مدهای کنترلی درایو

اینورترها معمولا میتوانند پارامترهای عملکردی مختلف و متفاوتی، از چند صد تا چند هزار، داشته باشند. یکی از مهم ترین پارامترهای VFD که گاهی هم به درستی درک نمی شود، موردی است که (( روش کنترلی )) را تعیین می نماید. استفاده از یک VFD با روش کنترلی مناسب، می تواند باعث کارکرد صحیح و برعکس با روش کنترلی نامناسب باعث کارکرد اشتباه در یک کاربری شود. هنگامی که درکی از مزایا، معایب و مشخصات ویژه هر روش کنترلی به دست آید، انتخاب مد کنترلی مناسب برای کاربرد شما ساده خواهد بود. درایو کنترل دور موتور (اینورتر) امروزی دارای حالت ها و مدهای کنترلی متعددی هستند که هر کدام را می توان بر اساس نیازها و تجهیزات تنظیم کرد. اینورتر برای عملکرد مناسب باید با تنظیمات اعمال شده برای ولتاژ، جریان و سایر پارامترها هماهنگ شود.

انواع حالت و مد کنترلی اینورتر

دو مد اصلی از مدهای کنترلی رایج اینورتر به شرح زیر است:

مُد کنترلی ولتاژ به فرکانس (V/F Voltage per Frequency)

برای موتورهای معمولی، کارکرد موتور با سرعت کامل در ولتاژ و فرکانس خط نامی به دست می آید. برای موتور صنعتی در آمریکای شمالی، این معمولاً سه فاز 480V AC در 60 هرتز است. بسته به اینکه موتور دارای چند قطب است، 100٪ چرخش سرعت موتور در دقیقه (RPMs) در ولتاژ و فرکانس کامل می تواند 1800 (که بسیار معمولی است) یا مقدار دیگری باشد. بحث زیر یک موتور را با مقادیر قبلی فرض می کند. در کنترل V/F ولتاژ و فرکانس را به صورت خطی تولید می کند و به عنوان مثال سرعت موتور 100% را در 400 ولت و 50 هرتز ایجاد می کند. کارکردن موتور با سرعت 50 درصد به 200 ولت و 25 هرتز نیاز دارد.

محدودیت های کنترل V/F

1. یکی از محدودیت های این رویکرد، حلقه باز بودن این حالت کنترلی است. این امر به این دلیل اتفاق می‌افتد که در حالی که VFD مقادیر توان مناسب را تولید می‌کند، هیچ بازخورد دقیقی در مورد نحوه عملکرد یا چرخش موتور ندارد، بنابراین هیچ تأییدی مبنی بر تولید سرعت مورد نظر وجود ندارد.
2. محدودیت دوم این است که ممکن است فقط بتواند یک موتور را تا حدود 2٪ یا 3٪ از نقطه تنظیم سرعت کنترل کند، که ممکن است برای برخی از برنامه ها کافی نباشد.

از طرف دیگر، بسیاری از VFD های V/Hz به کاربر اجازه می دهند از دیگر منحنی های خروجی غیرخطی سفارشی استاندارد یا تعریف شده توسط کاربر انتخاب کنند. برای مثال، این می‌تواند خروجی را برای تجهیزات با اینرسی بالا که در آن‌ها گشتاور راه‌اندازی بیشتری مورد نیاز است، مانند فن‌ها و پمپ‌های گریز از مرکز، تنظیم کند و عملکرد بهتر و طول عمر بیشتری داشته باشد.

یکی دیگر از ویژگی های مفید حالت V/Hz این است که یک VFD می تواند همزمان چندین موتور را به حرکت درآورد، که می تواند برای تجهیزاتی مانند نوار نقاله انبار که در آن بسیاری از موتورها نیاز به کار با سرعت یکسان دارند، مفید باشد. در حالی که استفاده از حالت V/F دقیق ترین کنترل سرعت را ارائه نمی دهد، بسیاری از کاربردهای رایج پمپ، فن و نوار نقاله به دقت زیادی نیاز ندارند و بارهای متفاوتی را تجربه نمی کنند میتوان از این حالت استفاده کنند. اگر بار در حال اجرا متفاوت باشد، سرعت موتور از فرکانس فرمان کاهش می یابد، وضعیتی که "لغزش" نامیده می شود. VFD که با V/F کار می کند نمی تواند کندی موتور را تشخیص دهد.

مُد کنترلی برداری حلقه باز (SVC Sensorless Vector Control-Open Loop)

VFD هایی که در حالت SV کار می کنند واقعاً بدون حسگر نیستند. آنها فقط یک سنسور صنعتی خارجی برای دریافت بازخورد از یک موتور ندارند. اگر از سنسور سرعت خارجی استفاده شود، رایج ترین نوع آن یک انکدر است که با سیم کشی اضافی از موتور به VFD نصب می شود.

سنسورهای خارجی ممکن است برای دقیق ترین کنترل برخی از انواع تجهیزات مورد نیاز باشد. با این حال، یک VFD که در حالت SV کار می کند، ولتاژ و جریان موتور را از طریق سیم های برق متصل شده از قبل کنترل می کند و سپس به صورت ریاضی سرعت موتور را با دقت خوبی تعیین می کند. این یک راه حل ساده تر و کم هزینه تر از نصب و اتصال یک انکدر است. در حالی که به اندازه یک سنسور اختصاصی مثبت نیست، SV بازخورد کافی را در اکثر کاربری ها برای فعال کردن عملیات حلقه بسته شبه ارائه می دهد.

از آنجایی که VFD اکنون اطلاعاتی در مورد سرعت فرمان داده شده و واقعی دارد، می تواند ولتاژ و جریان خروجی را برای تولید گشتاور لازم تغییر دهد، بنابراین موتور به سرعت مورد نظر می رسد. این شکل از عملکرد حلقه بسته به طور مداوم در حال اجرا است و به سیستم کنترل موتور اجازه می دهد تا به سرعت با هر شرایط بار متفاوت سازگار شود.

حالت SV

در مقایسه با حالت V/F، حالت SV گشتاور راه‌اندازی بالاتر، کنترل سرعت دقیق‌تر تحت بارهای مختلف، توانایی کارکرد با سرعت پایین تا 1% برای حداکثر سرعت نامی و امکان تولید تا 200% گشتاور نامی را برای مدت کوتاهی ارائه می‌کند. برای اینکه یک VFD موتور را در حالت SV به کار بیندازد، درایو باید برای موتور تنظیم شود. این یک عملکرد سریع و ساده است که معمولاً در اولین راه اندازی تجهیزات انجام می شود. یک محدودیت در مقایسه با حالت V/F این است که تنها یک موتور می تواند به یک VFD که در حالت SV کار می کند، به دلیل نحوه نظارت بر سیم پیچ های موتور متصل شود. حالت SV را می توان برای هر نوع برنامه ای استفاده کرد و به طور کلی نسبت به حالت V/F برتری دارد. کاربردهایی با بارهای مختلف و حساسیت سرعت شامل خطوط چاپ، تولید پارچه و عملیات ماشین آلات CNC است.

مقایسه حالت های کنترلی VFD

VFD های مدرن دارای حالت های عملیاتی و صدها پارامتر پیکربندی هستند. تواناترین واحدها حتی شامل کنترلرهای منطقی روی برد و حلقه های PID می شوند. با این حال، برای هر کاربرد، کاربر باید حالت عملکرد مناسب را تعیین کند. تکنولوژی مد SV جدیدتر است و بهترین عملکرد را برای اکثر برنامه هایی که در آن یک موتور مرتبط با هر درایو وجود دارد، ارائه می دهد. ولی در جایی که به بهترین دقت کنترل نیاز نیست، V/F یک انتخاب سریع و آسان است.

به طور اساسی، VFD ها دو عملکرد انتقال توان الکتریکی را از طریق استفاده از المان های الکترونیک حالت جامد برای کنترل موتورهای AC سه فاز هماهنگ می کنند. اولین قدم این است که بخش یکسو کننده VFD ولتاژ خط AC را به ولتاژ باس DC بالاتر تبدیل کند. مرحله دوم این است که بخش اینورتر VFD از ولتاژ باس DC برای تولید ولتاژ و فرکانس خروجی متناوب AC برای به حرکت درآوردن موتور یا موتورهای هدف استفاده کند. VFD های مدرن، مانند این مدل، تنظیمات و حالت های عملیاتی زیادی دارند، که هر کدام باید به درستی برای بهترین عملکرد فرآیند یا تجهیزات انتخاب شوند.

مزایای VFD

با استفاده از این ابزار برای دستکاری توان الکتریکی، یک VFD می تواند سرعت یک موتور را تغییر دهد. ملاحظات زیادی در رابطه با اینکه چگونه این کنترل سرعت برای یک برنامه خاص قابل استفاده است وجود دارد، مانند:

• حداقل سرعت قابل کنترل
• دقت کنترل سرعت
• امکان تغییر گشتاور در محدوده سرعت
• پاسخ به بارهای مختلف

دلایل عدم استفاده از موتور AC همراه VFD

همچنین مهم است که موتورهایی را انتخاب کنید که اغلب به عنوان " inverter duty " یا " VFD-rated " برچسب گذاری می شوند، که به طور خاص برای استفاده با VFD طراحی شده اند. در حالی که می توان از موتورهای AC همه منظوره ارزان قیمت با VFD استفاده کرد، این معمولاً به چند دلیل توصیه نمی شود:

اولین مورد این است که یک موتور معمولی با فن خنک کننده به گونه‌ای طراحی شده است که با سرعت کامل خود را به درستی خنک کند، اما در سرعت‌های پایین‌تر کمتر خنک می‌شود. راه اندازی چنین موتوری با سرعت کم جریان هوای کافی برای خنک سازی لازم ایجاد نمی کند و منجر به گرمای بیش از حد و متعاقبا کاهش طول عمر یا خرابی موتور می شود.

موتورهای مناسب اینورتر با این مشکل با عایق کاری سنگین و خواص حرارتی مقابله می کنند که به خنک کننده همرفت اجازه می دهد تا در برابر گرمای بیش از حد محافظت کند. یک موتور استاندارد ممکن است دارای درجه بندی کلاس عایق NEMA از F باشد، در حالی که یک موتور مناسب اینورتر ممکن است در درجه H باشد که دمای کار مجاز را تا 45 درجه فارنهایت افزایش می دهد. این یک حاشیه قابل توجهی به محدوده عملیاتی اضافه می کند. از نظر الکتریکی، روتور در یک موتور مناسب اینورتر به طور ویژه طراحی شده است تا کارایی را برای هر حالت کنترلی به حداکثر برساند و همچنین توانایی VFD را برای نظارت بر جریان القایی بهبود بخشد. همانطور که خواهیم دید، این نکته آخر برای کنترل اینورتر لازم است.

اینورتر دو روش رایج کنترلی به نام های V/F و SVC دارد که اگر این مدهای کنترلی به درستی انتخاب شوند مشکلی در هماهنگی بار، ولتاژ و جریان نخواهیم داشت. در این مقاله به معرفی کامل این دو مد کنترلی و عوامل موثر بر آن، همچنین به مقایسه این دو روش پرداختیم و از ویژگی ها و مزایای VFD سخن گفتیم.