دوره درایوهای الکتریکی(جلسه اول)

در دوره آموزشی درایوهای الکتریکی خیلی تخصصی و کاربردی به مبحث درایوهای الکتریکی خواهیم پرداخت.این دوره درایوهای الکتریکی شامل این موارد خواهد بود

سر فصلهای این دوره عبارتند از:

مقدمه ای بر درایوهای الکتریکی

ساختار درایوها و نحوه عملکرد و اصول کار آنها

سیم بندی قدرت و نکات آن

سیم بندی فرمان و نکات آن

نصب درایو در تابلوهای برق و نکات مهم آن

حرارت در تابلوهای برق دارای درایو

کاربردهای درایو ( کجا استفاده کنیم و کجا نه)

حفاظت در سیم بندی ها و تجهیزات حفاظتی و انتخاب تجهیزات

آشنایی با پنل درایو

پارامترهای کاربردی داریوها

تنظیم پارامترها

خطاها در درایو الکتریکی و رفع آن

 

مبحث درایوهای الکتریکی چقدر مهم است؟

در اتوماسیون صنعتی درایو نقش به سزایی در فرایندهای کنترلی دارد.موتورهای سه فاز زمانی که روشن می شوند یک تجهیز لجام گسیخته خواهند بود و فقط در این حالت از قابلیت چرخش محور آن در جهت چپ گرد یا راستگرد می توان استفاده نمود و یا از قدرت گشتاور محور  آن(یک گشتاور ثابت غیر قابل تغییر)

 

با توجه به اینکه به دلایل زیادی( ده ها دلیل) به صرفه است در صنعت از  موتورهای سه فاز روتور قفسه ای استفاده کنیم به جای موتورهایی مثل موتورهای DC، لذا می بایست فکری برای کنترل بهتر این موتورها از نظر:

سرعت چرخش محور بر دقیقه

استارت نرم

استاپ نرم

ترمز

میزان گشتاور خروجی

استارت پله ای و تدریجی

استاپ پله ای و تدریجی

حفاظت موتور

واسط کنترل موتور از طریق PLC

کنترل موتور از طریق پارامترهایی مثل حرارت

 

و…..

 میشد

لذا درایوها طراحی و ساخته شدند.

پس شروع می کنیم!

در موتورهای سه فاز نوع روتور قفسه ای که پر کاربردی ترین موتورهای صنعتی هستند روشهای مختلفی جهت کنترل و راه اندازی این موتورها وجود دارد.

روشهایی مانند:

راه اندازی مستقیم

راه اندازی به صورت ستاره-مثلث

راه اندازی به کمک اتو ترانس

راه اندازی به روش استارتر نرم

اما تمامی روشهای بالا فقط موتور را راه اندازی می کنند و در یکسری از این روشها مثل سه روش آخر، جریان راه اندازی موتور کاهش یافته و یا موتور نرم راه اندازی می شود.

ولی نیاز است برخی موارد دور موتور یا گشتاور موتور نیز کنترل شود.

این کار در موتورهای dc راحتتر قابل انجام است ولی موتورهای AC چطور؟

با توجه به ساختار موتورهای سه فاز روتور قفسه ای می دانیم که این قابلیت وجود دارد که با تغییر فرکانس ولتاژ موتور ، سرعت میدان دوار را تغییر دهیم.

رابطه سرعت میدان دوار در استاتور این موتورها به صورت رابطه زیر است:

سرعت میدان دوار به فرکانس و تعداد قطبها در موتور بستگی دارد.F فرکانس ولتاژی است که به موتور متصل می شود و P تعداد قطبهای موتور است.

جدول روبرو را ببینید.

همانطوری که می بینیم با تغییر فرکانس و تغییر قطب، سرعت میدان دوار تغییر می کند.اما در موتور سه فاز نمی توان قطبها را تغییر داد و فقط فرکانس قابل تغییر خواهد بود.

نکته اینکه سرعت میدان دوار هم دور در دقیقه است.

