چند نوع درایو دور متغیر برای موتور

[saghar... 6,666]

درایو های AC دور متغیر ، سیستمهای کنترل سرعت موتور های AC می باشند .

 

درایو های AC هم سرعت موتور های القایی و هم سرعت موتور های سنکرون را با تنظیم فرکانس تغذیه ی موتور کنترل می کنند . درایو های AC با عناوین: درایو های تنظیم سرعت (ASD) ، یا درایوهای تنظیم فرکانس (AFD) ، یا درایوهای فرکانس متغیر(UFD)، یا درایو سرعت متغیر (VSD) و یا همه مبدلهای فرکانس (FC) نیز شناخته می شوند .

 

اولین موتور AC در سال 1899 طراحی شد. موتور های AC با استفاده از القای الکترومغنا طیسی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند موتورهای AC دارای:

 

* سرعت ثابت، که با فرکانس تغذیه معین می شوند .

* گشتاور ثابت

 

می باشند .

 

قطعا سرعت ثابت در تمامی پروسه ها وکاربردها مناسب نیست و لازم است که بتوان سرعت را متناسب با نیاز تغییر داد .

 

ماشین آلات صنعتی اغلب با موتور های که دارای تجهیزاتی جهت تنظیم سرعت می با شند، کار می کنند . چنین موتور هایی دارای ابعاد بزرگتر و توان های بالاتری نسبت به موارد مشابهی که در دریلهای الکتریکی و مخلوط کنها بکار می روند دارند .این موتور ها معمولا در یک سرعت ثابت به کار می روند. در صورتیکه نیاز به کنترل سرعت باشند از درایو AC (سرعت متغیر) استفاده می شود .درایوهای AC در کاربرد های گوناگون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. بعنوان یک مثال ساده درایو های AC اغلب همراه با فنها جهت تنظیم جریان هوا در سیستم های بزرگ گرمایش و هوای مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد جریان آب و مواد شیمیایی در پروسه های صنعتی اغلب، با تنظم سرعت پمپها کنترل می شود .

 

بعلاوه درایو های AC دور متغیر معمولادر کاربردهای پیچیده محیط های نامناسب و سخت نظیر میلهای کاغذ، کندن تونل ، دستگاه های دریل در صنعت نفت و یا معدن نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

 

کنترل پروسه و کاهش مصرف انرژی دو دلیل اولیه برای استفاده از درایوهای AC می باشد. درایوهای AC در اصل برای کنترل پروسه ساخته شدند ، اما کاهش مصرف انرژی نیز به همان میزان دارای اهمیت است

 

ذخیره ی انرژی با استفاده از درایو های AC :

 

مصرف انرژی اغلی در درایو های AC کمتر از کاربردهای سرعت ثابت است. پمپها و فنها دارای بیشترین مصرف انرژی می باشند. در صورتیکه یک فن با سرعت ثابت کار کند ممکن است که جریان هوا گاهی اوقات بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد. جریان هوای اضافی را می توان با یک دمپر محدود نمود اما مفیدتر آنست که بتوان جریان هوا را با تنظیم سرعت موتور ، تنظیم نمود.

 

تنظیم سرعت بعنوان وسیله ای جهت کنترل پروسه :

 

موارد زیر فواید کنترل پروسه با استفاده از درایوهای AC می باشند :

 

* عملکرد هموارتر (Smoother)

* کنترل افزایش شتاب

* سرعتهای مختلف برای هر پروسه

* جبرانسازی تغییرات در متغیرهای پروسه

* امکان عملکرد آرام (کند) به منظور Setup

* تنظیم سرعت تولید

* مکان یابی دقیق

* کنترل گشتاور و یا Tension

 

مثال :

 

درایو AC عملکرد یکنواخت تری در مقایسه با کارکردهای دمر ثابت دارد. برای مثال در یک ایستگاه انتقال فاضلاب ، فاضلاب از طریق لوله های ، تحت نیروی گرانشی ، به یک چاه منتقل می شود. و از این پخش به پروسه تصفیه پمپ می شود.

 

در صورت استفاده از پمپهای سرعت ثابت ، پمپها به گونه ای تنظیم می شوند که در صورتیکه مایع داخل چاه به حد بالای مشخصی رسید استارت شده و در صورتیکه سطح آن به حد پایین رسیده استپ شوند. این روشن ، خاموش شدنهای پیوسته پمپها موجب کشیده شدن جریان الکتریکی بالا هنگام استارت موتور و در نتیجه ایجاد تنشهای گرمایی و الکترو مغناطیسی در موتور و تجهیزات کنترل قدرت میگردد. پمپها و لوله ها تحت فشارهای مکانیکی و هیدرولیکی قرار می گیرند . پروسه تصفیه فاضلاب دارای مجموعه ای از تنشها در طول انتقال فاضلاب می باشد .

