کنترل کننده های دور موتور انواع مختلفی دارند. آنها قادرند انواع موتورهای ACو DCرا کنترل کنند. قیمت کنترلرها وابسته به نوع تکنولوژی بکار رفته در ساختمان آنها میباشد.
1- روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس(یا کنترل V/ Fثابت) : ساده ترین روش کنترل موتورهای AC روش تثبیت نسبت ولتاژ به فرکانس میباشد. اینک این روش، بطور گسترده در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد. این نوع کنترلرها از نوع اسکالر بوده و بصورت حلقه باز با پایداری خوب عمل میکنند. مزیت این روش سادگی سیستمهای کنترلی آن است. در مقابل این نوع کنترلرها برای کاربردهای با پاسخ سریع مناسب نمی باشند.
2- روش کنترل برداری : روبوتها و ماشینهای ابزار نمونه هائی از کاربردهای با دینامیک بالا هستند. در این کاربردها روشهای کنترلی برداری استفاده میشود. در روشهای کنترلی برداری با تفکیک مولفه های جریان استاتور به دو مولفه تورک ساز و فلو ساز، و کنترل آنها با استفاده از رگولاتورهای PIترتیبی داده میشود که موتور ACنظیر موتور DCکنترل شود. و بدین ترتیب تمام مزایای موتور DCاز جمله پاسخ گشتاور سریع آنها در موتورهای ACنیز در دسترس خواهد بود.
3- روش کنترل مستقیم گشتاور (Direct TorqueControl ) : پاسخ گشتاور در روشهای برداری حدود 10 – 20msو در روشهای کنترل مستقیم گشتاور (Direct TorqueControl )این زمان حدود5ms است
هنگامیکه استفاده از مبدلهای الکترونیک قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین شرکتهای برق درمورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیکی توسط سیستمهای قدرت را برانگیخت . پیشبینیهای مأیوسکنندهای از سرنوشت سیستمهای قدرت درصورت اجازه استفاده ازاین تجهیزات انجام گرفت. درحالیکه بعضی ازاین نگرانیها احتمالاً بیش از حد قلمداد گردیدند، ولی بررسی مفهوم کیفیت برق مدیون این افراد بهدلیل پیگیری آنها درمورد این مسئله میباشد.
بروز هارمونیک در سیستمهای برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبکه است. بهخاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستمهای برق، مانند راهاندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدلهای الکترونیکی قدرت، مقدار هارمونیک شکل موج جریان و ولتاژ بهطور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع کاملاً مشخص است.
بررسی مسائل هارمونیکها منجر به تحقیقاتی گردید که نتایج آن نقطهنظرات متعددی درمورد کیفیت برق بود. بهنظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیکی هنوز مهمترین مسئلـه کیفیت برق میباشد. مسائل هارمونیکی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستمهای قدرت و عملکرد آن تحت فرکانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیدههای ناآشنایی روبرو میشود که نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشکلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیکی میتواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همة سیستم قدرت دارای مشکل هارمونیکی نیست و فقط
درصد کمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحتتأثیر عوامل ناشی از هارمونیکها قرار میگیرند. مشترکین برق در صورت وجود هارمونیکها مشکلات زیادتری از شرکتهای برق را تحمل میکنند. مشترکین صنعتی که از محرکههای موتور با قابلیت تنظیم سرعت، کورههای قوس الکتریکی، کورههای القایی، یکسوکنندهها ، اینورترها، دستگاههای جوش و نظایر آن استفاده میکنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیکی ضربهپذیرتر از بقیة مشترکین میباشند.
اعوجاج هارمونیکی یک پدیده جدید در سیستمهای قدرت به شمار نمیرود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دورهها درسیستمهای قدرت الکتریکی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تکنیکی دهههای قبل نشان میدهد که مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیکی شناختهشده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشکل نیز در سیستمهای تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپهای قوس الکتریک بهدلیل مؤلفههای هارمونیکی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدلهای الکترونیک قدرت در سالهای اخیر نبوده است.
خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند که اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، بهنحوی که بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشکل ناشی از هارمونیکها برای سیستم قدرت بسیار کم خواهدبود، گرچه این هارمونیکها میتوانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستمهای قدرت مشکلات زمانی بروز میکنند که خازنهای موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید دریک فرکانس هارمونیکی گردند. دراین شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول میگردند. امکان ایجاد این مشکلات در مورد مراکز کوچک مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستمهای صنعتی بهدلیل درجه زیادی از تشدید رخ میدهد
وقتی تجهیزات بتوانند در سرعت کاهشیافته کار کنند چند گزینه قابل انتخاب است.
مثالهای ذیل نمونههایی برای همه صنایع هستند
AC فرکانس متغیر (با تنظیم فرکانس)
وقتی پمپهای گریز از مرکز، فنها و دمندهها در سرعت ثابت کار میکنند و خروجی با استفاده از والوها و مسدودکنندهها کنترل میشود موتور صرفنظر از مقدار خروجی در نزدیکی بار کامل کار میکند که باعث میشود انرژی زیادی توسط این مسدودکنندهها و والوها تلف شود. اگر این تجهیزات بتوانند همواره در سرعت مورد نیاز کار کنند مقدار زیادی انرژی صرفهجویی میشود. درایوهای تنظیم سرعت باعث میشوند تجهیزات باتوجه به نیاز سیستم در حالت بهینه عمل کنند.
کنترلرهای AC تنظیم فرکانس (فرکانس متغییر) وسایل پیچیدهای بوده و گرانقیمت هستند. بااینحال میتوانند بهراحتی به موتورهای القایی AC استاندارد اضافه شوند. با هزینه تجهیزات کمتر و هزینههای الکتریکی بیشتر (با کاهش هزینه تجهیزات و افزایش هزینههای الکتریکی) کاربرد این وسایل در اغلب موارد اقتصادی میشود. بسیاری از انواع پمپها، فنها، میکسچرها، نقالهها، خشککنندهها، خردکنندهها (سنگشکنها) آسیابها، صافیها و برخی انواع کمپرسورها، دمندهها و همزنها در سرعتهای مختلف با وسایل تنظیم سرعت کار میکنند.
تجهیزات مجهز به تنظیم سرعت کمنراز نصف تجهیزات مجهز به مسدودکننده انرژی مصرف میکنند.
در عمل باید برای محاسبه دقیق صرفهجویی حاصل براساس کیلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زیر50درصد ظرفیت نامی افت میکند.
DC حالت جامد (نیمههادی)
میتوان با تنظیم سرعت با استفاده از درایوهای DC صرفهجوییهای مشابهی را انجام داد. هزینه اولیه نسبتبه درایوهای AC تنظیم فرکانس بیشتر است بهخصوص وقتی مستقیماً بتوان از کنترلرهای الکتریکی در موتور AC استفاده کرد. تعمیر و نگهداری کموتاتور و زغال نیز هزینه زیادی در درایوهای DC دربردارد. همچنین سیستمهای DC نسبتبه هوای خورنده و کثیف (مملو از ذرات) که در یک محیط صنعتی معمول است حساسترند.
بنابراین درایوهای AC معمولاً ترجیح داده میشوند مگر در مواردی که شرایط عملیاتی برخی از مشخصههای سیستمهای DC از قبیل تنظیم سرعت خیلی دقیق، معکوس کردن سریع جهت، یا گشتاور ثابت در رنج سرعت نامی مورد نیاز باشد.از این درایوها در ماشینهای حدیده ((drawing machins، پوششدهندهها (لعابدهندهها coaters) ماشینهای تورق (laminators)، دستگاههای سیمپیچی (winders) و سایر تجهیزات استفاده میشود.
سایر تکنیکهای تغییر سرعت موتور عبارت است از درایوهای لغزش (slip) الکترومکانیکی، درایوهای سیال. و موتورهای القایی (موتورهای با روتور سیمپیچیشده). این درایوها با تغییر درجه لغزش بین درایو و عنصر درحال حرکت سرعت را کنترل میکنند. چون قسمتی از انرژی مکانیکی که تبدیل به بار نمیشود به حرارت تبدیل میگردد این درایوها دارای بازده کمی بوده و معمولاً بهخاطر مشخصههای خود در کاربردهای خاصی بهکار برده میشوند. مثلاً ممکن است از درایوهای سیال در سنگشکنها (خردکنندهها) استفاده شوند چون دارای ظرفیت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانایی مقاومت دربرابر بارهای شوک، قابلیت مقاومت در سیکلهای سکون (ازکارافتادگی)، ماهیت ایمنی آن و قابلیت تحمل هوای ساینده را دارند.
چون درایوهای AC و DC سرعت چرخنده اصلی را تغییر میدهند برای صرفهجویی در انرژی ترجیح داده میشوند.
درایوهای تنظیم سرعت مکانیکی سادهترین و ارزانترین وسایل تغییر سرعت هستند. این نوع چرخهای قابل تنظیم میتوانند در امتداد محور باز و بسته شوند و درنتیجه میزان تماس چرخ را با تسمه تنظیم کنند.
مزیت عمده درایوهای مکانیکی سادگی آنها ، سهولت تعمیر و نگهداری و هزینه پایین آنها است. یک سرویس تعمیر و نگهداری درحد متوسط و کنترل سرعت با دقت کم (معمولاً 5درصد) از خصوصیات این درایوها است.
درایوهای تسمهای برای گشتاورهای کم تا متوسط (100اسببخار) در دسترس هستند. بازده درایوهای تسمهای 95 درصد است و نسبت کاهش سرعت تا 10به 1 میرسد.از درایوهای زنجیری فلزی در گشتاور زیاد استفاده میشود. این درایوها مشابه درایوهای تسمهای هستند فقط بهجای تسمههای لاستیکی از تسمههای فلزی استفاده شده است.
وقتی فقط با یک کاهش سرعت به نتیجه رضایتبخش برسیم گزینه ارزانتری را میتوانیم انتخاب کنیم. اگرچه سرعتهای متغییر این مزیت را دارند که در وضعیتهای مختلف میتوان سرعت بهینه را بهکار برد، در مواقعی که رنج تغییر سرعت محدود است و زمانی که موتور باید در سرعت پایینتری کار کند نسبتبه زمان کل کار موتور کم است احتمالاً یک کاهنده تکسرعته ازنظر هزینه و اثربخشی بهصرفهتر است.
درایوهای تسمهای: در این درایوها یک (یکبار) کاهش سرعت با کمترین هزینه همراه است چون بهراحتی میتوان چرخها را عوض کرد. ازآنجاکه با نصب دوباره چرخهای قدیمی براحتی میتوان تغییرات را بازگرداند از این روش وقتی استفاده میشود که کاهش خروجی برای یک دوره معین موردنیاز است. مثلاً وقتی سطح تولید برای یک زمان نامشخص کاهش یافته ولی ممکن است در آینده نیاز باشد که به ظرفیت اولیه برگردیمکاهش دور توسط چرخدنده: حالتهای مشابهای را توسط تغییر چرخدنده میتوان بهکار برد.
تعویض موتور: درمواردی که یک بار کاهش سرعت موردنیاز است یک موتور با سرعت کمتر را نیز میتوان جایگزیننمود.
موتور دوسرعته یک راهحل اقتصادی میانه درمقایسه با استفاده از درایوهای چندسرعته و سرعت ثابت است.
همانطورکه در مثالهای قبلی بیان شد چون توان مصرفی با مکعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفهجویی در انرژی اهمیت زیادی دارد. درعمل یک افزایش جزئی بهخاطر تلفات اصطکاک رخ میدهد. از این روش و استفاده از روشهای کنترلی دیگر میتوان خروجی را در یک رنج محدود کنترل کرد.
دوسرعت را میتوان از یک سیمپیچ بهدست آورد ولی سرعت پایینی باید نصف سرعت بالایی باشد. مثلاً سرعتهای موتور به این شکل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600 وقتی به نسبتهای دیگری از سرعت نیاز است استفاده از یک استاتور دو سیمپیچه ضروری است. از موتورهای قفسی چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نیز که دارای سه یا چهار سرعت همزمان هستند میتوان استفاده نمود.
قیمت موتورهای دوسرعته تقریباً دو برابر موتورهای تکسرعته است. اگر یک موتور بتواند در دورههای زمانی محسوسی با سرعت کمتر کار کند صرفهجویی حاصله سرمایهگذاری اضافی را توجیه میکند. در موتورهای چندسرعته استارترهای گرانقیمتی موردنیاز است چون اندازه محافظهای اضافهبار در سرعتهای مختلف متفاوت است
درایو یا کنورتور فرکانس و یا کنترلکننده دور موتور برای تنظیم دور الکتروموتورهای AC (موتورهای سه فاز ) استفادهمیگردد. درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی موتور و بطورپیوسته تغییر دهند.
تنظیم دور در الکتروموتورها علاوه بر منعطف نمودن پروسههای صنعتی ، در کاربردهای زیادی منجر به صرفه جوئی انرژی هم میگردد. علاوه بر آندرایوها جریان راه اندازی کشیده شده از شبکه را به میزان زیادی کاهش میدهند. بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان اسمی موتور است.
درایوها میتوانندموتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند. زمان استارت و استپ رامیتوان بدقت تنظیم نمود. این زمانها میتوانند کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد. توانائی درایو در استارت و استپ نرم موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی درکوپلینگها و سایر ادوات دوار میگرد
درایوهای مدرن امروزی بر اساس تکنولوژی مدولار ساخته میشوند. این امر هم درقسمتهای سخت افزاری و هم در قسمتهای نرم افزاری درایو رعایت میشود. ساختار مدولارقابلیت بر آورده سازی بسیاری از نیازهای مشتری را دارد. اغلب این درایوها ازتکنولوژی کنترل برداری بهره میگیرند. این روش کنترل امکان کنترل موتور را با دقت ودینامیک زیاد فراهم میاورد. بطوریکه این درایوها اینک قادرند درست نظیر درایوهای DC رفتار نمایند. آنها را میتوان در کاربردهای کنترل سرعت و یا کنترل گشتاور بسهولتمورد استفاده قرارداد. بطوریکه سادگی و استحکام موتورهای القائی درکنار ایندرایوها مجموعه ای مطمئن و کارا از آنها میسازد . هر چند که این درایوها ازتکنولوژی الکترونیک قدرت پیچیده استفاده میکنند اما بدلیل استاتیک بودنشان هزینههای نگهداشت زیادی به صنعت تحمیل نمی کنند.
درایوهای مدرن قادرند بطور اتوماتیک فلو ی مغناطیسی در موتور را در سطح بهینه اننگهدارند. این ویژگی در جاهائی که بار موتور کم است منجر به صرفه جوئی انرژی خواهدشد.
درایوهای مدرن امروزه در کاربردهای فیدبک و سرو نیز بسهولت بکار گرفته میشوند. ساختار مدولار آنها بگونه ای است که میتوان متناسب با کاربرد از کارتهای اختیاریاستفاده نمود. این کارتها امکان تطبیق درایو با کاربرد مشتری را فراهم می آورند. درکنار این مقدورات سخت افزاری باید به برنامه های نرم افزاری متعددی نیز اشاره نمود،که معمولات توسط سازندگان درایو برای نیازهای مختلف صنعتی ارائه میشود. استفاده ازاین برنامه های کاربردی بسیار ساده بوده و کاربر میتواند برنامه دلخواه خود راانتخاب و در داخل درایو قراردهد. درایوهای امروزی میتوانند بسیاری از فیلد باسهایموجود را پشتیبانی کنند. امروزه پروفی باس به عنوان یک فیلدباس باز( Open ) ، دربسیاری از کاربردهای صنعتی متداول شده است. سازندگان درایو با استفاده از پروفایل Profi Drive بسهولت سازگاری خود را با پروفی باس برقرار میسازند.
درایوها علاوه بر ماموریتهای اصلی خود قابلیتهای بیشمار دیگری نیز دارند که ازجمله میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
• حفاظت کامل الکتروموتور در مقابل اضافه جریان و نوسانات ولتاژ
• انعطاف پذیری در کنترل پروسه
• سازگاری با نیازهای کاربردی موتور
سیستم نرم افزاری درایوهای ساخت شرکت Vacon از دو لایه تشکیل شده است. لایه اولنرم افزار سیستم و لایه دوم جهت توسعه نرم افزارهای کاربردی کاربر اختصاص یافتهاست. با کمک این لایه کاربر میتواند با کمک ابزار گرافیکی و با استفاده از زبانهایرایج برنامه نویسی برنامه های کاربردی خود را توسعه دهد. وکن تنها به همین اکتفانکرده و با آماده نمودن صدها برنامه کاربردی به کاربر کمک میکند بسهولت برنامهکاربردی مورد نظر را در درایو نصب نموده و از آنها استفاده نماید. بعنوان نمونهمیتوان به نرم افزارهای کاربردی زیر اشاره نمود:
VACON مصداقی از درایوهای مدرن
کنترل کننده های دور موتور ساخت شرکت وکن نمونه کاملی از درایوهای مدرن امروزیاست. درایوهای وکن دارای ساختاری کاملا مدولار بوده و به کاربر اجازه میدهد بااستفاده از نرم افزار قدرتمند داخلی، که بر اساس استاندارد IEC 611131-3کار میکند، برنامه های خود را توسعه دهد. بدین ترتیب این درایو قادر است در کاربردهای زیادینقش یک PLC را نیز بازی کرده و به کاربر اجازه میدهد بسهولت برای کاربردهای خود راهحل ارائه دهد. علاوه بر این قابلیت، شرکت وکن در اقدامی بی سابقه با طراحی و توسعهصدها برنامه کاربردی مختلف برای کاربردهای صنعتی، بهره برداری ار درایوهای خود راکاملا منعطف نموده است. اینها بخشی از ویژگیهای منحصر بفردی است که درایوهای وکنرا تبدیل به نمادی از درایو حرفه ای برای هزاره جدید نموده است. توصیه میکنیم برای آشنائی بیشتر با این درایوهای قدرتمند با شرکت پرتو صنعت تماس بگیرید.
هر چند که درایوها مزایای زیادی دراند ولی در انتخاب و بکارگیری آنها باید دقتکافی به عمل آید. خصوصا اگر درایوهای مورد بحث توانهای بالائی داشته و تولیدکارخانه به عملکرد آنها کاملا مرتبط باشد. در واقع تحقیقات نشان داده است که نگرانیاز ضریب اطمینان درایو بعنوان یکی از موانع اصلی در عدم رغبت صنایع به استفاده ازآنها در صرفه جوئی انرژی میباشد .
درایوهای ولتاژ متوسط (Medium Voltage Drives) از تکنولوژی ساخت پیچیده ایبرخوردارند. اینها معمولا ترکیبی از الکترونیک قدرت، کنترل، میکروکامپیوترها،ترانسفورماتورها و فیلترها میباشند. پر واضح است که ارزیابی این اجزا و انتخابدرایو نهائی امری دشوار و نیازمند زمان و بسیج کارشناسان متخصص خواهد بود. با اینحال چهارچوب ساده زیر میتواند خریداران درایو را در ارزیابی و انتخاب درایو موردنظرشان یاری دهد. در این چهارچوب پیچیدگیهای داخلی درایو مورد توجه قرار نمیگیرد. بلکه سعی میشود از آثار جانبی درایو عملکرد آن مورد ارزیابی قرارگیرد. براین اساس مسائل جانبی درایو را طبقه بندی نموده و ملاکهائی برای ارزیابی آنهاتعیین میکنیم.
ملاک اول تضمین میکند که شبکه برق کارخانه تحت تاثیر عملکرد درایو قرار نگیرد. این موضوع وقتی اهمیت بیشتر پیدا میکند که توان درایوهای مورد بحث زیاد بالا باشد. اعوجاجهای ناشی از عملکرد درایو روی شبکه میتواند عملکرد سایر دستگاههای حساسکنترلی را مختل سازد، تداخل در خطوط مخابراتی کارخانه ایجاد نماید، و یا توانراکتیو از شبکه کشیده شود. و واکنش سازمانهای برق منطقه ای را بدنبال داشته باشد.