نکته: اگر در مورد موتورهای سه فاز روتور قفسه ای آشنایی کافی ندارید لطفا بر روی این لینک و این لینک کلیک کنید.

خوب سرعت میدان دوار چه ربطی به روتور دارد که در واقع قسمت گردنده موتور است؟

در این نوع موتورها روتور همیشه دنبال میدان استاتور میدود ولی به آن نمیرسد.

یعنی مثلا اگر سرعت میدان دوار در استاتور ۱۰۰۰ دور در دقیقه است ، سرعت روتور ۹۰۰ دور در دقیقه است به همین دلیل به این موتورهای موتورهای آسنکرون گفته می شود.

این اختلاف سرعت روتور و سرعت میدان دوار به درصد از رابطه زیر قابل محاسبه است که به آن لغزش می گویند.

رابطه لغزش در یک موتور سه فاز آسنکرون

و محاسبه برای یک موتور با سرعت سنکرون( میدان دوار) ۱۵۰۰ و سرعت روتور ۱۴۸۰

 

 این عدد لغزش در حالت بی باری در موتورها تقریبا ثابت است و تغییر نمی کند پس نتیجه می گیریم اگر با تغییر فرکانس مربوط به ولتاژ تغذیه موتور، سرعت میدان دوار تغییر کرد، با این عدد لغزش تقریبا ثابت، باید سرعت روتور هم تغییر کند ، درست است؟

پس این از تغییر سرعت در موتورهای روتور قفسه ای به کمک تغییر فرکانس.

برای تغییر فرکانس کار موتور، یک مدار نیاز است که این کار را انجام دهد.یعنی بتوانیم فرکانس برق سه فاز را تغییر دهیم و آن را به موتور متصل کنیم.

این مدار مسلما بایستی الکترونیکی باشد.در الکترونیک صنعتی مدارهایی جهت سوئیچ کردن ولتاژ DC  تبدیل آن به AC وجود دارند که با تغییر سرعت سوئیچ یا شکل موج سوئیچ کننده می توان فرکانس شکل موج خروجی را تغییر داد.این مدار همان اینورتر است.

پس کلمه اینورتر یعنی مبدل DC به AC که به اشتباه به درایو هم اینورتر می گویند و جلوتر خواهیم دید که اینورتر بخشی از مدار داخلی درایو است.

ابتدا یک نمونه مدار ساده را در شکل زیر آورده ایم

چهار کلید داریم که دو به دو برای مدت زمان کمی در حد ۲۰ میلی ثانیه وصل و سپس قطع می شوند.یعنی کلید شماره ۱ و ۲ با هم به مدت ۲۰ میلی ثانیه وصل و سپس قطع می شوند و سپس کلیدهای شماره ۳ و ۴ به همین ترتیب.

شکل موجی که دو سر Aو B خواهیم داشت به صورت مربعی خواهد بود با دامنه ۱۰ ولتی.

اما این شکل موج که سیسنوسی نیست و به اصلاح پر از هارمونی است.

حتی اگر سه تا از این مدارها داشته باشیم و سه شکل موج خروجی با ولتاژ ۳۸۰ ولتی، که هر کدام با شکل موج دیگر اختلاف فاز ۱۲۰ درجه ای داشته باشد باز هم به دلیل هارمونی های زیاد این شکل موج نمی توان آن را به یک موتور سه فاز متصل کرد.

شکل موج سبز هارموینک اصلی است که هم فرکانس با شکل موج مربعی شکل است.

شکل موج زرد که همان شکل موج مربعی است.

شکل موجهای قرمز و آبی همان هارمونیکهای غیر اصلی هستند با دامنه ها و فرکانسهای مختلف که زوج و فرد نامیده می شوند.

ترکیب ۱۷ عدد از این هارمونیکها و هارمونیک اصلی می شود شکل موج مربعی!

