درایو زیمنس:
کنترل موتورهای الکتریکی از جمله چالش های مهم حوزه اتوماسیون است. تجهیزات متنوعی برای کنترل موتورها طراحی و به بازار عرضه شده است. درایو زیمنس از جمله تجهیزات کارامد و مطمئن است که برای کنترل انواع موتور الکتریکی می توان از آن بهره برد.
درایو فرکانس متغیر زیمنس (VFD)، یک دستگاه الکترونیکی پیشرفته است که جهت کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی طراحی شده است. کنترل دقیق، بهره وری انرژی و افزایش عملکرد از جمله مزایای استفاده از درایو زیمنس در پروژه های صنعتی است. در ادامه به معرفی VFD های زیمنس می پردازیم و ویژگی ها و مزایای کلیدی آن ها را بررسی می کنیم.
درایو چیست؟
درایو یا اینورتر، از جمله تجهیزات مورد استفاده در کنترل موتورهای الکتریکی است. درایو در کنار سافت استارتر از جمله پرکاربردترین تجهیزات راه اندازی موتورهای الکتریکی هستند. سافت استارتر از روش کاهش ولتاژ برای راه اندازی و توقف نرم موتورها استفاده می کند. اما درایو با تغییر فرکانس ولتاژ تحویل شده به موتور، سرعت آن را تنظیم می کند.
طبق روابط فیزیکی، سرعت موتور(دور موتور) با فرکانس ولتاژ تغذیه رابطه مستقیم دارد. درایوها براساس همین اصل فیزیکی طراحی شده اند. اساس کار درایوها تبدیل ولتاژ AC منبع به ولتاژ DC و سپس تولید یک ولتاژ AC با فرکانس متغیر جهت تحویل به موتور است. براین اساس درایو ها شامل سه بخش کلی یکسوساز، اینورتر و کنترل کننده هستند.
یکسوساز وظیفه تبدیل ولتاژ AC به DC را بر عهده دارد. مدار کنترل وظیفه تنظیم سرعت سوئیچینگ ترانزیستورها و در نتیجه فرکانس ولتاژ خروجی را بر عهده دارد. اینورتر نیز وظیفه تبدیل ولتاژ DC به ac را بر عهده دارد.
جزئیات بیشتر در مورد ساختار و عملکرد درایوها را می توانید در مقاله “درایو چیست و چه کاربردهایی دارد؟” ببینید.
درایو زیمنس
درایو زیمنس با نام های اینورتر، درایو فرکانس متغیر (Variable Frequency Drive، درایو سرعت متغیر (VSD) یا درایو فرکانس قابل تنظیم (AFD) نیز شناخته می شود. از این دستگاه های پیچیده برای تنظیم سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی استفاده می شود. درایوها قابلیت تنظیم فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور را ارائه می دهند و در نتیجه کنترل دقیقی بر عملکرد موتور دارند.
علاوه بر این برخی قابلیت های ارتباطی و حفاظتی به آن ها اضافه شده است که در عین کارایی بالا و مطمئن، حفاظت قابل اعتمادی از موتور به عمل می آورند. محصولات زیمنس به دلیل کیفیت ساخت بالا و عملکرد مطمئن از جمله محبوبترین برندهای موجود در بازار ایران و جهان هستند. با این وجود برخی ویژگی های کلید در درایوهای زیمنس وجود دارد که آن ها را از سایر محصولات متمایز می کند.
ویژگی های کلیدی VFD های زیمنس
درایوهای فرکانس متغیر زیمنس (VFD) مزایای متعددی دارند که آنها را به گزینه ای ارجح برای کنترل موتور در صنایع مختلف تبدیل می کند. از بهره وری انرژی گرفته تا کنترل دقیق و ویژگی های پیشرفته، VFD های زیمنس مزایای قابل توجهی را ارائه می دهند که عملکرد موتور را بهینه می کند و به کارایی کلی سیستم کمک می کند. در ادامه مزایای کلیدی درایو زیمنس را به تفصیل بررسی خواهیم کرد.
بهره وری انرژی
VFD های زیمنس با قابلیت صرفه جویی در مصرف انرژی طراحی شده اند. این قابلیت کارآمدی آن ها در کنترل موتورهای الکتریکی را افزایش می دهد. این درایوها با تنظیم فرکانس و ولتاژ ارائه شده به موتور بر اساس نیاز بار، عملکرد موتور در سطح بهینه بازدهی را تضمین می کنند. کنترل دقیق، مصرف انرژی غیر ضروری را حذف می کند و در نتیجه صرفه جویی قابل توجه در انرژی و هزینه های عملیاتی را به همراه دارد.
