درایو چیست؟

صنعت الکترونیک و برق در ایران و سایر اقصی نقاط جهان امکان استفاده از سایر وسایل و دستگاه های قدرتمند و پیشرفته را آسان تر کرده است. یکی از تجهیزاتی که امکان استفاده از دستگاه های بزرگ در کارخانجات تولیدی و سایر مکان های مختلف را آسان کرده، درایو است. یکی از بهترین مزایایی که افزایش خرید درایوهای مختلف را در صنایع برزگ افزایش داده، امکان کنترل کردن دور موتور و کاهش انرژی برق است. در این مقاله با معرفی کامل “درایو چیست؟” کاربرد و مزایای آن آشنا می شویم.

درایو موتور چیست؟

واژه درایو AC به دلیل کاربردهای مختلفی که دارد، ممکن است با معانی متفاوت نیز شناخته شود. اما به طور کلی به دستگاهی که توانایی کنترل یک ماشین الکترونیکی را دارد، درایو گفته می شود. برای مثال یکی از کاربردها و توانایی های عمده، خرید درایو جهت کنترل دور الکتروموتورهای به کار رفته در یخچال، سیستم تهویه، آسانسورها، یا ترن های برقی است. همچنین برای آسانسورها امکان استفاده و خرید درایو آسانسور نیز تا حد زیادی کار را برای افراد فعال در این حوزه آسان تر کرده است. برای درک بهتر این موضوع بحث را با یک مثال ادامه می دهیم. کنترل دور موتور یک سیستم تهویه و در نتیجه کنترل حجم هوا با استفاده از درایو دو مزیت ویژه خواهد داشت. اولین مزیت راحتی کار سیستم تهویه و دومین مزیت کاهش مصرف انرژی برق و گازهای گلخانه ای می شود. این ویژگی به گونه ای است که درایوها قادرند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی به صورت پیوسته تغییر دهند. تنظیم و تغییر دور در الکتروموتور یک مزیت ویژه دارد. این تنظیم دور علاوه بر افزایش انعطاف پذیری پروسه های مختلف در صنایع، باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود. علاوه بر این، برای راه اندازی و شروع کار لازم است که دستگاه های قدرتمند از یک شبکه اصلی استفاده کنند. استفاده از درایو در این موارد نیز باعث کاهش مصرف و دریافت جریان انرژی از شبکه اصلی می شود. تا حدی که این جریان دریافتی خیلی کم تر از جریان نامی موتور می شود.

زمان روی کار آمدن درایوهای کنترل دور

 در سال های اخیر کنترل دور الکتروموتور روی تکنولوژی کنترل سرعت موتورهای القایی و موتورهای سنکرون تمرکز بیشتری دارند. موتورهای جریان مستقیم به سادگی و با سرعت قابل توجهی می توانند سرعت موتور را کنترل کنند. به همین جهت سال های متوالی است که از آن استفاده می کنند. علاوه بر این، به دلیل سهولت و سادگی کنترل دور موتور جریان مستقیم می توانید با تعمیرات آسان مجددا از آن ها استفاده کنید. برای مثال در جاروبک ها و کموتاتورها دارای قطعات مکانیکی مستهلک شونده هستند که باید به صورت دوره ای بازدید شده و در صورت نیاز تعمیر یا باید قطعات جدیدتر جایگزین شوند. طی تحقیقات مختلف مشخص شد که ماشین های جریان مستقیمی که دارای این قطعات هستند، باعث ایجاد آلودگی و خطر می شوند. به همین جهت در سال 1985 میلادی شرکت آمریکایی GE یک دستگاه با ویژگی های منحصر به فرد شامل اجزای نیمه هادی قابل کنترل با تریستور (thyristor)را تولید کرد. این دستگاه قابلیت کنترل سرعت در الکتروموتورهای القایی با درایو AC را فراهم کرد. درایو AC یا اینورتر به معنای تغییر شکل معکوس (Inverse Transformation) است. در واقع درایو جریان متناوب با تبدیل جریان متناوب تک فاز یا سه فاز به DC و تبدیل کردن مجدد آن به سه فاز متناوب با فرکانس و دامنه متغیر قادر است میزان چرخش و سرعت موتور القایی را کنترل کند. برای تبدیل کردن جریان مستقیم به جریان متناوبی که قابل کنترل باشد، نیز از عناصر نیمه هادی از جمله تریستور (thyristor) استفاده می گردد.

