درایو الکتریک
سایه | ساینا حشمتی
درایو الکتریک | electrical drives چیست؟
درایو الکتریک، معمولاً برای کنترل حرکت ماشین الکتریکی، استفاده می شود. یک منبع انرژی یا به اصطلاح محرک اولیه مانند: موتور بنزینی، توربین بخار (گازی)، موتورهای هیدرولیکی یا الکتریکی، برای به حرکت در آوردن درایو موتورها مورد نیاز است.
می توان برای کنترل دقیق تر آن ها از نرم افزارهای مختلف استفاده کرد. زمانی که این نوع از درایوها در آسانسور استفاده شود به آن ها درایوهای آسانسوری گویند.
مزیت استفاده از درایوهای الکتریک
کاهش مصرف انرژی
موتور جریان متناوب (AC) نیازی به کار با سرعت کامل ندارد. پس می توانید با کنترل موتور با استفاده از درایوهای سرعت متغیر (درایوهای موتور الکتریکی)، این امکان را داشته باشید تا سرعت تجهیزات موتور را با نیاز های فرآیند تطبیق دهید. در نتیجه هزینه مصرف انرژی، کاسته می شود.
گشتاور متغیّر در برابر گشتاور ثابت
درایو موتور و بارهای واردی به آن ها را می توان به دو گروه، گشتاور ثابت و گشتاور متغیر تقسیم کرد. کاهش مصرف انرژی در کاربردهای گشتاور ثابت بسیار کمتر از کاربردهای گشتاور متغیر است. پمپ های سانتریفیوژی و فن ها، بارهای گشتاور متغیر هستند که اکثرا کاربردهای HVAC را تشکیل می‌دهند. مجموعه فن‌آوری‌های مربوط به گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع را Heating, Ventilating and Air Conditioning گویند.
تسمه نقاله ارتعاشی، سنگ شکن ها، ابزار پانچ، ماشین ابزار های ماشین و سایر کاربردهایی است که درایو از ولتاژ بر فرکانس (V/F ثابت) پیروی میکند، جزء گشتاور ثابت محسوب می شوند.
دلیل کاهش مصرف زیاد انرژی هنگام استفاده از بارهای گشتاور متغیّر
در کاربردهای گشتاور متغیر، گشتاور مورد نیاز تقریباً با مجذور سرعت و اسب بخار مورد نیاز، با مکعب سرعت تغییر می کند. به طوری که حتی با کاهش اندک سرعت، توان مورد نیاز بسیار کاهش می یابد.
در موتوری که با گشتاور متغیر و نیمی از سرعت کار می کند، نسبت به کار با تمام سرعت، مصرف انرژی یک چهارم است. این پدیده را قوانین وابستگی (Affinity Laws) می نامند که روابط بین سرعت، گشتاور، جریان و توان را تعریف می کند.
معمولاً در کاربردهای HVAC، زمانی که نیاز بار کمتر از سرعت کامل است. مصرف انرژی درایو آسانسور و درایو موتور الکتریکی در مقایسه با سایر روش‌های کنترل سرعت، کمتر است.
کنترل دقیق‌ترِ فرآیند با استفاده از درایو های سرعت متغیّر با کمک درایو الکتریکی
هیچ یک از روش های کنترل موتور AC با روش درایو موتور الکتریکی، از نظر کنترل دقیق فرآیند، قابل مقایسه نیست. فقط استارت‌های تمام ولتاژ (در سراسر خط) می‌توانند موتور را با سرعت کامل راه‌اندازی نماید. سافت استارترها و سافت استارترهای کاهش ولتاژ نیز فقط می‌توانند به تدریج موتور را به سرعت کامل برساند و دوباره خاموش کنند.
از طرف دیگر، درایوهای سرعت متغیر را می توان بگونه ای تنظیم کرد که موتور با سرعت دقیق کار کند، در یک مکان مشخصی متوقف شود یا مقدار خاصی از گشتاور را اعمال نماید. در واقع، درایوهای جدید سرعت متغیر AC از نظر دقت در سرعت و پاسخ سریع به گشتاور، بسیار شبیه درایوهای DC هستند. با این وجود، موتورهای AC بسیار قابل اعتمادتر و ارزان تر از موتورهای DC هستند، در نتیجه باعث کاربردی تر شدن آن ها می شود.
