کنترل کننده های مدرن دور موتور
كنترل كننده های دور موتورهای الكتریكی هر چند كه ادوات پیچیده ای هستند ولی چون در ساختمان آنها از مدارات الكترونیك قدرت استاتیك استفاده می شود و فاقد قطعات متحرك می باشند، از عمر مفید بالائی برخوردار هستند . مزیت دیگر كنترل كننده های دور موتور توانائی آنها در عودت دادن انرژی مصرفی در ترمزهای مكانیكی و یا مقاومت های الكتریكی به شبكه می باشد . در چنین شرائطی با استفاده از كنترل كننده های دور مدرن می توان از اتلاف این نوع انرژی جلوگیری نمود . بطوریكه در برخی كاربردها قیمت انرژی بازیافت شده از این طریق ، در كمتر از یكسال معادل هزینه سرمایه گذاری سیستم بازیافت انرژی می شود .
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
هنگامیكه استفاده از مبدلهای الكترونیك قدرت در اواخر دهه 1970 معمول گردید، توجه بسیاری از مهندسین شركتهای برق درمورد توانایی پذیرش اعوجاج هارمونیكی توسط سیستمهای قدرت را برانگیخت . پیشبینیهای مأیوسكنندهای از سرنوشت سیستمهای قدرت درصورت اجازه استفاده ازاین تجهیزات انجام گرفت. درحالیكه بعضی ازاین نگرانیها احتمالاً بیش از حد قلمداد گردیدند، ولی بررسی مفهوم كیفیت برق مدیون این افراد بهدلیل پیگیری آنها درمورد این مسئله میباشد.
بروز هارمونیك در سیستمهای برق اولین پیامد عناصر غیرخطی در شبكه است. بهخاطر گسترش فزاینده استفاده از عناصر غیرخطی در سیستمهای برق، مانند راهاندازها (درایورهای تنظیم سرعت) و مبدلهای الكترونیكی قدرت، مقدار هارمونیك شكل موج جریان و ولتاژ بهطور چشمگیری افزایش یافته است و بنابراین اهمیت موضوع كاملاً مشخص است.
بررسی مسائل هارمونیكها منجر به تحقیقاتی گردید كه نتایج آن نقطهنظرات متعددی درمورد كیفیت برق بود. بهنظر برخی از محققین، اعوجاج هارمونیكی هنوز مهمترین مسئلـه كیفیت برق میباشد. مسائل هارمونیكی با بسیاری از قوانین معمولی طراحی سیستمهای قدرت و عملكرد آن تحت فركانس اصلی مغایر است. بنابراین مهندس برق با پدیدههای ناآشنایی روبرو میشود كه نیاز به ابزار پیچیده و تجهیزات پیشرفته برای حل مشكلات و تجزیه و تحلیل آنها دارد. گرچه تحلیل مسائل هارمونیكی میتواند دشوار باشد، ولی خوشبختانه همة سیستم قدرت دارای مشكل هارمونیكی نیست و فقط
درصد كمی از فیدرهای مربوط به سیستمهای توزیع تحتتأثیر عوامل ناشی از هارمونیكها قرار میگیرند. مشتركین برق در صورت وجود هارمونیكها مشكلات زیادتری از شركتهای برق را تحمل میكنند. مشتركین صنعتی كه از محركههای موتور با قابلیت تنظیم سرعت، كورههای قوس الكتریكی، كورههای القایی، یكسوكنندهها ، اینورترها، دستگاههای جوش و نظایر آن استفاده میكنند، نسبت به مسائل ناشی از اعوجاج هارمونیكی ضربهپذیرتر از بقیة مشتركین میباشند.
اعوجاج هارمونیكی یك پدیده جدید در سیستمهای قدرت به شمار نمیرود. نگرانی ناشی از اعوجاج در بسیاری از دورهها درسیستمهای قدرت الكتریكی جریان متناوب وجود داشته و دنبال شده است. جستجوی منابع و مطالب تكنیكی دهههای قبل نشان میدهد كه مقالات مختلفی دررابطه با این موضوع انتشار یافته است. اولین منابع هارمونیكی شناختهشده، ترانسفورماتورها بودند و اولین مشكل نیز در سیستمهای تلفن پدید آمد. استفاده گروهی از لامپهای قوس الكتریك بهدلیل مؤلفههای هارمونیكی توجهات خاصی را برانگیخت ولی این مسائل به اندازه اهمیت مسئله مبدلهای الكترونیك قدرت در سالهای اخیر نبوده است.