تاریخچه اولین درایو متناسب ترانزیستوری

عناصر نیمه هادی از جمله تایرستورها محدودهای مختلفی هنگام استفاده از دستگاه های بزرگ داشتند. یکی از محدودیت های فنی تایرستورها پاسخ کند یا آهسته با تکنولوژی دور به روش V/F است. در این روش نسبت ولتاژ و فرکانسی که روی موتور اعمال می شود، ثابت است. به همین دلیل رنج کنترل سرعت آن حدود 1:10 یا کم تر از این مقدار است. بنابراین می توان گفت که کنترل دور با روش V/F پاسخ سریعی ندارد و کاربرد عمده آن برای سیستم هایی است که نیاز به تغییرات بار چندان زیادی ندارند. به همین جهت در گذشته هم از موتورهای جریان مستقیم در سیستم های سرعت بالا و کنترل دور پیوسته استفاده می شد. با وجود بروز این محدودیت ها شرکت های تولید کننده تجهیزات نیمه هادی تمرکز خود را روی توسعه درایوهای ترانزیستوری سرعت بالا قرار دادند. پس از چندین سال انجام آزمون و خطا شرکت یاسکاوا توانست درایو کنترل سرعت الکتروموتور با سرعت بالا را برای ماشین آلات تولید کند. با تولید این درایو متناوب اولین درایو متناوب در دنیا است که در سال 1974 میلادی با مدل VS- 616T تولید و ارائه شد.

ویژگی و کاربردهای درایو چیست؟

یکی از اصلی ترین و مهم ترین کاربردهای درایو کنترل سرعت است. اما سوال مهم این است که درایو AC چگونه دور الکتروموتور را کنترل می کند؟ برای تغییر سرعت الکترو موتور یا چرخش دورانی شفت، درایو فرکانس تحویلی به موتور را کنترل می کند. در صورتی که فرکانس افزایش یابد، دور الکتروموتور نیز افزایش می یابد. از طرف دیگر با کاهش یافتن فرکانس دور موتور نیز پایین می آید. بنابراین می توان گفت درایو AC با روش تغییر فرکانس می تواند دور الکترو موتور القایی را کنترل کند.

روش کنترل V/F و Vector در درایو AC چگونه است؟

سال هاست از ماشین آلات سنگین و محرک های مختلف در صنایع متفاوت استفاده می شود. اما سوال و نکته مهمی که وجود دارد این است که فرکانس خروجی درایوها چگونه کنترل می شود؟ همچنین روش مناسب کنترل برای ماشین های مختلف چگونه است؟ به طور کلی می توان گفت روش استاندارد در کنترل درایوهای AC  برای کاربردهای عمومی و نسبتا زیاد در دو بخش Vector و V/F انجام می شود. روش V/F برای کنترل و ثابت نگه داشتن نسبت ولتاژ و فرکانس خروجی درایو انجام می گردد. برای مثال یک درایو 200 ولت AC در فرکانس 60 هرتز با ولتاژ خروجی 200 و فرکانس 30 هرتز و فرکانس خروجی 100 ولت کار می کند. به دلیل این که رابطه مستقیم و مشخصی که بین فرکانس و ولتاژ وجود دارد، از این نوع درایو می توان برای کنترل سرعت چند الکتروموتور به صورت همزمان استفاده کرد.

در روش دیگر (روش Vector) به معنی جدا کردن دو نوع جریان موجود در الکتروموتور است. 1- جریان اول: جریان گشتاور . جریان گشتاور باعث تولید نیرو می شود. 2- جریان دوم : جریان تحریک (باعث تولید میدان مغناطیسی در موتور می شود.) در واقع روش وکتور می توان مقدار و جهت جریان دریافتی از الکتروموتور را به صورت برداری محاسبه و بررسی کند. این روش به دلیل این که جریان مورد نیاز الکتروموتور و خصوصیاتی که دارد قابل تشخیص است ، توانایی کنترل کردن الکتروموتورها با خطای بسیار پایین و دقت بسیار مطلوب را دارد.

کاربرد درایو در صنعت چیست؟

معرفی و ساخت درایوهای AC تاثیر زیادی در بهبود بهره وری کارخانجات مختلف دارد و به توسعه صنعت کمک ویژه ای کرد. درایوهای AC به راحتی به یک سیستم کنترل سرعت در الکتروموتورها تبدیل می شود. به همین دلیل جهت خرید درایو صنعتی بهترین مزایای الکتروموتورها می توان به کاهش مصرف انرژی، راه اندازی و توقف نرم دستگاه، کاهش سایز تجهیزات انتقال توان در مسیر الکتروموتور، سادگی در تغییر جهت گردش آن ها اشاره کرد. از مزایای بهتر و کامل درایوها  در صنایع مختلف در ادامه می پردازیم:

• کنترل سرعت – گشتاور با تغییر فرکانس:

 اولین استفاده گسترده از درایو AC در صنعت نساجی در سال 1970 میلادی آغاز شد و سپس گسترش یافت. صنعت نساجی دارای پروسه ها و بخش های مختلف است و درایوها خواسته های مختلف هر قسمت را به خوبی انجام می دهد. برای مثال سیستم کنترل قرقره های نخ در صنعت نساجی در ریسندگی را تصور کنید. پروسه کنترل قرقره ها با چرخاندن رول (قرقره ها) می تواند نخ های تشکیل دهنده الیاف را جمع آوری کند. در این دستگاه لازم است که میزان کشش و سرعت نخ با دقت بسیار بالا انجام و کنترل شود. همچنین در صنعت کاغذ سازی نیز برای باز کردن و پیچیدن مواد به دور قرقره ها نیز به دستگاه های قدرتمندی نظیر درایو نیاز است. در این صنعت نیز پارامترهای دورانی مختلفی برای تنظیم میزان کشش روی کاغذ باید تنظیم شود یا تغییر کند. در این صنعت نیز درایو از طریق کاهش میزان فرکانس که می تواند ارائه و تغییر تنظیمات روی فرکانس باشد، سرعت و گشتاور الکتروموتورهای القایی را با سرعت بالا کنترل نماید. کنترل سرعت با استفاده از درایو به عوامل مختلفی از جمله تعداد دور در ماشین های صنایع مختلف بستگی دارد.

علاوه بر این، با استفاده از تنظیم آزادانه سرعت ماشین و جلوگیری از کار بیش از حد ماشین آلات می توان میزان مصرف انرژی را هم کاهش داد. یکی از دستگاه هایی که به صورت عمده از درایو استفاده می کند، اکثر فن ها هستند. در فن ها با استفاده از تنظیم دمپر و افزایش میزان مقاومت هوا می تواند جریان هوا را کنترل کند. کارکرد فن ها به گونه ای است که حتی از طریق کاهش دادن حجم هوا هم میزان مصرف انرژی را نمی توان کاهش داد.

• راه اندازی و توقف نرم و کاهش توان دریافتی توسط تجهیزات :

همان طور که در پاراگراف های قبلی هم اشاره شد، درایو AC کار خود را با فرکانس پایین شروع می کند. این قابلیت نشان دهنده امکان راه اندازی و توقف نرم در الکتروموتورهای مختلف است. در واقع راه اندازی و توقف نرم الکتروموتورها باعث کاهش تنش می شود. علاوه بر این، با کاهش یافتن جریان راه اندازی الکتروموتورها، میزان توان دریافتی از منبع تغذیه نیز کاهش می یابد. به همین جهت می توان با استفاده از تجهیزات الکتریکی از جمله بریکرها، کابل ها یا سایر آیتم های کاربردی و … با سایز کم تر استفاده کرد. این خصوصیت منحصر به فرد برای آسانسورها و پله های برقی کاربرد ویژه ای دارد که برای آن خرید درایو آسانسوری توصیه می شود. برای مثال انجام حرکت آهسته در آسانسورهای حمل انسان باعث بهبود کارایی و راحتی جهت استفاده آسان می گردد. با توجه به این که فضای نصب تجهیزات ساختمان ها گران و حتی در برخی موارد محدود است. یکی از مزایای دیگر درایو این است  که برای نصب تجهیزات الکتریکی به فضای کمی نیاز است. همچنین برخی از پله های برقی به سنسور تشخیص انسان مجهز می شوند. با این ویژگی زمانی که کسی روی پله قرار نگرفته، پله خاموش می شود. همین موضوع تاثیر زیادی در کاهش مصرف انرژی دارد. از طرفی در این نمونه پله برقی ها، زمانی که فرد روی پله قرار می گیرد، به یکباره پله برقی روشن می شود. همین موضوع باعث از بین رفتن تعادل فرد و حتی افتادن او می شود. اما زمانی که از درایو استفاده شود، باعث به کارگیری قابلیت راه اندازی و توقف نرم و  پله برقی می گردد.

• تغییر ساده و سریع جهت گردش:

مجهز شدن موتور یا دستگاه به درایو AC با تغییر فرمان های دریافتی مربوط به تغییر جهت گردش، باعث تغییر جهت الکتروموتور می گردد.  با استفاده از قابلیت توقف و راه اندازی نرم ، الکتروموتور به نرمی و آسان متوقف شده و در جریان معکوس شروع به کار می کند. این مزیت سبب شده که از درایوها در بالابرها، آسانسورها، و ماشین آلات فلزی استفاده شود. برای مثال در ماشین های فلز کاری CNG (تراش کاری روی فلزات Computer Numerical Control) از درایوها زیاد استفاده می شود. در ماشین های فلز کاری برای انجام کارهای مختلف از جمله تراش، صیقل، برش، و … چندین بار در طول کار از جهت راست گرد و چپ گرد استفاده می شود. زمانی که این ماشین ها از درایو استفاده می کنند، می تواند حرکت های مختلف از جمله تغییر جهت، تنظیم میزان سرعت و … به خوبی کنترل شود. علاوه بر این، استفاده از درایو در این صنایع یک عامل مهم در تضمین کیفیت و کیفیت بالای خروجی محصول می شود.