الکتروتکنیک-برق صنعتی

با افزايش كاربرد موتورهاي القايي در صنعت بحث كنترل اين موتورها اهميت ويژه هاي پيدا كرده است. درايو الكتريي در موتورهاي الكتريكي عبارت است سيستمي كه سرعت و گشتاور يك موتور الكتريكي را كنترل مي  كند.درايو VFD يك سيستم براي كنترل كردن سرعت چرخش يك موتور AC با كنترل كردن فركانس تغذيه اعمال شده به موتور الكتريكي است. 

به نامهاي AFD (درايو فركانس قابل تنظيم) يا VSD (درايو سرعت متغير) نيز خوانده مي  شود. همچنين به مدارهاي اينورتري كه داراي فركانس و ولتاژ خروجي قابل تغيير باشند درايو الكتريكي گفته مي  شود. اين درايو بر اين اصل عمل مي  كند كه سرعت سنكرون يك موتور AC به فركانس تغذيه آن موتور AC بستگي دارد و همچنين بر اساس رابطه زير به تعداد قطبهاي آن موتور.
در اين رابطه RPM تعداد دور بر دقيقه، f فركانس منبع تغذيه و p تعداد قطبهاي موتور است. عملكرد موتورهاي سنكرون طبق رابطه فوق است و در موتورهاي القايي سرعت رتور كمي كمتر از اين سرعت سنكرون است. به طور مثال در يك موتور 60 هرتز با تعداد قطب 4، دور سنكرون برابر 1800، RPM است. براي يك موتور القايي تحت بار كامل اين سرعت حدود RPM1750 است (اختلاف به دليل وجود لغزش در موتور است)
شرحي بر سيستم VFD: موتورهاي استفاده شده در سيتم VFD معمولاً سه فاز هستند. شكل زير بلوكي از اين سيستم را نشان داده است. سيستم كنترل كننده فركانس به وسيله اپراتور فرمان گرفته و توان AC را به يك توان AC با فركانس متغير تبديل مي  كند.

معمولاً سيستم كنترل كننده فركانس به صورت شكل زير است. 

در اين حالت ابتدا سيگنال AC به DC تبديل شده و سپس دوباره توسط اينورتر به AC تبديل مي  شود. ولتاژ اعمال شده طبق مشخصه موتور به اين موتور الكتريكي بايد داراي رابطه زير باشد كه n عدد ثابتي است. 
n=v/f
مثلاً يك موتور با مشخصه عملكرد 460 ولت و فركانس 60 هرتز چنانچه فركانسش به 30 هرتز تغيير كرد مي بايست ولتاژش نيز به 230 ولت كاهش يابد تا ضريب n ثابت بماند. براي كنترل اين فرآيند از مدولاسيون معروف PWM به صورت شكل زير استفاده مي  شود.

همانطور كه مشخص است با تغيير فركانس پالسهاي PWM ميزان ولتاژ موثر شكل موج نيز تغيير خواهد كرد. 

عملكرد واسط اپراتور در سيستم VFD: اپراتور به وسيله يك صفحه كليد و يك صفحه نمايش (LCD) بر كاركرد موتور كنترل دارد. اين كنترلرها معمولاً عبارتند از:
1- استارت و استاپ موتور الكتريكي
2- بر عكس كردن جهت چرخش موتور 
3- سوئيچ كردن بين حالت دستي يا حالت اتوماتيك كنترل دور موتور
(چنانچه عمل كنترل قرار باشد از طريق كامپيوتر انجام شود نياز به يكي از پروتكل هاي ارتباط سريال داريم) شروع كار موتور به اين صورت است كه ابتدا به موتور يك ولتاژ همراه با فركانس پائين (مثلاً 2 هرتز) داده مي  شود تا از شوكهاي اوليه وارده به موتور در هنگام استارت جلوگيري شود. چنانچه موتور به اين صورت استارت نشود در ابتداي كار جريان كشيده شده تا 3 برابر مقدار نامي افزايش مي يابد. يك سيستم VFD با روش استارت درست مي تواند 150% گشتاور شروع را تنها با كشيدن 150% جريان ايجاد كند. بعد از مرحله استارت، فركانس و ولتاژ توسط اپراتور یا كامپيوتر جهت افزايش سرعت موتور زياد مي  شود.

