اولین درایوی می‌باشد که قابلیت انجام کار هر دو درایو AC و DC را دارا می‌باشد.

درایو متغیرهای کنترل
درایوهای DC جریان آرمیچر، جریان مغناطیسی
داریوهای PWM ولتاژ خروجی، فرکانس خروجی
درایوهای DTC گشتاور موتور، شار مغناطیسی موتور

همان گونه که در جدول بالا مشخص است درایوهای DC و درایوهای DTC از پارامترهای حقیقی الکتروموتور برای کنترل گشتاور و سرعت استفاده می‌کنند بنابراین دارای عملکرد دینامیکی سریع‌تر و آسانی می‌باشند.

DTC برای اکثر کاربردها هیچ تاکومتر یا انکودری برای بازخورد سیگنال سرعت یا مکان نیاز ندارد

در درایوهای مدل PWM، متغیرهای کنترل، فرکانس و ولتاژ هستند که نیاز است مراحل متعددی را قبل از اعمال به الکتروموتور بگذرانند، بنابراین در این درایوها برخلاف DTC، کنترل در درون کنترل‌کنندهٔ الکترونیکی استفاده شده است، نه درون الکتروموتور، همین مسئله سبب افزایش پیچیدگی در PWM شده است.

دیاگرام درایو DTC برای موتور القایی
دیاگرام درایو DTC برای موتور القایی

دقت درایو DTC

برای DTC دقت سرعت 10 درصد لغزش الکتروموتور است. در یک موتور 11 کیلوولتی، 0.3 درصد برابر دقت سرعت استاتیک است (میزان خطا 0.3% می‌باشد). در یک موتور 110 کیلوواتی، دقت سرعت 0.1 درصد برابر حالت بدون انکودر (حلقه باز) است. این اعداد بیانگر دقت بسیار خوب DTC تا مرز 95% می‌باشد. بااین‌وجود، برای رسیدن به همان دقتی که درایوهای DC دارند، یک انکودر موردنیاز است. در مقابل در درایوهای PWM کنترل‌شدهٔ فرکانسی، دقت سرعت استاتیک معمولاً بین 1 تا 3 درصد است بنابراین پتانسیل بهبود فرآیند در درایوهای استانداردی که از تکنولوژی DTC استفاده می‌کنند، بالاتر است.

یک درایو DC که از یک انکودر با نسبت پالس/1024دور استفاده می‌کند، می‌تواند به‌دقت سرعتی برابر با 0.01% درصد برسد!

به‌صورت خلاصه مزایای استفاده از DTC بدین شرح است:

پاسخ سریع گشتاور: به‌صورت قابل‌ملاحظه‌ای زمان افت سرعت را کاهش می‌دهد و درنهایت سبب افزایش بهره‌وری کنترل فرآیند خواهد شد.

کنترل گشتاور در فرکانس‌های پایین: به‌صورت خاص برای بالابرها یا آسانسورها مفید است، جایی که نیاز است بار به طور منظم و بدون هیچ‌گونه پرتابی، شروع به حرکت کرده و متوقف شود، همچنین با حضور یک پیچنده، کنترل تنش می‌تواند از سرعت صفر تا ماکزیمم به دست آید.

خطی بودن گشتاور: در کاربردهای دقیق مانند پیچنده‌های مورداستفاده در صنعت کاغذ، جایی که سطح دقیق و ثابت سیم‌پیچ مدنظر است، مهم است.

دقت سرعت دینامیک: بعد از یک تغییر ناگهانی در بار، الکتروموتور می‌تواند به یک وضعیت ثابت در کسری از ثانیه برسد.

صرفه‌جویی اقتصادی: در مقایسه با درایوهای وکتور شار PWM، DTC مزیت صرفه‌جویی در هزینه را به همراه می‌آورد چون به هیچ تاکومتری نیاز ندارد.

مقایسه سه روش اصلی کنترل VFD
مقایسه سه روش اصلی کنترل VFD

تکنولوژی Real time در درایو

تعبیه نمایشگر بروی درایو جهت ارتباط بهتر با اپراتور

خوشبختانه امروزه کنترل و مدیریت یک درایو با چند کلیک ساده انجام می شود ، برخی از درایوها آنقدر هوشمند شده اند که دارای یک نرم افزار یکپارچه شده اند تا کاربر بتواند به راحتی و بدون نیاز به زبان برنامه نویسی از صفر تا صد کنترل.

علاوه بر این ، موضوع درایوهای شبکه به خوبی پیشرفت کرده است و شما می توانید مستقیماً با HMI رانندگی کنید یا حتی با آن تعامل داشته باشید. کنترل PLC ، PC ، PAC ، سیستم SCADA و ..

انتخاب درایو مناسب برای موتور الکتریکی

برای تعیین اندازه درایوهای فرکانس متغیر ، ابتدا باید از مشخصات موتور الکتریکی خود (موتور الکتریکی) مطلع شویم. در اولین قدم باید بدانیم موتور سه فاز است یا تک فاز ، که البته بیشتر موتورهای الکتریکی در صنعت امروز سه فاز هستند. تک فاز نیز موجود است ، با این حال ، استفاده از این کنترل کننده ها توصیه نمی شود.

اگر برق سه فاز در دسترس نباشد ، چه کاری می توان انجام داد؟

جای نگرانی نیست ، برخی از درایوها می توانند یک موتور سه فاز را تأمین کنند ، به عنوان مثال ، یک درایو تک با ورودی تک فاز 420 ولت می تواند 230 ولت ولتاژ 3 فاز تولید کند.

