درایو فرکانس متغیر ((Variable Frequency Drive یا به اختصار VFD تجهیز الکترونیکی است که فرکانس، سرعت، گشتاور، موقعیت و سایر مولفه های موتورهای القایی AC را کنترل می کند. در مقاله اتوماسیون صنعتی به بررسی سلسله مراتب و بخش های تشکیل دهنده سیستم های اتوماسیون صنعتی از جمله درایوهای فرکانس متغیر VFDپرداختیم. محور اصلی این مقاله بررسی نحوه عملکرد و نحوه استفاده از درایو فرکانس متغیر و نیز تاریخچه کنترل کننده های موتورهای القایی می باشد.
کنترل سرعت موتورهای الکتریکی مورد استفاده در صنعت همواره
یکی از چالش های پیش رو صنعتگران بوده و هست. تقریباً هر فرآیندی که در آن از
الکتروموتورها استفاده می شود، از کنترل سرعت نیز بهره می برند. استفاده از VFD ها همانطور که
روز به روز در صنعت افزایش یافته است، اهمیت بحث سیوینگ انرژی و صرفه جویی هم در بسیاری
از موارد (به خصوص پمپ ها و فن ها) مورد توجه قرار گرفته است که در مقالات بعدی به
آنها خواهیم پرداخت.
قبل از ظهور VFD ها، سرعت موتورها از طرق مختلف کنترل می شدند. برای مثال در گذشته، سرعت موتورهای DC با کنترل جریان میدان و با استفاده از مقاومت ها کنترل می شدند و یا در بعضی مواقع از موتور های دیگر تحت عنوان دالاندر یا دو سرعته استفاده می شد.
با این حال، هنگامی که تریستورها، به عنوان اولین نیمه هادی های قدرت در دهه 1950 در دسترس قرار گرفتند، کنترل ولتاژ آرمیچر و در نتیجه کنترل سرعت موتور DC با استفاده از phase control ها امکان پذیر شد. هم اکنون نیز این مدل از درایوهای DC به تعداد محدودی تولید و مورد استفاده قرار می گیرند.
با این وجود از یک زمانی به بعد دیگر استفاده از موتور های DC توجیه اقتصادی و فنی نداشت و موتور های AC گوی سبقت را از موتور های DC ربودند و جایگزین آنها شدند. در حالی که موتورهای DC معمولاً دارای دو سیم پیچ (میدان و آرمیچر) و همچنین جاروبک و کموتاتور هستند، موتور AC دارای سیم پیچ ثابت (استاتور) و روتور است. روتور معمولاً از رساناهایی تشکیل شده است که با ریخته گری آلومینیوم یا مس در هسته آهن تشکیل می شوند و در موتور های AC از جاروبک و کموتاتوری استفاده نمی شود. بنابراین الکتروموتورAC ارزان تر، ساده تر با استهلاک کمتر و قابل اطمینان تر است. از این رو تعجب آور نیست که بالای 90 درصد موتورهای حال حاضر صنعت جهان از نوع موتور های AC هستند.
در ادامه به چگونگی کارکرد موتورهای AC و نیز دلایل استفاده از درایوهای فرکانس متغیر VFD برای راه اندازی و کنترل موتورهای AC می پردازیم:
شکل زیر ترانسفورماتور سه فازی را نمایش می دهد:
اگر سیم پیچ ترانسفورماتور به منبع تغذیه سه فاز متصل شود، جریان سینوسی در سیم پیچ های طرف اولیه ایجاد شده و این جریان باعث ایجاد شار مغناطیسی در هسته آهنی ترانس می شود که بسته به ولتاژ متناوب اعمال شده (و همچنین جریان) معمولا در 50 یا 60 هرتز بسته به سیستم قدرت، افزایش و کاهش می یابد.
شار مغناطیسی متغیر باعث القا ولتاژ در سیم پیچ های ثانویه می شود و اگر بار به آن متصل شود (یا حتی اگر سیم پیچ ها با هم اتصال کوتاه شوند) جریان الکتریکی جاری می شود. نسبت دورهای سیم پیچ اولیه و ثانویه، نسبت ولتاژ اولیه و ولتاژ ثانویه را تعیین می کنند.
حال تصور کنید که سیم پیچ ها را بپیچانیم و یک فاصله هوایی کوچک بین آنها ایجاد کنیم و اجازه دهیم سیم پیچ ثانویه، که اکنون روتور نامیده می شود، آزادانه حرکت کند. این همان اساس کار موتور القایی است که در شکل زیر نشان داده شده است.
بدون دیدگاه