بنابراین باهم به پاسخ چند سوال توجه می کنیم:
اينورتر چيست؟ 
اينورتريا درايو AC به دستگاهي گفته مي شود كه به كمك آن مي توان سرعت يك موتور AC سه فاز را كنترل كرد بدون آنكه قدرت و گشتاور موتور كاهش يابد. اينورترها در ظرفيتهاي مختلف ساخته مي شوند مثلاً براي يك موتور با توان 20 اسب بخار بايد از اينورتر 20 HP استفاده كرد. 

انواع اينورتر از نظر ورودي كدامند؟ 
- از نظر ورودي اينورترها به دو دسته تك فاز و سه فاز تقسيم مي گردند. البته خروجي همه آنها سه فاز است. براي اينورترهاي با توان بالاي 3 اسب فقط از ورودي سه فاز استفاده مي گردد. 

انواع اينورترها از نظر كاربرد كدامند؟ 
- از نظر كاربرد اينورترها به دسته هاي مختلفي تقسيم م ي شوند. براي راه اندازي پمپ ها، فن ها،آسانسور،جرثقيل، نوارهاي نقاله ، دستگاههاي اكسترودر و...... از اينورتراستفاده مي شود. براي پمپ و فن از اينورترهاي با گشتاور متغير و براي آسانسورونوار نقاله و جرثقيل از اينورتر با گشتاور ثابت و براي اكسترودرها از اينورتر با فيدبك PG بهره برداري ميكنند. 

مزاياي استفاده از اينورترها چيست؟ 
- كاهش انرژي مصرفي و لذا كاهش هزينه برق، كاهش جريان راه اندازي و در نتيجه طولاني شدن عمر موتور ، امكان تغيير سرعت موتور، امكان تغيير جهت حركت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امكان كار موتور در شرايطي كه ولتاژ ورودي متغير است، امكان كنترل از راه دور، ايجاد سرعت بيشتر از سرعت نامي موتور، برنامه ريزي كردن حركت. 

اينورتر چگونه مصرف برق را كاهش مي دهد؟ 
- اينورتر به صورت هوشمند ميزان بار وارده به موتور را تشخيص داده و متناسب با همان بار، به موتور جريان مي دهد و اين جريان در بسياري از مواقع از جريان نامي موتور كمتر است. 

كدام اينورتر كيفيت دارد؟ 
- اينورترهايي كه داراي استاندارد CE,UL,cUL باشند، مورد تائيد صنايع اروپا و آمريكا بوده واز نظر كيفيت مناسب مي باشند. 


معرفي درايو يا اينورتر 
دستگاهي الكترونيكي است كه بوسيله آن مي توان سرعت موتورهاي سه فاز را تغيير داد . از ديگر كاربردها و مزاياي آن مي توان به موارد زير اشاره كرد : 
تنظيم كننده سرعت موتور (كنترل دور)
تغير دهنده جهت دور به راحتي و بدون نياز به كنتاكتور 
روشن و خاموش نمودن موتور بدون نياز به قطع و وصل برق اصلي 
كاهش ضربه هاي مكانيكي و در نتيجه افزايش طول عمر مفيد قسمت مكانيكي 
حفاظت موتور در مقابل افزايش ولتاژ و جلوگيري از آسيب ديدن موتور 
راه اندازي نرم موتور بدون هيچگونه ضربه به قسمتهاي مكانيكي مثل كوپلينگها ، گير بكسها ، تسمه ها ، زنجيرها و ... و در نتيجه افزايش طول عمر مفيد موتور و ساير قسمتهاي مكانيكي را به دنبال خواهد داشت . 
حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در اين حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بيشتر شود ، اينورتر موتور را خاموش مي نمايد و به كاربر پيام اضافه بار نشان مي دهد . 
جلوگيري از گرم كردن و در نهايت سوختن موتور در كابرد هايي كه موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و يا خاموش مي شود . 


