گروه فنی مهندسی اتوتکنیک (تعمیرات انواع درایو،اینورتر،ساف...

مصرف انرژی اغلب در درایو های AC کمتر از کاربردهای سرعت ثابت است. پمپ ها 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 دمپر 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 پمپ های سرعت ثابت ، پمپ ها 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 پمپ ها 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 ، پمپ ها 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.

تكنولوژي الكترونيك قدرت و درایوهای AC

تکنولوژی الکترونیک قدرت (Power Electronics) ، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن را بی وقفه بهبود میبخشد. امروزه با کمک همین تکنولوژی امکان استفاده از منابع انرژی غیرآلاینده بازیافتی (ReneWable Energy ) ، نظیر باد و فتو ولتائیک فراهم شده است. تخمین زده میشود که با استفاده از الکترونیک قدرت، حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد. در واقع با کاهش بی وقفه قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور آنها در کاربردهای صنعتی، حمل ونقل و حتی خانگی فراهم میگردد.

در نتیجه:

مزایای استفاده از کنترل کننده های دور موتور ( اینورتر )

مزایای استفاده از کنترل کننده های دور موتور ( اینورتر ) هم در بهبود بهره وری تولید و هم در صرفه جویی مصرف انرژی در کاربرد های نظیر فن ها ، پمپ ها ، کمپرسور ها و دیگر محرکه های کارخانجات ، در سال های اخیر کاملا مستند سازی شده است . کنترل کننده های دور موتور (اینورتر ) کاملا قادرند مشخصه های بار را با مشخصه های موتور تطبیق دهند . این اسباب توان راکتیو ناچیزی از شبکه دریافت می کنند و لذا نیازی به تابلو های اصلاح ضریب بار ندارند. در زیر به مزایای استفاده از کنترل دور موتور اشاره شده است :

۱- در صورت استفاده از کنترل کننده های دور موتور یا اینورتر ها بجای کنترلرهای مکانیکی ، در کنترل جریان سیالات ، بطور موثری در مصرف انرژی صرفه جویی حاصل میشود . این صرفه جویی علاوه بر پیامدهای اقتصادی آن موجب کاهش آلاینده های محیطی نیز میشود.

۲- ویژگی اینکه اینورتر ها قادرند موتور را نرم راه اندازی کنند موجب میشود علاوه بر تنشهای الکتریکی روی شبکه ، از شوکهای مکانیکی به بار نیز جلوگیری شود . این شوکهای مکانیکی میتوانند باعث استهلاک سریع قسمتهای مکانیکی ، بیرینگها و کوپلینگها ، گیربکس . نهایتا قسمتهایی از بار شوند. راه اندازی نرم هزینه های نگهداری را کاهش داده و به افزایش عمر مفید محرکه ها و قسمتهای دوار منجر خواهد شد .

۳- جریان دریافتی از شبکه در هنگام راه اندازی موتور با استفاده از درایو کمتر از ۱۰% جریان اسمی موتور است .

۴- در صورتی که نیاز بار ایجاب کند با استفاده از اینورتر ، موتور میتواند در سرعتهای پایین کار کند . کار در سرعتهای کم منجر به کاهش هزینه های تعمیر و نگهداشت ادواتی نظیر بیرینگها ، شیر های تنظیم کننده و دمپر ها خواهد شد .

۵- یک اینورتر قادر است رنج تغییرات دور را ، نسبت به سایر روشهای مکانیکی تغییر دور ، بمیزان قابل توجهی افزایش دهد . علاوه بر آن از مسایلی چون لرزش و تنشهای مکانیکی نیز جلوگیری خواهد شد .

۶- اینورتر های دور مدرن امروزی با مقدورات نرم افزاری قوی خود قادرند راه حلهای متناسبی برای کاربردهای مختلف صنعتی ارائه دهند .

کنترل کننده های دور موتور یا اینورتر ها انواع مختلفی دارند و قیمت آنها علاوه بر اينكه براي چه تواني استفاده مي شود، وابسته به نوع تکنولوژی بکار رفته در ساختمان آنها می باشد.

تكنولوژي به كار رفته، روش هاي كنترل سرعت را در درايوها تعيين مي كند. ساده ترین روش کنترل موتورهای AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس (یا کنترل V/F ثابت) میباشد. اینک این روش، بطور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. این روش از نوع اسکالر بوده و بصورت حلقه باز با پایداری مطلوب عمل می کند. مزیت این روش سادگی آن است. در مقابل، این شيوه برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند.

