راه اندازی موتور با درایو یک راهکار هوشمندانه برای غلبه بر همه چالش های راه اندازی و کنترل موتور است. موتورهای الکتریکی با تبدیل توان الکتریکی به قدرت مکانیکی، توان حرکتی ایجاد می کنند. هر کجا که حرکتی بدون دخالت دست نیاز باشد، وجود یک موتور الکتریکی الزامی است. رفتار حرکتی موتور با توجه به نیاز پروژه ممکن است متفاوت باشد. در یک جا مانند راه اندازی نوار نقاله ممکن نیاز داشته باشیم موتور به آرامی شروع به حرکت کند، به سرعت مشخصی برسد و در انتها به آرامی متوقف شود. در جایی دیگر ممکن است مانند همزن ها نیاز داشته باشیم موتور به صورت مکرر تغییر جهت بدهد. در این شرایط باید برای روشن و خاموش شدن های زیاد و تغییر جهت موتور برنامه داشته باشیم.
مهمترین چالش موتورها مربوط به لحظه راه اندازی موتور است. تکنیک ها و تجهیزات متفاوتی به منظور مدیریت این شرایط مورد استفاده قرار می گیرند. راه اندازی موتور با درایو علاوه بر رفع چالش های راه اندازی، مزایای مهم دیگری هم دارد که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت.
چالش های راه اندازی موتور الکتریکی
یکی از چالش هایی که در زمان راه اندازی موتور الکتریکی با آن روبرو هستیم، جریان زیادی است که موتور از شبکه می کشد. جریان راه اندازی در موتور القایی به 5 تا 10 برابر جریان نامی می رسد. یک موتور 3 اسب بخار با جریان نامی 10 آمپر را تصور کنید. این موتور در زمان راه اندازی50 تا 100 آمپر جریان از شبکه می کشد. سیم پیچ موتور القایی تحمل چنین جریانی را ندارد. عبور این جریان در سیم پیچ موتور گرمای شدیدی ایجاد می کند که باعث از بین رفتن عایق ها و کاهش عمر موتور می شود. اگر این شرایط ادامه داشته باشد خطر تصال کوتاه و آتش سوزی را به همراه دارد.
از طرفی شرایطی را در شبکه تصور کنید که در یک لحظه چندین موتور با هم راه اندازی شوند. عبور این جریان بالا می تواند افت شدید ولتاژ خط را به همراه داشته باشد. این به این معناست که چون توان خروجی ترانسفورماتور خط ثابت است، وقتی جریان بالا می رود ولتاژ افت پیدا می کند. افت ولتاژ خط به سایر تجهیزاتی که از آن شبکه تغذیه می شوند آسیب میرساند.
برای از بین بردن چالش جریان اولیه، روش های مختلفی جهت راه اندازی موتور القایی معرفی شده است. راه اندازی موتور با درایو یکی از این روش ها است. درایوها علاوه بر کنترل فرآیند راه اندازی و توقف، قابلیت کنترل عملکرد در تمام طول مدت کار موتور را نیز فراهم می آورند.
روش های راه اندازی موتور
موتور القایی سه فاز در شرایط عادی کار سرعت ثابتی دارد. منظور از راه اندازی مدتی است که موتور از حالت سکون خارج شده و شروع به حرکت می کند تا زمانی که به سرعت ثابت (نامی) خود می رسد. روش های مختلفی برای شروع به کار ایمن موتور القایی سه فاز وجود دارد. در ادامه به معرفی مختصر برخی از این روش ها می پردازیم.
جزئیات بیشتر در این زمینه در مقاله “روش های راه اندازی موتور سه فاز” بیان شده است.
راه اندازی مستقیم یا ولتاژ کامل
در این روش موتور به صورت مستقیم به ولتاژ کامل منبع تغذیه متصل می شود. این روش برای موتورهای کوچک با جریان راه اندازی کم و گشتاور پایین استفاده می شود. با این روش هیچ کنترلی بر راه اندازی و حرکت موتور نداریم.
راه اندازی با تغییر مقاومت استاتور
در این روش و در زمان شروع به کار موتور، مقاومت هایی به صورت سری در مسیر سیم پیچ قرار می گیرند. با افزایش سرعت و به تبع آن مقاومت در سیم پیچ های موتور، مقاومت سری شده به تدریج از مدار خارج می شود.
راه اندازی با ولتاژ کاهش یافته
در این روش ابتدا موتور با ولتاژ کوچکی شروع به کار می کند. سپس ولتاژ در چند مرحله به مقدار نامی خود می رسد. این تکنیک در سافت استارتر مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از این روش بر روی راه اندازی (و در صورت نیاز توقف) موتور الکتریکی کنترل داریم.