اکثر درایوهایی که از کنترل V/F استفاده می کنند، به این معناست که به آن ها اجازه عملیات حلقه – باز را می‌دهند. این درایوها بازخوردی دریافت نمی‌کنند، اما برای بیشتر کاربردهای درایو الکتریکی کافی هستند.
یک سیستم کنترلی پرکاربرد در صنعت
قابلیت PID (Derivative Controller Proportional Integral)
قطع لغزش در بسیاری از درایوهای الکتریکی حلقه-باز جبران می‌شود، تا درایوهای تک فاز و سه فاز جریان خروجی اش را اندازه‌گیری کنند و بطور تقریبی بتوانند، تفاوت بین سرعت واقعی و مقدار ورودی تنظیمی را محاسبه کنند. در نهایت درایو به طور خودکار خود را با مقدار مورد نظر بر اساس این تقریب تطبیق خواهد داد.
اکثر درایوهای گشتاور متغیر برای کاربردهای پمپ و فن دارای قابلیت PID (یک سیستم کنترلی پرکاربرد در صنعت هستند Derivative Controller Proportional Integral) که به درایو اجازه می دهد تا به تقریب متکی نباشد و مقدار دلخواه خود را بر اساس بازخورد از فرآیند، حفظ کند. از ترانسمیتر یا ترانسدیوسر برای شناسایی متغیرهای فرآیند مانند مقادیر نرخ جریان مایع، فشار، نرخ جریان هوا یا سطح مایع استفاده می‌شود.
این سیگنال به PLC (Programmable Logic Controller) ارسال می شود تا بازخورد فرآیند را به درایو منتقل کند. درایو موتور به طور مداوم از سیگنال بازخورد استفاده می کند تا خود را با مقدار مورد نظر تطبیق دهد.
می توان با استفاده از درایوهایی که امکان عملیات حلقه بسته را فراهم می کنند، به دقت بالاتری دست یافت. عملیات حلقه بسته را می توان با درایو برداری کنترل امتدادیابی میدانی (field-oriented control) یا درایو وکتور بدون حسگر (sensorless vector) انجام داد.
انکودر، بازخورد فرآیند را به field-oriented control ارسال می کند، سرعت یا نرخ فرآیندهایی مانند: ماشین ابزار و تسمه نقاله را اندازه گیری کرده و آن را به درایو ارسال می نماید. در نهایت، درایو خودش را برای حفظ نرخ گشتاور، سرعت و موقعیت تنظیم شده وفق می دهد.
مشکلات ناشی از استارترهای تمام-ولتاژ
هنگام دریافت انرژی، جریان روتور قفل شده (سرعت صفر) تقریباً 600 درصد جریان عملیات تمام-بار است. این جریان بسیار زیاد به تدریج، با جدا شدن بار، کاهش می یابد و موتور شتاب می گیرد اما با ایجاد افت ولتاژ غیر قابل قبولی در سامانه توان، در دراز مدت صدمات زیادی بر سایر بارها از جمله موتور می گذارد. استفاده از این روش راه اندازی محدودیتی را در اندازه موتورهای مورد استفاده در همان سیستم اعمال می کند. زیرا شروع به کار در خط (آن سوی خط) مشکلاتی را در جهت مخالف سامانه کاربری و در نهایت مشکلاتی را برای سایرین ایجاد خواهد کرد. افزایش ناگهانی جریان در اثر استارت و توقف ناگهانی فشار را بر روی عایق موتور ایجاد می کند.
افزایش طول عمر و کاهش هزینه نگهداری
موتور به‌طور ناگهانی از روش‌های تک-سرعتی راه‌اندازی می‌کنند. به همین دلیل موتور، تا ۱۰ برابر جریان تمام-بار در معرض افزایش ناگهانی و گشتاور زیاد قرار می‌گیرد. درایو موتور به تدریج، سرعت موتور را به سرعت عملیاتی هماهنگ می کند. در نتیجه، باعث کاهش تنش های مکانیکی و الکتریکی، هزینه های نگهداری و افزایش عمر موتور و تجهیزات درایو می شوند.