 

در صورت استفاده از درایوهای AC ، پمپها بصورت پیوسته کار می کنند و سرعت آنها با افزایش سطح مایع در چاه افزوده می شود. بدین ترتیب جریان ورودی با جریان خروجی متناسب گشته و پروسه بصورت یکنواخت انجام می گیرد.

سیستم های مدرن راه اندازی و کنترل

معمولا" سیستم های مدرن راه اندازی و کنترل را سیستم های محرکه می گویند. اساسا" سه روش برای اصلاح بازده انرژی با تعویض موتور و سیستم های محرکه وجود دارد.

1- موتورهای با بازده بالا ، این نام کلی موتورهای الکتریکی است که برای تقلیل تلفات موتور طراحی شده اند .

2- کنترل کننده های موتور : برخی اوقات بعنوان کنترل کننده های ولتاژ یا راه انداز ملایم دارای راندمان انرژی بالا شناخته شده اند .

3- سیستم های با دور متغیر که به طور گسترده در سه طبقه بندی قرار می گیرند. هدف ، تنظیم سرعت بار مطابق برخی پارامترهای اندازه گیری شده می باشد. این سیستم ها از مواد زیر تشکیل شده اند :

محرکه های دور متغیر الکترونیکی : که به VSDمعروف اند و انواع مختلفی دارند. این دستگاهها برای تطبیق الکترونیکی سرعت موتور و برق ورودی به آن تا ( حد نیاز بار ) موتور کار می کنند. بنابراین تلفات آهن و سایر تلفات تا حداقل مقدارشان کاهش می دهند .

موتورهای با دور متغیر : این موتور ها شامل موتورهای دور متغیر مرسوم ، و موتورهای دو سرعته و نیز شامل موتورهای جدید « آخرین فن آوری » می شوند. در این موتورها از قابلیت مدرن کنترل الکترونیکی برای گسترش کاربرد موتورهائی که قبلا" توسط کنترل کننده های مرسوم الکترومکانیکی کنترل می شدند استفاده می شود .

محرکه های الکترومکانیکی : موتورهای دور ثابت که با کنترل های مکانیکی یا الکترومکانیکی جهت تغییر سرعت سیستم راه اندازی شده بکار می برند .

کنترل کننده های موتور ، VSDها ( جعبه سیاه های الکترونیکی ) هستند که جایگزین راه اندازهای مرسوم الکترومکانیکی موتورها می شوند و عمدتا" با قرار گرفتن در مجاورت این موتورها از لحاظ فیزیکی می توانند بزرگتر از راه اندازهائی باشند که جایشان را می گیرند اما معمولا" بازبینی و تعویض آنها آسان است .

موتورهای مناسب برای کنترل « VSD» ها :

نوع VSDرا که می توان مورد استفاده قرار داد به نوع موتور نصب شده بستگی دارد. دو نوع اصلی در موتورهای جریان متناوب وجود دارند ، موتورهای آسنکرون و سنکرون . هر دوی این موتورها را می توان با VSDهای الکترونیکی کنترل نمود.

درایو دور متغیر یا کنترل VSD برای موتورهای القایی

با افزایش كاربرد موتورهای القایی در صنعت بحث كنترل این موتورها اهمیت ویژه های پیدا كرده است. درایو الكتریی در موتورهای الكتریكی عبارت است سیستمی كه سرعت و گشتاور یك موتور الكتریكی را كنترل می‌كند.درایو VFD یك سیستم برای كنترل كردن سرعت چرخش یك موتور AC با كنترل كردن فركانس تغذیه اعمال شده به موتور الكتریكی است.

[TABLE=width: 82, align: left]

[TR]

[TD] [/TD]

[/TR]

[/TABLE]

 

 

VFD به نامهای AFD (درایو فركانس قابل تنظیم) یا VSD (درایو سرعت متغیر) نیز خوانده می‌شود. همچنین به مدارهای اینورتری كه دارای فركانس و ولتاژ خروجی قابل تغییر باشند درایو الكتریكی گفته می‌شود. این درایو بر این اصل عمل می‌كند كه سرعت سنكرون یك موتور AC به فركانس تغذیه آن موتور AC بستگی دارد و همچنین بر اساس رابطه زیر به تعداد قطبهای آن موتور.