راه اندازی موتور با درایو یا کنترل فرکانس:
در این روش کنترل از طریق مدیریت فرکانس ولتاژ تغذیه صورت می پذیرد. به همین دلیل علاوه بر مدیریت شرایط موتور در زمان راه اندازی و توقف، امکان کنترل موتور به طور کامل درحین کار و به طور کامل نیز وجود دارد.
درایو چیست
درایو فرکانس متغیر (VFD) یکی از تجهیزات راه اندازی موتور است که علاوه بر زمان استارت و توقف موتور، در طول دوره کاری آن نیز می تواند سرعت موتور را کنترل می کند. درایو اینکار را از طریق تغییر همزمان ولتاژ و فرکانس تغذیه در استاتور انجام می دهد. طبق رابطه زیر سرعت موتور (Ns) با فرکانس رابطه مستقیم دارد. بنابراین با کنترل فرکانس می توان سرعت چرخش موتور را مدیریت می شود.
اما از طرفی کاهش فرکانس باعث افزایش شار مغناطیسی می شود که خود افزایش جریان بی باری را به دنبال دارد.
بدین ترتیب در روش راه اندازی موتور با درایو، فرکانس و ولتاژ تغذیه به صورت همزمان (نسبت ) کنترل می شوند.
جزئیات بیشتر در مورد این تجهیزات را در مقاله “درایو چیست و چه کاربردی دارد” ببینید.
عملکرد درایو VFD
برای تغییر فرکانس باید ولتاژ AC با فرکانس خط را به ولتاژ AC با فرکانس مطلوب تبدیل نماییم. برای این کار ابتدا ولتاژ AC به DC تبدیل می شود. سپس ولتاژ AC با فرکانس مورد نظر را تولید می کنیم. در ادامه مراحل این فرایند توضیح داده شده است.
مرحله اول تبدیل ولتاژ AC به DC
در این مرحله با استفاده از یکسو کننده های دیودی ولتاژ AC را به DC تبدیل می کنیم. هر دیود جریان را در یک نیم سیکل از خود عبور می دهد. بنابراین برای عبور نیم سیکل مثبت و منفی هر یک از فازها به دو دیود نیاز داریم. در مجموع مبدل AC به DC درایو از شش دیود تشکیل می شود.
مرحله دوم باز تولید ولتاژ AC
در این مرحله ولتاژ DC با استفاده از اینورتر به ولتاژ AC تبدیل می شود. در بخش اینورتر درایو از دو ترانزیستور برای سوئیچینگ و تبدیل ولتاژ هر فاز استفاده می شود. اگر بخواهیم فرکانس موتور را به 30 هرتز کاهش دهیم، ترانزیستورهای خروجی با سرعت کمتری تغییر وضعیت می دهند. یا به عبارت بهتر سرعت کلیدزنی کاهش پیدا می کند.
مزایای راه اندازی موتور با درایو
استفاده از درایو را می توان به عنوان بهترین روش راه اندازی موتور معرفی کرد. درایوها قادرند چالش های مرتبط با راه اندازی موتور را مرتفع کنند. کاهش جریان اولیه راه اندازی موتور در کنار رفع چالش تکان های شدید ناشی از شروع به کار و توقف موتور، از جمله مزایای استفاده از درایو است. علاوه بر این راه اندازی موتور به کمک درایو، امکان کنترل دقیق عملکرد موتور را برای شما فراهم می کند. با استفاده از درایو در هر لحظه می توانید بر عملکرد موتور نظارت دقیق داشته باشید. این قابلیت ضمن افزایش طول عمر تجهیزات سبب بهبود چشمگیر کیفیت محصول نهایی خواهد شد.
اما اگر از درایو برای کنترل عملکرد موتوراستفاده کنید، از مزایای جذاب و ارزشمند دیگری نیز بهره مند خواهید شد. در ادامه نگاهی گذرا بر سایر مزایای راه اندازی موتور با درایو خواهیم داشت.
افزایش بهره وری
یکی از مهمترین مزایای درایوها، افزایش بهره وری و کاهش مصرف انرژی است. با استفاده از VFD ها، می توان عملکرد موتور را طوری تنظیم کرد که بر اساس تقاضا با سرعت بهینه کار کند. این قابلیت منجر به صرفه جویی قابل توجه در انرژی مصرفی می شود.