روبوتها و ماشینهای ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند. در این کاربردها روشهای کنترلی برداری استفاده میشود. در روشهای کنترلی برداری با تفکیک مولفه های جریان استاتور به دو مولفه گشتاور ساز و فلو ساز، و کنترل آنها با استفاده از رگولاتورهای PI ترتیبی داده میشود که موتور AC نظیر موتور DC کنترل شود. و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DC از جمله پاسخ گشتاور سریع آنها در موتورهای AC نیز در دسترس خواهد بود.

علاوه بر دو روش فوق روشهاي ديگري مانند كنترل با استفاده از نمونه برداري از جريان تحريك كه يك روش حلقه بسته است (FCC) و هم چنين روش كنترل گشتاور و … وجود دارد كه در درايوها به كارگرفته مي شود.

با استفاده از تکنولوژی الکترونیک قدرت يا ادوات كليدزني نيم رساناي قدرت، بهره وری و کیفیت فرایندهای صنعتی مدرن بهبود فزاينده اي يافته است. تخمین زده می شود که با استفاده از الکترونیک قدرت، حدود ۱۵ تا ۲۰ درصد امکان صرفه جوئی انرژی الکتریکی وجود دارد.

هم چنين با پيشرفت سريع و کاهش مداوم قیمت ها در عرصه الکترونیک قدرت زمینه برای حضور گسترده آنها در کاربردهای صنعتی، حمل و نقل و حتی خانگی فراهم می گردد.

نیروی محرک بيشتر پمپ ها، فن ها و يا هر وسيله اي كه نياز به نيروي گرداننده خارجي دارد، معمولاً توسط موتورهاي القائي تامين مي شود که در دور ثابت کار میکنند. ليكن در سالهاي اخير با پيشرفتهاي انجام گرفته در زمينه تكنولوژي الكترونيك قدرت ، استفاده از موتورهاي القائي همراه با كنترل كننده دور موتور (AC DRIVE) يا اينورتر رو به گسترش است.

درایوها وسائلی هستند که توان ورودی با ولتاژ و فرکانس ثابت را به توان خروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل میکنند. باید توجه کرد که دور یک موتور تابعی از فرکانس منبع تغذیه آن است. به همين جهت یک درایو نخست برق شبکه را به ولتاژ DC تبدیل کرده و سپس آنرا با استفاده از یک اینورتر مجددا به ولتاژ AC با فرکانس و ولتاژ متغیر تبدیل میکند. در یک درایو ولتاژ پائین قسمت اینورتر متشکل از سوئیچهای قدرتی است که با سوئيچ زني متناوب سيگنال خروجي با فركانس مورد نظر را توليد مي كنند. اين كليدها در سالهای اخیر تغییرات تکنولوژیک زیادی پیدا کرده اند. با ورود سوئیچهای قدرتی مانند IGBT كه هم توانايي كار در قدرت هاي بالا و هم سرعت بالاي سوئيچ زني را توأماً به همراه دارد زمینه برای طراحي درایوهای با قیمت مناسب و كارايي بهتر فراهم شد.

درایوهای AC پیشرفته شامل یکسو ساز خط برای تبدیل ولتاژ AC و DC هستند سپس اینورتر ولتاژ DC را به ولتاژ AC با فرکانس دلخواه ، برای تغذیه موتور تبدیل می کند

ترمز شار ( Motor flux Braking)

تکنولوژی ترمز شار بر پایه تلفات موتور بنا شده . هنگام ترمزگیری ، شار موتور و در نتیجه جریان مغناطیسی کننده موتور افزایش می یابد با این روش موتور به سرعت از حالت ترمز به حالت موتوری باز می گردد افزایش جریان به معنای افزایش تلفات موتور می باشد و هرچه انرژی ترمز بیشتر باشد تلفات بیشتراست.

ترمز چاپر و ترمز مقاومتی :

درایوهای AC از یکسوساز ۱۸،۱۲،۶ پالس جهت انتقال توان از شبکه به bus- DC استفاده می کنند اگر در ناحیه II و IV جهت توان از موتور به درایو باشد خازن DC شارژ شده و ولتاژ bus- DC افزایش می یابد به منظور جلوگیری از افزایش ولتاژ bus- DC دو راه وجود دارد .

۱- کنترل افزایش ولتاژ : در این روش گشتاور ترمز گیری محدود می شود تاسطح ولتاژ ثابت بماند.

۲- ترمز چاپر : به این روش انرژی ترمز به مقاومت Rb ) در شکل شماتیک روش اسکالر) داده شده و به صورت گرما هدر میرود.



ترمز الکتریکی

هنگامی که عمل ترمز گیری صورت می پذیرد موتور درحالت ژنراتوری عمل کرده و انرژی درجهت عکس به جریان می افتد در روش های فوق این انرژی به صورت گرما هدر می رود اما به کمک تکنولوژی ترمز الکتریکی ، انرژی معکوس نخست از AC به DC سپس از DC به AC تبدیل شده و به کمک فیلتر LCL به صورت فاز به خط انتقال برمی گردد.

