فواید درایو

فواید درایو
 
فواید درایوهای فرکانس متغیر (VFD)

 

در مقاله قبل (درایو چیست؟) به شرح عملکرد موتورهای القایی و تاریخچه پیدایش درایوهای فرکانس متغیر و نحوه تغذیه و سوئیچینگ آنها پرداختیم. در این مقاله قصد داریم تا به بررسی فواید و کاربردهای درایوهای فرکانس متغیر در صنعت بپردازیم.

 

 

 

  1) افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری

 

همواره یکی از دلایل استفاده از VFD ها درصنعت، راه اندازی و توقف نرم و بدون ضربه الکتروموتور در کاربردهای مختلف بوده است.

همانطور که در مقاله اتوماسیون صنعتی نیز به آن اشاره کردیم در روشهای راه اندازی مستقیم، ستاره مثلث و تک سرعته که موتورها به طور ناگهانی راه اندازی می شوند، در ابتدا یک شوک مکانیکی مخرب به موتور وارد شده و موتور تحت گشتاور راه اندازی بالایی شروع به حرکت می کند و چیزی حدود 3 تا 10 برابر جریان نامی در لحظه راه اندازی جریان می کشند. در حالی که در روش راه اندازی با VFD ها نه تنها هیچ یک از اتفاقاتی که در بالا به آن اشاره کردیم رخ نمی دهد بلکه کنترل صفر تا صد موتور در اختیار ماست و میتوان با هر سرعت و گشتاوری که مورد نیاز است، موتور را راه اندازی کرد.

 

همین امر سبب می شود تا در طولانی مدت خرابی ها و خسارات ناشی از تلفات الکترومکانیکی لحظه راه اندازی و هزینه های سرویس نگهداری به شدت کاهش یافته و از طرف دیگر افزایش بازده را به همراه داشته باشد.

 

نکته دیگر اینکه به دلیل کنترل بهینه ای که VFD ها بر روی فرکانس و ولتاژ و جریان الکتروموتورها دارند محافظت کاملی از موتور در برابر مسائلی از قبیل اضافه بار، دو فاز شدن، کاهش یا افزایش ولتاژ و … ارائه می دهد.

 

 

سافت استارترها نیز مزایایی که در بالا به آن اشاره شد را می توانند تا حدودی برآورده سازند اما سایر ویژگی ها، قابلیت ها و توابع پیشرفته VFD ها را دارا نمی باشند و همانطور که از نامشان پیداست فقط در زمان راه اندازی و توقف نقش خود را ایفا کرده و در سایر زمان کارکرد با عمل “بای پس” از مدار خارج می شوند و الکتروموتور مستقیما به شبکه متصل می شود. 

 

 

  2) افزایش راندمان تولید به واسطه ی کنترل دقیق تر و با اطمینان بالاتر فرآیندها

 

به جرئت می توان گفت، هیچ یک از روش های راه اندازی و کنترل الکتروموتورهای القایی از نظر دقت، سرعت و کیفیت با روش راه اندازی با درایو های فرکانس متغیر قابل قیاس نیست.

 

با استفاده از VFD ها می توان الکتروموتورها را با کمترین سرعت ( تا  1RPM ) یا بیشترین سرعت ها بسته به نوع فرآیند و با بالاترین سطح دقت کنترل کرد که در نتیجه خطاهای کمتری اتفاق می افتد.

 

 

برای مثال در نوار نقاله هایی که عملیات جابجایی بطری های شیشه ای را در خطوط تولید انجام می دهند؛ شروع حرکت نوار نقاله باید به گونه ای باشد که از وارد شدن شوک به مجموعه و افتادن بطری ها و شکستن آنها پیشگیری شود و در ادامه روند افزایش سرعت با حساسیت بالایی انجام شود و همچنین در انتهای فرآیند و در زمان توقف نیز باید به همین شکل باشد و حرکت نوار نقاله در عین سرعت بالا، کاملا دقیق و با کیفیت انجام شود تا خسارت های احتمالی را تا حد بسیار زیادی کاهش دهد و فرآیند انتقال با بیشترین دقت و کیفیت انجام و افزایش راندمان تولید را ایجاد نماید.

 

به بیان دیگر، مثال بالا تعریف دقیقی از کنترل Acceleration time و Deceleration time یا همان زمان شتاب و زمان توقف الکتروموتور است که از وارد آمدن شوک و ضربه در هنگام راه اندازی و توقف الکتروموتور جلوگیری می کند.

