درایو سرعت متغیر VSD چیست چگونه کار می کند مزایا برای راه اندازی موتورهای القائی

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

---

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. 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. 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. 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. 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.

چرا از یک VFD استفاده می کنیم؟

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.

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

تفاوت درایو سرعت متغیر vsd و راه دانداز نرم موتور soft starter سافت استارتر کاربرد

در این مقاله مساله انتخاب بین سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر همراه با مزایا و معایب هر کدام بررسی و مقایسه شده است.

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

1394/06/12محمد رسول کریمی

---

اغلب موتورها نیاز به مقدار انرژی نسبتا بزرگی دارند تا آنها را به سرعت نامی شان برساند. سافت استارترها و درایوهای فرکانس متغیر هر دو به منظور کاهش مقدار جریان هجومی و محدود کردن گشتاور استفاده می شوند. از تجهیزات گرانبهای شما مراقبت کرده و عمر موتور شما را با کاهش دادن حرارت ناشی از استپ و استارتهای متوالی موتور افزایش می دهند. انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر وابسته به مورد استفاده، نیازمندیهای سیستم، و هزینه (هزینه اولیه خرید آن و هزینه آن در کل طول عمر سیستم) بستگی دارد. سافت استارترها یک سافت استارتر یک دستگاه الکترونیکی (solid-state device) است که الکتروموتور AC را از آسیب های ناشی از هجوم توان با محدود کردن هجوم جریان اولیه در زمان راه اندازی موتور محافظت می کند. آنها یک شیب ملایم تا سرعت نامی موتور ایجاد می کنند و فقط در شروع کار استفاده می شوند. (و در زمان توقف اگر برای این کار تجهیز شده باشند) . افزایش تدریجی ولتاژ اولیه تغذیه موتور باعث راه اندازی تدریجی آن می گردد. سافت استارترها همچنین با عنوان سافت استارترهای ولتاژ کاهش یافته (RVSS) نیز شناخته می شوند. موارد استفاده سافت استارترها در کاربردهایی استفاده می شوند که:

• کنترل سرعت و گشتاور فقط در زمان راه اندازی مورد نیاز است. (و در زمان توقف اگر به صورت سافت استپ هم تجهیز شده باشد)
• کاهش جریانهای هجومی مربوط به یک موتور بزرگ، در لحظه راه اندازی مورد نیاز باشد.
• سیستم مکانیکی که نیاز به راه اندازی نرم برای فرونشاندن تنش و جهش گشتاور مرتبط با راه اندازی های معمول را دارد. ( برای مثال، کانوایرها، سیستمهای گردان تسمه ای، چرخ دنده ها و مانند اینها)
• پمپهای مورد استفاده برای حذف ضربه های فشار در سیستمهای پایپینگ در هنگامی که تغییر جهت مایع خیلی سریع است.

سافت استارتر چگونه کار می کند؟ سافت استارترهای الکتریکی با کاهش گشتاور بطور موقت ولتاژ یا جریان ورودی را کاهش می دهند. بعضی از سافت استارترها ممکن است برای کمک به کنترل شارش جریان از تجهیزات حالت جامد استفاده کنند. آنها می توانند یک تا سه تا از فازها را کنترل کنند، با کنترل سه فاز معمولا نتایج بهتری حاصل می شود.

شکل 1 . شماتیک یک سافت استارتر

بیشتر سافت استارترها از یک سری تریستور یا یکسوسازهای کنترل شده سیلیکونی (SCR) برای کاهش دادن ولتاژ استفاده می کنند. در حالت خاموش، SCR جریان را قطع کرده، اما در حالت روشن، SCR ها به جریان اجازه می دهند عبور کند. SCR ها در طی افزایش سرعت به کار می روند و کنتاکتورهای مسیر جنبی (bypass) در هنگامی که موتور به سرعت ماکزیمم خود رسید عمل می کنند. این کار کمک می کند گرمایش موتور به مقدار قابل توجهی کاهش یابد. مزایای انتخاب یک سافت استارتر سافت استارترها اغلب اوقات برای کاربردهایی که فقط نیاز به کنترل سرعت و گشتاور در هنگام راه اندازی است به صرفه تر هستند. علاوه بر این، آنها اغلب در جاهایی که مساله فضای موجود یک محدودیت است یک انتخاب ایده آل هستند چونکه معمولا در مقایسه با درایوهای فرکانس متغیر فضای کمتری را اشغال می کنند. درایوهای فرکانس متغیر یک درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه کنترل موتور است که موتور القایی AC را حفاظت کرده و سرعت آن را کنترل می کند. یک VFD می تواند سرعت موتور را در حین راه اندازی و توقف کنترل کرده و علاوه بر آن در کل سیکل کاری نیز این کار را انجام می دهد. VFDها همچنین به عنوان درایوهای با فرکانس قابل تنظیم (AFD) نیز شناخته می شوند. کاربردها VFD ها در کاربردها و در جاهایی استفاده می شوند که:

• رنج کامل کنترل سرعت مورد نیاز باشد
• صرفه جویی انرژی یک هدف است.
• کنترل سفارشی نیاز است.

VFDها چگونه کار می کنند؟ VFD ها توان ورودی را به منبعی با ولتاژ و فرکانس قابل تنظیم برای کنترل سرعت موتورهای القایی AC تبدیل می کنند. فرکانس توان اعمالی به یک موتور AC، مطابق با روابط زیر سرعت موتور را تعیین می کند،

N = 120 x f / p

= سرعت (rpm) F = فرکانس (Hz) P = تعداد قطبهای موتور برای مثال، یک موتور چهار قطب که در فرکانس 50 هرتز کار می کند. مقادیر را در فرمول مطابق رابطه زیر قرار داده و سرعت را محاسبه می کنیم: سرعت = 120 * 50 تقسیم بر 4 = 1500rpm

شکل 2 . مدار داخلی یک درایو فرکانس متغیر

منبع AC: از شبکه قدرت شرکت تامین کننده توان می آید (نوعا 400 ولت، 50 هرتز) یکسوساز: برق شبکه AC را به برق DC تبدیل می کند. فیلتر و باس DC : با همدیگر کار کرده تا برق DC یکسو شده را هموار کرده و یک برق DC تمیز و با ریپل کم را تحویل اینورتر دهند. اینورتر: از برق DC رسیده از فیلتر و باس DC استفاده کرده و با استفاده از تکنیک مدولاسیون پهنای پالس (PWM) به یک برق با شکل موج سینوسی تبدیل می کند. مدولاسیون پهنای پالس: سوئیچهای اینورتر را به گونه ای کلید زنی می کند که دارای زمان و پهنای متفاوتی بوده و هنگامی که متوسط گیری شوند یک شکل موج سینوسی ساخته شود.

شکل3. مدولاسیون پهنای پالس و ایجاد شکل موج سینوسی

مزایای استفاده از VFD

• صرفه جویی انرژی
• کاهش پیک تقاضای انرژی
• کاهش دادن توان در هنگامی که مورد نیاز نیست
• سرعت کاملا قابل تنظیم (پمپها، کانوایرها و فن ها(
• راه اندازی، توقف و شتاب گیری کنترل شده
• کنترل دینامیک گشتاور
• ایجاد حرکت نرم و روان برای کاربردهایی نظیر آسانسورها و پله های متحرک برقی
• سرعت تجهیزات را ثابت نگه می دارد، که درایو را جهت تجهیزات تولید و ادوات صنعتی مانند میکسرها، آسیابها و خرد کن ها ایده آل کرده است.
• تطبیق پذیری
• ارتباطات و اماکن تشخیص عیب داخلی
• حفاظت پیشرفته در مقابل اضافه بار
• منطبق با عملکرد PLC و برنامه نویسی نرم افزاری
• ورودی ها / خروجی های دیجیتال (DI/DO)
• ورودی ها / خروجی های آنالوگ (AI/AO)
• خروجی های رله

صرفه جویی انرژی VFD ها بیشترین صرفه جویی در مصرف انرژی را برای فن ها و پمپها ارائه می کنند. روش جریان قابل تنظیم، منحنی شارش را تغییر داده و و نیاز به توان را به شدت کاهش می دهد. تجهیزات گریز از مرکز (فن ها، پمپها و کمپرسورها) از مجموعه ای از قوانین همبستگی (affinity laws) با سرعت تبعیت می کنند. این قوانین همبستگی رابطه بین سرعت و مجموعه ای از متغیرها را به صورت زیر مشخص می کند.

• شارش
• فشار
• توان

بر اساس قوانین همبستگی، شارش به صورت خطی با سرعت تغییر می کند (شکل 4). در حالیکه فشار متناسب با مربع سرعت است (شکل 5). توان مورد نیاز متناسب با مکعب سرعت است. آخری خیلی مهم است چون که اگر سرعت افت کند، با توان سوم سرعت، توان مورد نیاز کاهش می یابد.

شکل 4 . قانون همبستگی جریان-سرعت

شکل 5 . قانون همبستگی فشار-سرعت

شکل 6 . قانون همبستگی توان-سرعت

  در این مثال، موتور در 80 درصد سرعت اسمی خود کار می کند. این مقدار را در فرمول قوانین همبستگی قرار داده و توان را در سرعت جدید محاسبه می کنیم که به صورت زیر می شود: از اینرو، توان مورد نیاز برای اینکه فن در 80 درصد سرعت کار کند نصف توان نامی است.         روابط فشار و توان بر حسب جریان مطابق منحنی شکل های 7 و 8 بدست می آید.

شکل 7. نسبت فشار - جریان

شکل 8. نسبت توان - جریان

انتخاب تجهیزات مناسب متناسب با نیاز شما

انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر وابسته به کاربرد مورد نیاز شما است. سافت استارترها کوچکتر بوده و در مقایسه با vfd ها در کاربردهای توان بالا قیمت کمتری دارند.

VFD ها بزرگتر بوده و فضای بیشتری را اشغال می کنند و معمولا از سافت استارترها گران قیمت تر هستند. همان طور که گفته شد، درست است که VFD گران قیمت تر است در مقابل می تواند صرفه جویی انرژی بیشتری تا 50 درصد داشته باشد ار این راه در طول عمر تجهیزات صرفه جویی زیادی در هزینه داشته باشد.

کنترل سرعت مزیت دیگر VFD است. چونکه در کل طول محدوده کاری موتور زمان شتاب گیری مستحکمی را ارائه می دهد و نه فقط در زمان راه اندازی. VFD ها همچنین می توانند عملکرد پایدار و ستبر تری را نسبت به سافت استارترها ارائه کنند. شامل اطلاعات تشخیصی دیجیتال. بایستی ذکر شود که هزینه اولیه خرید VFD می تواند دو تا سه برابر بیشتر از سافت استارتر باشد. ار ینرو، اگر شتاب گیری ثابت و کنترل گشتاور نیاز نباشد و کاربرد شما فقط به کنترل جریان در هنگام راه اندازی نیاز داشته باشد شاید یک سافت استارتر از نقطه نظر قیمت راه حل بهتری باشد.

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر