مزایا معایب کاربرد و مقایسه انواع اینورتر درایو و سافت استاتر

استفاده ار درایوهای فرکانس متغیر روز به روز در حال گسترش است. دلایل گسترش استفاده از این تجهیزات بیشتر به دلیل قابل توجه بودن مزایای VFD است در این مقاله به صورت اجمالی به این مزایای VFD خواهیم پرداخت در مقالات جداگانه ای نقش VFD ها در پمپ ها، فن ها و الکتروموتورها از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. در این راستا مطالعه " درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟ " و " چرا ما به درایوهای سرعت متغیر (VSD) نیاز داریم؟ " و " نکات مهم در خرید درایو فرکانس متغیر " خالی از لطف نیست.

فهرست محتوایی :

• صرفه جویی انرژی با درایوهای فرکانس متغیر
• گشتاور متغیر در مقابل گشتاور ثابت
• چرا بارهای گشتاور متغیر صرفه جویی انرژی قابل توجهی را ارائه می دهند.
• مصرف انرژی
• فرایند کنترل تنگ تر با درایوهای سرعت متغیر
• افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به نگهداری آنها
• مشکلات ناشی از راه اندازی با ولتاژ کامل

صرفه جویی انرژی با درایوهای سرعت متغیر

اگر شما یک موتور AC دارید و این موتور در کاربردی استفاده می شود که نیاز به کار در سرعت حداکثر خود را ندارد. آنگاه می توانید هزینه مصرف انرژی خود را با استفاده از یک درایو سرعت متغیر (VSD) کاهش دهید. درایوهای سرعت متغیر (که همچنین با عنوان درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نیز شناخته می شوند) به شما اجازه می دهند، سرعت موتور گرداننده دستگاه را با نیاز فرآیند مورد نظر تطبیق دهد. گشتاور متغیر در برابر گشتاور ثابت درایوهای سرعت متغیر، و بارهایی که در آن به کار می روند به طور کلی به دو گروه تقسیم بندی می شوند: گشتاور ثابت و گشتاور متغیر. پتانسیل صرفه جویی در مصرف انرژی، در کاربردهای گشتاور متغیر بسیار بیشتر از کاربردهایی است که در آنها گشتاور ثابت است. بارهای گشتاور متغیر مشتمل بر پمپ های گریز از مرکز و فن ها که عمده کاربردهای آنها در HVAC هستند. بارهای گشتاور ثابت کانویرهای لرزشی (vibrating conveyers)، پرسهای پانچ، سنگ شکن ها، ماشین های ابزار و بقیه کاربردهایی که درایو از یک نرخ V/Hz ثابت تبعیت می کند.  

چرا بارهای گشتاور متغیر صرفه جویی انرژی قابل توجهی را ارائه می کنند؟

در کاربردهای با گشتاور متغیر، گشتاور مورد نیاز تقریبا با مربع سرعت تغییر می کند، و توان مکانیکی مورد نیاز (hp) تقریبا با مکعب سرعت متغیر است. در نتیجه یک کاهش حتی کوچک در سرعت باعث کاهش قابل توجهی در توان خروجی می گردد. یک موتور در یک کاربرد گشتاور متغیر با ۵۰% سرعت نامی به اندازه ۲۵ درصد توان نامی خود توان مصرف می کند. این موضوع اشاره به روابط و قوانینی دارد که رابطه بین سرعت، جریان، گشتاور و توان خروجی را تعیین می کنند.  

مصرف انرژی درایوهای سرعت متغیر (VSDs) به شما اجازه می دهند که در مقایسه با انواع دیگر تکنیکهای کنترل سرعت در هنگامی که نیاز به سرعت کمتر از سرعت نامی است انرژی کمتری مصرف کنید. که معمولا این حالت در کاربردهای HVAC است.  

فرآیند کنترل تنگ تر با درایوهای سرعت متغیر

در هنگامی که صحبت از کنترل دقیق سرعت می شود هیچ روش کنترلی دیگری را نمیتوان با درایوهای فرکانس متغیر مقایسه کرد. ولتاژ کامل (ولتاژ دو سر خط) راه اندازها فقط میتواند موتور را در سرعت کامل به گردش درآورد. و راه اندازی نرم و راندازهای نرم (سافت استارترها) با ولتاژ کاهش داده شده صرفا سرعت موتور را بتدریج افزایش می دهند تا به سرعت کامل خود برسد. و سرعت را بر می گردانند به حالت ایستادن موتور. اما در سوی دیگر درایوهای سرعت متغیر می توانند به گونه ای برنامه ریزی شوند که در یک سرعت معین کار کنند، در یک سرعت مشخص متقف شوند و مقدار مشخصی گشتاور اعمال کنند. در حقیقت، درایوهای سرعت متغیر AC از لحاظ پاسخ گشتاوری سریع و دقت و صحت سرعت نزدیک به درایوهای DC هستند. اگر چه، موتورهای AC بسیار مطمئن تر و مقرون به صرفه تر از موتورهای DC هستند. که این مزیتها باعث شده بسیار فراگیر شوند. اغلب درایوهای مورد استفاده در این زمینه از نوع کنترل Volts/Hertz بهره می برند. که این درایوها عملکرد در حالت حلقه باز را تامین می کنند. این درایوها هیچ فیدبکی از انجام فرآیند کنترلی ندارند. اما در عمده کاربردهای مورد نیاز به درایوهای سرعت متغیر کافی هستند. اگر چه، بسیاری از درایوهای سرعت متغیر حلقه باز دارای جبران سازی لغزش هستند. که درایو را قادر می سازد جریانهای خروجی اش را اندازه گیری کرده و اختلاف بین سرعت واقعی و مقدار تنظیم شده (مقدار ورودی برنامه ریزی شده)را تخمین بزند. آنگاه درایو به صورت اتوماتیک خودش را بر اساس این مقدار تخمین زده شده به مقدار تنظیم شده منطبق و تنظیم می کند. اغلب درایوهای گشتاور متغیر در کاربردهای فن و پمپ ها دارای کنترل PID هستند که به درایو این امکان را می دهند که بر اساس فیدبک واقعی گرفته شده از فرآیند بر روی نقطه تنظیم شده نگه داشته شود و نه بر اساس تخمین پارامترها. یک ترانسدیوسر یا ترانسمیتر برای آشکار کردن متغیرهای موجود در فرآیند مانند سطوح فشار، نرخ گردش مایع، نرخ گردش هوا یا ارتفاع مایع استفاده می شود. سپس یک سیگنال به PLC ارسال می شود که فیدبک اخذ شده از فرآیند را به درایو منتقل می کند. درایوهای سرعت متغیر به صورت پیوسته از این فیدبک برای تنظیم و نگهداشتن خودشان بر روی نقطه تنظیم شده استفاده می کنند. مقدار دقت بیشتر برای کاربردهای دیگر را می توان با استفاده ار درایوهای که عملکرد حلقه بسته دارند تامین کرد. عملیات حلقه بسته می تواند با استفاده از درایو کنترل برداری field-oriented یا یک درایو کنترل برداری بدون سنسور انجام شود. درایو کنترل برداری field-oriented فیدبک فرآیند را از یک انکودر می گیرد، که اندازه گیری کرده و به درایو انتقال می دهد که آن هم سرعت و فرآیند را مانند یک کانوایر، ماشین ابزار یا اکسترودر کنترل می کند. سپس درایو خروجی ها را به گونه ای تنظیم می کند که مقادیر برنامه ریزی شده سرعت، نرخ، گشتاور و یا موقعیت تامین گردد.    

افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به نگهداری آنها

روشهای راه اندازی تک سرعت به صورت ناگهانی موتور را راه اندازی می کند و موتور را تحت گشتاور راه اندازی و جریان راه اندازی بسیار زیادی قرار می دهد که جریان راه اندازی تا ۱۰ برابر جریان بار کامل نیز می رسد. اما در سوی دیگر، درایوهای سرعت متغیر، بتدریج سرعت موتور را افزایش می دهد تا به سرعت عملیاتی موتور برسد و از این طریق تنش های الکتریکی و مکانیکی را کاهش می دهد، و هزینه های تعمیرات و نگهداری را کاهش می دهد. و طول عمر موتور و دیگر تجهیزات دوار را افزایش می دهد. راه اندازهای نرم، یا راه اندازهای نرم با ولتاژ کاهش داده (RVSS)، نیز قادر است سرعت موتور را بتدریج افزایش دهد اما درایوها میتوانند بسیار مناسبتر و هموارتر این کار را انجام دهند. و میتوانند موتور را در سرعتی کمتر از سرعت کامل خود به کار گیرند تا فرسودگی و سائیدگی را کاهش دهند. درایوهای سرعت متغیر همچنین می توانند یک موتور را با یک الگوی مخصوص برای کاهش دادن تنش های الکتریکی و مکانیکی به کار بگیرند. برای مثال، یک الگوی منحنی S (S-curve pattern) برای استفاده در کانوایر میتواند برای کنترل هموارتر شتاب گیری/ شتاب دهی اعمال گردد. که شل شدگی را که ممکن است در حین شتاب گیری یا شتاب دهد رخ می دهد را کاهش می دهد.

مشکلات ناشی از راه اندازی با ولتاژ کامل

در لحظه برق دادن و راه اندازی موتور ، جریان راه اندازی (سرعت صفر) در حدود ۶۰۰% جریان بار کامل الکتروموتور است این جریان زیاد بعد از شتابگیری و افزایش سرعت موتور به تدریج کاهش می یابد. اما همین مساله باعث افت ولتاژ (voltage sag) غیر قابل قبول در سیستم قدرت می شود. که به صورت نامطلوبی بر دیگر بارهای سیستم تاثیر می گذارد. این مساله همچنین می تواند شوک مخرب گردیده و یا باعث فرسودگی داز مدت موتور شود. استفاده از این روش راه اندازی ممکن است شرکت برق را ترغیب کند که محدودیتهایی در مورد حداکثر سایز موتوری که شما میتوانید به شبکه متصل کنید اعمال کند. از آنجا که راه اندازی مستقیم با ولتاژ خط موجب ایجاد مشکلاتی در بالادست سیستم می گردد و برای بقیه مشتری ها و مصرف کنندگان ایجاد مشکل می کند. و راه اندازی و توقف مکرر موتور بر روی عایق های موتور تنش وارد می کند

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

پلاک خوانی موتور القایی تکفاز و سه فاز آسنکرون مشخصات فنی نحوه خواندن الکتروموتور

خواندن پلاک موتور القایی تحت استاندارد IEC

پیش از این در مقاله ای تحت عنوان ” نحوه خواندن پلاک موتورهای القایی تحت استاندارد NEMA” به مسایل مربوط به اطلاعات موجود در پلاک موتور القایی و نشانه گذاری و تشریح اطلاعات موجود در پلاک موتور پرداختیم. در این مقاله قصد داریم نحوه خواندن اطلاعات موتورهای القایی را در الکتروموتورهای تولید شده تحت استاندارد IEC بررسی کنیم و تفاوت آنها را نیز تشریح کنیم. کمیسیون بین المللی الکتروتکنیک (International Electrotechnical Commission) که به طور مخفف IEC نامیده می شود. همتای استاندارد NEMA است که در آمریکای شمالی رایج است.استانداردهای NEMA و IEC از ضوابط مختلفی استفاده می کنند. اما در اصل در مقادیر نامی یکسان هستند و در کاربردهای عمومی قابل جایگزینی هستند. به طور خلاصه استانداردهای NEMA بیشتر پایدار هستند. اما استانداردهای IEC بیشتر گروه بندی شده و خاص هستند.

در شکل زیر پلاک نامی یک الکتروموتور القایی تحت استاندارد IEC آورده شده است.  

ارتباط فریم

هر دوی استانداردهای موتور NEMA و IEC از کد (letter code) به منظور معین کردن ابعاد فیزیکی فریم استفاده می کنند، اما کدهای مورد استفاده آنها متفاوت است. مشخصه فریم برای موتورهای IEC از کد دو قسمت حرف/عدد تشکیل شده است. قسمت حروف کد ابعاد فیزیکی فریم را مشخص می کند در حالیکه بخش عدد کد نیز سایز کلی فریم را مشخص می کند. حروف موجود در کدها می توانند گمراه کننده باشند، برای مثال، کد “K” برای یک موتور IEC معادل با “H” در NEMA است. در حالیکه یک کد “H” در IEC معادل با “D” در NEMA است. قسمت عددی کد (تعیین کننده اندازه فریم) کمتر گیج کننده است و کمتر هم پوشانی دارند. برای مثال یک IEC “۵۶” یک موتور کوچک کسری از کیلووات است در حالیکه NEMA “۵۶” از ¼ – ۱٫۵ HP می باشد.

استاندارد IEC همچنین نحوه نصب موتور و نوع فلنج متصل به آن را با یک کد نشان می دهد. دو نحوه نصب خیلی متعارف و پر کاربرد شامل نصب با پایه روی به صورت مستقیم B3 و نصب با فلنج بدون پایه B5 هستند. سه نوع فلنج مختلف تعریف شده اند که شامل: فلنج های FF، FT و FI هستند. فلنج FF سوراخهای پیچ سراسری دارد و برای اندازه فریم ۵۶ تا ۲۸۰ موجود هستند. فلنج های FT دارای سوراخهای پیچ threaded هستند و برای اندازه فریم از ۵۶ تا ۲۸۰ موجود هستند.

توجه کنید که تمامی اندازه های IEC در واحدهای متریک هستند.

معرفی و علامت گذاری محفظه

همانند NEMA، IEC نیز علائمی برای مشخص کردن حفاظت تامین شده توسط محفظه موتور دارد. اما، این علائم برای استاندارد NEMA کلمات هستند، مثلا کاملا بسته خنک شونده توسط پره و … در حالیکه برای IEC از یک اندیس دو رقمی برای درجه حفاظت استفاده می کنند که نشان می دهد محفظه با چه کیفیتی موتور را در مقابل عوامل محیطی محافظت می کند. تمامی این کدها در مقاله ای تحت عنوان” درباره درجه حفاظت الکتروموتورها” تشریح شده است. رقم اول بیانگر حفاظت الکتروموتور در مقابل ورود اجسام جامد خارجی است و رقم دوم حفاظت در مقابل نفوذ آب است. عدد دو رقمی همیشه با عبارت IP همراه هستند و حتما باید در پلاک موتور درج شوند موتورهای صنعتی عموما IP55 هستند. به طور مثال پلاک موتور نشان داده شده دارای IP54 است.

در ادامه معانی رقم اول درجه حفاظت آورده شده است.

۰- بدون حفاظت
۱- حفاظت در برابر ورود اجسام خارجی با قطر بزرگتر از ۵۰mm ، مانند دستها
۲- حفاظت در برابر ورود اجسام خارجی با قطر بزرگتر از ۱۲mm ، مانند انگشتان
۴- حفاظت در برابر ورود اجسام خارجی با قطر بزرگتر از ۱mm ، مانند ابزارهای ریز و سیم
۵- حفاظت کامل در برابر ورود گرد و خاک

معانی رقم دوم درجه حفاظت مطابق توضیحات زیر است.

۰- بدون حفاظت
۱- حفاظت شده در برابر چکیدن آب به صورت عمودی
۲- حفاظت شده در برابر چکیدن آب با ۱۵ درجه انحراف نسبت به حالت قائم
۳- حفاظت شده در برابر ترشح آب
۴- حفاظت شده در برابر پاشیدن آب در هر جهتی هیچ نوع تاثیر مخربی ایجاد نمی کند.
۵- حفاظت شده در برابر فوران آب – آب پمپ شده توسط فواره بر روی ماشین الکتریکی از هر جهتی نباید هیچ نوع اثر مخربی داشته باشد.
۶- حفاظت شده در برابر سیلاب
۷- حفاظت شده در برابر اثرات غوطه وری
۸- حفاظت شده در برابر اثرات غوطه وری دائم و طولانی مدت

در یک مقایسه کلی می توان گفت تعاریف NEMA بیشتر توصیفی و عمومی است، در حالیکه IP کدهای IEC خیلی دقیق و صریح هستند و به صورت دقیق و ریز تعریف شده اند. برای بیشتر کاربردهای صنعتی، یک IP 22 در استاندارد IEC مانند موتورهای باز محافظت شده در برابر چکه آب در استاندارد NEMA است، یک IP54 یا IP44 مانند کاملا محصور شده ، IP 45 مانند مقاوم در برابر هوا (Weatherproof)، و IP55 مانند موتورها Washdown-duty هستند. برای موتورهای ضد انفجار، فضای اطراف (جو) خطرناک استاندارد ملی ISIRI و استاندارد IEC مشترکا موتورهای “ضد اشتعال” نام گذاشته اند.

تعیین نحوه خنک کاری

مجددا، IEC از حروف و اعداد استفاده می کند کد IC بیانگر نحوه خنک کاری در استاندارد IEC است. یک کد اختصاصی برای هر کدام از روشهای خنک کاری وجود دارد. از موتورهای کوچک خنک شونده با فن تا موتورهای بزرگ خنک شده با مایعات. کدها می توانند تا حدودی پیچیده باشند. تا چهار حرف، کد چهار رقمی. در ادامه مقدار کمی در مورد کدهای متداول “به صورت خلاصه” توضیح داده شده است.

IC 01 – رقم اول بیانگر این است که هوا می تواند آزادانه به داخل و بیرون موتور جاری شود. رقم دوم بیانگر این است که جریان هوا با استفاده از یک پره فن موجود در موتور ایجاد شده است. این معادل موتور استاندارد NEMA ” باز خنک شده با فن” بدلیل عمل فن داخل آن است.

IC 40 – رقم اول بیانگر این است که سطح فریم (محفظه خارجی) خنک می شود (یعنی جریان داخلی نداریم). رقم دوم بیانگر این است که خنک کاری با جریان همرفت انجام می گیرد و هیچ فنی وجود ندارد. این روش معادل استاندارد NEMA ” موتور کاملا بسته، بدون بادخوری (TENV)” است.

IC 41 – مجددا رقم نخست بیانگر خنک کاری سطح محفظه است، اما رقم دوم بیانگر این است که جریان هوا رویی موتور با یک فن داخل موتور ایجاد می شود. این روش خنک کاری معادل با ” موتور محفظه کاملا بسته خنک شده با فن (TEFC)” است.

IC 48 – رقم نخست بیانگر این است که سطح خارجی فریم/محفظه خنک می شود. (یعنی بدون جریان داخلی). اما دومی می گوید که موتور در جریان هوای فن گردان یا بلوور قرار دارد. این متناظر است با روش خنک کاری NEMA ” محفظه کاملا بسته، هوا بر روی موتور(TEAO)”. این روش در جایی استفاده می شود که موتور در مسیر جریان فن یا بلووری که می چرخاند قرار دارد. و از اینرو با کارکرد فن موتور نیز خنک می شود. در بیشتر مقاصد و کاربری ها، IC 01 طبق NEMA طرح باز گفته می شود.

IC 40 - محفظه کاملا بسته بدون بادخوری

IC 41 - محفظه کاملا بسته خنک شونده با فن (TEFC)

 IC 48 - محفظه کاملا بسته با هوای روی موتور (TEAO) هستند.

چرخه های کاردهی (Duty Cycles)

S1 – کاردهی پیوسته: موتور در یک بار ثابت برای زمان طولانی کار می کند تا به تعادل حرارتی برسد.

S2 – کاردهی کوتاه مدت: موتور در یک بار ثابت کار می کند. اما نه آنقدر طولانی مدت که به تعادل حرارتی برسد، و بقیه چرخه تناوب کار به اندازه کافی بلند مدت است که دمای الکتروموتور کاهش یافته و به دمای محیط برسد.

S3 – کاردهی دوره ای متناوب: ترتیبی از چرخه های با کاردهی یکسان، که هر کدام شامل یک زمان کارکرد با بار ثابت و یک زمان بدون تغذیه و سکون می باشد. در این نوع کاردهی چرخه به صورتی است که در آن جریان راه اندازی، تاثیر چندانی بر افزایش دما ندارد.

S4 – کاردهی دوره ای متناوب با راه اندازی: ترتیبی از چرخه های با کاردهی یکسان که هر کدام شامل یک زمان راه اندازی قابل ملاحظه ، یک زمان کارکرد با بار ثابت و یک زمان بدون تغذیه و سکون می باشد. موتور هیچ وقت به تعادل حرارتی نمی رسد. اما جریان راه اندازی تاثیر اندکی بر افزایش دما دارد.

S5 – کاردهی دوره ای متناوب با ترمز الکتریکی: ترتیبی از چرخه­های با کاردهی یکسان که هر کدام شامل یک زمان راه­اندازی، یک زمان کارکرد با بار ثابت، یک زمان ترمز و یک زمان بدون تغذیه و سکون می باشد. یادآوری- منظور از کاردهی دوره ای آن است که تعادل حرارتی در زمان روشن بودن و تحت بار بدست نمی ­آید.

S6 – کاردهی دوره ای با کارکرد پیوسته: ترتیبی از چرخه­ های با کاردهی یکسان که هر یک شامل یک زمان کارکرد با بار ثابت و یک زمان کارکرد در بی­ باری است و هیچ زمان بدون تغذیه و سکون وجود ندارد.

S7 – کاردهی دوره ای با کارکرد پیوسته و ترمز الکتریکی: توالی از چرخه­ های با کاردهی یکسان که هر یک شامل یک زمان راه ­اندازی ، یک زمان کارکرد با بار ثابت و یک زمان ترمز الکتریکی می­ باشد. هیچ زمان سکون و بدون تغذیه وجود ندارد.

S8 – کاردهی دوره ای با کارکرد پیوسته با تغییرات وابسته بار / سرعت: ترتیبی از چرخه­ های با کاردهی یکسان که هر یک شامل یک زمان کارکرد با بار ثابت متناظر با سرعت دورانی از پیش تعیین شده که به دنبال آن یک یا چند زمان کارکرد دیگر با بارهای ثابت و سرعت های دورانی متفاوت متناظر با آن­ها بیان می­ شود.

انواع طراحی های مختلف

کد طبقه بندی طراحی های موتور در استاندارد IEC بیانگر مشخصه گشتاور-سرعت یک موتور است. کدهای طراحی IEC شبیه تیپ های طراحی موتور در استاندارد NEMA هستند. اما حروف به کار رفته در آن متفاوت است. برای مثال، رایج ترین موتور صنعتی در استاندارد IEC موتورهای طرح N هستند، که شباهت بسیار زیادی به موتور NEMA طرح B دارند- متداولترین نوع موتور برای کاربردهای صنعتی. به همین منوال، مشخصات IEC طرح H تقریبا با مشخصات NEMA طرح C یکسان است. در استاندارد IEC موتوری معادل NEMA طرح D وجود ندارد.

تخصیص کلاس عایقی

هر دو استاندارد NEMA و IEC از سیستم یکسان برای طبقه بندی عایق سیم پیچی استفاده می کنند. این بر مبنای بیشترین درجه حرارتی است که مواد عایقی می توانند بصورت پیوسته بدون از دست رفتن یا کاهش طول عمر موتور تحمل کنند. جدول زیر افزایش دماها را با هم مقایسه کرده است. (۴۵ درجه سانتیگراد برای دمای کل قابل قبول اضافه می شود)، که تحت استانداردهای NEMA و IEC دمای مجاز محیط هستند.

توجه: NEMA کلاس E ندارد.

اکثر موتورهای با کاربرد صنعتی، با توجه به کاربرد مورد نظر از کلاس عایقی B یا F استفاده می کنند. IEC و NEMA با ضریب سرویس ۱ تقریبا یکسان هستند؛ موتورهای NEMA با ضریب سرویس ۱٫۱۵ بالاتر هستند.

کیلووات یا اسب بخار

توان خروجی شفت در ولتاژ، جریان و فرکانس نامی است. IEC از واحد اندازه گیری کیلووات (kW) و NEMA از اسب بخار (HP) استفاده می کنند. تبدیل بین این دو واحد به صورت ۱HP = 745.7W = 0.7457kW است. و همانند NEMA، استاندارد IEC توانهای مختلف را در فریم سایزهای مشخص می دهد. هر توان مشخص است که باید در کدام فریم سایز باشد. مقایسه مقادیر نامی kW/hp در استاندارد NEMA و IEC اختلاف کمی را در اندازه های کوچک نشان می دهد، اما در اندازه های بزرگتر تفاوت آنقدر زیاد هست که باعث نگرانی در برخی طراحی های کاربردی شود. یک مثال فریم IEC225S/NEMA364T برای موتورهای چهار قطب است. که NEMA در این فریم موتور ۷۵hp را در نظر گرفته و IEC موتور ۵۰hp را منظور کرده است. برای موتور ۵۰hp در استاندارد NEMA باید به فریم پایین تر NEMA 326T بروید. البته باید اختلاف اندازه ها قابل تحمل باشد. اما اگر شما به ابعاد و اندازه ۳۶۴T نیاز دارید، مطمئن گردید که بار یا تجهیزات گردان با توان بیشتر موتور آسیب نمی بینند.

ولتاژ نامی (Volt)

استاندارد IEC 60034-1 ملزم می کند که موتور باید قادر باشد توان خروجی نامی را در راندمان نامی خود برای رنج تغییرات ولتاژ ۹۵% تا ۱۰۵% ولتاژ نامی خود تحویل دهد. راندمان راندمان برای موتورهای IEC معمولا در بار کامل و ۷۵% بار کامل داده می شود. همچنین ممکن است یک گرید راندمان (EFF1, EFF2 , EFF3) در روی موتور درج شده باشد.