كاهش هزينه برق مصرفي :
به دليل آنكه موتور يك بار ر-اكتيو روي شبكه دارد چنانچه از درايو براي راه اندازي و كنترل موتور استفاده گردد چون درايو داراي يك بانك خازني مي باشد اين بار ر-اكتيو را جبران مي نمايد و تنها بار اكتيو را از شبكه برق مصرف مي نمايد ، بنابراين جريان مصرفي بسيار كاهش مي يابد . 
همچنين چون در بسياري از كارب ر دها انرژي زيادي براي راه اندازي لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتري انتخاب مي كنند بنابراين ميزان جريان زيادتري هم در حين كار از شبكه استفاده مي كند . 
چنانجه از اينورتر استفاده شود ، اينورتر به صورت كاملا اتوماتيك اين جريان را در حين راه اندازي به مقدار لازم افزايش و در حين كار به مقدار لازم كاهش مي دهد ، بنابراين به طور كلي هزينه برق مصرفي ك اهش چشم گيري خواهد داشت . 


كاهش جريان راه اندازي : 
در بسياري از كاربردها به هنگام راه اندازي ،  موتور جريان بسيار بالايي از شبكه مي كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ايجاد صدماتي به تاسيسات برق رساني و ساير دستگاهها مي گردد . اين جريان به 6 برابر جريان نامي موتور مي رسد كه بسيار نا مطلوب مي باشد . 
چنانچه از اينورتر استفاده شود اين اضافه جريان بسيار اندك خواهد شد ( حداكثر 0.2 برابر ) به عنوان مثال اگر يك موتور با جريان نامي 10آمپر كار كند در هنگام راه اندازي اين جريان به 60آمپر مي رسد و در صورت استفاده از اينورتر اين جريان حداكثر به 12آمپر مي رسد . 
كاهش جريان موتور به صورت اتوماتيك در هنگامي كه بار موتور كم مي شود . اين قابليت به غير از كاهش هزينه برق مصرفي موجب افزايش طول عمر مفيد موتور خواهد شد . 
امكان استفاده از برق تكفاز 220 ولت به جاي سه فاز 380 ولت براي راه اندازي موتور سه فاز حداكثر با توان 3 HP ( 2.2kw ). به اين معنا كه مي توان با برق خانگي يك موتور سه فاز را كاملا به صورت عادي راه اندازي نمود . 
قابليت داشتن دورهاي مختلف به صورت حافظه اي .تبديل يك موتور يك دور به يك موتور چند دور با سرعتهاي دلخواه 


امكان ايجاد فشار ثابت در كاربرد پمپها : 
به اين ترتيب كه با تغيير دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه ميدارد . به عنوان مثال فشار آب يك مخزن را ثابت نگه مي دارد بنابراين در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودكار زياد مي شود و در هنگامي كه آب مصرف نمي گردد دور موتور به صورت خودكار كاهش مي يابد . بنابراين دور موتور با مقدار مصرف تغيير مي نمايد بنابراين آب با فشار ثابت به تمام نقاط مي رسد . 
مكان اتصال انكدر به اينورتر كه باعث مي شود دور يك موتور با موتور ديگر يكسان شود . 
كنترل دور به صورت خودكار در مواردي كه لازم است دور موتور بسته به ميزان محصول توليد شده تغيير كند . 


علمی:
استفاده از اينورترها بر روي پمپ و فن و كمپرسورها در طي سال هاي اخير بسيار گسترش يافته است .
استفاده از آنها براي كنترل دور موتورها مزاياي زيادي دارد كه مهمترين آنها عبارتند از : 
1- عدم نياز به دستگاههاي كنترل دبي مكانيكي.
2- ذخيره انرژي تا 80%
3- نبودن شوك راه اندازي.
4- افزايش عمر مفيد قطعات مكانيكي.

از اينورترها در سه ناحيه استفاده مي گردد :
1- فعاليتهاي گشتاور ثابت مثل ميكسرها , اكسترودرها , نوارهاي نقاله و . . .
2- فعاليتهاي توان ثابت مثل كشش و دستگاههاي ماشيني.
3- فعاليتهاي گشتاور متغير مثل فن و پمپ.
در پمپها و فنها ميزان دبي با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفي با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به ميزان 50% كاهش يابد آنگاه توان مصرفي لازم 12.5% خواهد بود و اين به مفهوم 87.5% صرفه جويي در انرژي است.