مرحله بعدی که باید انجام دهید بررسی پلاک روی موتور است ، این پلاک بر روی موتور نصب شده و حاوی اطلاعات مناسبی است که برای انتخاب درایو صحیح و دقیق به آن نیاز داریم ، یکی از این موارد میزان ولتاژ است که باید دقیقاً همان ولتاژ درایو باشد. همچنین ، جریان درایو انتخابی نباید کمتر از مقدار FLA باشد ، که به معنای آمپر در بار کامل است.

یک نمونه پلاک موتور سه فاز

یک نمونه پلاک موتور سه فاز

بهتر است که جریان درایو از مقدار آمپر با بار کامل موتور بالاتر باشد اما این مقادیر می‌توانند یکسان هم باشند. آخرین موردی که باید بررسی شود، مقدار اضافه‌بار است، برخی از درایوها در دقیقه 110 درصد اضافه‌بار و بعضی دیگر 150 درصد اضافه‌بار یا حتی مقادیر متناوب دیگری را می‌توانند تحمل کنند که با بررسی این موارد در نهایت می‌توانید به انتخاب درست درایو اقدام نمایید.

مزایای درایو

در مورد درایو صحبت های زیادی شده است. در این بخش ، ما مزایا و سپس معایب استفاده از درایو AC را لیست می کنیم.

عمر طولانی (به دلیل استفاده از مدارهای الکترونیکی قدرت).
توانایی درایو برای بازگرداندن مصرف انرژی در ترمزهای مکانیکی به شبکه.
کاهش جریان شروع از شبکه (جریان شروع کمتر از 10٪ جریان نامی نامیده می شود).
مصرف انرژی را در سیستم های فن کاهش دهید (در گذشته با موتورهای با سرعت ثابت ، جریان مایعات توسط میراگر کنترل می شد).
کاهش تنش های الکتریکی (به دلیل شروع و توقف نرم موتور الکتریکی) و در نتیجه کاهش تنش های مکانیکی ، این امر هزینه های نگهداری را نیز کاهش می دهد.
دامنه تغییرات احتمالی سرعت ، قدرت و گشتاور موتور الکتریکی را افزایش دهید.
امکان تغییر جهت چرخش موتور الکتریکی ، ترمز برقی ، جعبه دنده و حالت های مختلف کار (4 منطقه کاری).
محافظت الكتریكی موتور در برابر نقص ؛ اضافه ولتاژ ، اضافه جریان ، اضافه بار و …
افزودن ویژگی های نرم افزار برای مدیریت عملکرد کنترل از راه دور ، ایجاد برنامه های دوره ای ، شخصی سازی و …
بهبود محیط زیست به دلیل کاهش چشمگیر مصرف انرژی توسط موتور الکتریکی (گاهی بیش از 50٪)
بدون نیاز به سوخت گیری و پیش گرم شدن ، می توان آنها را بلافاصله تنظیم و بارگیری کرد.
عدم نفوذ از محیط کار.

معایب درایو

  • هزینه اولیه هنوز زیاد است.
    در مدل های ارزان پاسخ پویا ضعیف است.
    باعث ایجاد صدا می شوند.
    آنها به دلیل استفاده از الکترونیک قدرت در برابر نوسانات الکتریکی آسیب پذیر هستند.
    سوالات متداول را رانندگی کنید
    عملکرد اصلی یک درایو چیست و آیا درایو فقط برای موتور AC است؟

    وظیفه اصلی یک درایو کنترل سرعت ، گشتاور و قدرت یک موتور الکتریکی با توجه به نیاز کاربر است. نه ، یک درایو برای انواع موتورهای الکتریکی ، از جمله نوع DC وجود دارد.

    تفاوت درایو با استارت نرم و نرم چیست؟

    استارتر نرم فقط موتور را به آرامی روشن کرده و جریان استارت را کاهش می دهد ، در حالی که درایو همچنین می تواند در هر زمان سرعت ، گشتاور و قدرت موتور را برای ما کنترل کند.

    انواع روش های کنترل درایو را لیست کنید و بگویید کدام یک بهتر است و چرا؟

    کنترل اسکالر (v / f) ، کنترل بردار و کنترل گشتاور مستقیم (DTC). در میان روش های ذکر شده ، DTC به دلیل پاسخ دینامیکی سریع تر به گشتاور ، از وضعیت بهتری نسبت به دو روش دیگر برخوردار است.

    چرا DTC را کنترل گشتاور مستقیم می نامند؟

    کنترل گشتاور مستقیم روشی را توصیف می کند که در آن کنترل گشتاور و سرعت مستقیماً بر اساس حالت الکترومغناطیسی یک موتور الکتریکی است که مشابه موتور DC است و بالعکس ، روشی که در آن درایوهای PWM سنتی از فرکانس ورودی و ولتاژ استفاده می کنند. DTC اولین فناوری برای کنترل متغیرهای کنترل “واقعی” در موتور ، یعنی گشتاور و شار است.

    تفاوت عملکرد PWM و DTC چیست؟

    درایوهای PWM سنتی از ولتاژ خروجی و فرکانس خروجی به عنوان متغیرهای اصلی کنترل استفاده می کنند ، اما باید عرض پالس این متغیرها قبل از استفاده در موتور تعدیل شود. این مرحله تعدیل کننده زمان پردازش سیگنال را افزایش می دهد و بنابراین سطح پاسخ گشتاور و سرعت درایو PWM را محدود می کند. به طور معمول ، یک مدولاتور PWM ده برابر DTC طول می کشد تا به یک تغییر واقعی پاسخ دهد.

دیدگاه بگذارید