سرعت موتور را می توان از طریق، استارت‌های نرم یا با ولتاژ کاهش یافته (رگولاتور ولتاژ سافت استارت یا RVSS) به تدریج افزایش دهند، اما درایو الکتریکی را می‌توان طوری تنظیم کرد که سرعت موتور را بسیار تدریجی‌تر و روان‌تر افزایش دهد یا جهت کاهش تخریب موتور، سرعت را کمتر از سرعت کامل عملیاتی نماید.
درایو می تواند با الگوهای خاصی، موتور را بکار بیندازد تا فشار بارهای مکانیکی و الکتریکی را به حداقل برساند. مثلا در یک کاربرد تسمه نقاله، برای کنترل افزایش و کاهش شتاب از منحنی S-curve استفاده کرد تا بدین صورت پدیده پس زنی کاهش یابد.
کاربرد درایو الکتریکی
امروزه از درایوهای الکتریکی در طیف وسیعی از کاربردهای خانگی و صنعتی مانند سیستم های حمل و نقل (بالابر، جرثقیل و وسایل نقلیه الکتریکی) سیستم های کششی، ربات ها، پمپ ها، پنکه و لوازم خانگی (ماشین لباسشویی) استفاده می شود.
انواع درایو الکتریکی
درایو های الکتریکی را از جنبه های مختلف می توان دسته بندی کرد که در اینجا به چند نوع از آن ها می‌پردازیم:
بر اساس یک طبقه‌بندی کلی می‌توان دو نوع درایو الکتریکی وجود دارد:
اینورتر استاندارد
درایو سروو
از یک اینورتر استاندارد برای کنترل گشتاور و سرعت و همچنین کنترل موقعیت ماشین‌هایی که حرکت دشواری لازم دارند، زیر استفاده می شود.
بر اساس عناصر مختلف و طراحی سیستم درایو به سه دسته اصلیِ تقسیم می شوند:
درایو تک‌‌موتوره
درایو تک موتوره ساده ترین و ابتدایی ترین نوع درایو است که در سیستم های لوازم خانگی و صنایع فلزکاری بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.
درایو موتور گروهی
به دلیل پیچیدگی زیاد این نوع از درایوها در فناوری های مدرن مورد استفاده قرار می گیرند.
درایو چندموتوره
در صنایع سنگین مانند حمل و نقل ریلی یا در جاهایی که به چندین واحد موتور نیاز است؛ از درایوهای چند موتوره استفاده می شوند.
براساس تغییر جهت شار تولید شده، دو نوع اصلی برای درایوها وجود دارد.
درایوهای برگشت پذیر
درایوهای برگشت ناپذیر
از طرف دیگر بر اساس منبع به دو گروه درایوهای AC و درایوهای DC تقسیم می شوند.
بخش های مختلف انواع درایو الکتریکی
بار، موتور، مدولاتور توان، واحد کنترل و منبع تغذیه جزء قسمت‌های ثابت یا اجزای سیستم درایو شناخته می‌شوند. بارها بدلیل آن که می‌توانند ملزومات خاص و شرایط چندگانه ای داشته باشند، انواع مختلفی دارند.
دیاگرام سیستم درایو الکتریکی براساس طراحی پایه مدار و عناصر آن
امیدوارم از خواندن مقاله (درایو الکتریک | electrical drives چیست؟) لذت برده باشید.
در صورت هرگونه سوال و پیشنهاد با مجموعه پرگاران تماس حاصل نمایید.
مطالب مرتبط
ماشین های کنترل عددی (CNC)
ماشین کنترل عددی CNC چیست؟
ماشین های کنترل عددی CNC، یک روش تولیدی است که کنترل، حرکت و ...
سایه | ساینا حشمتی
تنظیم کننده فشار
تنظیم کننده فشار | Pressure Regulator
Pressure Regulator یا تنظیم کننده های فشار انواع مختلفی دارند. با توجه ...
سایه | ساینا حشمتی
شیر کنترل دما یا Temperature Safety Valve چیست؟
شیر کنترل دما | Temperature Safety Valve
Temperature Safety Valve، شیر کنترل دما برای کنترل دمای سیستم با ...
دیدگاهتان را بنویسید