خوشبختانه در طی این سال ها پژوهشگران متوجه شده اند كه اگر سیستم انتقال به نحو مناسبی طراحی گردد، بهنحوی كه بتواند مقدار توان مورد نیاز بارها را به راحتی تأمین نماید، احتمال ایجاد مشكل ناشی از هارمونیكها برای سیستم قدرت بسیار كم خواهدبود، گرچه این هارمونیكها میتوانند موجب مسائلی در سیستمهای مخابراتی شوند. اغلب در سیستمهای قدرت مشكلات زمانی بروز میكنند كه خازنهای موجود در سیستم باعث ایجاد تشدید دریك فركانس هارمونیكی گردند. دراین شرایط اغتشاشات و اعوجاجات، بسیار بیش از مقادیر معمول میگردند. امكان ایجاد این مشكلات در مورد مراكز كوچك مصرف وجود دارد ولی شرایط بدتر در سیستمهای صنعتی بهدلیل درجه زیادی از تشدید رخ میدهد
وقتی تجهیزات بتوانند در سرعت كاهشیافته كار كنند چند گزینه قابل انتخاب است.
مثالهای ذیل نمونههایی برای همه صنایع هستند
AC فركانس متغیر (با تنظیم فركانس)
وقتی پمپهای گریز از مركز، فنها و دمندهها در سرعت ثابت كار میكنند و خروجی با استفاده از والوها و مسدودكنندهها كنترل میشود موتور صرفنظر از مقدار خروجی در نزدیكی بار كامل كار میكند كه باعث میشود انرژی زیادی توسط این مسدودكنندهها و والوها تلف شود. اگر این تجهیزات بتوانند همواره در سرعت مورد نیاز كار كنند مقدار زیادی انرژی صرفهجویی میشود. درایوهای تنظیم سرعت باعث میشوند تجهیزات باتوجه به نیاز سیستم در حالت بهینه عمل كنند.
كنترلرهای AC تنظیم فركانس (فركانس متغییر) وسایل پیچیدهای بوده و گرانقیمت هستند. بااینحال میتوانند بهراحتی به موتورهای القایی AC استاندارد اضافه شوند. با هزینه تجهیزات كمتر و هزینههای الكتریكی بیشتر (با كاهش هزینه تجهیزات و افزایش هزینههای الكتریكی) كاربرد این وسایل در اغلب موارد اقتصادی میشود. بسیاری از انواع پمپها، فنها، میكسچرها، نقالهها، خشككنندهها، خردكنندهها (سنگشكنها) آسیابها، صافیها و برخی انواع كمپرسورها، دمندهها و همزنها در سرعتهای مختلف با وسایل تنظیم سرعت كار میكنند.
تجهیزات مجهز به تنظیم سرعت كمنراز نصف تجهیزات مجهز به مسدودكننده انرژی مصرف میكنند.
در عمل باید برای محاسبه دقیق صرفهجویی حاصل براساس كیلووات بازده موتور هم درنظر گرفته شود. بازده موتور تا زیر50درصد ظرفیت نامی افت میكند.
DC حالت جامد (نیمههادی)
میتوان با تنظیم سرعت با استفاده از درایوهای DC صرفهجوییهای مشابهی را انجام داد. هزینه اولیه نسبتبه درایوهای AC تنظیم فركانس بیشتر است بهخصوص وقتی مستقیماً بتوان از كنترلرهای الكتریكی در موتور AC استفاده كرد. تعمیر و نگهداری كموتاتور و زغال نیز هزینه زیادی در درایوهای DC دربردارد. همچنین سیستمهای DC نسبتبه هوای خورنده و كثیف (مملو از ذرات) كه در یك محیط صنعتی معمول است حساسترند.
بنابراین درایوهای AC معمولاً ترجیح داده میشوند مگر در مواردی كه شرایط عملیاتی برخی از مشخصههای سیستمهای DC از قبیل تنظیم سرعت خیلی دقیق، معكوس كردن 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 تكنیكهای تغییر سرعت موتور عبارت است از درایوهای لغزش (slip) الكترومكانیكی، درایوهای سیال. و موتورهای القایی (موتورهای با روتور سیمپیچیشده). این درایوها با تغییر درجه لغزش بین درایو و عنصر درحال حركت سرعت را كنترل میكنند. چون قسمتی از انرژی مكانیكی كه تبدیل به بار نمیشود به حرارت تبدیل میگردد این درایوها دارای بازده كمی بوده و معمولاً بهخاطر مشخصههای خود در كاربردهای خاصی بهكار برده میشوند. مثلاً ممكن است از درایوهای سیال در سنگشكنها (خردكنندهها) استفاده شوند چون دارای ظرفیت توان بالا، انتقال گشتاور آسان، توانایی مقاومت دربرابر بارهای شوك، قابلیت مقاومت در سیكلهای سكون (ازكارافتادگی)، 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 مكانیكی 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 كنند.
مزیت عمده درایوهای مكانیكی سادگی آنها ، سهولت تعمیر و نگهداری و هزینه پایین آنها است. یك سرویس تعمیر و نگهداری درحد متوسط و كنترل سرعت با دقت كم (معمولاً 5درصد) از خصوصیات این درایوها است.
درایوهای تسمهای برای گشتاورهای كم تا متوسط (100اسببخار) در دسترس هستند. بازده درایوهای تسمهای 95 درصد است و نسبت كاهش سرعت تا 10به 1 میرسد.از درایوهای زنجیری فلزی در گشتاور زیاد استفاده میشود. این درایوها مشابه درایوهای تسمهای هستند فقط بهجای تسمههای لاستیكی از تسمههای فلزی استفاده شده است.
وقتی فقط با یك كاهش سرعت به نتیجه رضایتبخش برسیم گزینه ارزانتری را میتوانیم انتخاب كنیم. اگرچه سرعتهای متغییر این مزیت را دارند كه در وضعیتهای مختلف میتوان سرعت بهینه را بهكار برد، در مواقعی كه رنج تغییر سرعت محدود است و زمانی كه موتور باید در سرعت پایینتری كار كند نسبتبه زمان كل كار موتور كم است احتمالاً یك كاهنده تكسرعته ازنظر هزینه و اثربخشی بهصرفهتر است.
درایوهای تسمهای: در این درایوها یك (یكبار) كاهش سرعت با كمترین هزینه همراه است چون بهراحتی میتوان چرخها را عوض كرد. ازآنجاكه با نصب دوباره چرخهای قدیمی براحتی میتوان تغییرات را بازگرداند از این روش وقتی استفاده میشود كه كاهش خروجی برای یك دوره معین موردنیاز است. مثلاً وقتی سطح تولید برای یك زمان نامشخص كاهش یافته ولی ممكن است در آینده نیاز باشد كه به ظرفیت اولیه برگردیمكاهش دور توسط چرخدنده: حالتهای مشابهای را توسط تغییر چرخدنده میتوان بهكار برد.
تعویض موتور: درمواردی كه یك بار كاهش سرعت موردنیاز است یك موتور با سرعت كمتر را نیز میتوان جایگزیننمود.
موتور دوسرعته یك راهحل اقتصادی میانه درمقایسه با استفاده از درایوهای چندسرعته و سرعت ثابت است.
همانطوركه در مثالهای قبلی بیان شد چون توان مصرفی با مكعب (توان سوم) سرعت متناسب است، صرفهجویی در انرژی اهمیت زیادی دارد. درعمل یك افزایش جزئی بهخاطر تلفات اصطكاك رخ میدهد. از این روش و استفاده از روشهای كنترلی دیگر میتوان خروجی را در یك رنج محدود كنترل كرد.
دوسرعت را میتوان از یك سیمپیچ بهدست آورد ولی سرعت پایینی باید نصف سرعت بالایی باشد. مثلاً سرعتهای موتور به این شكل است 900/1800 ، 600/1200 ، 1800/3600 وقتی به نسبتهای دیگری از سرعت نیاز است استفاده از یك استاتور دو سیمپیچه ضروری است. از موتورهای قفسی چندسرعته (multispeed squirrel cage motors) نیز كه دارای سه یا چهار سرعت همزمان هستند میتوان استفاده نمود.