سازگاری الکترو مغناطیسی E.M.C ( Electromagnetic complicity)

تمام تجهیزات الکتریکی بنا به کارکرد خود ، تشعشعات الکترومغناطیسی فرکانس بالا و فرکانس پائین تولید می کنند.

EMC بر این اساس بنا شده است که این تشعشعات از حد مجاز خود تجاوز نکند مطابق شکل زیر برای کنترل تشعشعات دو فاکتور مصونیت و میزان تشعشع ، بایستی در نظر گرفته شود.

EMC رنج تا GHZ 400 را شامل می شود و به بخش بالای GHZ 2 )فرکانس بالا) و زیر GHZ 2 )فرکانس پایین) تقسیم می شود . منبع انتشار امواج فرکانس بالا ، مبدل های فرکانس شامل عناصر قدرت با سویچینگ سریع هستند ( مانند( IGBTو منبع انتشار امواج فرکانس پایین ، هارمونیکهای ولتاژ می باشد.

تشعشعات بالای۲ GHZ برای انسان مضرند و بازگشت هارمونیک ها به شبکه آسیب می رساند.

تجهیزات الکتریکی در مقابل فرکانس های پائین و بالای غیر معمول بایستی مصونیت داشته باشند و این فرکانس ها نباید در عملکرد آنها تاثیری داشته باشند.

هدف این تکنولوژی ارائه راه کارهای عملی برای کاهش انرژی تلف شده در عمل ترمز گیری و برگشت این انرژی به صورت الکتریکی به شبکه است.

ناحیه های چهار گانه سرعت و گشتاور

کاربرد درایو براساس سرعت و گشتاور به سه دسته اصلی تقسیم می شود:

۱- بهترین کاربرد مشترک درایوهای AC در ناحیه I و III است در این ناحیه سرعت و گشتاور هم جهت هستند و جهت توان از داریو به موتور است ( مانند فن ، پمپ(

۲- ناحیه II در این حالت جهت توان از درایو به موتور ، یا برعکس است . در صنایع زیادی برای توقف اضطراری ماشینها ازاین ناحیه کاربرد دارد.

۳- ناحیه IV : آسانسورها و جرثقیل از این کاربردها هستند و بعضی از ماشینهای دیگر مانند برش ، خم ، پیچش و دستگاه تست موتور که نیاز به تکرار سرعت و تغییر گشتاور دارند در این ناحیه جهت توان از درایو به موتور و یا برعکس است .

۱- پاسخ سریع به تغییرات گشتاور : در لحظات گذرای بار ، زمان افت سرعت کاهش می یابد و در نتیجه پروسه بهتر کنترل شده و محصولات باکیفیت بالاتر عرضه می شوند.

۲- کنترل گشتاور در فرکانس پایین : این مزیت بخصوص در کاربردهایی چون جرثقیل ها و آسانسورها که بار به راه اندازی و توقف منظم و نرم نیاز دارد، قابل توجه می باشد.

۳- گشتاور خطی : افزایش گشتاور بصورت خطی در کاربردهایی چون Winder

۴- دقت سرعت دینامیک: بعد از تغییر ناگهانی بار ، موتور می تواند با سرعت قابل ملاحظه ای به حالت پایدار برگردد

کنترل مستقیم گشتاور یا DTC پیشرفته ترین تکنولوژی کنترل موتورهای AC است که توسط شرکت ABB ارائه شده است این تکنولوژی جایگزین روشهای متداول مانند روش اسکالر و کنترل برداری شار در حلقه باز و بسته شده است.

اساس کار DTC بر پایه تئوری کنترل جهت میدان موتورهای القایی بنا شده است شار استاتور و گشتاور ، تغییرهای کنترلی DTC هستند ، محاسبه وضعیت موتور ، بوسیله یک سیگنال پروسسور دیجیتال (DSP ) سرعت بالا انجام می شود بطوریکه این محاسبات در مدل نرم افزاری موتور ۴۰۰۰۰ بار در ثاینه صورت می پذیرد . با توجه سرعت بالای محاسبات و مقایسه مقادیر واقعی با مقادیر مرجع هر عمل سویچینگ جداگانه بررسی می شود و هنگام تغییرات دینامیک مانند بارهای ناگهانی عمل سویچینگ بهینه می شود.

چرا DTC ؟

در این روش علاوه بر اینکه متغیرهای کنترلی ، حقیقی می باشند پردازش نرم افزاری بسیار سریع و عدم نیاز به انکودر و مدولاتور قابل توجه است.

ویژگیهای درایو با پاسخ گشتاور سریع حدود ۱۰ برابر سریعتر از درایور DC و سایر درایوهای AC است. دقت سرعت دینامیکی در این درایوها ۸ برابر بهتر از یک درایو AC می باشد.

برای نزدیک شدن به الگویی نظیر درایوهای DC ، متغیرهای کنترلی در موتورهای القایی باید حقیقی باشند در روش اسکالر ، متغیرهای کنترلی غیر حقیقی هستند در صورتی که در این روش سعی بر آن شده تا متغیرهای حقیقی موتور (شار و گشتاور موتور) کنترل شود.

برای کنترل بردار شار و گشتاور موتور، جریان موتور باید قابل کنترل باشد اما در این موتورها کنترل سیستمی روی جریان موتور وجود ندارد. از طرفی جریان موتور تابعی ازجریان استاتور است که بنابراین با استفاده از محاسبات ریاضی پیچیده با توجه به وجود این رابطه بین جریان موتور و جریان استاتور ، شار موتور قابل کنترل هستند در ضمن با استفاده از فیدیک ، می توان موقعیت و سرعت موتور را کنترل کرد. با وجود دقت درسرعت و پاسخ سریع به تغییرات گشتاور ، احتیاج به فیدبک و مدولاتور از معایب این درایوها است.

موتورهای DC دو محدوده کنترل سرعت دارند:

ناحیه اول : با ثابت نگه داشتن جریان تحریک و تغییر ولتاژ آرمیچر از صفر تا مقدار نامی ، سرعت از صفر تا مقدار نامی تغییر می کند در این محدوده گشتاور ثابت می ماند.

ناحیه دوم : با ثابت نگه داشتن ولتاژ آرمیچر و کاهش جریان تحریک می توان به سرعتهایی بیشتر از سرعت نامی دست یافت در این حالت با افزایش سرعت ، گشتاور کاهش می یابد ، این محل تضعیف میدان (field weakening) نامیده می شود.

در محدوده گشتاور ثابت ، با افزایش سرعت توان به صورت خطی افزایش می یابد، بعداز سرعت نامی ، توان ثابت می ماند و گشتاور به صورت نمایی کاهش می یابد.

بنابراین در درایورهای DC با کنترل متغیرهای حقیقی جریان تحریک و ولتاژ آرمیچر ، سرعت و گشتاور را کنترل میکنند. با بهره گیری از عملکرد درایوهای DC ، تکنولوژی درایوهای AC توسعه پیدا کرد، و روشهای کنترل اسکالر ، کنترل برداری و کنترل مستقیم گشتاور معرفی شدند.

روش کنترل اسکالر:

این روش را درصنعت با عناوینی نظیر مدولاسیون عرض پالس (PWM) ، کنترل فرکانس V/F یا VVVF می شناسند .

نخست ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل شده سپس بوسیله مدولاتور، دنباله پالسی از ولتاژ با فرکانس متغیر به موتور ارسال می شود.

در این روش مقدار V/F ثابت است بنابراین با افزایش فرکانس ، ولتاژ افزایش می یابد و در نهایت همانطوری که مشاهده می شود ، در این حالت کنترلی روی گشتاور موتور وجود ندارد و تغییرهای کنترلی ولتاژ و فرکانس هستند که بطور غیر مستقیم موتور را کنترل می کنند به علت عدم استفاده از فیدیک ، کنترلی روی موفقیت یا سرعت شافت موتور وجود ندارد همچنین استفاده از مدولاتور باعث ایجاد تاخیر در پاسخ به گشتاور به سرعت می شود.

الف-راه انداز نرم:

۱-راه انداز نرم درصنعت برای راه اندازی الکتروموتور بکار میرود و دراین حالت بیشترین جریان راه اندازی حدود ۲٫۵ برابرجریان حالت عادی موتوراست محنی راه اندازی با یک شیب مناسب وقابل انتخاب است.

۲-در راه اندازنرم ازکلیدهای استاتیکی(SSR)استفاده میشود که درتوانهای پایین ازترایاک و در توانهای بالا ازیک جفت تایستور بصورت معکوس وموازی استفاده میشود

۳-درراه اندازنرم تغییر ولتاژ وجود دارد و در واقع با کنترل ولتاژسینوسی ورودی درهردو نیم سیکل مثبت و منفی ولتاژخروجی باهمان فرکانس ورودی میشود.

۴-از راه انداز نرم میشود بعنوان کنترل دورهم استفاده کرد ولی درصنعت استفاده نمیشود،اما(دیمر،،کنترل نورلامپ،،کنترل دورپنکه،،،)یک راه اندازنرم تک فازاست که بعنوان کنترل دور استاتیکی استفاده میشود

۵-ازیک راه اندازنرم میشود تعدادزیادی موتور را با ایجادیک مدارفرمان مناسب راه اندازی کرد مثلا تعداد۱۰ دستگاه موتور یا بیشتر را میشود با یک راه اندازنرم روشن کرد.

