پاییز گذشته، برای یک چاه کشاورزی در اصفهان، پمپ آبی نصب کردیم. در تابستان‌های گرم اصفهان، چاه‌ها به سختی شارژ می‌شوند و عدم تشخیص کمبود آب به موتور پمپ‌ها آسیب می‌زند. سوال اصلی این است که چطور می‌توان از این آسیب‌ها جلوگیری کرد؟ احتمالا شما هم موافقید که استفاده از اینورتر بهترین راه‌حل است.
اینورتر چیست که می‌تواند از موتور محافظت کرده و مشکلات آن را حل کند؟ در این مقاله به این سوال پاسخ می‌دهیم و بخشی از محتوای دوره درایومن ماهر را معرفی می‌کنیم.
دنیای قبل از اینورتر
در یک کارخانه فولاد، برای خروج دود ناشی از ذوب مواد، از فن استفاده می‌شود. این فن دود را به سمت دودکش هدایت می‌کند. زمانی که دود زیاد است، فن با حداکثر سرعت کار می‌کند و وقتی دود کمتر می‌شود، سرعت فن کاهش می‌یابد. قبل از ورود اینورتر به صنعت، برای کنترل هوادهی فن از تجهیزات مکانیکی مانند Outlet Damper و Inlet Guide Vane استفاده می‌شد.
در این روش‌ها، موتور تحت فشار زیادی قرار می‌گرفت زیرا کنترل با تغییر زاویه دریچه‌ها انجام می‌شد و موتور همچنان با سرعت نامی کار می‌کرد. این سیستم‌ها باعث افزایش استهلاک و خرابی موتورها می‌شدند. برای حل این مشکل، تجهیزی به نام اینورتر معرفی شد. اینورتر با تغییر فرکانس، دور موتور را تغییر می‌دهد و نیازی به دمپرهای خروجی و Inlet Guide Vaneها را از بین می‌برد.
اینورتر یا درایو چیست؟
درایو یا اینورتر تجهیزی است که برای راه‌اندازی موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود و بسیاری از مشکلات آنها را حل می‌کند. درایو می‌تواند:
- سرعت موتور را کنترل کند؛
- از موتور در برابر خطاهای مختلف محافظت کند؛
- استارت و استپ نرم موتور را فراهم کند؛
- کنترل از راه دور فرآیند را امکان‌پذیر سازد؛
- مصرف انرژی را در بارهای متغیر کاهش دهد؛
- و ...
نام‌های درایو
- درایو (Drive)
- AC درایو (AC Drive)
- VFD (Variable Frequency Drive)
- VSD (Variable Speed Drive)
- اینورتر (Inverter)
- VVVF (Variable Voltage Variable Frequency)
- FC (Frequency Control)
کاربردهای درایو
کاربردهای درایو در صنایع و زندگی روزمره متعدد است؛ از آسانسور آپارتمان تا جرثقیل‌ها، چاه‌های کشاورزی، میکسرها، نانوایی، اکسترودر، پمپ، فن و نوار نقاله. حذف درایو از صنعت و زندگی روزمره تأثیرات زیادی خواهد داشت. در اینجا دو کاربرد مهم درایو بررسی می‌شود:
کاربرد درایو در آسانسور
وقتی وارد آسانسور می‌شوید و دکمه طبقه مورد نظر را می‌زنید، آسانسور با حرکت نرم شما را به طبقه مقصد می‌رساند. این حرکت نرم به وجود درایو وابسته است که با استپ و استارت نرم موتور، حرکت ایمن آسانسور را تضمین می‌کند. در غیر این صورت، موتور با ماکزیمم توان خود وارد مدار می‌شود و ممکن است ضربه ناگهانی به کابین وارد شود و باعث آسیب شما گردد.
کاربرد درایو در چاه کشاورزی
تصور کنید یک موتور ۱۰۰ اسب بخار (۷۵ کیلووات) برای چاه آب دارید که حدود ۱۴۰ تا ۱۵۰ آمپر جریان مصرف می‌کند. برای راه‌اندازی این موتور به روش سنتی ستاره‌مثلث باید:
۱. ابتدا موتور را به صورت ستاره راه‌اندازی کنید؛
۲. هنگامی که به ۷۵ درصد سرعت نامی رسید؛
۳. سپس آن را به حالت مثلث تغییر دهید.