قیمت موتورهای دوسرعته تقریباً دو برابر موتورهای تكسرعته است. اگر یك موتور بتواند در دورههای زمانی محسوسی با سرعت كمتر كار كند صرفهجویی حاصله سرمایهگذاری اضافی را توجیه میكند. 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 تكنولوژی 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 ازتكنولوژی كنترل برداری بهره میگیرند. این روش كنترل امكان كنترل موتور را با دقت ودینامیك زیاد فراهم میاورد. بطوریكه این درایوها اینك قادرند درست نظیر درایوهای DC رفتار نمایند. آنها را میتوان در كاربردهای كنترل سرعت و یا كنترل گشتاور بسهولتمورد استفاده قرارداد. بطوریكه سادگی و استحكام موتورهای القائی دركنار ایندرایوها مجموعه ای مطمئن و كارا از آنها میسازد . هر چند كه این درایوها ازتكنولوژی الكترونیك قدرت پیچیده استفاده میكنند اما بدلیل استاتیك بودنشان هزینههای نگهداشت زیادی به صنعت تحمیل نمی كنند.
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 كاربردهای فیدبك و سرو نیز بسهولت بكار گرفته میشوند. ساختار مدولار آنها بگونه ای است كه میتوان متناسب با كاربرد از كارتهای اختیاریاستفاده نمود. این كارتها امكان تطبیق درایو با كاربرد مشتری را فراهم می آورند. دركنار این مقدورات سخت افزاری باید به برنامه های نرم افزاری متعددی نیز اشاره نمود،كه معمولات توسط سازندگان درایو برای نیازهای مختلف صنعتی ارائه میشود. استفاده ازاین برنامه های كاربردی بسیار ساده بوده و كاربر میتواند برنامه دلخواه خود راانتخاب و در داخل درایو قراردهد. درایوهای امروزی میتوانند بسیاری از فیلد باسهایموجود را پشتیبانی كنند. امروزه پروفی باس به عنوان یك فیلدباس باز( Open ) ، دربسیاری از كاربردهای 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
كنترل كننده های دور موتور ساخت شركت وكن نمونه كاملی از درایوهای مدرن امروزیاست. درایوهای وكن دارای ساختاری كاملا مدولار بوده و به كاربر 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 كاربردهای زیادینقش یك PLC را نیز بازی كرده و به كاربر اجازه میدهد بسهولت برای كاربردهای خود راهحل ارائه دهد. علاوه بر این قابلیت، شركت وكن در اقدامی بی سابقه با طراحی و توسعهصدها برنامه كاربردی مختلف برای كاربردهای صنعتی، بهره برداری ار درایوهای خود راکاملا منعطف نموده است. اینها بخشی از ویژگیهای منحصر بفردی است كه درایوهای وكنرا تبدیل به نمادی از درایو حرفه ای برای هزاره جدید نموده است. توصیه میكنیم برای آشنائی بیشتر با این درایوهای قدرتمند با شركت پرتو صنعت تماس بگیرید.
هر چند كه درایوها مزایای زیادی دراند ولی در انتخاب و بكارگیری آنها باید دقتكافی به عمل آید. خصوصا اگر درایوهای مورد بحث توانهای بالائی داشته و تولیدكارخانه به عملكرد آنها كاملا مرتبط باشد. در واقع تحقیقات نشان داده است كه نگرانیاز ضریب اطمینان درایو بعنوان یكی از موانع اصلی در عدم رغبت صنایع به استفاده ازآنها در صرفه جوئی انرژی میباشد .
درایوهای ولتاژ متوسط (Medium Voltage Drives) از تكنولوژی ساخت پیچیده ایبرخوردارند. اینها معمولا تركیبی از الكترونیك قدرت، كنترل، میكروكامپیوترها،ترانسفورم اتورها و فیلترها میباشند. پر واضح است كه ارزیابی این اجزا و انتخابدرایو نهائی امری دشوار و نیازمند زمان و بسیج كارشناسان 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. بلكه سعی میشود از آثار جانبی درایو عملكرد آن مورد ارزیابی قرارگیرد. براین اساس مسائل جانبی درایو را طبقه بندی نموده و ملاکهائی برای ارزیابی آنهاتعیین میکنیم.
ملاك اول تضمین میكند كه شبكه برق كارخانه تحت تاثیر عملكرد درایو قرار نگیرد. این موضوع وقتی اهمیت بیشتر پیدا میكند كه توان درایوهای مورد بحث زیاد بالا باشد. اعوجاجهای ناشی از عملكرد درایو روی شبكه میتواند عملكرد سایر دستگاههای حساسكنترلی را مختل سازد، تداخل در خطوط مخابراتی كارخانه ایجاد نماید، و یا توانراكتیو از شبكه كشیده شود. و واكنش سازمانهای برق منطقه ای را بدنبال داشته باشد.
منبع : متن از ewa.ir
پاسخ با نقل قول
علاقه مندی ها (بوک مارک ها)