درایو چیست؟

مقدمه:

امروزه شاهد آن هستیم که سیستم­ها به سوی الکتریکی و الکترونیکی شدن پیش می­روند و از مکانیکی بودن فاصله می­گیرند، خصوصا این موضوع امروزه به وضوح در تکنولوژی­های مورد استفاده در صنایع قابل مشاهده است.

از جمله مزیت­های سیستم­های الکتریکی و الکترونیکی می­توان به بازده بسیار بالاتر، قابلیت اطمینان بالاتر، هزینه کمتر، وزن کمتر، حجم و ابعاد کوچکتر، همگامی با تکنولوژی­های روز دنیا، قابلیت انعطاف بالا، هوشمند بودن، کنترل پیوسته، استهلاک کمتر، تلفات کمتر، آلودگی کمتر و … را نام برد.

دزایو چیست

پیشینه:

اولین درایوهای ساخته شده درایو موتورهای جریان مستقیم بودند که در سال­های 1950 ساخته شده و در سال­های 1960 وارد صنعت شدند که دلیل پیشرفت درایوها در این سال­ها توسعه ادوات سویچینگ قدرت اولیه یعنی تریستورها بود. در اواخر دهه 1960 مدارات قدرت آنالوگ با کنترلرهای دیجیتال براساس تعیین زمان آتش بهبود یافتند و در سال­های بعد استفاده از PWM در مدارات گسترش یافت و نهایتا در سال­های 1980 و 1990 ادوات قدرت IGBT نیز ساخته شده و در این سال­ها درایوهای موتورهای القایی تکامل یافت.

عبارت Drive در لغت به معنای راه­ اندازی و کنترل است، در صنعت برق نیز منظور از درایو موتور القایی راه­ انداز و کنترل­کننده پارامترهای اساسی موتور از قبیل ولتاژ و جریان و گشتاور و سرعت و … است. معمولا به­ جای کلمه درایو، کلمات اینورتر(Inverter)، VFD(Variable Frequency drive)، AFD(Adjustable (Frequency Drive و VSD(Variable Speed Drive) نیز به­کار می­رود. درحقیقت اینورتر عمل تبدیل جریان مستقیم به متناوب را انجام می­دهد و یکی از بخش­های تشکیل ­دهنده درایو است.

ساختار:

همانطور که عنوان شد درایو عمل راه­ اندازی و کنترل موتور القایی سه فاز را انجام می­دهد. مشخص است برای راه ­اندازی و کنترل انواع موتور باید ولتاژ، جریان و فرکانس را تامین کرده و به موتور اعمال کرد که هرکدام وظیفه بخش خاصی از درایو است. با توجه به روابط اساسی موتور القایی مشخص می­شود که جریان الکتریکی با گشتاور خروجی موتور و ولتاژ و فرکانس با سرعت موتور در ارتباط هستند و همچنین فرکانس اعمالی به موتور با انواع تلفات نیز در ارتباط است، پس کنترل هرچه کامل­تر این پارامترها به منزله کنترل دقیق­تر موتور است؛ پس با استفاده از ساختار درایو باید بتوان جریان، ولتاژ و فرکانس را کنترل کرد. روش­های متفاوتی برای این کار وجود دارد که همگی براساس سوئیچیگ بنا شده­ اند. در عمل سوئیچینگ دو فاکتور مهم مطرح هستند که عبارتند از فرکانس سوئیچینگ و Duty Cycle. در عمل، روش کنترلی بدین شکل است که با توجه به ارتباط فرکانس سوئیچینگ و امپدانس کلی مدار، با تغییر فرکانس می­توان جریان و ولتاژ خروجی را کنترل کرد اما نوع دیگر کنترل جریان و ولتاژ  که بیشتر نیز مورد استفاده قرار می­گیرد استفاده از تغییر Duty Cycle در فرکانس ثابت است که با استفاده از منحنی­های شارژ و دشارژ خازن و سلف، جریان و ولتاژ خروجی کنترل می­شود.

با کنترل جریان و ولتاژ و ایجاد فاز متغیر می­توان موتور را کنترل کرد و به ­طریق دلخواه مطابق نیاز بار موتور را راه ­اندازی کرد. روند کلی در درایو بدین شکل است که ابتدا جریان و ولتاژ پس از عبور از پل دیودی تا حد ممکن یکسو شده و سپس به ادوات سوئیچینگ قدرت اعمال می­شود. در اکثر درایوهای توان پایین و متوسط با سطح ولتاژ پایین(220 ولت تا 660 ولت) از IGBTها استفاده می­شود. معمولا در توان­های پایین از 2 پکیج کلی IGBT استفاده می­شود: IPM و PIM

IPM   : Intelligent Power Module

از این دسته بیشتر در توان­های پایین استفاده می­شود و بدین شکل است که در ساختار درونی خود یکسوساز سه فاز و 7 عدد IGBT شامل 6 عدد IGBT تمام پل و یک عدد IGBT ترمز دینامیک و یک المان دماسنج به­ کار رفته است. وجه تمایز این دسته با دسته بعد در این است که در ساختار خود دارای Gate Driver نیز می­باشد و دیگر به مدارات واسط بین مدار میکروکنترلری و ماژول قدرت نیازی ندارد.

PIM   : Power Integrated Module

این دسته مشابه دسته قبل است و تنها تفاوت در این است که معمولا رنج توان بالاتری دارد و همچنین Gate Driver نیز ندارد.

در توان­های بالاتر(معمولا بیشتر از 45 کیلووات) دیگر عناصر یکسوساز و سوییچینگ بصورت یکپارچه موجود نیستند و ادوات، جداگانه به­کار می­روند. به ­طور کلی تا ولتاژ 650 ولت  و جریان 150 آمپر،این ادوات موجود هستند. البته لازم به ذکر است که در توان­های بالاتر از 20 تا 37 کیلووات IGBT هفتم که مربوط به ترمز دینامیکی است موجود نمی­باشد و باید از IGBT خارجی استفاده کنیم. در درایوهای با توان کمتر از 2.2کیلووات معمولا نوع IPM به­ کار رفته است اما الزامی برای استفاده حتمی از این دسته وجود ندارد.

مزایای استفاده از درایو موتور القایی:

  1. درایو موتورهای القایی براساس موتور و پارامترهای موتور و روابط بین آن­ها طراحی و ساخته می­شوند پس با استفاده از درایو موتور کارکرد کاملتر، پایدارتر و محافظت ­شده ­تری خواهد داشت.
  2. وقتی از درایو استفاده می­کنیم دیگر به اتصالات قدرت مثل مدارات کنتاکتوری چپ­گرد و راستگرد، ستاره – مثلث و مدارات تایمر دار نیازی نیست و از این ­جهت باعث صرفه­ جویی هزینه خواهد بود.
  3. با توجه به هماهنگی بیشتر بین ساختار الکترومغناطیسی موتور و ساختار مکانیکی موتور بسیاری از تنش­ها و ضربات از بین می­رود که باعث طول عمر بیشتر موتور خواهد شد.
  4. پس از استفاده از درایو دیگر موتور از شبکه به ­طور مستقیم تغذیه نمی­شود و دیگر توان راکتیو از شبکه کشیده نمی­شود که باعث افت کیفیت ولتاژ شبکه شود و در نتیجه به بانک خازنی نیاز نخواهد بود.
  5. با توجه به این­که در ساختار درایو بسیاری از حفاظت­ها لحاظ شده موتور در برابر حوادث مقاومتر خواهد بود و این مورد نیز منجر به افزایش طول عمر موتور می­شود.
  6. در بسیاری از کاربردها نیاز به سرعت متغیر داریم که با استفاده از درایو این امر به راحتی و با دقت بالا محقق می­شود اما برای پیاده سازی سرعت متغیر توسط سیستم­های مکانیکی به گیربکس و کلاچ و … نیاز است و درنهایت نیز کنترل کاملی بر روی سرعت نخواهیم داشت و تلفات و هزینه سیستم بالارفته و بازده کاهش می­یابد.
  7. اکثر گیربکس­های موجود در بازار به­ صورت پله­ایی هستند و به ­صورت گسسته سرعت را تغییر می­دهند که باعث ایجاد ریپل و ضربه به موتور شده و در طولانی ­مدت به موتور آسیب می­زنند و گیربکس­های مکانیکی ضریب پیوسته نیز هزینه­های بالایی دارند و معمولا به سیستم­های کنترلی نیاز دارند ولی با استفاده از درایو به آسانی می­توان به­صورت دور پیوسته سرعت را کنترل کرد.
  8. در برخی از کاربردها مثل پمپ و فن نیاز دائمی به سرعت نامی نیست و با استفاده از درایو می­توان حداکثر سرعت سیستم را به 90 درصد سرعت نامی محدود کرد. با توجه به اینکه با 10 درصد کاهش حداکثر سرعت نسبت به سرعت نامی تا 20 درصد صرفه­ جویی در مصرف برق موتور خواهیم داشت و در شرایط کم­باری با 20 درصد کاهش سرعت نسبت به سرعت نامی، تا 50 درصد صرفه­ جویی انرژی خواهیم داشت که در هزینه­ های ثابت بسیار قابل ملاحظه است.
  9. با استفاده از درایو بسیاری از سیم­کشی­ های مربوط به مدارات فرمان از بین خواهدرفت که باعث کاهش هزینه ­ها خواهد شد.
  10. با استفاده از درایو می­توان گشتاور خروجی را دقیقا کنترل نمود و حتی گشتاورهای نوسانی برای برخی از کاربردها ایجاد کرد ولی پیاده ­سازی این کار با مدارات فرمان امکان­پذیر نیست و با سیستم­های مکانیکی نیز نمی­توان چنین کاری انجام داد.
  11. با استفاده از درایو می­توان موقعیت شفت موتور را با دقت بسیار بالایی کنترل نمود اما با استفاده از سیستم­های مکانیکی یا سایر سیستم­های الکتریکی نمی­توان چنین کاری انجام داد.
  12. بسیاری از پارامترهای موتور توسط درایو مستقیما اندازه­گیری می­شوند و یا محاسبه و تخمین زده می­شوند پس با استفاده از درایو از هزینه اضافی بابت بسیاری از ادوات اندازه ­گیری جلوگیری می­شود.
  13. با استفاده از درایو بسیاری از آپشن­ها مثل سنکرون­سازی کامل سرعت و موقعیت و گشتاور چند موتور قابل انجام است که این کار بدون استفاده از درایو به هیچ طریقی مقدور نیست.
  14. با استفاده از درایو قابلیت اطمینان، دقت، کیفیت و طول عمر بسیاری از تجهیزات مثل نوارنقاله ­ها، زنجیرها، جرثقیل­ها و … افزایش چشم­گیری می­یابد.
  15. با استفاده از درایو بستری هوشمند برای سیستم فراهم می­شود که در این بستر الکترونیکی هوشمند بسیاری از آپشن­ها از قبیل انواع شبکه­ ها، انواع سیستم­های کنترل مثل PID Controller، انواع مانیتورینگ، انواع کنترل و نظارت از راه دور، انواع روش­های دریافت اطلاعات از طریق سنسورها و سایر تجهیزات و … را در اختیار داشت که هریک مزایای اتوماسیونی و اقتصادی بسیاری دارند.

در پایان باید گفت که کار با درایو چندان پیچیده نیست اما تنظیم اشتباه پارامترها ممکن است بسیاری از مشکلات مختلف را به­وجود آورد.

شرکت آگر الکترونیک تمام تلاش خود را برای کاربری هرچه ساده­تر و قابل فهم  ­تر درایوهای ساخت این شرکت به ­کار برده است تا در کوتاه­ترین مدت زمان با استفاده از دفترچه محصولات و دریافت راهنمایی از واحد پشتیبانی، مهندسین محترم توانایی کار و پیاده ­سازی پروسه­ های مدنظر با استفاده از درایوهای ایرانی ساخت آگر الکترونیک را داشته باشند.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

Want to join the discussion?
Feel free to contribute!

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *