درایو یا اینورتر الکتروموتور چیست؟
درایو یا اینورتر الکتروموتور به عنوان یک فناوری پیشرفته کنترل الکتروموتورها و تنظیم دور چرخش آنها به منظور بهبود بهره‌وری و کارایی استفاده می‌شود. این دستگاه‌های الکترونیکی پیشرفته با بهره‌گیری از تکنولوژی ترانزیستورها و قطعات الکترونیکی مدرن، قابلیت کنترل دقیق و پویا بر روی دور الکتروموتورها را فراهم می‌کنند. این فناوری نه تنها به مدیریت دقیق سرعت و دور چرخش الکتروموتورها کمک می‌کند بلکه مزایای بیشتری نظیر صرفه‌جویی در انرژی و افزایش بهره‌وری را فراهم می‌سازد.
استفاده از درایوها و اینورترها در صنعت به‌ویژه در مواردی که نیاز به تنظیم دقیق سرعت و تغییرات فوری در عملکرد الکتروموتورها وجود دارد، حیاتی است. این تکنولوژی نقش بسزایی در کاهش هدررفت انرژی، افزایش عمر مفید تجهیزات، و کاهش هزینه‌های نگهداری دارد. با بهره‌گیری از توانمندی کنترلی اینورترها، صنایع مختلف مانند صنایع برق، متالورژی، نفت و گاز، و حتی صنایع خودرو سطح بهره‌وری و کیفیت فرآیندهای تولید را بهبود می‌بخشند.
در کل، استفاده از درایوها و اینورترها به عنوان دستگاه‌های کنترلی پیشرفته در تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی به مدیران صنعتی این امکان را می‌دهد که عملکرد الکتروموتورها را به سطحی هوشمندانه و بهینه ارتقاء دهند.
در این مقاله، با عملکرد جزئیات درایو، وظایف برجسته آن، روش‌های پیشرفته کنترل، و در نهایت بررسی برندهای معتبر درایو در بازار، به بررسی گسترده‌تر این حوزه می‌پردازیم.
تاریخچه فناوری درایو یا اینورتر AC
در گذشته، برای کنترل سرعت دقیق برخی بارها، از موتورهای جریان مستقیم یا DC استفاده می‌شد. با این حال، به دلیل استهلاک بالای جاروبک‌ها و سایر اجزای موتورهای DC، مسئله استفاده از موتورهای القایی و کنترل دقیق سرعت آنها به مرور زمان جایگزین شد.
اولین درایو یا اینورتر AC، در سال 1958 توسط یک شرکت آمریکایی به بازار عرضه شد. امکانات و قابلیت‌های بیشتر به تدریج توسط شرکت‌های دیگر به درایوها افزوده شد و اینورترهای با قابلیت‌های بهتر به بازار عرضه شدند.
در حال حاضر، 10 درصد از کل موتورهای مورد استفاده در سراسر جهان مجهز به درایو یا اینورتر هستند. این فناوری پرکاربرد به بهبود کارایی و کنترل دقیق در عملکرد موتورها و بارهای مختلف کمک کرده و جایگاه خود را در صنعت به چشمگیری تقویت کرده است.
تکنولوژی پیشرفته درایو الکتروموتور چگونه عمل می‌کند؟
درایو الکتروموتور، به عنوان یک سیستم حیاتی در کنترل سرعت و دور الکتروموتورها، نقش بسیار مهمی ایفا می‌کند. این دستگاه فراهم می‌آید که دور الکتروموتور از حالت صفر به مقادیر چندین برابر دور نامی موتور و به صورت پیوسته تغییر کند. با کنترل سرعت الکتروموتورها، عملیات صنعتی قابل انعطاف‌پذیرتر می‌شود و در بسیاری از کاربردها، به بهره‌وری انرژی نیز افزوده می‌شود.
علاوه بر این، با استفاده از درایوها، جریان راه‌اندازی الکتروموتور از شبکه به طریق قابل توجهی کاهش می‌یابد. این به این معناست که جریان مصرفی الکتروموتور نسبت به جریان نامی آن به‌طور قابل توجهی کاهش می‌یابد.