در این روش، مشکلات زیر وجود دارد:
- هزینه بالا برای خرید تجهیزات و تعمیر و نگهداری؛
- وجود توان راکتیو و جریمه‌های ناشی از بر هم خوردن ضریب توان؛
- ضربه ناگهانی موتور در زمان راه‌اندازی باعث ضربه قوچی و مشکلاتی مانند گل‌آلود شدن آب و آسیب به شفت و غلاف موتور می‌شود.
اما با استفاده از درایو در چاه کشاورزی:
- نیاز به تعمیر و نگهداری پمپ کاهش می‌یابد و هزینه‌های اضافی برای تجهیزات حذف می‌شود؛
- نیازی به بانک خازنی و جریمه‌های برق ندارید؛
- استارت و استپ نرم، از ضربه چکشی آب جلوگیری می‌کند، بنابراین دیواره چاه دچار ریزش نمی‌شود، آب گل‌آلود نمی‌شود و شفت و غلاف آسیب نمی‌بینند.
دسته‌بندی درایوهای الکتریکی
درایوهای الکتریکی را می‌توان از چند منظر دسته‌بندی کرد که مهم‌ترین آنها برق ورودی، تعداد فاز و کاربرد هستند.
دسته‌بندی بر اساس برق ورودی
درایوهای الکتریکی، مانند موتورهای الکتریکی، به دو دسته اصلی AC و DC تقسیم می‌شوند. در صنعت، تعداد بیشتری از موتورهای AC نسبت به DC استفاده می‌شود و این الگو در درایوهای الکتریکی نیز صادق است. در این مقاله، به بررسی درایوهای AC که محبوبیت بیشتری دارند، میپردازیم.
مقایسه درایوهای AC و DC
درایوهای AC و DC از جنبه‌های مختلفی قابل مقایسه هستند. در ادامه، چهار معیار اصلی مقایسه را مرور می‌کنیم:
1. تعمیر و نگهداری
درایوهای AC نیاز کمتری به تعمیر و نگهداری نسبت به درایوهای DC دارند. این ویژگی باعث کاهش هزینه‌ها و زمان توقف خط تولید می‌شود.
2. مکان استفاده
در شرایط سخت و محیط‌هایی با رطوبت بالا، درایوهای AC محبوب‌تر و امن‌تر هستند. استفاده از درایوهای DC در محیط‌های مرطوب خطرناک است زیرا احتمال جرقه وجود دارد.
3. قیمت
با وجود ساختار پیچیده‌تر، درایوهای AC ارزان‌تر از درایوهای DC هستند. تولید بیشتر این درایوها باعث کاهش هزینه‌ها و تأمین بهتر نیاز مشتریان می‌شود.
4. سرعت
محدوده سرعت درایوهای AC نسبت به درایوهای DC وسیع‌تر است، زیرا در درایوهای DC به دلیل کُموتاسیون، محدودیت سرعت وجود دارد.
۵. مقایسه نویزپذیری درایوها
درایوهای AC به شدت تحت تاثیر نویز قرار می‌گیرند، در حالی که درایوهای DC به دلیل ساختار ساده‌تر خود، کمتر دچار نویز می‌شوند.
دسته‌بندی درایوها بر اساس تعداد فاز ورودی و خروجی
درایوها را می‌توان بر اساس تعداد فاز ورودی و خروجی به دو دسته تقسیم کرد: درایوهای سه‌فاز و تک‌فاز. درایوهای سه‌فاز از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه‌تر بوده و عمر طولانی‌تری دارند.
دسته‌بندی درایوها بر اساس کاربرد
درایوها از نظر کاربرد نیز دسته‌بندی می‌شوند. اینورترهای صنعتی، آزمایشگاهی و اینورترهای مخصوص پنل‌های خورشیدی از جمله دسته‌بندی‌های مهم هستند.
نحوه انتخاب درایو
برای انتخاب درایو مناسب، باید به شش عامل توجه کرد: مشخصات شبکه، پارامترهای موتور، نوع بار، شرایط پروژه، شرایط محیطی و شرایط بازار. این عوامل در مقاله «چگونه بهترین اینورتر را انتخاب کنیم؟ ۶ عامل مهم در انتخاب درایو» مورد بررسی قرار گرفته‌اند.
بخش کنترل درایو چیست؟
بخش کنترل درایو دارای دو قسمت اصلی است: کی‌پَد (Keypad) که برای تنظیم پارامترها و تست دستی به کار می‌رود و ترمینال بُرد (I/O board) که برای اتصال ورودی‌ها و خروجی‌های آنالوگ و دیجیتال استفاده می‌شود.
