مبدلهای اولیه از یکسوسازهای کنترلشده سیلیکونی (Silicon Controlled Rectifier: SCR)برای تغییر حالت روشن/خاموش بمنظور تولید خروجی استفاده میکردند. بعدها ترانزیستورهای دوقطبی جایگزین SCRها شدند. از آنجائیکه سرعت برانگیختگی دوقطبیها خیلی بیشتر است ماحصل استفاده از آنها، بهبود خروجی و کاهش هارمونیکها بود. ورود ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایقدار (Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT)خیز به جلوی بزرگی را منجر گردید. امروزه آنها استاندارد درایوهای PWMهستند که هم جایگزین SCRها و هم ترانزیستورهای دوقطبی شدهاند.
با تغییر حالت روشن/خاموش گذرگاه DCدر فاصلههای زمانی مشخص، IGBTها به مبدل اجازه میدهند که پالس خروجی با پهنا و فاصله بینابین متفاوت ساخته شود. مرکز کنترل درایو، زمان روشن یا خاموش بودن IGBTها را تنظیم میکند. این زمانسنجی، ولتاژ و فرکانس خروجی را تعیین میکند.
فرکانس حامل (یا فرکانس سویچینگ) عبارتی است که به سرعت این تغییر حالت روشن/خاموش اطلاق میگردد. هرچه فرکانس تغییر حالت بالاتر باشد به همان میزان تفکیکپذیری و دقت بیشتری در هر پالس ولتاژ خواهیم داشت. درایوهای قدیمی مبتنی بر SCRدارای دقتی تا 500 بار در ثانیه بودند در حالیکه سرعت تغییر حالت انواع IGBTها به 4000 بار در ثانیه میرسد.
آیا هیچ جنبه منفیای در این سویچینگها وجود دارد؟ بازده پائین است و اتلاف توان بصورت گرما ظاهر میگردد. بهمین دلیل است که درایوهای امروزی در مقایسه با انواع قدیمی دارای انبارههای حرارتی (Heat Sink)بزرگتری هستند و نیاز به جریان کافی هوا، ضروریتر بنظر میرسد.
تکامل تدریجی درایو
از سال 1990 به بعد سازندگان مختلف درایو بر روی کوچکتر کردن اندازه محصولاتشان تمرکز کردند. این پیشرفت به گونهای بود که محصول جدید یک سازنده باندازه یک سوم آخرین محصول قبلیاش بود.
حالا این موضوع چه نفعی برای کاربر نهائی دارد؟ هرچه مجموعه درایو کوچکتر باشد، نصب آن نزدیک موتور راحتتر است. درازای سیمهای اتصال در طول عمر موتوری که از درایو استفاده میکند بسیار حائز اهمیت است. بطور کلی بهتر است که درایو به موتور نزدیکتر باشد.
زمانیکه طول سیمهای اتصال به 300 متر میرسد اثر بازتاب (Echo Effect) (که آشکار شدن آن در آن درازا طبیعی و ذاتی است) ظاهر گردیده و مشکلات عدیدهای را باعث میگردد. این اثر انرژی مفرطی بر سیمپیچ اول موتور وارد میکند و خرابی زودرس را حاصل میآورد. راهحلهای به غیر از نزدیک کردن درایو به موتور نیز عمدتاً پرهزینه هستند.
انواع درایوهای امروزی از نظر ضریب قدرت (Power-factor-corrected)و هارمونیکها (Harmonics-corrected)تصحیح شده هستند. در گذشته، برای وضعیتهائی که هارمونیک بالا بود درایو 12-پالس را جایگزین 6-پالس میکردند؛ بر اساس این منطق که تعداد ادوات سویچینگ (IGBTها) را همان تعداد پالسها تعیین میکند.
با استفاده از درایوهای هارمونیک-تصحیح شده، طراح میتواند تعداد ادوات سویچینگ را نادیده گرفته و به سادگی، تنها نوع درایو را مشخص کند.
نصب درایوهای الکتریکی قدیمی، همواره مقولهای مشکلزا و پردردسر بوده است. VFDهای امروزی دارای رابط کاربری شهودی و قابلیتهای بیشماری هستند که حتی یک تازهکار نیز میتواند نصب درایو را به راحتی و با سرعت انجام دهد.
تعمیر و نگهداری درایو
VFDهای امروزی مجهز به قابلیتهای خودتشخیصی، بازبینی، اخطار و ارتباط هستند. از این قرار زیر نظر داشتن وضعیت و کارائی درایو بطور خودکار امکانپذیر است. تعمیر و نگهداری، سوای این بازبینی شامل تمیز و خشک نگهداشتن درایو و تامین هوای خنککننده کافی نیز میشود. شرط احتیاط این است که مانند تمام تجهیزات الکتریکی، حفاظت در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ و جریان، اتصال زمین مناسب و نظارت بر توان انجام گردد.
تئوری موتورها، درایوها و جریان متناوب:
هر موتور از دو بخش اساسی تشکیل شده است: استاتور (بخش ثابت و ایستا) و روتور (بخش متحرک و چرخان). در بدنه استاتور، از قطعات آهنربا استفاده شده است و آرایش آنها بصورت جفت قطبهای مغناطیسی نظیر به نظیر با پلاریته مخالف است.
سرعت پایه چرخش روتور (شفت) وابسته به تعداد قطبها و فرکانس توان ورودی بعلاوه پارامتری بنام لغزش (Slip)است. لغزش تفاوت بین موقعیت روتور و میدان مغناطیسی است و همواره روتور سعی در رسیدن به آن را دارد. لغزش همان عامل چرخش موتور است.
سرعت پایه موتور از فرمول روبرو قابل محاسبه است: فرکانس ضربدر 120 تقسیم بر تعداد قطبها. سرعت چرخش یک موتور 4 قطبه، RPM 1800 است و اگر تعداد قطبها دو برابر شود به RPM 900 تقلیل مییابد. همچنین در یک موتور 6 قطبه سرعت چرخش برابر RPM 1200 است.
تغییر قطبها به تنهائی، قابلیت تنظیم سرعت بسیار محدودی را حاصل میآورد و برای اِعمال آن نیز نیاز به تعویض استاتور و سیمپیچی مجدد موتور است که مقولهای بسیار پرهزینه و ناپخته است. بنابراین تغییر فرکانس بعنوان تنها گزینه برای تغییر سرعت موتور باقی میماند.
با این اوصاف، گشتاور موتور چه تغییری میکند؟ میدانیم که مقدار گشتاوری که یک موتور تامین میکند به نسبت ولتاژ به فرکانس (V/Hz)بستگی دارد. در یک موتور القائی با تغذیه 480 ولت 60 هرتز، این نسبت برابر 8 است. هرگاه که VFDفرکانس خروجیاش را تغییر میدهد این نسبت تغییر میکند و منحنی گشتاور جدیدی حاصل میآید.
برگرفته از وبلاگ مهندسي كنترل