موتورها با توان نامی مشخصی تولید می شوند. در روش های قدیمی موتور با توان نامی خود کار می کند و در صورت نیاز با استفاده از چرخ دنده ها سرعت را تا مقدار مورد نیاز کاهش می دهند. اما راه اندازی موتور با درایو امکان کنترل دقیق سرعت را در اختیارمان قرار می دهد. بنابراین نیازی به چرخیدن موتور با دور نامی نیست. لذا بهره وری به میزان چشم گیری افزایش و مصرف انرژی کاهش می یابد.
کاهش هزینه ها
راه اندازی موتور با درایو، تنها روشی است که امکان کنترل سرعت موتور در تمام مدت کارکرد آن را فراهم می کند. لذا در مواردی که تمام توان موتور مورد نیاز نیست می توانیم سرعت موتور را متناسب با بار مورد نیاز تنظیم کنیم. این قابلیت تنها در راه اندازی موتور با درایو در دسترس است.
موتورها سهم زیادی از مجموع مصرف برق شبکه را به خود اختصاص می دهند. با استفاده از VFD امکان مدیریت بهینه مصرف برق و صرفه جویی در هزینه ها فراهم میشود.
افزایش عمر تجهیزات
وقتی موتور در تمام مدت کار خود با سرعت بهینه حرکت می کند و شروع به کار و توقف نرمی دارد، تجهیزات متصل به آن کمتر دچار تنش مکانیکی میشوند و در نتیجه کمتر در معرض سایش و آسیب قرار می گیرند.
راه اندازی موتور با درایو از بروز برخی خطاها در سیستم پیشگیری می کند. این امر باعث بالا بردن بهره وری و افزایش عمر موتور می شود.
برندهای درایو موجود در بازار
به منظور راه اندازی موتور با درایو، آشنایی با برندهای مختلف تولید کننده درایو و مشخصات محصولات هرکدام، ضروری است. در مقاله راهنمای انتخاب درایو به تمام نکات مهمی که باید در انتخاب درایو مورد توجه قرار بگیرند اشاره کرده ایم. در اینجا به معرفی برخی برندهای معتبر موجود در بازار می پردازیم.
درایو زیمنس
راه اندازی موتور با درایو زیمنس خیال شما را از عملکرد مطمئن و پایدار سیستم در دراز مدت راحت می کند. برای آشنایی با قدمت درایوهای فرکانس متغیر زیمنس کافی است سری به تاریخچه درایو زیمنس بزنید. به صورت کلی محصولات زیمنس در حوزه درایو را می توان به دو خانواده کلی زیر تقسیم کرد:
خانواده میکرومستر درایوهای قدیمی زیمنس هستند. اگر چه هنوز برخی از کدهای این محصولات در بازار موجود است. به دلیل نیازهای مبرم ارتباطی در نسل های جدید اتوماسیون صنعتی، زیمنس اقدام به عرضه خانواده جدید سینامیکس کرده است. مهمترین تفاوت این درایوها با خانواده سینامیکس، در پشتیبانی از پروتکل های ارتباطی نسل جدید است.
درایو اشنایدر
درایوهای اشنایدر طیف بسیار گسترده ای دارند. اگر قصد راه اندازی موتور با درایو اشنایدر را دارید، لازم است ابتدا نوع کاربرد خود را مشخص کنید. خانواده آلتیوار اشنایدر در سه گروه درایوهای ماشین، پروسس یا فرآیند و HVAC یا ساختمانی دسته بندی می شوند. این تجهیزات با حروف مشخصه ATV شناخته می شوند.
سایر برندها
برندهای زیمنس و اشنایدر را می توان معروفترین برندهای موجود در بازار ایران معرفی کرد. اما علاوه بر این برخی دیگر از برندهای اروپایی و آسیایی نیز در بازار موجودند که مخاطبان خاص خود را دارند. از جمله این برندها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- درایو ABB
- درایو LS
- درایو DELTA
- درایو DANFOOS
- و …
جمع بندی
روش های مختلفی برای کنترل و راه اندازی موتور الکتریکی وجود دارد. یکی از بهترین روش ها، راه اندازی موتور با درایو است. درایوها از تکنیک تنظیم فرکانس برای کنترل عملکرد موتور بهره می برند. VFD تنها تجهیزی است که علاوه بر راه اندازی و توقف نرم موتور، قادر است کنترل دقیقی رو عملکرد آن در طول زمان استفاده داشته باشد. علاوه بر این کاهش هزینه ها، افزایش بهره وری و افزایش عمر تجهیزات از دیگر مزایای راه اندازی موتور با درایو است. همین حالا با ورود به فروشگاه زیمنس کالا، انواع درایو زیمنس را با ضمانت اصالت کالا و خدمات پس از فروش سفارش دهید.