ضریب سرویس (برای موتورهای استاندارد IEC استفاده نمی شود)

موتورهای IEC تعریف “ضریب سرویس” را ندارند. در عوض، افزایش دما، دمای محیط و ارتفاع نامی در مقدار نامی توان خروجی منظور شده اند. اگر به ضریب سرویس بیشتر نیاز است باید از موتور بزرگتر استفاده کنید. 

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

درایو سرعت متغیر و فرکانس متغیر موتور القایی چیست vfd vsd اصول کار سافت استارتر

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

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

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، نیازمندی های 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 پمپ ها 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

آموزش سافت استارتر تفاوت با درایو نحوه نصب تنظیمات راه انداز موتور تک فاز جزوه فیلم pdf

تفاوت سافت استارتر و درایو+مدار داخلی سافت استارتر+قیمت سافت استارتر+نحوه نصب سافت استارتر+سافت استارتر+pdf+سافت استارتر تک فاز+تنظیمات سافت استارتر+فروش سافت استارتر++مدار داخلی سافت استارتر+تفاوت سافت استارتر و درایو+سافت استارتر قیمت+مدار سافت استارتر+سافت استارتر+pdf+سافت گی چیست+سافت استارتر چیست+گشتاور راه اندازی چیست؟

ویژگیها و قابلیت های زیر مربوط به سافت استارتر های رایج می باشند:

 

۱-گستره تنظیم گسترده ویژگی راه اندازی یا انتخاب ویژگیهای راه اندازی مختلف با هدف تطبیق بهینه با الزامات دستگاه و کاربرد در حال کار.

۲-ویژگی متغیر بینهایت جریان، ولتاژ و گشتاور.  فاقد هرگونه پیک جریان گذرا.

۳- اتصال موتور با تنها سه سیم و کنترل در خطوط تغذیه موتور.

۴- افزایش توان نامی راه انداز نرم (با یک ضریب ۷۳/۱) که کنترل در مدار سیم پیچیها بوده و اتصال موتور با شش خط صورت می پذیرد.

۵-کنار گذاشتن نیمه هادیهای قدرت پس از راه اندازی موتور و ادامه کار با سیستم بای پس داخلی به منظور کاهش دادن تلفات دائمی.

۶-تعداد محدود راه اندازی در ساعت بسته به شرایط راه اندازی و مشخصات حرارتی راه سافت استارتر.

۷-کنترل زمان راه اندازی و زمان استپ به صورت پیوسته و دقیق.

۸-سرعت خزشی برای موقعیت یابی.

۹-عملکردهای تشخیصی و هشدار زودرس از قبیل اضافه بار، کاهش بار، روتور قفل شده و غیره.

۱۰-قابلیت کنترل با شبکه های صنعتی.

۱۱-عملکردهای حفاظتی یکپارچه موتور.

۱۲-کنترل هارمونیکهای جریان در زمان راه اندازی توسط کنترل هر فاز.

۱۳-سیستم های مجهز به سافت استارتر به منظور تعمیرات و نگهداری موتور به یک سری ادوات قطع کننده احتیاج دارند (برای مثال کلید قطع کننده، مدارشکن با عملکرد ایزولاسیون).

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

دانلود رایگاه جزوه های آموزشی فارسی در مورد کنترل دور موتور درایو سافت استارتر

کنترل دور موتور در صنعت پمپ

نکات مهم در کنترل دور موتور

کاربرد کنترل دور

کنترل سرعت هوشمند موتور Dc

کنترل دور موتورهای بزرگ نیروگاهی

دانلود تحقیق کنترل دور

کاربرد vfd در صرفه جویی انرژی

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

تفاوت میان سافت استارتر و اینورتر چیست

تفاوت میان سافت استارتر و اینورتر

سافت استارتر همانطور که از نامش پیداست تنها در هنگام راه اندازی یک الکتروموتور کاربرد دارد. الکتروموتورها به دلیل کشیدن جریان 6 تا 8 برابر جریان نامی در هنگام راه اندازی صدمات زیادی می بینند بطوریکه عمده استهلاک الکتروموتورها در هنگام راه اندازی می باشد. بوسیله سافت استارتر راه اندازی از طریق افزایش کنترل شده فرکانس یا ولتاژ انجام می گیرد و با این کار Energy Saving  نیز صورت می گیرد.
اینورتر محدود به زمان راه اندازی نمی باشد و در هر لحظه می توان بوسیله سیگنالهای کنترلی که معمولا 4~20 mA می باشد سرعت الکتروموتور را کنترل نمود
اینورتر قابلیت های بسیار زیادی دارد از قبیل : راه اندازی نرم موتور، چپگرد راستگرد کردن موتور وتغییر دور موتور.
والبته قیمت بالاتری نیز دارد. حال آنکه سافت استارتر فقط برای راه اندازی نرم موتور استفاده میشه.

الف. راه اندازنرم

1. راه اندازنرم درصنعت برای راه اندازی الکتروموتور به کار میرود و در این حالت بیشترین جریان راه اندازی حدود 2.5 برابرجریان حالت عادی موتوراست.
2. درراه اندازنرم ازکلیدهای استاتیکی (SSR) استفاده میشود که درتوان های پایین ازترایاک ودرتوان های بالا ازیک جفت تایستور بصورت معکوس وموازی استفاده میشود.
3. درراه اندازنرم تغییر ولتاژ وجود دارد ودرواقع با کنترل ولتاژسینوسی ورودی درهردونیم سیکل مثبت ومنفی ولتاژخروجی باهمان فرکانس ورودی میشود.
4. از راه انداز نرم میشود بعنوان کنترل از راه دورهم استفاده کرد ولی درصنعت استفاده نمیشود،،اما(دیمر، کنترل نورلامپ، کنترل دور پنکهو ...) یک راه اندازنرم تک فازاست که بعنوان کنترل دور استاتیکی استفاده میشود.
5. ازیک راه اندازنرم میشود تعداد زیادی موتور را با ایجاد یک مدارفرمان مناسب راه اندازی کرد مثلا تعداد 10 دستگاه موتور یا بیشتر را میشود با یک راه اندازنرم روشن کرد.
6. درراه اندازنرم امکان افزایش دورموتور بیشترازدورنامی وجودندارد.
7. مدارستاره مثلث یا همان مدار دوضرب هم یک راه اندازنرم است. اما بصورت کنتاکتوری، بیشترین جریان راه انداز حدود چهاربرابر است ومنحنی راه انداز بصورت جهشی بوده وغیرقابل انتخاب میباشد.

