1. درایو موتور القایی 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 نسبت به سیستم‌های مکانیکی می‌توان بازده 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.

پیشینه:

اولین درایوهای ساخته شده، درایو موتورهای جریان مستقیم بودند که در سال‌های 1950 ساخته شده و در سال‌های 1960 وارد صنعت شدند. دلیل پیشرفت این 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 توسعه 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 راه‌اندازی و کنترل است، در صنعت برق نیز منظور از درایو موتور القایی راه‌انداز و کنترل‌کننده پارامترهای اساسی موتور از قبیل ولتاژ، جریان، گشتاور، 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. استفاده از کلمه اینورتر نیز بسیار رایج است ولیکن درحقیقت اینورتر عمل تبدیل جریان مستقیم به متناوب را انجام می‌دهد و یکی از بخش‌های تشکیل‌دهنده درایو است.

ساختار:

همانطور که عنوان شد درایو عمل راه‌اندازی و کنترل موتور القایی سه فاز را انجام می‌دهد. مشخص است برای راه‌اندازی 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 درایو باید بتوان جریان، ولتاژ و فرکانس را کنترل کرد. روش‌های متفاوتی برای این کار وجود دارد که همگی براساس سوئیچیگ بنا شده‌اند. 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 و با استفاده از این روش، جریان و ولتاژ خروجی کنترل می‌شود.

با کنترل جریان و ولتاژ و ایجاد فرکانس متغیر می‌توان موتور را کنترل کرد و به‌ روشی دلخواه مطابق نیاز بار، موتور را راه‌اندازی کرد. روند کلی در درایو بدین شکل است که ابتدا 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 IGBT استفاده می‌شود. معمولا در توان‌های پایین، از 2 پک 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 به‌کار 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 به صورت داخلی ندارد.

در توان‌های بالاتر(معمولا بیشتر از 45 کیلووات) دیگر عناصر یکسوساز و سوییچینگ بصورت یکپارچه موجود نیستند و ادوات، جداگانه به‌کار می‌روند. به‌طور 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 شود. در درایوهای با توان کمتر از 2/2کیلووات معمولا نوع IPM به‌کار رفته است اما الزامی برای استفاده حتمی از این دسته وجود ندارد.

© کپی رایت - آگر الکترونیک