۶-در راه اندازنرم امکان افزایش دور موتور بیشتراز دور نامی وجودندارد

۷-مدارستاره مثلث یا همان مداردوضرب هم یک راه اندازنرم است اما بصورت کنتاکتوری و بیشترین جریان راه انداز حدود چهاربرابراست است ومنحنی راه انداز بصورت جهشی میباشد و غیرقابل انتخاب.

«کلیدهای استاتیکی یاهمان SSR درجریانهای مختلف دربازار وجود دارد»

ب- اینورتر یا کنترل دور

۱-راه اندازی الکتروموتور با بیشترین جریان راه اندازی حدود جریان عادی موتور بایک منحنی تقریباخطی قابل انتخاب

۲-اینورتر بهترین راه اندازنرم موتور است ولی باقیمتی بیش ازچهاربرابر راه اندازنرم یاهمان سافت استارت

۳- درصنعت از اینور یا کنترل دور بطور عموم برای موتورهایی که کنترل سرعت لازم است استفاده میشود

۴-تغیرات دور موتور در اینورتر با تغییرفرکانس ایجادمیشود لذا امکان افرایش فرکانس خروجی تا چندین برابرفرکانس ورودی وجود دارد

۵-دراستفاده ازکنترل دور امکان افزایش دورموتوربیشترازدورنامی وجودداردباافزایش فرکانس ولتاژ خروجی دور موتورافرایش می یابد

۵-بطورمعمول دراینورتورها از ترانزیستورهای IGBT درقدرت های بالااستفاده میشود ودرقدرت های پایین ازترانزیستورهای MOSFET هم قدرت استفاده میشود

در مجموع سافت استارتر همانطور كه از نامش پيداست تنها در هنگام راه اندازي يك الكتروموتور كاربرد دارد. الكتروموتورها به دليل كشيدن جريان ۶ تا ۸ برابر جريان نامي در هنگام راه اندازي صدمات زيادي مي بينند بطوريكه عمده استهلاك الكتروموتورها در هنگام راه اندازي مي باشد. بوسيله سافت استارتر راه اندازي از طريق افزايش كنترل شده فركانس يا ولتاژ انجام مي گيرد و با اين كار Energy Saving نيز صورت مي گيرد.

اينورتر محدود به زمان راه اندازي نمي باشد و در هر لحظه مي توان بوسيله سيگنالهاي كنترلي كه معمولا ۴~۲۰ mA مي باشد سرعت الكتروموتور را كنترل نمود

اينورتر قابليت هاي بسيار زيادي دارد از قبيل : راه اندازي نرم موتور، چپگرد راستگرد کردن موتور وتغيير دور موتور.

والبته قيمت بالاتري نيز دارد. حال آنکه سافت استارتر فقط براي راه اندازي نرم موتور استفاده ميشه.

درایو یا کانورتر فرکانس و یا کنترل کننده ( اینورتر ) دور موتور برای تنظیم دور الکتروموتورهای Ac استفاده میگردد. درایوها وظیفه “کنترل دور موتور” را بر عهده دارند. درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطور پیوسته تغییر دهند.

تنظیم دور در الکتروموتورها علاوه بر منعطف نمودن پروسه های صنعتی ، در کاربردهای زیادی منجر به صرفه جوئی انرژی هم میگردد. علاوه بر آن درایوها جریان راه اندازی دریافتی از شبکه را به میزان زیادی کاهش میدهند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان اسمی موتور است.

درایوها میتوانند موتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ را میتوان بدقت تنظیم نمود. این زمانها میتوانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانائی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی در کوپلینگها و سایر ادوات دوار میگردد.

اولین وسیله تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی موتورهای DC بودند. موتورهای DC با وجود مزایایی چون کنترل آسان ، سریع و دقیق گشتاور و همچنین پاسخ بسیار سریع دینامیکی برای تغییرات سرعت ، معایب زیر رادارند:

۱- نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر

۲- قیمت بالا

۳- نیاز به انکودریاتاکومتر برای فیدبک سرعت

امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی موتورهای الکتریکی AC و مزایایی از قبیل :

۱- اندازه کوچکتر

۲- قدرت بیشتر در مقایسه با موتورهای DC هم اندازه

۳- طراحی ساده و قیمت ارزان

۴- سبک و مقاوم در برابر ضربه

کاربرد موتورهای AC در صنعت روبه فزون است بطوریکه در ۷۰ تا ۸۰ درصد کاربردهای صنعتی از موتورهای AC استفاده می شود.