کلیدهای استاتیکی یاهمان SSR درجریانهای مختلف دربازاروجوددارد

ب. اینورتر یا کنترل دور

1. راه اندازی الکتروموتور با بیشترین جریان راه اندازی حدود جریان عادی موتور بایک منحنی تقریبا خطی قابل انتخاب.
2. اینورتر بهترین راه اندازنرم موتور است ولی با قیمتی بیش ازچهار برابر راه اندازنرم یاهمان سافت استارت.
3. درصنعت ازاینور یا کنترل از راه دور بطورعموم برای موتورهایی که نیاز به کنترل سرعت دارند استفاده میشود.
4. تغیرات دورموتور در اینورتر با تغییر فرکانس ایجاد میشود. لذا امکان افرایش فرکانس خروجی تا چندین برابرفرکانس ورودی وجود دارد.
5. دراستفاده ازکنترل از راه دور امکان افزایش دورموتور بیشتر از دورنامی وجود دارد و با افزایش فرکانس ولتاژ خروجی دور موتورافرایش می یابد
6. باافزایش دور موتور بیشتر از دورنامی دراین حالت کاهش گشتاور ایجاد میشود. بطورمعمول در اینورتورها از ترانزیستورهای IGBT درقدرت های بالااستفاده میشود ودرقدرت های پایین ازترانزیستورهای MOSFET قدرت هم استفاده میشود

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

دانلود رایگان مقله تحقیق پروژه نحوه کار کرد سافت استارتر و کنترل دور موتور VFD

دانلود رایگان مقاله تحقیق پروژه نحوه کار کرد سافت استارتر و کنترل دور موتور VFD

جهت دانلود کلیک کنید

اسلایدهای درس کنترل دور موتور

فصل اول: مقدمه ای بر محرکه های الکتریکی

فصل دوم: کنترل موتورهای DC

فصل سوم: کنترل موتورهای القایی    

فصل چهارم: کنترل موتورهای سنکرون

سرفصلها

فصل صفر: مروری بر محرکه های الکتریکی

فصل اول: درایو موتورهای القایی سه فاز (IM)

فصل دوم: درایو موتورهای آهنربای دائم سنکرون (PMSM)

فصل سوم: درایو موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC)

فصل چهارم: روش های کنترل بدون حسگر موتورهای الکتریکی

فصل پنجم: مبدلهای الکترونیک قدرت پیشرفته در درایوهای الکتریکی

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

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

مزایا و معایب VFD INVERTER SOFT STARTER سافت استارتر اینورتر

مزایای VFD ها، اینورترها و درایوها

در این مقاله در مورد مزایای VFD یا درایوهای فرکانس متغیر که اصطلاحا درایو یا اینورتر نیز نامیده می شوند بحث و بررسی شده است.

---

مقدمه استفاده ار درایوهای فرکانس متغیر روز به روز در حال گسترش است. دلایل گسترش استفاده از این تجهیزات بیشتر به دلیل قابل توجه بودن مزایای VFD است در این مقاله به صورت اجمالی به این مزایای VFD خواهیم پرداخت در مقالات جداگانه ای نقش VFD ها در پمپ ها، فن ها و الکتروموتورها از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی مورد بررسی قرار خواهد گرفت. فهرست محتوایی

• صرفه جویی انرژی با درایوهای فرکانس متغیر
• گشتاور متغیر در مقابل گشتاور ثابت
• چرا بارهای گشتاور متغیر صرفه جویی انرژی قابل توجهی را ارائه می دهند.
• مصرف انرژی
• فرایند کنترل تنگ تر با درایوهای سرعت متغیر
• افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به نگهداری آنها
• مشکلات ناشی از راه اندازی با ولتاژ کامل

صرفه جویی انرژی با درایوهای سرعت متغیر

اگر شما یک موتور AC دارید و این موتور در کاربردی استفاده می شود که نیاز به کار در سرعت حداکثر خود را ندارد. آنگاه می توانید هزینه مصرف انرژی خود را با استفاده از یک درایو سرعت متغیر (VSD) کاهش دهید. درایوهای سرعت متغیر (که همچنین با عنوان درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نیز شناخته می شوند) به شما اجازه می دهند، سرعت موتور گرداننده دستگاه را با نیاز فرآیند مورد نظر تطبیق دهد. گشتاور متغیر در برابر گشتاور ثابت درایوهای سرعت متغیر، و بارهایی که در آن به کار می روند به طور کلی به دو گروه تقسیم بندی می شوند: گشتاور ثابت و گشتاور متغیر. پتانسیل صرفه جویی در مصرف انرژی، در کاربردهای گشتاور متغیر بسیار بیشتر از کاربردهایی است که در آنها گشتاور ثابت است. بارهای گشتاور متغیر مشتمل بر پمپ های گریز از مرکز و فن ها که عمده کاربردهای آنها در HVAC هستند. بارهای گشتاور ثابت کانویرهای لرزشی (vibrating conveyers)، پرسهای پانچ، سنگ شکن ها، ماشین های ابزار و بقیه کاربردهایی که درایو از یک نرخ V/Hz ثابت تبعیت می کند.   چرا بارهای گشتاور متغیر صرفه جویی انرژی قابل توجهی را ارائه می کنند. در کاربردهای با گشتاور متغیر، گشتاور مورد نیاز تقریبا با مربع سرعت تغییر می کند، و توان مکانیکی مورد نیاز (hp) تقریبا با مکعب سرعت متغیر است. در نتیجه یک کاهش حتی کوچک در سرعت باعث کاهش قابل توجهی در توان خروجی می گردد. یک موتور در یک کاربرد گشتاور متغیر با ۵۰% سرعت نامی به اندازه ۲۵ درصد توان نامی خود توان مصرف می کند. این موضوع اشاره به روابط و قوانینی دارد که رابطه بین سرعت، جریان، گشتاور و توان خروجی را تعیین می کنند.   مصرف انرژی درایوهای سرعت متغیر (VSDs) به شما اجازه می دهند که در مقایسه با انواع دیگر تکنیکهای کنترل سرعت در هنگامی که نیاز به سرعت کمتر از سرعت نامی است انرژی کمتری مصرف کنید. که معمولا این حالت در کاربردهای HVAC است.   فرآیند کنترل تنگ تر با درایوهای سرعت متغیر در هنگامی که صحبت از کنترل دقیق سرعت می شود هیچ روش کنترلی دیگری را نمیتوان با درایوهای فرکانس متغیر مقایسه کرد. ولتاژ کامل (ولتاژ دو سر خط) راه اندازها فقط میتواند موتور را در سرعت کامل به گردش درآورد. و راه اندازی نرم و راندازهای نرم (سافت استارترها) با ولتاژ کاهش داده شده صرفا سرعت موتور را بتدریج افزایش می دهند تا به سرعت کامل خود برسد. و سرعت را بر می گردانند به حالت ایستادن موتور. اما در سوی دیگر درایوهای سرعت متغیر می توانند به گونه ای برنامه ریزی شوند که در یک سرعت معین کار کنند، در یک سرعت مشخص متقف شوند و مقدار مشخصی گشتاور اعمال کنند. در حقیقت، درایوهای سرعت متغیر AC از لحاظ پاسخ گشتاوری سریع و دقت و صحت سرعت نزدیک به درایوهای DC هستند. اگر چه، موتورهای AC بسیار مطمئن تر و مقرون به صرفه تر از موتورهای DC هستند. که این مزیتها باعث شده بسیار فراگیر شوند. اغلب درایوهای مورد استفاده در این زمینه از نوع کنترل Volts/Hertz بهره می برند. که این درایوها عملکرد در حالت حلقه باز را تامین می کنند. این درایوها هیچ فیدبکی از انجام فرآیند کنترلی ندارند. اما در عمده کاربردهای مورد نیاز به درایوهای سرعت متغیر کافی هستند. اگر چه، بسیاری از درایوهای سرعت متغیر حلقه باز دارای جبران سازی لغزش هستند. که درایو را قادر می سازد جریانهای خروجی اش را اندازه گیری کرده و اختلاف بین سرعت واقعی و مقدار تنظیم شده (مقدار ورودی برنامه ریزی شده)را تخمین بزند. آنگاه درایو به صورت اتوماتیک خودش را بر اساس این مقدار تخمین زده شده به مقدار تنظیم شده منطبق و تنظیم می کند. اغلب درایوهای گشتاور متغیر در کاربردهای فن و پمپ ها دارای کنترل PID هستند که به درایو این امکان را می دهند که بر اساس فیدبک واقعی گرفته شده از فرآیند بر روی نقطه تنظیم شده نگه داشته شود و نه بر اساس تخمین پارامترها. یک ترانسدیوسر یا ترانسمیتر برای آشکار کردن متغیرهای موجود در فرآیند مانند سطوح فشار، نرخ گردش مایع، نرخ گردش هوا یا ارتفاع مایع استفاده می شود. سپس یک سیگنال به PLC ارسال می شود که فیدبک اخذ شده از فرآیند را به درایو منتقل می کند. درایوهای سرعت متغیر به صورت پیوسته از این فیدبک برای تنظیم و نگهداشتن خودشان بر روی نقطه تنظیم شده استفاده می کنند. مقدار دقت بیشتر برای کاربردهای دیگر را می توان با استفاده ار درایوهای که عملکرد حلقه بسته دارند تامین کرد. عملیات حلقه بسته می تواند با استفاده از درایو کنترل برداری field-oriented یا یک درایو کنترل برداری بدون سنسور انجام شود. درایو کنترل برداری field-oriented فیدبک فرآیند را از یک انکودر می گیرد، که اندازه گیری کرده و به درایو انتقال می دهد که آن هم سرعت و فرآیند را مانند یک کانوایر، ماشین ابزار یا اکسترودر کنترل می کند. سپس درایو خروجی ها را به گونه ای تنظیم می کند که مقادیر برنامه ریزی شده سرعت، نرخ، گشتاور و یا موقعیت تامین گردد.     افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به نگهداری آنها روشهای راه اندازی تک سرعت به صورت ناگهانی موتور را راه اندازی می کند و موتور را تحت گشتاور راه اندازی و جریان راه اندازی بسیار زیادی قرار می دهد که جریان راه اندازی تا ۱۰ برابر جریان بار کامل نیز می رسد. اما در سوی دیگر، درایوهای سرعت متغیر، بتدریج سرعت موتور را افزایش می دهد تا به سرعت عملیاتی موتور برسد و از این طریق تنش های الکتریکی و مکانیکی را کاهش می دهد، و هزینه های تعمیرات و نگهداری را کاهش می دهد. و طول عمر موتور و دیگر تجهیزات دوار را افزایش می دهد. راه اندازهای نرم، یا راه اندازهای نرم با ولتاژ کاهش داده (RVSS)، نیز قادر است سرعت موتور را بتدریج افزایش دهد اما درایوها میتوانند بسیار مناسبتر و هموارتر این کار را انجام دهند. و میتوانند موتور را در سرعتی کمتر از سرعت کامل خود به کار گیرند تا فرسودگی و سائیدگی را کاهش دهند. درایوهای سرعت متغیر همچنین می توانند یک موتور را با یک الگوی مخصوص برای کاهش دادن تنش های الکتریکی و مکانیکی به کار بگیرند. برای مثال، یک الگوی منحنی S (S-curve pattern) برای استفاده در کانوایر میتواند برای کنترل هموارتر شتاب گیری/ شتاب دهی اعمال گردد. که شل شدگی را که ممکن است در حین شتاب گیری یا شتاب دهد رخ می دهد را کاهش می دهد. مشکلات ناشی از راه اندازی با ولتاژ کامل در لحظه برق دادن و راه اندازی موتور ، جریان راه اندازی (سرعت صفر) در حدود ۶۰۰% جریان بار کامل الکتروموتور است این جریان زیاد بعد از شتابگیری و افزایش سرعت موتور به تدریج کاهش می یابد. اما همین مساله باعث افت ولتاژ (voltage sag) غیر قابل قبول در سیستم قدرت می شود. که به صورت نامطلوبی بر دیگر بارهای سیستم تاثیر می گذارد. این مساله همچنین می تواند شوک مخرب گردیده و یا باعث فرسودگی داز مدت موتور شود. استفاده از این روش راه اندازی ممکن است شرکت برق را ترغیب کند که محدودیتهایی در مورد حداکثر سایز موتوری که شما میتوانید به شبکه متصل کنید اعمال کند. از آنجا که راه اندازی مستقیم با ولتاژ خط موجب ایجاد مشکلاتی در بالادست سیستم می گردد و برای بقیه مشتری ها و مصرف کنندگان ایجاد مشکل می کند. و راه اندازی و توقف مکرر موتور بر روی عایق های موتور تنش وارد می کند.