 

 

در این رابطه RPM تعداد دور بر دقیقه، f فركانس منبع تغذیه و p تعداد قطبهای موتور است. عملكرد موتورهای سنكرون طبق رابطه فوق است و در موتورهای القایی سرعت رتور كمی كمتر از این سرعت سنكرون است. به طور مثال در یك موتور 60 هرتز با تعداد قطب 4، دور سنكرون برابر 1800، RPM است. برای یك موتور القایی تحت بار كامل این سرعت حدود RPM1750 است (اختلاف به دلیل وجود لغزش در موتور است)

شرحی بر سیستم VFD: موتورهای استفاده شده در سیتم VFD معمولاً سه فاز هستند. شكل زیر بلوكی از این سیستم را نشان داده است. سیستم كنترل كننده فركانس به وسیله اپراتور فرمان گرفته و توان AC را به یك توان AC با فركانس متغیر تبدیل می‌كند.

 

معمولاً سیستم كنترل كننده فركانس به صورت شكل زیر است.

 

در این حالت ابتدا سیگنال AC به DC تبدیل شده و سپس دوباره توسط اینورتر به AC تبدیل می‌شود. ولتاژ اعمال شده طبق مشخصه موتور به این موتور الكتریكی باید دارای رابطه زیر باشد كه n عدد ثابتی است.

n=v/f

مثلاً یك موتور با مشخصه عملكرد 460 ولت و فركانس 60 هرتز چنانچه فركانسش به 30 هرتز تغییر كرد می بایست ولتاژش نیز به 230 ولت كاهش یابد تا ضریب n ثابت بماند. برای كنترل این فرآیند از مدولاسیون معروف PWM به صورت شكل زیر استفاده می‌شود.

 

 

همانطور كه مشخص است با تغییر فركانس پالسهای PWM میزان ولتاژ موثر شكل موج نیز تغییر خواهد كرد.

 

عملكرد واسط اپراتور در سیستم VFD: اپراتور به وسیله یك صفحه كلید و یك صفحه نمایش (LCD) بر كاركرد موتور كنترل دارد. این كنترلرها معمولاً عبارتند از:

1- استارت و استاپ موتور الكتریكی

2- بر عكس كردن جهت چرخش موتور

3- سوئیچ كردن بین حالت دستی یا حالت اتوماتیك كنترل دور موتور

(چنانچه عمل كنترل قرار باشد از طریق كامپیوتر انجام شود نیاز به یكی از پروتكل های ارتباط سریال داریم) شروع كار موتور به این صورت است كه ابتدا به موتور یك ولتاژ همراه با فركانس پائین (مثلاً 2 هرتز) داده می‌شود تا از شوكهای اولیه وارده به موتور در هنگام استارت جلوگیری شود. چنانچه موتور به این صورت استارت نشود در ابتدای كار جریان كشیده شده تا 3 برابر مقدار نامی افزایش می یابد. یك سیستم VFD با روش استارت درست می تواند 150% گشتاور شروع را تنها با كشیدن 150% جریان ایجاد كند. بعد از مرحله استارت، فركانس و ولتاژ توسط اپراتور یا كامپیوتر جهت افزایش سرعت موتور زیاد می‌شود.

بنابراین باهم به پاسخ چند سوال توجه می کنیم:

اینورتر چیست؟

- اینورتریا درایو AC به دستگاهی گفته می شود كه به كمك آن می توان سرعت یك موتور AC سه فاز را كنترل كرد بدون آنكه قدرت و گشتاور موتور كاهش یابد. اینورترها در ظرفیتهای مختلف ساخته می شوند مثلاً برای یك موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20HP استفاده كرد.

انواع اینورتر از نظر ورودی كدامند؟

- از نظر ورودی اینورترها به دو دسته تك فاز و سه فاز تقسیم می گردند. البته خروجی همه آنها سه فاز است. برای اینورترهای با توان بالای 3 اسب فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد.

انواع اینورترها از نظر كاربرد كدامند؟

- از نظر كاربرد اینورترها به دسته های مختلفی تقسیم م ی شوند. برای راه اندازی پمپ ها، فن ها،آسانسور،جرثقیل، نوارهای نقاله ، دستگاههای اكسترودر و...... از اینورتراستفاده می شود. برای پمپ و فن از اینورترهای با گشتاور متغیر و برای آسانسورونوار نقاله و جرثقیل از اینورتر با گشتاور ثابت و برای اكسترودرها از اینورتر با فیدبك PG بهره برداری میكنند.

مزایای استفاده از اینورترها چیست؟

- كاهش انرژی مصرفی و لذا كاهش هزینه برق، كاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور ، امكان تغییر سرعت موتور، امكان تغییر جهت حركت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امكان كار موتور در شرایطی كه ولتاژ ورودی متغیر است، امكان كنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی كردن حركت.

اینورتر چگونه مصرف برق را كاهش می دهد؟

- اینورتر به صورت هوشمند میزان بار وارده به موتور را تشخیص داده و متناسب با همان بار، به موتور جریان می دهد و این جریان در بسیاری از مواقع از جریان نامی موتور كمتر است.

كدام اینورتر كیفیت دارد؟

- اینورترهایی كه دارای استاندارد CE,UL,cUL باشند، مورد تائید صنایع اروپا و آمریكا بوده واز نظر كیفیت مناسب می باشند.

معرفی درایو یا اینورتر

دستگاهی الكترونیكی است كه بوسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد . از دیگر كاربردها و مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره كرد :

تنظیم كننده سرعت موتور (كنترل دور)

تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به كنتاكتور

روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی

كاهش ضربه های مكانیكی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مكانیكی

حفاظت موتور در مقابل افزایش ولتاژ و جلوگیری از آسیب دیدن موتور

راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مكانیكی مثل كوپلینگها ، گیر بكسها ، تسمه ها ، زنجیرها و ... و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت .

حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بیشتر شود ، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به كاربر پیام اضافه بار نشان می دهد .

جلوگیری از گرم كردن و در نهایت سوختن موتور در كابرد هایی كه موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود .

كاهش هزینه برق مصرفی :

به دلیل آنكه موتور یك بار ر-اكتیو روی شبكه دارد چنانچه از درایو برای راه اندازی و كنترل موتور استفاده گردد چون درایو دارای یك بانك خازنی می باشد این بار ر-اكتیو را جبران می نماید و تنها بار اكتیو را از شبكه برق مصرف می نماید ، بنابراین جریان مصرفی بسیار كاهش می یابد .

همچنین چون در بسیاری از كارب ر دها انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند بنابراین میزان جریان زیادتری هم در حین كار از شبكه استفاده می كند .

چنانجه از اینورتر استفاده شود ، اینورتر به صورت كاملا اتوماتیك این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش و در حین كار به مقدار لازم كاهش می دهد ، بنابراین به طور كلی هزینه برق مصرفی ك اهش چشم گیری خواهد داشت .

كاهش جریان راه اندازی :

در بسیاری از كاربردها به هنگام راه اندازی ،‌موتور جریان بسیار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ایجاد صدماتی به تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد . این جریان به 6 برابر جریان نامی موتور می رسد كه بسیار نا مطلوب می باشد .

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندك خواهد شد ( حداكثر 0.2 برابر ) به عنوان مثال اگر یك موتور با جریان نامی 10آمپر كار كند در هنگام راه اندازی این جریان به 60آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداكثر به 12آمپر می رسد .

كاهش جریان موتور به صورت اتوماتیك در هنگامی كه بار موتور كم می شود . این قابلیت به غیر از كاهش هزینه برق مصرفی موجب افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد .

امكان استفاده از برق تكفاز 220 ولت به جای سه فاز 380 ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداكثر با توان 3 HP ( 2.2kw ). به این معنا كه می توان با برق خانگی یك موتور سه فاز را كاملا به صورت عادی راه اندازی نمود .

قابلیت داشتن دورهای مختلف به صورت حافظه ای .تبدیل یك موتور یك دور به یك موتور چند دور با سرعتهای دلخواه

امكان ایجاد فشار ثابت در كاربرد پمپها :

به این ترتیب كه با تغییر دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه میدارد . به عنوان مثال فشار آب یك مخزن را ثابت نگه می دارد بنابراین در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودكار زیاد می شود و در هنگامی كه آب مصرف نمی گردد دور موتور به صورت خودكار كاهش می یابد . بنابراین دور موتور با مقدار مصرف تغییر می نماید بنابراین آب با فشار ثابت به تمام نقاط می رسد .

مكان اتصال انكدر به اینورتر كه باعث می شود دور یك موتور با موتور دیگر یكسان شود .

كنترل دور به صورت خودكار در مواردی كه لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر كند .

علمی:

استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و كمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .

استفاده از آنها برای كنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد كه مهمترین آنها عبارتند از :

1- عدم نیاز به دستگاههای كنترل دبی مكانیكی.

2- ذخیره انرژی تا 80%

3- نبودن شوك راه اندازی.

4- افزایش عمر مفید قطعات مكانیكی.

از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :

1- فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میكسرها , اكسترودرها , نوارهای نقاله و . . .

2- فعالیتهای توان ثابت مثل كشش و دستگاههای ماشینی.

3- فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.

در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفی با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به میزان 50% كاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم 12.5% خواهد بود و این به مفهوم 87.5% صرفه جویی در انرژی است.