 

 

 

  3) کنترل گشتاور متغیر و گشتاور ثابت

 

درایوهای فرکانس متغیر و بارهایی که به آنها وارد می شود را می توان به طور کلی در دو گروه تقسیم بندی کرد:

          1) گشتاور ثابت

          2) گشتاور متغیر

 

پتانسیل صرفه جویی انرژی در کاربردهای گشتاور متغیر بسیار بیشتر از کاربردهای گشتاور ثابت است. بارهای گشتاور متغیر شامل پمپ ها و فن های گریز از مرکز هستند که اکثرا کاربری های HVAC (Heating ventilation and air conditioning) را تشکیل می دهند.

 

 

برای مثال، یک فن در حالتی که در %50 سرعت نامی خود کار می کند، نسبت به حرکت در سرعت نامی گشتاور کمتری نیاز دارد. بنابراین در گشتاور متغیر، موتور فقط گشتاور مورد نیاز را اعمال می کند و در نتیجه در مصرف انرژی نیز صرفه جویی می شود که در واقع یکی از مصادیق صرفه جویی در کاربری های فن و پمپ می باشد.

 

بارهای گشتاور ثابت معمولا شامل نوار نقاله ها، پرس ها، سنگ شکن ها، پمپهای جابجایی مثبت، کنورتورها، اکسترودرها و سایر کاربری هایی است که به گشتاور راه اندازی بالایی نیاز است.

 

یک درایو مناسب برای کاربری گشتاور ثابت، می بایست ظرفیت اضافه جریان بار 150% یا بیشتر برای مدت زمان یک دقیقه را داشته باشد و در درایو های گشتاور متغیر فقط نیازمند جریان اضافه بار 120% برای یک دقیقه هستیم چون در کاربردهای فن و پمپ و گریز از مرکز به ندرت شاهد تجاوز از حد مجاز جریان نامی خواهیم بود.

 

 

  4) کنترل دقیق موقعیت

 

در کاربردهای دیگر بحث کنترل موقعیت یا Position Control مطرح می شود. با این مفهوم که الکتروموتور پس از چند دور یا چند ثانیه در موقعیتی دقیق و از پیش تعیین شده متوقف شود و بسته به نوع کار مجددا به حرکت خود ادامه دهد. برای مثال در سیستم های متراژ پارچه و برش به اندازه مشخص و …

 

 

اکثر درایوهایی که در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند در مود کنترلی V/F راه اندازی می شوند، با این مفهوم که عملکرد درایو به صورت حلقه باز است. در این مود کنترلی هیچ فیدبکی از موتور به درایو در دسترس نیست و صرفا ولتاژ و فرکانس بسته نوع کاربری به نسبت مشخصی کاهش یا افزایش می یابند.

 

شاید به ظاهر ساده باشد اما برای اکثر کاربری های صنعتی، این مود کنترلی جوابگو می باشد. بسیاری از درایوهای فرکانس متغیر در حالت حلقه باز، راهکار جبران لغزش را ارائه می دهند، که این راهکار درایو را قادر می سازد تا جریان خروجی خود را اندازه گیری کند و تفاوت در سرعت واقعی و set point (مقدارفرکانس تنظیم شده) را تخمین بزند و براساس این برآورد، درایو تلاش می کند تا سرعت موتور را به سرعت تنظیم شده برساند.

 

 

 

  5) قابلیت PID control

 

اکثر درایوهای گشتاور متغیر دارای قابلیت PID برای کاربردهای فن و پمپ هستند، که به درایو اجازه می دهد تا به جای انجام تخمین، set point را بر اساس فیدبک واقعی که از فرآیند دریافت می کند، تنظیم و حفظ نماید.

 

این فیدبک ها شامل مقدار متغیرهای فرآیند مانند میزان فشار، میزان جریان مایع، میزان جریان هوا یا هر متغیر دیگر است که توسط سنسور ها تشخیص داده شده و سیگنالی را به یک PLC ارسال می کند و در نتیجه فیدبک مربوط به فرآیند مورد نظر به درایو ارسال می شود و درایو با استفاده از این سیگنال ورودی، مقدار set point را در حد مشخص و از پیش تظیم شده نگه می دارد.