همزمان با پیشرفت و فزونی کاربرد موتورهای AC ، تکنولوژی درایوی AC نیز دستخوش تغییرات شگرفی شده اند بطوریکه دریواهای AC قابلیت موتورهای AC را تکمیل کرده اند در کاربردهای صنعتی غالباً می خواهیم که موتورها در سرعت و گشتاور دلخواهمان کارکنند ، بنابراین برای کنترل سرعت و گشتاور موتور از درایو استفاده می کنیم .

این درایوها تجهیزاتی هستند از قطعات الکترونیکی مانند : تریستورها ، IGBT و … ساخته شده اند که از آنها برای کنترل ولتاژ یا کنترل فرکانس استفاده می شود. علاوه براین در کاردبرهایی مانند جرثقیل ها ، آسانسورها و ……… که عدم وجود ضربه در راه اندازی و توقف موتور از اهمیت ویژه ای برخورداراست، استفاده از درایو اجتناب ناپذیر می شود .

۱- مصرف انرژی را کاهش داده و در هزینه های انرژی صرفه جویی می کند. اگر شما یک کاربری دارید نیاز به کار در سرعت کامل ندارد، انگاه، شما می توانید هزینه های انرژی خود را با کنترل موتور توسط یک درایو فرکانس متغیر کاهش دهید. این یکی از مزایای درایوهای فرکانس متغیر است. VFD ها به شما اجازه می دهند که سرعت تجهیزات گردان متصل به موتور را با توجه به نیازمندی بار منطبق کنید. روش دیگری برای این کار وجود ندارد. امروزه بیش از ۶۵ درصد توان مصرفی در شبکه مربوط به مصارف الکتروموتورها است. بهینه سازی سیستمهای کنترل موتور با نصب کردن و یا ارتقای VFDها می تواند مصرف انرژی در تاسیسات شما را به میزان ۷۰ درصد کاهش دهد. علاوه بر این، استفاده از VFD ها کیفیت محصولات را افزایش داده و هزینه های تولید محصول را کاهش می دهد. ترکیب مشوقهای مالیاتی مربوط به کاهش مصرف انرژی و تخفیف شرکت برق، می تواند باعث بازگشت سرمایه خیلی کوتاه مدت ۶ ماهه شود.
۲- تولید محصول را با کنترل دقیق تر افزایش می دهد. با کارکرد موتورها در موثرترین سرعت برای کاربرد مورد نیاز شما، اشتباهات کمتری رخ داده و از اینرو، میزان تولید افزایش خواهد یافت، در نتیجه درآمد شرکت شما افزایش می یابد. با نصب بر روی کانوایرها و تسمه ها ضربه راه اندازی حذف می گردد و پروسه انجام کار سریعتر می شود.
۳- عمر تجهیزات را افزایش داده و نیاز به تعمیرات و نگهداری را کاهش می دهد. در صورت استفاده از VFD عمر تجهیزات افزایش یافته و زمان خواب دستگاه برای تعمیرات و نگهداری کاهش می یابد. هنگامی که موتورها با VFD کنترل می شوند سرعت بهینه موتور تامین می شود. چونکه VFD ها ولتاژ و فرکانس را بطور بهینه کنترل می کنند، VFD حفاظت بهتری از موتور در مواردی نظیر اضافه بارهای حرارتی الکتریکی، حفاظت فاز، اضافه ولتاژ و یا کم بودن ولتاژ و غیره انجام می دهند. در صورتی که موتور با استفاده از VFD راه اندازی گردد موتور یا بار گردان در معرض شوک لحظه ای راه اندازی مستقیم با ولتاژ خط قرار نخواهد گرفت. و به نرمی و خیلی آرام راه اندازی می شود و از اینرو فرسایش جعبه دنده و تسمه ها حذف می شود. همچنین یک روش بسیار مناسب برای کاهش ضربه قوچ (آن گونه که نامیده می شود) است. چون که می تواند سیکلهای شتاب گیری و شتاب دهی خیلی نرم داشته باشد.