درایوها همچنین قابلیت استارت و استاپ نرم الکتروموتور را به صورت کاملاً کنترل شده فراهم می‌کنند. زمان استارت و استاپ را می‌توان به دقت تنظیم نمود، که ممکن است در حد کسری از ثانیه یا حتی صدها دقیقه باشد. توانمندی درایو در استارت و استاپ نرم باعث کاهش چشمگیر تنش‌های مکانیکی در کوپلینگ‌ها و سایر اجزاء چرخشی می‌گردد.
کنترل دقیق سرعت موتور با استفاده از درایو یا اینورتر چگونه انجام می‌شود؟
در سیستم کنترل موتورهای القایی، درایو به عنوان یک واسطه میان منبع تغذیه و موتورها قرار می‌گیرد. وقتی برق با ولتاژ AC ثابت و فرکانس معین به درایو وارد می‌شود، این تجهیز وظیفه تبدیل آن به ولتاژ DC با ریپل‌های مشخص را برعهده دارد. سپس با استفاده از یک مدار میانی، ریپل‌ها حذف می‌شوند و ولتاژ DC ثابت حاصل می‌شود.
در مرحله بعدی، درایو این ولتاژ DC را به یک ولتاژ AC با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می‌کند. کاربر یا اپراتور با تنظیم فرکانس و ولتاژ خروجی در هر درایو، قادر است مطابق با کاتالوگ و تنظیمات، سرعت و گشتاور مورد نظر را به موتور تحویل دهد و از این طریق کنترل دقیق بر سرعت یا گشتاور الکتروموتور را داشته باشد.
پارامترهای قابل تغییر در فرآیند تنظیم سرعت در درایوها
در فرآیند تغییر سرعت در درایوها، تنظیمات مختلفی امکان پذیر است که با تغییر آنها می‌توان به طور دقیق بر سرعت دورانی شفت الکتروموتور اثر گذاشت. از طریق کنترل سوئیچ‌های ترانزیستورهای درایو، می‌توان میزان فرکانس تحویلی به موتور را تغییر داد. افزایش فرکانس ورودی به موتور باعث افزایش دور الکتروموتور می‌شود، در حالی که کاهش فرکانس موجب کاهش دور می‌گردد.
این تغییرات در پارامترهای فرکانس و سرعت دورانی می‌تواند توسط کنترل دقیق ترانزیستورها در درایوها به صورت دینامیک اعمال شود. به عبارت دیگر، با تنظیم مقادیر مناسب، می‌توان کارایی الکتروموتور را بر اساس نیازهای خاص بهینه‌سازی کرد و از این طریق به بهره‌وری بیشتری در فرآیندها دست یافت.
روش‌های پیشرفته کنترل سرعت الکتروموتورها در درایوها
در دنیای پویا و پیشرفته صنعت، ابزارهای کنترلی حیاتی برای بهینه‌سازی عملکرد ماشین‌آلات مختلف وجود دارد. روش‌های استاندارد کنترلی در درایوهای AC دو راهکار اسکالر و برداری (وکتور) را ارائه می‌دهند که در ادامه به جزئیات این دو رویکرد پرداخته می‌شود.
روش کنترل اسکالر یا V/F در اینورتر:
این روش، با نام‌های مختلفی همچون مدولاسیون عرض پالس (PWM)، کنترل فرکانس V/F یا VVVF نیز شناخته می‌شود. در این رویکرد، ابتدا ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل شده و سپس توسط مدولاتور، دنباله پالسی از ولتاژ با فرکانس متغیر به موتور ارسال می‌شود.
در این روش، نسبت V/F ثابت است و با افزایش فرکانس، ولتاژ نیز افزایش می‌یابد. در نهایت، کنترل بر روی گشتاور موتور وجود ندارد و تغییرات در کنترل ولتاژ و فرکانس به طور غیر مستقیم موتور را تحت کنترل قرار می‌دهند.
با توجه به عدم استفاده از فیدبک، این روش تاخیر در پاسخ به تغییرات گشتاور را به وجود می‌آورد و کنترل سرعت پایین را کاهش می‌دهد.
روش کنترل برداری یا وکتور در اینورتر:
این روش نسبت به روش اسکالر، جدیدتر و پیشرفته‌تر است. با توجه به معایب روش V/F، روش وکتور جایگزینی موثر برای کنترل دقیق سرعت الکتروموتورها ارائه داده است.
در این رویکرد، سعی شده است که متغیرهای کنترلی حقیقی الکتروموتور مانند شار و گشتاور، به دقت کنترل شوند. برای کنترل گشتاور و شار، جریان الکتروموتور باید قابل کنترل باشد. در این الکتروموتورها، کنترل جریان به عنوان یک سیستم مستقل بر روی جریان استاتور اعمال نمی‌شود. از طرف دیگر، جریان الکتروموتور به عنوان تابعی از جریان استاتور در نظر گرفته شده و با استفاده از محاسبات ریاضی پیچیده، شار قابل کنترل می‌شود.
در این روش، ترانزیستورهای پاسخ سریع تریستورهای کند پاسخ جایگزین شده‌اند، که باعث افزایش دقت در کنترل سرعت الکتروموتورها و کاهش میزان خطا می‌شود.
مقایسه روش‌های کنترلی V/F و وکتور
- ابعاد کوچکتر در روش وکتور:
در درایوهای وکتور کنترل، به دلیل ابعاد کوچکتر ترانزیستورها، ابعاد کلی درایوها نسبت به روش V/F کنترل بهبود یافته است.
- قابلیت کنترل چندین الکتروموتور در روش V/F:
در روش V/F، امکان کنترل همزمان چندین الکتروموتور با استفاده از یک درایو وجود دارد. این امکان در درایوهای وکتور کنترل فراهم نمی‌باشد، و این نوع درایوها تنها قابلیت پشتیبانی از یک موتور را دارند.
- ارتباط دو طرفه در روش وکتور:
در روش وکتور، ارتباط دو طرفه بین الکتروموتور و اینورتر ایجاد می‌شود. این اینورتر با بررسی شرایط الکتروموتور و با توجه به بازخوردی که از الکتروموتور دریافت می‌کند، تصمیم می‌گیرد که فرکانس را چگونه تغییر دهد تا سرعت موتور به میزان تنظیم شده برسد. اما در روش V/F، ارتباط الکتروموتور و اینورتر یک‌طرفه است.
- دقت بالاتر و کمترین خطا در روش وکتور:
روش وکتور به دلیل دقت بالاتر و کمترین خطا، بر اساس بازخوردی که از الکتروموتور دریافت می‌کند، بهبود‌های بهتری در کنترل سرعت اعمال می‌کند. این امکان در روش V/F به وفور وجود ندارد.
معیارهای انتخاب نوع کنترل درایو یا اینورتر
انتخاب مناسب‌ترین نوع کنترل درایو یا اینورتر باید بر اساس فاکتورهایی چون گشتاور در سرعت پایین، بازه کنترل سرعت، و دقت انجام شود.
– روش V/F:
در شرایطی که گشتاور راه‌اندازی پایین بوده و تغییرات بار اندکی داریم، روش V/F مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به خوبی در کاربردهایی مانند پمپ‌ها و فن‌ها عملکرد خوبی دارد.
– روش وکتور:
در شرایطی که گشتاور راه‌اندازی بالا و تغییرات زیاد بار داریم، روش وکتور کنترل مفید است. این روش عمدتاً در کاربردهایی نظیر جرثقیل‌ها با اثر برجسته‌ای اجرا می‌شود.
مزایا و کاربردهای درایو در صنعت
– کنترل بهینه سرعت و گشتاور:
درایوها به کنترل بهینه سرعت و گشتاور الکتروموتورها کمک می‌کنند.
– کاهش مصرف انرژی:
استفاده از درایوها منجر به کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های الکتریکی می‌شود.
– راه‌اندازی و توقف نرم:
درایوها امکان راه‌اندازی و توقف الکتروموتورها به صورت نرم را فراهم می‌کنند، که از لحاظ مکانیکی به سیستم کمک می‌کند.
– تغییر جهت گردش:
درایوها به سرعت و سهولت تغییر جهت گردش الکتروموتور را فراهم می‌کنند.
– کاهش نیاز به سیستم‌های حفاظتی جانبی:
استفاده از درایوها باعث کاهش نیاز به سیستم‌های حفاظتی جانبی در سیستم‌های الکتریکی می‌شود.
– کاهش جریان راه‌اندازی:
درایوها منجر به کاهش جریان راه‌اندازی الکتروموتورها می‌شوند، که این امر به بهینه‌سازی مصرف انرژی کمک می‌کند.
طبقه‌بندی درایوها بر اساس پارامترهای ولتاژ و توان
درایوها یا اینورترها بر اساس کلاس ولتاژی و توان منبع تغذیه خود، طبقه‌بندی می‌شوند.
اینورترها معمولاً در کلاس‌های ولتاژی تک و سه فاز با رنج‌های ولتاژ 200، 400، و 690 ولت در بازار شایع هستند. این تجهیزات از نظر توان نیز از 1.5 کیلووات به بالا تولید و عرضه می‌شوند.
لازم به ذکر است که کلاس‌های تولیدی هر برند ممکن است متفاوت باشند و می‌توان با مراجعه به کاتالوگ‌ها جزئیات را بررسی کرد.
محل قرارگیری درایوها در زندگی روزمره
در سال‌های اخیر، نیاز به کنترل سرعت الکتروموتورها در صنایع مختلف به شکل چشمگیری افزایش یافته است. این افزایش نیاز باعث شده تا درایوها یا اینورترها به طور فزاینده‌ای در زندگی روزمره ما جایگاه بیشتری پیدا کنند. به عنوان مثال، این تجهیزات در دستگاه‌های عکسبرداری بیمارستان‌ها، آسانسورها، پله‌برقی‌ها، نوار نقاله‌های خط تولید شرکت‌ها، سیستم‌های ریسندگی، صنعت کاغذ و چرم‌سازی، و بسیاری از سایر صنایع استفاده می‌شوند.
برندهای معتبر در دنیای درایوها:
- برند OMRON
- برند YASKAWA
- برند ABB
- درایو برند LS
- برند HYUNDAI
- درایو برند دلتا DELTA
هر یک از این برندها با نرم‌افزارهای قدرتمندی ارائه می‌شوند که امکان نصب و تنظیمات ساده و دقیق برای هر نوع الکتروموتور با مشخصات مختلف را فراهم می‌کنند.
بسیاری از این درایوها امکان کنترل از راه دور از طریق کامپیوتر را نیز دارند، که این امکان به کاربران این اینورترها این امکان را می‌دهد که از فراگیری کارکرد آسان و کنترل هوشمندانه برخوردار شوند.
جمع‌بندی
در این مقاله، به بررسی وظیفه و عملکرد درایوها یا اینورترها در کنترل دور و سرعت الکتروموتورها پرداختیم. ابتدا به توضیحاتی درباره ساختار و کارکرد این تجهیزات پرداختیم و سپس به معرفی برندهای معروف در این حوزه پرداختیم، از جمله OMRON، YASKAWA، ABB، LS، HYUNDAI، و DELTA.
همچنین، روش‌های کنترل دور الکتروموتور در درایوها، انواع آنها، و تفاوت‌های بین روش‌های V/F و وکتور نیز مورد بحث قرار گرفت. در نهایت، از کاربردها و مزایای استفاده از درایوها در صنعت اتوماسیون، از جمله کاهش مصرف انرژی و کنترل بهینه سرعت و گشتاور الکتروموتورها، سخن به میان آمد.