 

 

 

  6) قابلیت Close loop

 

با استفاده از درایوهایی که قابلیت حلقه بسته را دارند، می توان کاربری های حلقه بسته را با قدرت، دقت و کیفیت بالایی مشابه سروموتورها انجام داد. این مهم در مود های کنترلی وکتور یا کنترل برداری محقق می شود.

 

لازم به ذکر است که در مد V/F نیز می توان قابلیت حلقه بسته را با کوپل کردن یک انکودر به موتور به اجرا گذاشت، اما هیچ گاه به کیفیت، قدرت و دقت مدهای وکتور نمی باشد و اساسا نمی تواند در سرعت های پایین گشتاور بالایی ایجاد کند.

 

مد وکتور برای کاربری های گشتاور ثابت و بارهایی که گشتاور راه اندازی بالایی نیاز دارند، مناسب است. به بیان دیگر در مود وکتور فیدبک از جریانی که توسط موتور کشیده می شود، دریافت شده و متناسب با آن، VFD به تغذیه موتور می پردازد.

برخی از درایوهایی که وکتور کنترل را پشتیبانی می کنند، دارای مودهای وکتور مختلفی تحت عنوان FOC (Field oriented vector Control) بدون انکودر یا همراه با انکودر FOCPG یا SVC (Sensor less vector control)  می باشند. 

 

 

  7) صرفه جویی در انرژی با استفاده از درایوها در کاربرد سرعت متغیر

 

امروزه سیستم های موتورالکتریکی مصرف کننده بیش از 65٪ از انرژی در صنعت هستند. بهینه سازی سیستم های کنترل موتور با نصب یا ارتقا به VFD ها می تواند تا 70٪ از مصرف انرژی در تأسیسات صنعتی بکاهد. علاوه بر این، استفاده از VFD ها کیفیت و راندمان تولید محصولات را بهبود می بخشد و هزینه های تعمیر و نگهداری و تولید را کاهش می دهد.

 

 

 

  8) قابلیت Reverse Operation 

 

با استفاده از VFD ها و بدون استفاده از هر تجهیزی مانند کنتاکورها می توان به راحتی عملیات چپ گرد و راست گرد را انجام داد.

 

 

  9) حذف اجزای مکانیکی (Elimination of Mechanical Drive Components)
 

استفاده از VFD  ها می تواند به طور بالقوه نیاز به اجزای مکانیکی گران قیمت مانند گیربکس را برطرف کند. از آنجا که VFD می تواند با سرعت متغیر و گشتاور قابل تنظیم کار کنند و می توانند گشتاور مورد نیاز بار را تحویل دهند، دیگر نیازی به استفاده از مکانیزم های افزایش یا کاهش سرعت و افزایش و کاهش گشتاور مانند گیرباکس ها که بین بار و موتور نصب می شوند نخواهد بود. البته لازم به ذکر است که در برخی کاربری ها برای دستیابی به اهداف مورد نظر تنها راهکار استفاده از گیرباکس ها است و درایو های فرکانس متغیر به تنهایی نمی توانند جوابگوی پروژه باشند.

 

 

در مقالات بعدی به بررسی تفاوت درایو و سافت استارتر و نیز جزئیات انواع مودهای کنترلی خواهیم پرداخت.

 

در پایان امیدواریم از این مقاله بهره کافی را برده باشید.

واحد آموزش –  گروه صنعتی نوین کنترل

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مقالات


پروژه ها


وایندر (Winder)
خط ذوب ریسی
خط تولید استرچ متال
پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)

اطلاعات تماس


ساعات کاری


شنبه
8:00 تا 16:00
یک شنبه
8:00 تا 16:00
دو شنبه
8:00 تا 16:00
سه شنبه
8:00 تا 16:00
چهار شنبه
8:00 تا 16:00
پنج شنبه
8:00 تا 14:00
جمعه
تعطیل

مقالات


کنترل فرآیند

کنترل فرآیند

فواید درایو

فواید درایو

درباره ما


گروه صنعتی نوین کنترل با بهرمندی از هسته مهندسی در زمینه مشاوره، طراحی، ساخت و اجرای سیستم های برق قدرت،اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق فعالیت می کند.

ایمیل:NovinControl.Co@yahoo.com

تلفن: 55239280-9831+

پروژه ها


وایندر (Winder)
خط ذوب ریسی
خط تولید استرچ متال
پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)
پرس هیدرولیک (Hydraulic Press)

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت برای گروه صنعتی نوین کنترل محفوظ می باشد.