بخش منبع تغذیه
بخش منبع تغذیه شامل یک بُرد پاوِر (Power board) است که وظایف زیر را بر عهده دارد:
۱. دریافت و تبدیل سیگنال‌های ورودی
۲. جداسازی نواحی ولتاژ بالا و پایین
۳. ارسال سیگنال مناسب به خروجی
۴. تشخیص کیفیت سیگنال‌های ورودی و خروجی
یک برد پاور زمانی عملکرد مطلوبی دارد که نویز تولید نکند و خروجی ثابت و بدون نوسان داشته باشد.
مدار اصلی درایوهای AC
مدار اصلی درایوهای AC شامل سه قسمت کلیدی است:
- رکتیفایر (Rectifier): این بخش برق AC را دریافت و به موج یکسوشده تبدیل می‌کند.
- فیلتر (Filter): یک خازن که با حذف ریپل، موج یکسوشده را صاف می‌کند.
- اینورتر (Inverter): متشکل از ۶ پل IGBT که با سوئیچ‌زنی PWM، موج صاف شده را به موج شبه‌سینوسی تبدیل می‌کنند.
نکات نصب درایو
در نصب درایو، رعایت نکات زیر ضروری است:
- محیط نصب: شرایط محیطی مانند رطوبت و دما باید با مشخصات درایو هماهنگ باشد.
- خنک‌کاری: فاصله مناسب (۱۰ تا ۱۵ سانتی‌متر افقی و ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر عمودی) بین درایو و تجهیزات دیگر برای خنک‌کاری لازم است.
- تمیزی تابلو: پس از دریل‌کاری، براده‌ها را از داخل تابلو پاک کنید.
- سیستم خنک‌کاری: برای درایوهای با توان بالا از فن‌های سوپر استفاده کنید.
نکات ایمنی در نصب درایو
- از دستکش برای سیم‌کشی اینورتر استفاده کنید.
- قبل از سیم‌کشی، از قطع بودن فاز ورودی درایو مطمئن شوید.
- در صورت نیاز به تغییرات در سیم‌کشی، درایو را از مدار خارج کرده و ۱۰ دقیقه صبر کنید تا خازن‌ها تخلیه شوند.
- از تست میگر برای درایو استفاده نکنید و ابتدا درایو را از مدار جدا کنید.
این نکات اساسی به شما کمک می‌کنند تا درایوها را به درستی نصب و از عملکرد صحیح آنها اطمینان حاصل کنید.
انواع برندهای درایو
برندهای مشهوری همچون آلن بردلی (Allen Bradley)، زیمنس (Siemens)، اشنایدر (Schneider)، ال‌اس (LS)، اُمرون (Omron)، تکو (Teco)، دلتا (Delta)، لنز (Lenz) و ا.ب.ب (ABB) در زمینه درایو فعالیت می‌کنند و انواع مختلفی از درایوها را ارائه می‌دهند.
تنظیم پارامترهای درایو
برای بهره‌برداری بهینه از درایو و کنترل موتور، باید پارامترهای درایو به درستی تنظیم شوند. بسته به نوع و برند درایو، پارامترها ممکن است متفاوت باشند. به عنوان مثال، در درایو LS مدل ig5A باید چهار دسته پارامتر اصلی را تنظیم کنید:
۱. Drive group: تنظیمات پایه برای راه‌اندازی و توقف موتور.
۲. H group: تنظیمات پیشرفته مانند PID.
۳. F group: تنظیم ولتاژ و فرکانس.
۴. I/O group: تنظیم ورودی‌ها و خروجی‌ها و فرمان‌دهی به آنها.
یک مثال از تنظیم پارامترهای درایو
در نظر بگیرید کانوایری که با یک موتور حرکت می‌کند و برای کنترل این موتور از درایو استفاده می‌شود. با تنظیم صحیح پارامترهای DEC (زمان نزول) و ACC (زمان صعود)، می‌توان استارت و توقف نرم موتور را به دست آورد. ویدئوی زیر تفاوت تنظیمات صحیح و نادرست پارامترهای درایو را به وضوح نشان می‌دهد.
خلاصه
در این مقاله به سوال "درایو چیست؟" پاسخ داده و دسته‌بندی و کاربردهای اصلی آن را مرور کردیم. همچنین، مدار داخلی، نکات نصب و ایمنی، برندهای مختلف و روش تنظیم پارامترهای درایو را شرح دادیم. در دوره حرفه‌ای درایومن، می‌توانید تنظیمات درایوهای LS، دلتا و زیمنس را در بیش از ۷۰ ساعت آموزش فرا بگیرید.