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر

آشنایی کامل با درایو فرکانس متغیر variable frequency drive VFD

از آنجایی که VFD ها موارد استفاده مختلف دارند و در رنج بزرگی از تنوع و قیمت قرار دارند، میتوان به آسانی در مورد مزایای مرتبط با استفاده از یک نوع از آنها به خطا افتاد. در نتیجه، در ادامه شش تصور رایج غلط در مورد درایو فرکانس متغیر که سالهای زیادی شنیده می شود تشریح گردیده است. به این مواردی نگاهی بیاندازید که مطمئن گردید تصوری که شما در مورد VFD دارید مشابه این موارد نباشد.

۱- درایوهای فرکانس متغیر به منظور برنامه ریزی و کنترل پیچیده هستند.

اولین تصور رایج غلط در مورد درایو این است که گفته می شود اغلب VFD های مدرن با یک سری پارامترهای زیاد و پر ابهت وارد می شوند. اما درست نیست است که تصور کنیم برنامه ریزی کردن هر VFD نیاز به استفاده از همه این پارامترها دارد. با تجربیاتی که ما بدست آوردیم، اغلب VFD ها واقعا به تنظیم کردن تعداد کمی از این پارامترها نیاز دارند. – معمولا حدود ۱۰ پارامتر.

۲- درایوهای فرکانس متغیر خیلی گران قیمت هستند

دومین تصور رایج غلط در مورد درایو این است گمان بر این است که درایوهای فرکانس متغیر نسبت به ادوات و راه اندازهای متعارف گزینه گران قیمت تری هستند. در حقیقت، قیمت VFD به صورت پیوسته با گذشت زمان ارزان تر و اقتصادی تر می شوند و تولید کنندگان بسیاری در تدارک برای پاسخ به نیازمندی برای درایوهای ارزان قیمت هستند. نگاهی به میکرو درایوهای سری های D700 بیاندازید بصورت ویژه برای کسانی طراحی شده است که به دنبال یک درایو سر راست ، ساده و اقتصادی هستند. بسیار مهم است ذکر شود که فارغ از هزینه های اضافی، در خیلی از کاربردها، VFD ها به میزان قابل توجهی در مصرف انرژی صرفه جویی ایجاد می کنند که می تواند هزینه ابتدایی را عرض چند ماه یا چند سال جبران کنند. به علاوه، در برخی کاربردها VFD ها قادر هستند تولید را افزایش داده و دوره زمانی استفاده از دستگاه را طولانی تر کنند.(نیاز به تعمیرات کمتر می شود)

۳- قرار دادن درایو بر روی موتور همیشه باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود.

اگرچه صرفه جویی در مصرف انرژی یکی از مزایای استفاده از VFD ها می باشد، اما همیشه این طور نیست. شما در کاربردهایی نظیر فن ها یا پمپ ها صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی بدست می آورید چونکه این کاربردها معممولا نیاز ندارند در همه اوقات در سرعت نامی خود کار کنند. فارغ از کاربرد یا سرعت مورد استفاده، یک VFD نوعی برای هر کاربردی درای برخی مزیتها است.

۴- بایستی VFD را فقط بر اساس اسب بخار (توان خروجی) موتور سایز کنید.

با وجود باور رایج، اسب بخار دقیق ترین روش برای سایز کردن موتور یا VFD نیست. عوامل متعددی بر توان خروجی موتور تاثیر دارند. اما یک راه برای اطمینان یافتن از اینکه VFD به درستی سایز شده است این است که جریان پلاک موتور را برای انتخاب (FLA) نامی در نظر بگیرید. اگر شما در مورد اینکه از کجا می توانید این اطلاعات را فراهم کنید می توانید در مقاله ” چگونه پلاک نامی موتور را بخوانیم” اطلاعات مناسبی پیدا کنید.

VFD ها تمامی تنش های الکتریکی و مکانیکی را حذف می کنند.

در حین اینکه این موضوع درست است که VFD ها شوک مکانیکی و جریانهای بالای راه اندازی را حذف می کنند آنها همچنین جریانهای فرکانس بالای مضر، بر روی سیستم قدرت تولید می کنند. با بیشتر VFD ها ، مهندسین پیشنهاد می کنند که حداقل از یک راکتور خط برای کمک به کنترل هارمونیکهای مزاحم و آلودگی توان که ممکن است توسط VFD ایجاد شود استفاده کنید. هر چه VFD بزرگتر باشد نیاز به مراقبت بیشتر داردچون که نه تنها بر روی سیستم قدرت شما تاثیر می گذارند بلکه بر روی سیستم تاسیسات مجاور و همسایه نیز تاثیر دارند. شما می توانید در قسمتهای بعدی در مورد هارمونیک و اینکه یک فیلتر هارمونیک چگونه کار می کند اطلاعاتی بیابید. VFDها نیاز به استفاده از موتورهای خاص دارند. خیلی از مردم عقیده دارند که VFD ها نیاز به استفاده از موتورهای خاص دارند. واقعیت این است که هر موتور القایی سه فاز می تواند با یک درایو فرکانس متغیر به کار گرفته شود. اما نکاتی وجود دارد، که شما بایستی پیش از استفاده VFD بر روی موتور خود در نظر بگیرید. مثلا، اگر شما یک موتور قدیمی دارید ممکن است درجه عایقی آن را چک کنید و ببینید که آیا سیم پیچی مجاز به استفاده با اینورتر است؟ .خاطر جمع شوید که موتور در هنگام کار در سرعتهای پایین به درستی خنک کاری می شود. مراقب باشید که طول سیمهای خروجی از اینورتر به موتور خیلی بلند نباشد که این مورد دلیل ایجاد dv/dt است، و نصب کردن و سرمایه گذاری بر روی رینگ زمین کننده شفت “shaft grounding ring” به عملکرد مناسب تر موتور کمک خواهد کرد. امیدواریم مطالعه کامل این شش تصور غلط در مورد استفاده از VFD به شما برای شناخت بهتر مزیتهای استفاده از VFD در کاربردهای مورد نظر شما کمک کرده باشد. فهم اینکه یک VFD چگونه بر اجزای مختلف کاربرد شما مشتمل بر موتورها تاثیر می گذارد –کمک خواهد کرد که کاربری شما به نرمی و کارآمدی هر چه ممکن، عمل کند.

جهت دریافت بسته آموزشی فارسی سافت استارتر کلیک کنید

بسته آموزشی فارسی آشنایی با سافت استارتر