کنترل دقیق و انعطاف پذیری
یکی از مزیت های اصلی VFD های زیمنس توانایی آنها در کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور است. تنظیم دقیق فرکانس و ولتاژ، امکان تنظیم دقیق عملکرد موتور را برای برآوردن نیازهای کاربردی خاص فراهم می کند. از سوی دیگر درایوهای زیمنس امکان ادغام یکپارچه با سیستم‌های اتوماسیون صنعتی را دارند و انعطاف‌پذیری و سازگاری با شرایط عملیاتی مختلف را فراهم می‌کنند.
شروع و توقف نرم
VFD زیمنس قابلیت شروع و توقف نرم را ارائه می دهند. درایوها سرعت موتور را در هنگام راه اندازی و خاموش شدن به آرامی افزایش یا کاهش می دهند. این عملکرد فشار مکانیکی، سایش موتور و تجهیزات متصل به آن را کاهش و طول عمر آنها را افزایش می دهد. علاوه بر این نیازهای تعمیر و نگهداری را به حداقل می رساند. راه اندازی و توقف نرم از اختلالات شبکه برق و افت ولتاژی که ممکن است در طول عملیات ناگهانی موتور رخ دهد جلوگیری می کند.
پاسخ دینامیک و سازگاری با بار
VFD های زیمنس قابلیت پاسخ دینامیکی عالی دارند و امکان تنظیم سریع سرعت و گشتاور موتور بر اساس تغییر شرایط بار را فراهم می کنند. این پاسخگویی، کنترل کارآمد تقاضای بارهای مختلف را امکان پذیر و عملکرد و بهره وری بهینه موتور را تضمین می کند. توانایی VFD ها برای انطباق با نیاز بارهای مختلف، آنها را برای کاربردهایی که در آن شاهد نوسان بار و تغییر سرعت موتور هستیم مناسب می کند.
ویژگی های تشخیصی پیشرفته
درایوهای زیمنس مجهز به قابلیت های تشخیصی پیشرفته هستند که نظارت و بازخورد زمان واقعی از عملکرد موتور و شرایط عملکرد را امکانپذیر می کند. VFD های زیمنس خطاها، بی نظمی ها و رفتارهای غیرعادی بالقوه را شناسایی و گزارش می کنند. در نتیجه امکان عملیات تعمیر و نگهداری پیشگیرانه و تشخیص زود هنگام معایب سیستم فراهم می شود. این قابلیت به کاهش زمان خرابی، بهینه سازی قابلیت اطمینان سیستم و کاهش خطر خرابی غیرمنتظره تجهیزات کمک می کند.
طیف گسترده برنامه های کاربردی
درایوهای زیمنس کاربرد گسترده ای در صنایع و کاربردهای مختلف دارند. فرآیندهای اتوماسیون صنعتی، سیستم های HVAC، تاسیسات تصفیه آب و فاضلاب، سیستم های انرژی تجدیدپذیر، اتوماسیون ساختمان و … از جمله مهمترین کاربردهای این تجهیزات است. VFD های زیمنس راه حل های کنترل کارآمدی را در طیف گسترده ای از کاربردها ارائه می دهند که به بهبود عملکرد سیستم و بهینه سازی انرژی کمک می کند.
انواع درایو زیمنس
زیمنس طیف وسیعی از درایوها را برای کاربردهای مختلف ارائه می کند. Vfd های زیمنس را می توان در دو خانواده کلی درایوهای Siemens MICROMASTER و SINAMICS دسته بندی کرد. هر خانواده اعضای مختلفی دارد که در ادامه مورد بررسی قرار خواهیم داد. خانواده MICROMASTER نسل قدیم درایوهای زیمنس است که در بسیاری از صنایع هنوز با قدرت به کار خود ادامه می دهند.
خانواده SINAMICS نسل جدید درایوهای زیمنس است که بهبودهای گسترده ای نسبت به نسل قبلی خود داشته است. از جمله این بهبودها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تنظیمات ساده تر با رابط گرافیکی و امکان ادغام در پورتال TIA
- نصب و راه اندازی سریعتر
- تشخیص خطا و عیب یابی ساده تر
- انتقال ساده داده ها و تنظیمات با استفاده از کارت حافظه
- طیف گسترده سخت افزاری برای برنامه های مختلف
- ارتباط راحت با کامپیوتر به کمک رابط USB
- اضافه شدن قابلیت های حفاظتی پیشرفته
- سهولت اتصال به سیستم اتوماسیون
- طراحی جمع و جور و ابعاد کوچکتر
با این وجود هریک از این درایوها همچنان کاربردهای گسترده ای در صنایع مختلف دارند.
