نصب و راه اندازی درایو

نصب و راه اندازی درایو

 

نصب و راه اندازی درایو

 

در مقالات “درایو چیست؟” و “فواید درایو” به ساختمان درایو، الکتروموتور و مزایا و نکاتی پیرامون VFD ها پرداختیم. محور اصلی این مقاله بررسی نکات و ملاحظات الکتریکی در نصب و راه اندازی درایو می باشد.

 

 

ملاحظات الکتریکی در بهره برداری از VFD برای الکتروموتورهای  AC

 

نصب و راه اندازی درایو و نیز نگهداری صحیح از درایوهای VFD نیاز به درک تأثیر آنها بر روی موتور و شبکه های توزیع برق دارد بکارگیری درایوهای فرکانس متغیر می تواند اثرات مفید و مخرب مختلفی ایجاد نماید که برای درستی عملکرد آنها باید موارد مختلفی پیرامون نصب، راه اندازی و به کارگیری آنها در نظر گرفته شود.

 

 

به عنوان مثال یکی از مهمترین کاربرد درایو های فرکانس متغیر امکان کنترل سرعت و چرخش موتور در سرعت های پایین تر از سرعت نامی می باشد با کاهش سرعت موتور، توانایی موتور برای گردش هوا و خنک کردن خود کاهش می یابد. زیرا در موتورهای القایی فن خنک کننده موتور به شفت کوپل بوده و در نتیجه فن با همان سرعت موتور می چرخد طبیعی است که در سرعت های پایین عملا حرکت فن تاثیری در خنک کردن موتور نخواهد داشت در این کاربری ها پیشنهاد می شود از فن های اکسترنال برای خنک کردن موتورها استفاده شود.

 

 

همچنین باید به این نکته توجه داشت که کار با سرعت های مختلف می تواند باعث تشدید تلفات مکانیکی موتور شود انتخاب سرعت گردش موتور ها نباید از محدوده عملکرد موتور خارج باشد.

 

تأمین تغذیه درایوها

 

درایوهای AC برای کارکرد ایمن، موفقیت آمیز و قابل اطمینان به منبع الکتریکی قابل قبول و با ثبات نیاز دارند درایوهای تک فاز در ولتاژهای استاندارد 120 و 240 ولت و درایوهای سه فاز ولتاژهای استاندارد 200 ، 230 ، 460 و 575 ولت طراحی می شوند تامین تغذیه در کلیه مراحل نصب و راه اندازی درایو باید در محدوده استاندارد و قابل قبول درایو و تا حد امکان دارای نوسانات کم باشد. نوسانات منبع تغذیه درایو می تواند باعث آسیب به تجهیزاتی همچون دیود و تریستورهای بخش یکسوساز اولیه درایو و همچنین آسیب به بردهای کنترلی درایو گردد.

 

 

هارمونیک ها

 

هارمونیک‌ ها مولفه ‌هایی با فرکانس بالاتر از فرکانس مولفه اصلی (50Hz) در یک شکل موج (جریان الکتریکی) هستند که در شبکه قدرت، به طور ناخواسته و بر اثر بارهای غیرخطی (Nonlinear Loads) تولید می‌شوند.

 

 

درایوهای فرکانس متغیر ولتاژ و جریان های هارمونیکی تولید می کنند که در برخی موارد و با خارج شدن از محدوده ی مجاز می تواند اثرات نامطلوبی بر روی سیستم توزیع برق ایجاد نماید و عملکرد سایر تجهیزات الکتریکال را نیز تحت تأثیر قرار دهد. اگر با عدم كيفيت برق و نتیجتا خرابی مداوم تجهیزات الکتریکال مواجه شدید، باید علل خرابی و عدم توازن سيستم برق توسط کارشناسان واجد شرايط مورد بررسي قرار گيرند تا با انتخاب بهترین راهکار، مشکلاتی که می توانند ناشی از هارمونیک ها و وجود تعداد بالای درایوهای فرکانس متغیر در شبکه  باشند برطرف گردند.

 

 

همان طور که بیان شد یکی از اشکالات درایوهای فرکانس متغیر ایجاد هارمونیک می باشد گاهی اوقات برای به حداقل رساندن اثرات نامطلوب هارمونیک ها، به ترانسفورماتورهای ایزوله، راکتورهای خطی یا فیلتر های خاصی نیاز خواهد بود نصب فیلترهای هارمونیکی اعم از چوک ورودی، چوک خروجی و EMI filter و …  باید در همان زمان خرید VFD و نصب و راه اندازی درایو در نظر گرفته شود تا مشکلات کیفیت برق در سیستم توزیع یا اختلالات نویزی در سایر تجهیزات به حداقل برسد. زمانی که تعداد زیادی از درایوهای فرکانس متغیر در یک تابلو برق نصب می شوند، تجهیزات موجود در شبکه شروع به تداخل با یکدیگر می کنند این اختلالات اغلب به عنوان تداخل الکترومکانیکی یا EMI شناخته می شود و می تواند منجر به مشکلات زیادی در نصب و راه اندازی درایو ها شوند که از جمله می توان به آسیب احتمالی به تجهیزات و پخش نویز در شبکه اشاره کرد در چنین شرایطی بهترین کار نصب فیلتر EMI است عملکرد این فلیترها به گونه است که نویز الکترونیکی فرکانس بالا را که ممکن است باعث ایجاد تداخل و آسیب به سایر تجهیزات الکتریکال گردد را کاهش می دهد.

 

 

اعوجاج هارمونیک ولتاژ و جریان در سیستم های الکتریکی توسط بارهای غیر خطی مانند VFD ، دستگاه های جوشکاری ،یکسوسازها ،منابع تغذیه بدون وقفه (UPS)، کوره های قوس الکتریکی و … تولید می شوند. منبع اعوجاج هارمونیک در VFD ها، یکسوساز ها و ادوات سوئیچینگ قدرت حالت جامد هستند که برای تولید فرکانس های مختلف تغذیه استفاده می شوند.

 

 

این اثرات، معروف به “جریان هارمونیک خطی”، مضربی از جریان اصلی 60 هرتز (50 هرتز برای شبکه برق ایران) هستند. به عنوان مثال، فرکانس 180 (150) هرتز را هارمونیک سوم می نامند. این هارومونیک ها باعث ایجاد اعوجاج در ولتاژ می شوند که اغلب از حد قابل قبول نیز فراتر می روند.

 

 

شکل فوق رابطه ولتاژ موج سینوسی برحسب زمان برای هارمونیک اول و سوم و مجموع آنها را نشان می دهد.

 

در نمودار اول موج سینوسی بزرگتر به عنوان Sin(x)  و موج سینوسی دوم با 0.33 Sin(x) نشان داده شده است موجSin (x)  سیکلی را نشان می دهد که نیمی از موج بالای خط افقی و نیم دیگر پایین محور افقی است. موج 0.33 Sin(x)  سه نیم سیکل را در همان بازه زمانی که Sin(x) در بالای محور افقی است طی می کند و سه نیم سیکل نیز در همان زمانی که Sin(x) پایین محور افقی است.

نمودار دوم مجموع هارمونیک اول و سوم با رابطه sin (x) + .33 sin (3x)  را که یک سیکل از موج سینوسی با دو برآمدگی می باشد را نشان می دهد. دامنه هارمونیک ها معمولاً با افزایش فرکانس کاهش می یابد، بنابراین هارمونیک با مرتبه کمتر، دارای دامنه و شدت بیشتری است.

 

 

هارمونیک ها تا زمانی که تجهیزات تولید هارمونیک کار می کنند رخ می دهند. دامنه و میزان تاثیر هارمونیک ها ممکن است توسط خازن های اصلاح ضریب توان بسیار بزرگ شوند. القا هارمونیک به سیستم تغذیه می تواند با خازن ها در فرکانس های خاص هارمونیک که جریان و ولتاژهای زیادی ایجاد می کنند، تشدید شده و در نتیجه باعث آسیب به تجهیزات شود.

 

اثرات هارمونیک ها

 

ریزپردازنده ها، رایانه های کنترل عددی و کنترل کننده های دستگاه همه به سیگنال های کنترلی وابسته اند. وجود هارمونیک ها می تواند باعث عدم عملکرد صحیح این دستگاه ها شود هارمونیک ها می توانند باعث تداخل در کامپیوترها و عملکرد نادرست تجهیزات الکترونیکی شوند و نتیجتا خرابی تجهیزات الکترونیکی را به دنبال خواهد داشت.

 

در حضور جریان هارمونیک، موتورها انرژی بیشتری مصرف می کنند زیرا مجبورند بر گشتاورهای ایجاد شده توسط هارمونیک ها غلبه کنند و در نتیجه موتورها گرم تر شده و در دمای بالاتری کار می کنند.

 

همچنین بازده موتور ها نیز کاهش می یابد و تنش ها و عدم تقارن ولتاژ روی سیم پیچ های آن افزایش یافته تا ضربه های ناشی از مقابله با گشتاور ایجاد شده توسط هارمونیک ها را تحمل کند همه ی این موارد می تواند باعث خرابی زودرس مواد عایقی موتور و در نتیجه کاهش عمر موتور شود.

 

برخورد با هارمونیک ها

 

اگر به وجود هارمونیک در سیستم مشکوک شدید، باید قبل از انجام هر کاری بررسی دقیق به عمل آید. یک روش انجام آزمایش کاملاً ساده شامل مشاهده شکل موج های سیستم قدرت روی اسیلوسکوپ یا پاورآنالایزر است.

 

اعوجاج قابل توجه شکل موج ها نشانه ای از وجود هارمونیک است. برای اندازه گیری میزان هارمونیک ها می توان از آنالایزر های هارمونیک قدرت نیز استفاده کرد.

 

 

برای رفع اشکلات و همچنین پیشگیری از بوجود آمدن هارمونیک ها روش های مختلفی وجود دارد که با اعمال آنها تا حد قابل قبولی مشکلات بوجود آمده از هارمونیک ها برطرف می شوند از جمله:

 

      1) تغذیه جداگانه

در حالت ایده آل، بارهای تولید کننده هارمونیک و بارهای حساس باید از فیدرهای کاملاً جداگانه و ترانسفورماتورهای مستقل تغذیه شوند.

 

      2) استفاده از ترانسفورماتور های ایزوله و  راکتورهای خطی

 ترانسفورماتورهای ایزوله و راکتورهای خطی اغلب برای محافظت از درایو و همچنین خط AC در برابر اعوجاج استفاده می شوند.

راکتورهای خط در ورودی درایو نصب می شوند و بهرمندی از راکتور خط با 3٪ امپدانس ساده می تواند محتوای هارمونیک سیستم را بیش از 30٪ کاهش دهد.

 

      3) استفاده از فیلترها

از فیلترهای هارمونیک می توان برای کاهش دامنه یک یا چند جریان فرکانس ثابت استفاده کرد تا از ورود آنها به بقیه سیستم جلوگیری کند فیلترها می توانند متناسب با محیط الکتریکی طراحی شوند.

 

      4) طول کابل

طول کابل بین درایو و موتور باید تا حد ممکن کوتاه و کمتر از 15 متر یا 50 فوت باشد، البته برای کاربرد های  فواصل طولانی بین درایو تا موتور در برخی برند ها بالای 70 متر در برخی بالای 100 متر ( با توجه User Manual مربوط به هر برند) حتما نیاز به چوک خروجی جهت خنثی کردن اثر خازنی بین درایو و موتور خواهیم داشت.

در برخی موارد می توان با کاهش فرکانس کریر این مشکل را رفع کرد، اما باید در نظر داشته باشیم که کاهش فرکانس کریر نیز می تواند مشکلاتی از جمله غیر سینوسی شدن شکل موج خروجی درایو، اختلال در عملکرد طبیعی موتور و … را به همراه داشته باشد.

لازم به ذکر است که وقتی چوک خروجی در خروجی درایو نصب می شود، دمای موتور به دلیل اصلاح شکل موج، کاهش یافته و خرابی بلبرینک ها نیز کاهش پیدا می کند چون کریر می خواهد از طریق روتور تخلیه شود و تنها راه تخلیه روتور به استاتور هم بلبرینگ است که در این صورت باعث خرابی ساچمه ها و بلبرینگ می شود.

به طور کلی خرید و بهرمندی از سیستم کامل درایو که شامل راکتورهای خطی باشدروش خوب و استانداردی به حساب می آید. به طور کلی یک راکتور خط با امپدانس 3 تا 5 درصد از تداخل هارمونیک های تولید شده توسط VFD با تجهیزات حساس در سیستم توزیع تا حدود زیادی جلوگیری می کند.

اگر بارهای غیرخطی بیش از 20٪ از بار کل پروژه باشند، باید توجه ویژه ای به اثرات هارمونیک ها و به حداقل رساندن تأثیر هارمونیک های احتمالی از طریق استفاده از ترانسفورماتورهای ایزوله علاوه بر راکتورهای خطی شود.

 

پارامتر اعوجاج هارمونیکی   (Total Harmonic Distortion) THD  

 

اعوجاج هارمونیکی کل (THD: Total Harmonic Distortion) یک پارامتر کیفی و نمایانگر آن است که یک شکل موج یا سیگنال تا چه حد منطبق بر شکل موج سینوسی می‌باشد. مقدار THD بر حسب درصد بیان می شود و هر چه میزان THD کمتر باشد شکل موج سینوسی دارای کیفیت بهتری خواهد بود و اثرات سوء و تلفات انرژی کمتری بر روی شبکه برق خواهد داشت.

در سیستم های قدرت، THD پایین تر به معنای جریان های پیک پایین تر، گرمایش کمتر، انتشار الکترومغناطیسی کمتر و اتلاف هسته کمتر در موتور است.

 

 

THD با ضریب توان نسبت عکس دارد اگر بار مشخصی دارای ضریب توان بالاتری باشد، ضریب THD آن پایین تر و سیستم از کارایی بیشتری برخوردار خواهد بود.

بهترین مثال برای شناخت مفهوم اعوجاج هارمونیکی، صدای تولید شده از طریق نواختن یک ساز است به نحوی که هرچه این صدا صاف، شفاف و منطبق بر نت باشد، می‌گوییم که سیگنال با اعوجاج هارمونیک کمتر  تولید شده است. اعوجاج هارمونیکی کل ناشی از ادوات الکترونیک بیانگر این موضوع می‌باشد که این ‌بار مصرفی در شبکه، چه درصدی از اعوجاج را بر روی آن تولید می‌نماید یا در ارتباطات رادیویی، دستگاه هایی که THD پایین تری دارند تمایل دارند تداخل ناخواسته کمتری با سایر دستگاه های الکترونیکی ایجاد کنند.

در سیستم  عمومی مقدار مجاز  5% و در کاربرد خاص مثل بیمارستان ها  نیازمند محدود شدن ولتاژ  THD به  3% هستند. بنابراین باید دقت شود که در کاربرد های حساس باید از اینورتر های با THD پایین بهره برد.

 

ملاحظات حرارتی موتور

 

ملاحظات حرارتی عملکرد موتور با VFD باید از اولین مواردی باشد که برای کاربرد موفقیت آمیز مورد توجه قرار گیرد یکی از راه ها بهرمندی از موتورهای “Inverter duty” که برای عملکرد بهینه هنگام کار با VFD ها طراحی شده اند. البته موتورهای AC استاندارد امکان راه اندازی بوسیله ی درایو های فرکانس متغیر را دارند و  غالبا از این موتورها به همراه درایو استفاده می گردد با این حال ذکر این نکته که موتورهای “Inverter duty”  دارای سیستم های عایق بندی بهتری هستند و همچنین می توانند با دمنده های کمکی که به صورت آپشنال در دسترس هستند تهویه بهتری را داشته باشند. این مزیت به آنها اجازه می دهد تا در شریط خنک تری کار کنند و بتوانند زیر بارهای با گشتاور زیاد عملکرد قابل قبولی داشته باشند.

 

 

به طور کلی با کاهش سرعت موتور، عملکرد خنک کنندگی موجود در سیستم تهویه موتور کاهش می یابد، بنابراین برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد موتور، باید گشتاور موتور در سرعت مورد نظر محدود شود. علاوه بر کاهش قابلیت خنک سازی، موتورها بخاطر ولتاژ ها و جریان های غیر سینوسی حاصل از عملکرد درایو، دارای گرمایش داخلی اضافی نیز هستند.

 

استفاده از VFD در یک بار گشتاور متغیر مانند فن یا پمپ گریز از مرکز معمولاً مشکلی ایجاد نمی کند، اما در بارهای گشتاور ثابت می تواند باعث گرم شدن بیش از حد موتور در سرعت های کم شود زیرا جریان هوای کمتری بر روی موتور وجود دارد.

لازم به ذکر است که در بسیاری از کاربردهایی که موتور AC جایگزین موتور DC شده است از نوع گشتاور ثابت بوده است.

شکل زیر گشتاور مجاز موتورهای A&B طراحی NEMA و تاثیر سرعت کم و کاهش خنک شوندگی موتور بر روی میزان گشتاور موتور را نشان می دهد.

 

 

نمودار نشان دهنده درصد گشتاور در محور عمودی و فرکانس برحسب هرتز در محور افقی.

نمودار فوق دو حالت مختلف را جهت مقایسه تاثیر آنها بر گشتاور موتور را مشخص می کند، یک حالت با خط ممتد با عنوان TEFC (Totally Enclosed Fan-Cooled) یا “محفظه کاملاً محصور خنک شونده توسط فن” و حالت دیگر، خط منقطع با عنوان  ODP (Open drip-proof) یا”محفظه مقاوم در برابر قطره آب” را نشان می دهد.

 

در حالت اول با شروع از فرکانس 15 هرتز، خط ممتد در 70٪ گشتاور است. در 30 هرتز به 90٪ گشتاور می رسد و سپس با عبور از فرکانس 55 هرتز و نزدیک شدن به سرعت نامی موتور به تدریج به گشتاور 100٪ می رسد.

در حالت دوم با شروع از فرکانس 15 هرتز، خط منقطع در 60٪ گشتاور است. در 30 هرتز به 80٪ می رسد و سپس به تدریج با عبور از فرکانس 55 هرتز و نزدیک شدن به سرعت نامی موتور، گشتاور به 100٪ افزایش می یابد.

به طور خلاصه برای جلوگیری از افزایش دمای بیش از حد و مشکلات ناشی از آن پیشنهاد می شود از موتورهای با ضریب سرویس 1.15 و عایق کلاس F استفاده شود. در مقالات بعدی به بررسی انواع کلاس های عایقی موتور و اهمیت آن خواهیم پرداخت.

 

در پایان امیدواریم از این مقاله بهره کافی را برده باشید.

واحد آموزش –  گروه صنعتی نوین کنترل

2 نظر

  • سلام مهندس
    ممنون از سایت خوبتون
    لطفا در مورد مدهای وکتور کنترل در درایوها توضیحاتی رو بفرمایید.
    ممنونم

    • سلام مهندس عزیز
      ممنون از توجه شما، آموزشی رو در خصوص انواع مدهای کنترلی درایو آماده کردیم که طی چند روز آینده در سایت اشتراک خواهیم گذاشت و فایل آموزشی فوق را برای شما ایمیل کردیم.
      اگر در خصوص کنترل و راه اندازی درایو سوالاتی داشتید از طریق واتساپ شرکت مطرح بفرمایید در خدمتتون هستیم.
      موفق باشید.

ارسال نظر

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

مقالات


پروژه ها


مولتی دریل
وایندر (Winder)
خط ذوب ریسی
خط تولید استرچ متال
پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)

اطلاعات تماس


ساعات کاری


شنبه
8:00 تا 16:00
یک شنبه
8:00 تا 16:00
دو شنبه
8:00 تا 16:00
سه شنبه
8:00 تا 16:00
چهار شنبه
8:00 تا 16:00
پنج شنبه
8:00 تا 14:00
جمعه
تعطیل

درباره ما


گروه صنعتی نوین کنترل با بهرمندی از هسته مهندسی در زمینه مشاوره، طراحی، ساخت و اجرای سیستم های برق قدرت،اتوماسیون صنعتی و ابزاردقیق فعالیت می کند.

ایمیل:NovinControl.Co@yahoo.com

تلفن: 55239280-9831+

پروژه ها


مولتی دریل
وایندر (Winder)
خط ذوب ریسی
خط تولید استرچ متال
پاساژ (Gill Box Machine)
بوستر پمپ (booster pump)

تمامی حقوق مادی و معنوی این سایت برای گروه صنعتی نوین کنترل محفوظ می باشد.

error: Content is protected !!