نوشته‌ها

درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟

تجهیزات و شیوه های مختلفی وجود دارند که به کمک آنها می توانید موتور را به کمک آنها راه اندازی کنید. در مقالات دیگر پیرامون راه اندازی موتور با سافت استارتر و شیوه ستاره مثلث به طور کامل بحث کردیم. در این مقاله نیز قصد داریم تا با درایو فرکانس متغیر (VFD) که نوعی دیگر از کنترل‌ کننده های موتور است بحث و گفتگو کنیم. شیوه کار درایوهای الکتریکی به این شکل است که با تغییر فرکانس و ولتاژ در موتور الکتریکی می‌تواند الکتروموتور را راه اندازی کند. ممکن است که شما VFDها را با نام های دیگری همچون: درایور سرعت متغیر، درایو سرعت قابل‌تنظیم، درایو فرکانس قابل‌تنظیم، درایو AC، میکرودرایو، اینورتر و… نیز بشناسید.

چرا درایو فرکانس متغیر؟

پیش از هر چیز لازم است تا این موضوع را یاد آوری کنیم که فرکانس (Hz) با سرعت موتور (RPM یا دور در دقیقه) رابطه مستقیم دارد.این بدان معناست که فرکانس سریع تر منجر به چرخش سریعتر موتور نیز می گردد. اگر خاطرتان باشد در مقاله ای که در مورد سافت استارتر ها بود گفتیم که سافت استارتر ها قادر نیستند تا سرعت الکتروموتور را کنترل کنند و تنها در لحظه استارت و استپ بکار می روند. پس اگر الکتروموتور شما نیاز دارد که با سرعت خاصی حرکت کند شما لازم است تا درایو فرکانس متغیر استفاده نمایید.بسته به کاربرد و نیاز شما سرعت موتور ممکن است تغییر یابد پس جهت رساندن سرعت الکتروموتور به اندازه مدنظر نیاز به VFD دارید. پس با این مقاله نیرونوین نیز همراه باشید تا بطور کامل با این روند آشنا شوید.

VFDها چگونه کار میکنند؟

اولین مرحله و اولین بخش در یک VFD، مبدل است.مبدل از ۶ دیود تشکیل شده، که همانند شیر آب یک‌ طرفه‌ عمل می کند.به این معنا که جریان در دیودها فقط در یک جهت حرکت می کند که جهت جریان را به یک پیکان نمایش می دهند. در تصویر زیر می توانید نمونه ای از یک دیود را با جهت عبور جریان آن ملاحظه نمایید.

به تصویر زیر دقت فرمایید.زمانیکه ولتاژ فاز A مثبت‌تر از دو ولتاژ فاز B یا C باشد، دیود مد نظر باز شده و جریان به گردش درمی‌آید.همچنین هنگامیکه فاز B مثبت‌تر از فاز A باشد، دیود فاز B باز و دیود فاز A بسته می‌شود. همین وضعیت برای ۳ دیود در سمت منفی باس رخ می‌دهد.

با توجه به مطالب عنوان شده با باز و بسته‌شدن هر دیود ۶ «پالس» جریان تولید میگردد. به این حالت «درایو الکتریکی شش پالسی» می‌گویند، که پیکربندی استانداردی برای درایوهای فرکانس متغیر جریان است.


فرض می‌کنیم که درایو در یک سیستم قدرت ۴۸۰ ولت کار می‌کند. حد مجاز ۴۸۰ ولت را با «rms» یا جذر متوسط مربع نامیده می‌شود. پیک ها در سیستم ۴۸۰ ولت برابرند با ۶۷۹ ولت. همانطور که می‌بینید، باس dc درایو الکتریکی دارای یک ولتاژ dc با ریپل AC است. ولتاژ تقریباً بین ۵۸۰ ولت و ۶۸۰ ولت کار می‌کند.

با اضافه‌کردن یک خازن می‌توانیم از شر ریپل AC در باس DC خلاص شویم. خازن مشابه مخزن یا انباره در سیستم لوله‌کشی عمل می‌کند. خازن رپیل ac را جذب می‌کند و ولتاژ dc صافی تحویل می‌دهد. ریپل AC در باس DC معمولاً کمتر از ۳ ولت است. بنابراین، ولتاژ در باس DC «تقریباً» برابر است با VDC650. ولتاژ واقعی به این موارد بستگی دارد: سطح ولتاژ خط AC که درایو را تغذیه می‌کند، سطح عدم‌تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت، و هر راکتور یا فیلتر هارمونیکی که در درایو وجود دارد.

مبدل پل دیودی که AC را به DC تبدیل می‌کند را به طور ساده مبدل می‌نامند. مبدلی که dc را به ac را تبدیل می‌کند نیز مبدل نامیده می‌شود، اما برای اینکه بتوانیم آن را از مبدل دیودی تشخیص دهیم، معمولاً‌ به این نوع «اینورتر» می‌گوییم.
توجه کنید که در درایوالکتریکی واقعی، سوئیچ‌های نشان داده شده درواقع ترانزیستور هستند. هرگاه یکی از سوئیچ‌های بالا را در اینورتر ببندیم، فاز موتور به باس dc مثبت وصل می‌شود و ولتاژ در آن فاز مثبت می‌شود. هرگاه یکی از سوئیچ‌های پایینی را در مبدل ببندیم، این فاز به باس dc منفی متصل و منفی می‌شود.

ازاین‌رو، می‌توانیم هر فازی را به خواست خود در موتور مثبت یا منفی بکنیم و ازاین‌رو، هر فرکانسی را که می‌خواهیم ایجاد کنیم. بدین‌ترتیب، می‌توانیم هر فازی را مثبت، منفی یا صفر کنیم.
موج سینوسی آبی فقط برای مقایسه نشان داده شده است. درایو ایرانی این موج سینوسی را تولید نمی‌کند. توجه کنید که خروجی درایو الکتریکی به شکل موج «مستطیلی» است. درایوهای الکتریکی خروجی سینوسی تولید نمی‌کنند. ممکن است شکل موجی مستطیلی انتخاب خوبی برای سیستم توزیع همه‌ منظوره نباشد، اما برای موتور کاملاً مطلوب باشد.

اگر بخواهیم فرکانس موتور را تا ۳۰ هرتز کاهش دهیم، آنگاه می‌توانیم به‌سادگی ترانزیستورهای خروجی اینورتر تک فاز و سه فاز را خیلی آرام‌تر سوئیچ کنیم. اما، اگر فرکانس را تا ۳۰ هرتز کاهش دهیم، آنگاه باید ولتاژ را تا ۲۴۰ ولت کاهش دهیم تا نسبت ولت/ هرتز را حفظ کنیم (برای کسب اطلاعات بیشتر به ارائه نظریه موتور درایو الکتریکی مراجعه کنید). اگر تنها ولتاژی که داریم VDC 650 باشد آنگاه چطور می‌توانیم ولتاژ را کاهش دهیم؟

به این روش مدولاسیون پهنای پالس یا PWM می‌گویند. فرض کنید که با روشن و خاموش‌ کردن شیر در نرخ بالای سرعت می‌تواند فشار را در خط آب کنترل کرد. این کار در سیستم‌های لوله‌کشی عملی نیست، اما در درایوهای الکتریکی به‌خوبی جواب می‌دهد. توجه کنید که در نیم سیکل اول، ولتاژ در نیمی از مواقع روشن و در نیمی دیگر خاموش است.

از‌این‌رو، ولتاژ متوسط برابر است با نصف ۴۸۰ ولت یا ۲۴۰ ولت. با پالس‌دارکردن خروجی، می‌توانیم ولتاژ متوسط را در خروجی درایو الکتریکی به دست بیاوریم.