خانواده درایو MICROMASTER زیمنس
این درایوها قابلیت عملکرد مطمئن و کنترل پارامترهای عملکردی موتور را ارائه می کنند. کنترل سطح ولتاژ، جریان و گشتاور موتور از جمله قابلیت های این خانواده است. اعضای این خانواده در چهار گروه اصلی زیر قرار می گیرند:
- درایو میکرومستر 410
- درایو میکرومستر 420
- درایو میکرومستر 430
- درایو میکرومستر 440
این خانواده درایوهای زیمنس بازه 0.12 تا 250 کیلووات را پوشش می دهند. لازم به ذکر است در سیستم تکفاز حداکثر تا توان 11 کیلووات قابل استفاده هستند.
خانواده درایو زینامیکس زیمنس
نسل جدید درایو های زیمنس تحت عنوان خانواده سینامیکس به بازار عرضه شده اند. درایو سینامیکس زیمنس در سه گروه کلی V ،G و S دسته بندی می شوند. سری V برای کاربردهای پایه ای طراحی شده است. سری G در کاربردهای متوسط مورد استفاده قرار می گیرد و سری S برای کارهای سنگین و کاربردهای ویژه طراحی شده است. خانواده سینامیکس نسبت به درایوهای میکرومستر دو تفاوت عمده دارند:
- خانواده سینامیکس از تکنولوژی های جدید تر بهره می برند بنابراین ابعاد کوچکتری دارند.
- درایوهای سینامیکس از پروتکل های ارتباطی مختلفی پشتیبانی می کنند. این درایوها به منظور ادغام با سیستم های جدید اتوماسیون صنعتی مناسب سازی شده اند.
بسته به نوع کاربرد، توابع عملیاتی و توان مورد نیاز، نمونه های مختلفی از درایو زیمنس را می توانید انتخاب کنید. رایج ترین سری های درایو سینامیکس در بازار ایران به همراه حوزه کاربرد هر یک را در زیر به اختصار معرفی کرده ایم.
- درایو V20: جهت استفاده در کاربردهای پایه با رنج توان 0.12 تا 30 کیلو وات
- درایو V90: این درایو به صورذت ویژه برای کنترل سروو موتورها تولید شده است و کاربرد خاص دارد
- درایو G120 : این درایوها برای کاربردهای پایه تا متوسط طراحی شده اند و رنج توان 0.37 تا 250 کیلو وات را پوشش می دهند. شاخصه اصلی این سری از محصولات زیمنس طراحی ماژولار و انعطاف پذیری بالای آن ها است.
- درایو G120C : این خانواده چگالی توان بالایی دارند و به صورت مستقیم راه اندازی می شوند. رنج توان تحت پوش این سری 0.55 تا 132 کیلووات است.
کاربردهای درایو زیمنس
در دنیای اتوماسیون صنعتی، درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نقش مهمی در افزایش بهره وری انرژی و کنترل فرآیند دارند. درایوهای زیمنس به عنوان یک ارائه دهنده پیشرو راه حل های اتوماسیون، در صنایع مختلفی کاربرد دارند. در ادامه به بیان مهمترین کاربردهای این تجهیزات می پردازیم.
کنترل پمپ ها و فن ها
پمپ ها و فن ها از جمله اجزای ضروری فرآیندهای مختلف صنعتی هستند. VFD های زیمنس با تنظیم سرعت این دستگاه ها، امکان عملکرد کارآمد را فراهم کرده و امکان صرفه جویی قابل توجه در مصرف انرژی انرژی را فراهم می کنند. بهینه سازی جریان آب در سیستم خنک کننده باشد یا تنظیم جریان هوا در سیستم تهویه، VFD های زیمنس کنترل دقیقی را ارائه می دهند و به بهینه سازی کلی فرآیند کمک می کنند.
سیستم های نوار نقاله
سیستم های نوار نقاله به طور گسترده در صنایعی مانند معدن، لجستیک و تولید استفاده می شود. VFD های زیمنس با کنترل سرعت و گشتاور موتور، عملکرد روان و کارآمد تسمه های نقاله را امکان پذیر می کنند. قابلیت تنظیم سرعت نوار نقاله بر اساس نیاز تولید، به کاهش مصرف انرژی و بهبود بهره وری کمک می کند.