برای موتور سه فاز هارمونیک اصلی مناسب است ولی هارمونیکهای دیگر دارای دامنه زیادی هستند و لذا مناسب کارکرد موتور سه فاز نیستند.

چکار کنیم تا هارمونیک های فرعی کم دامنه و حتی حذف شود و هارمونیک اصلی دارای دامنه بیشتر شود؟

 

یک روش پالس دهی به آن کلیدها وجود دارد به اسم pwm که در این روش پالسهایی تولید می شود که فرکانسشان مدام در حال تغییر است.

یعنی عرض پالسها بر اساس دامنه یک شکل موج سیسنوسی تغییر می کند.

شکل زیر این پالسهای pwm را نشان میدهد:

هر جا موج سیسنوسی دامنه اش بیشتر است عرض پالسها بیشتر می شود و بالعکس.

این پالس را اگر به سوئیچ ها بدهیم(بایستی دو پالس داشته ابشیم با ۱۸۰ درجه اختلاف فاز) شکل موج دو سر A و B به سیسنوسی شبیهتر می شود .

اما ما سه فاز نیاز داریم؟

 

یک مداری در الکترونیک قدرت داریم به اسم مدار پل سه فاز که می توانیم شکل موجهای سه فازه در آن ایجاد کنیم.عملکرد آن شبیه مدار قبلی است. به جای کلیدها از یکسری سوئیچ الکترونیکی به نام IGBT ها  استفاده می کنیم.

 

شکل IGBT

خوب حالا به این ۶ عدد IGBT پالس ها PWM  می دهیم که نسبت به هم ۱۲۰ درجه اختلاف فاز دارند.

پس ۳ عدد شکل موج PWM نیاز داریم با اختلاف فاز ۱۲۰ درجه که هر شکل موج به دو عدد از IGBT ها متصل می شود.

حالا چرا شکل موج PWM ؟

خیلی وارد بحث ریاضی و تخصصی این قضیه نمی شویم و فقط این را بدانید که با این روش سوئیچ هارمونیکهای اصلی ما که به فرکانس مورد نیاز ما برای کنترل موتور نزدیک هستند دارای دامنه بیشتری می شوند و هارمونیکهای دیگر ( که برای ما مزاحم هستند) دامنه شان کم شده و تاثیرشان کمتر می شود( حتی می توان آنها را به کمک مدارهای مخصوص فیلتر و حذف نمود)

چگونه پالس PWM تولید کنیم؟

اکثر میکروکنترلرهای موجود در بازار خروجی PWM قابل کنترل دارند.

در درایوهای مختلف نوع پالسی که به این سوئیچ ها می دهیم متفاوت است و اساس کار همین است.مثلا در یکسری از درایوها از پالسهایی با نام SPWM استفاده می کنیم که کیفیت خروجی درایو بهتر می شود.

پس ولتاژ سه فاز  موجود در صنعت چه می شود؟مگر قرار نبود از این ولتاژ برای کنترل موتور استفاده کنیم؟

 

بله.ولتاژ موجود در کارگاه صنعتی که سه فاز هم است ابتدا توسط یک مدار یکسو کننده یکسو می شود این مدار در حالت ساده از یک پل دیودی مثل شکل زیر تشکیل شده است:

سه فاز کارگاه وارد این مدار پل می شود و خروجی DC خواهیم داشت.این خروجی DC پس از عبور از یک مدار صافی به پل ۶ تایی IGBT متصل می شود ، و خروجی این پل به موتور سه فاز متصل خواهد شد.

در نهایت مدار داخلی پایه از یک درایو به صورت شکل زیر خواهد بود:

در جلسه دوم از دوره درایوهای الکتریکی به بررسی بحث گشتاور در موتورهای الکتریکی و کنترل ان از طریق درایو و همینطور ساختار داخلی درایو خواهیم پرداخت

فیلم آموزشی زیر در درک مفاهیم گفته شده در مورد مدولاسیون pwm و اصول کار درایو بیشتر به شما کمک خواهد کرد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

  • >