درایو فرکانس متغیر یا Variable Frequency Drive که به صورت مخفف VFD نامیده می شود، نوعی کنترل کننده موتور است که با تغییر دادن فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور آن را به گردش در می آورد. نامهای دیگر VFD :درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو AC، میکرودرایو و اینورتر هستند. فرکانس (یا هرتز) به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM) مرتبط است. به عبارت دیگر، فرکانس بیشتر باعث گردش سریعتر موتور و افزایش RPM می شود. اگر یک کاربرد نیاز ندارد که موتور در سرعت کامل نامی خود کار کند ، VFD را می توان جهت کاهش فرکانس و ولتاژ، برای تطبیق با نیازمندی های بار موتور الکتریکی مورد استفاده قرار داد. اگر کاربری سرعت مورد نیازش تغییر کند، VFD به آسانی با افزایش یا کاهش سرعت موتور می تواند موتور را با این نیاز تطبیق دهد.
درایو فرکانس متغیر چگونه کار می کند؟

اولین طبقه درایو AC فرکانس متغیر، یا VFD، کانورتر (مبدل) است. کانورتر شامل ۶ عدد دیود است. که شبیه شیر یک طرفه در سیستم های لوله کشی عمل می کنند. این دیودها اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت که با پیکان در نماد دیود مشخص شده است جاری شود. برای مثال، هنگامیکه ولتاژ فاز A (ولتاژ مشابه با فشار در سیستمهای لوله کشی است) مثبت تر از ولتاژ فازهای B یا C است آنگاه دیود آن باز شده و جریان برقرار می شود. هنگامیکه فاز B مثبت تر از فاز A شود سپس دیود فاز B باز خواهد شد و فاز A بسته می شود. این موضوع برای دیودهایی که در بخش منفی باس قرار دارند نیز برقرار و صادق است. بدینسان، ما با خاموش و روشن شدن هر دیود ۶ پالس جریان را داریم. این روش VFD شش پالس نامیده می شود، که ترکیب استاندارد برای درایوهای فرکانس متغیر جریان است. جریان در اینورتر برای مثال فرض کنیم که درایو در یک سیستم قدرت ۴۸۰V کار می کند. ۴۸۰V ولتاژ موثر (rms) است. پیک ولتاژ در یک سیستم ۴۸۰V مقدار ۶۷۹ ولت است. همان طور که می بینید، باس dc درایو فرکانس متغیر دارای یک ولتاژ dc با ریپل AC است. ولتاژ تقریبا بین ۵۸۰V و ۶۸۰V نوسان می کند. باس دی سی ما می توانیم با اضافه کردن یک خازن بر روی باس DC از ریپل AC خلاص شویم. یک خازن مانند یک مخزن یا انباره در سیستم لوله کشی عمل می کند. این خازن ریپل AC را جذب کرده و یک ولتاژ صاف تحویل می دهد. ریپل AC بر روی باس DC نوعا کمتر از ۳ ولت است. بنابراین، ولتاژ روی باس DC تقریبا ۶۵۰VDC می شود. ولتاژ حقیقی بستگی به عواملی مانند سطح ولتاژ خط AC تغذیه کننده درایو ، سطح عدم تعادل ولتاژ روی سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت، و هر راکتور یا فیلتر هارمونیکی که بر روی درایو قرار گرفته اند. دارد. مبدل پل دیود که ولتاژ AC را به DC تبدیل می کند. بعضی اوقات تنها با عنوان کانورتر شناخته می شود. مبدلی که ولتاژ DC را به ولتاژ AC بر می گرداند نیز یک کانورتر است، اما برای تمایز دادن از مبدل دیودی، با عنوان اینورتر شناخته می شود. در صنایع متداول شده است که هر مبدلی که DC را به AC تبدیل می کند به عنوان اینورتر شناخته می شود. جریان در اینورتر توجه کنید که در یک VFD واقعی، سوئیچهای نشان داده شده در عمل ترانزیستور هستند. وقتی ما یکی از کلیدهای بالایی اینورتر را می بندیم. فازی از موتور که به آن متصل است به مثبت باس DC متصل می گردد و ولتاژ مثبت روی آن فاز می افتد. و هنگامی که یکی از کلیدهای پایینی را در اینورتر می بندیم. فاز به منفی باس dc متصل شده و ولتاژ آن منفی می شود. بدین سان، ما می توانیم هر فازی را که می خواهیم مثبت یا منفی کنیم و بدین تزتیب فرکانس مورد نظر خود را تولید نماییم. ما می توانیم هر فاز را مثبت، منفی یا صفر کنیم. جریان خروجی اینورتر موج سینوسی آبی رنگ تنها برای مقایسه نشان داده شده است. درایو در حالت واقعی این موج سینوسی را تولید نمی کند. توجه کنید که خروجی از VFD یک شکل موج مستطیل شکل است. VFD ها خروجی سینوسی تولید نمی کنند. این شکل موج مربعی انتخاب خوبی برای سیستم توزیع توان نیست، اما برای استفاده در موتور کاملا مناسب است. اگر ما بخواهیم فرکانس موتور را به ۳۰Hz کاهش دهیم، آنگاه ما به راحتی خروجی اینورتر را خیلی آهسته تر سوئیچ زنی می کنیم. اما، اگر ما فرکانس را به ۳۰Hz کاهش دهیم، آنگاه به منظور ثابت نگه داشتن نسبت V/Hz بایستی ولتاژ را به ۲۴۰V کاهش دهیم. ( به تئوری درایو V/F ثابت مراجعه کنید). چگونه ما خواهیم توانست ولتاژ را کاهش دهیم در حالی که تنها ولتاژی که داریم ولتاژ باس ۶۵۰VDC است؟ این کار مدولاسیون پهنای پالس نامیده می شود. تصور کنید که ما بتوانیم فشار آب مسیر را با باز و بسته کردن بسیار سریع شیر موجود، کنترل کنیم. ذر حالیکه انجام این کار در سیستم های لوله کشی عملی نخواهد بود، به خوبی در مورد VFD ها به کار گرفته می شود. توجه کنید در طی نیم سیکل اول، در نصف زمانهای یک سیکل ولتاژ را در خروجی داریم و در نیم سیکل دیگر ولتاژی نداریم. از اینرو، متوسط ولتاژ خروجی ۲۴۰V، معادل نصف ولتاژ باس تغذیه ۴۸۰V است. با کنترل پالسهای خروجی، می توانیم هر ولتاژ متوسطی که بخواهیم بر روی خروجی VFD ایجاد کنیم.

- عمر مفيد بالا (به دليل استفاده از مدارات الكترونيك قدرت)

-توانائي درايو در بازگرداندن انرژي مصرفي در ترمزهاي مكانيكي و يا مقاومت هاي الكتريكي به شبكه

-كاهش جريان راه انداز كشيده شده از شبكه (جريان راه اندازي كمتر از 10 درصد جريان نامي مي شود)

-كاهش مصرف انرژي در سيستم هاي داراي فن (در گذشته با وجود موتور هاي دور ثابت، كنترل جريان سيال با دمپرها صورت مي گرفت)

-كاهش تنش هاي الكتريكي (به دليل راه اندازي و توقف نرم) و در پي آن كاهش تنش هاي مكانيكي و اين خود باعث كاهش هزينه هاي تعمير و نگهداري مي شود.

-افزايش دامنه تغييرات ممكن براي سرعت موتور نسبت به روش هاي مكانيكي

-اضافه شدن امكانات نرم افزاري براي مديريت عملكرد كنترل دور

درایو یا اینورتر یا کانورتور فرکانس و یا کنترل کننده دور موتور برای تنظیم دور الکتروموتورها استفاده میگردد. درایوها وظیفه "کنترل دور موتور" را بر عهده دارند. درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطور پیوسته تغییر دهند.

کنترلر موتور ميتواند به صورت دستي يا اتوماتيک يک موتور را راه اندازي يا متوقف کند ، رو به جلو يا عقب (راست گرد چپ گرد ) حرکت دهد. و يا با سرعت و گشتاور تنظيم شده اي به حرکت در آورده و در مقابل اضافه بار و فالتها محافظت کند. دامنه استفاده از کنترلر موتور بسته به کاربردهاي مختلف از مصارف معمول نظير کامپيوتر ، ماشین فاکس ، سيستمهاي گرمايش و سرمايش تا مصارف صنعتي پيچيده مانند خطوط توليد روباتيک ميتواند باشد.

درايوها در کاربردهاي مختلف مانند سیستمهای سروو يا کنترل کننده دور موتور با فیدبک در الکتروموتورهاي AC و DC استفاده ميگردد. درايوهای دور موتور ميتوانند دور موتور را به صورت پيوسته از صفر تا چندين برابر دور نامي تغيير دهند. تنظيم دور در الکتروموتورها علاوه بر کاربردهاي فراوان در پروسه هاي صنعتي، منجر به صرفه جوئي مصرف انرژي هم ميگردد. علاوه بر آن درايوها در راه اندازي موتور جريان شروع کار و استارت موتور از شبکه را به ميزان زيادي کاهش ميدهند. بطوريکه اين جريان خيلي کمتر از جريان اسمي موتور است.

درایوها میتوانند موتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ را میتوان بدقت تنظیم نمود. این زمانها میتوانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانائی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی در کوپلینگها و سایر ادوات دوار میگردد.

درایوها تجهیزاتی هستند که از قطعات الکترونیکی مانند : تریستورها ، IGBT و ... ساخته شده اند و از آنها برای کنترل ولتاژ یا کنترل فرکانس استفاده می شود. علاوه براین در کاربرهایی مانند جرثقیل ها ، آسانسورها و ......... که عدم موجود ضربه در راه اندازی و توقف موتور از اهمیت ویژه ای برخورداراست، استفاده از درایو اجتناب ناپذیر می شود .