کمپرسورها
کمپرسورها در کاربردهای مختلف صنعتی از جمله تبرید، فشرده سازی هوا و پردازش گاز نقش حیاتی دارند. VFD های زیمنس امکان کنترل دقیق سرعت کمپرسور را فراهم می کنند و سبب صرفه جویی در انرژی و بهبود راندمان فرآیند می شوند. توانایی تطبیق سرعت کمپرسور با تقاضای خروجی مورد نیاز، عملکرد بهینه را تضمین می کند و سایش و پارگی تجهیزات را کاهش می دهد.
اکسترودرها
اکسترودرها معمولا در صنایعی مانند پلاستیک، فرآوری مواد غذایی و داروسازی استفاده می شوند. VFD های زیمنس کنترل دقیقی بر روی سرعت موتور اکسترودر ارائه می دهند. این قابلیت در رسیدن به کیفیت محصول ثابت کمک می کند و ضایعات مواد را کاهش می دهد. VFD های زیمنس با تنظیم سرعت در مراحل مختلف فرآیند اکستروژن، انعطاف پذیری و بهره وری را افزایش می دهند.
برج های خنک کننده
برج های خنک کننده جزء لاینفک سیستم های HVAC در ساختمان های تجاری و تاسیسات صنعتی هستند. VFD های زیمنس کنترل کارآمدی را بر روی فن های برج خنک کننده ارائه می دهند و امکان خنک سازی و صرفه جویی بهینه انرژی را فراهم می کنند. درایو زیمنس با تنظیم سرعت فن بر اساس شرایط محیطی و نیازهای خنک کننده، به حفظ شرایط محیط داخلی و در عین حال به حداقل رساندن مصرف انرژی کمک می کند.
واحدهای هواساز
واحدهای جابجایی هوا (AHUs) مسئول تنظیم گردش هوا و دما در سیستم های HVAC هستند. VFD های زیمنس کنترل دقیق روی سرعت موتورهای AHU را امکان پذیر می کنند و عملکردی کم مصرف را به همراه دارند. VFD های زیمنس با تنظیم سرعت فن بر اساس سطح اشغال و کیفیت هوای داخل ساختمان، هزینه های انرژی را کاهش می دهند.
سیستم های چیلر
سیستم های چیلر به طور گسترده برای کاربردهای خنک کننده در ساختمان های تجاری، بیمارستان ها و مراکز داده استفاده می شوند. VFD های زیمنس کنترل دقیقی بر روی سرعت کمپرسور چیلر ارائه می دهند که امکان خنک سازی کارآمد و صرفه جویی در انرژی را فراهم می کند. با تنظیم سرعت بر اساس تقاضای خنک‌کننده، درایو زیمنس عملکرد سیستم‌های چیلر را بهینه می‌کند و راندمان انرژی کلی را افزایش می‌دهد.
جمع بندی
درایو زیمنس از جمله تجهیزات صنعتی پرکاربرد است که امکان کنترل دقیق موتورها را فراهم می کند. درایوها از تکنیک کنترل فرکانس برای تنظیم سرعت موتور استفاده می کنند. درایو ولتاژ AC ورودی را به ولتاژ DC تبدیل می کند. سپس با استفاده از مدارات کلیدزنی قدرت یک سیگنال AC ثانویه تولید و به موتور اعمال می شود. با تنظیم سرعت و بازه زمانی کلید زنی ترانزیستورها می توان فرکانس ولتاژ تحویل شده به موتور را تنظیم کرد.
علاوه بر این حفاظت پیشرفته از موتور و قابلیت برنامه ریزی ساده و اتصال به TIA پورتال، از جمله مزایای دیگر درایوهای فرکانس متغیر زیمنس است.
سوالات متداول
آیا VFD های زیمنس با موتورهای موجود سازگار هستند؟
بله، VFD های زیمنس به گونه ای طراحی شده اند که با طیف گسترده ای از موتورها سازگار باشند، و قابلیت پیاده سازی تنظیمات موجود را دارند.
آیا می توان VFD های زیمنس را با سیستم های اتوماسیون ادغام کرد؟
بله. درایو زیمنس قابلیت ادغام یکپارچه با سیستم های اتوماسیون را دارند و امکان کنترل و نظارت متمرکز را فراهم می کنند.
آیا VFD های زیمنس قابلیت صرفه جویی در مصرف انرژی دارند؟
بله، بهینه سازی سرعت و گشتاور موتور، سبب کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه می شود. درایو زیمنس امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور را فراهم می کند.