انواع درایو

انواع درایو

با افزایش ساخت و تولید انواع ماشین و تجهیزات برقی، میزان استفاده از انرژی برق برای شرکت و کارخانجات بزرگ رو به افزایش است. به همین دلیل بسیاری از شرکت ها و کارخانجات تولیدی که از دستگاه های بزرگ و پر مصرف استفاده می کنند، از تجهیزاتی جهت کنترل دور موتور استفاده می کند. همچنین این تجهیزات باعث کاهش میزان مصرف انرژی می شود. یکی از  بهترین تجهیزات، خرید درایو است.  درایوها در انواع مختلف و برای کاربردهای متفاوتی تولید می شوند. در این مقاله با انواع درایو و کاربردها و انواع استفاده از آن ها آشنا می شویم.

درایو چیست؟

به طور کلی می توان گفت درایو به دستگاهی گفته می شود که توان کنترل ماشین های الکتریکی را دارد. به صورت عمده به درایوی که فقط برای ماشین های الکتریکی استفاده می شود، الکتریکال درایو (Electrical Drive ) می گویند. یکی از اهداف مهم و اساسی انواع درایو تنظیم دور موتور از صفر تا چندین برابر دور نامی به صورت پیوسته است. با این وجود وظیفه درایوها به این موضوع محدود نمی شود، بلکه وظایف مختلف دیگری از جمله کنترل، گشتاور، جریان، شتاب و ولتاژ را نیز بر عهده دارد. هر کدام از این وظایف برای انجام شدن به یک سنسور یا فیدبک نیاز خواهند داشت. علاوه بر این، یکی از کاربردهای مهم و اساسی درایوها استارت کردن موتور به صورت چپ گرد یا راست گرد یا در یک گشتاور خاص است.

ضرورت تنظیم گشتاور و کنترل سرعت دور موتور با درایو چیست؟

یکی از سوالاتی که قبل از خرید درایو صنعتی برای برخی از صنعت گران پیش می آید، این است که ضرورت تنظیم گشتاور و سرعت کنترل سرعت دور موتور در موتورهایی که با فرکانس متغیر کار می کنند، چیست؟ ماشین های الکتریکی  نمی توانند به صورت ذاتی و در شرایطی ایده آل در سرعت و گشتاور مشخصی  کار کنند. چون در واقعیت بارهای مکانیکی به صورت پیوسته تغییر می کنند. همین اتفاق روی عملکرد موتور تاثیر می گذارد. در چنین شرایطی درایو وارد عمل می شود و متغیرهای تعریف شده برای موتور را کنترل می کند. به این وسیله کنترل موتور در یک سرعت ثابت یا گشتاور ثابت باقی می ماند. پس با سرعت ثابت در حال چرخش است و در عمل به افزایش راندمان موتور می انجامد.

 

کاربردهای مهم خرید درایو

خرید درایو از جمله خرید درایو آسانسور علاوه بر تنظیم موتور دستگاه تعبیه شده در آسانسور تاثیر زیادی در کاهش و صرفه جویی مصرف انرژی دارد. آسانسورهای صنعتی یکی از پر کاربردترین و البته حساس ترین دستگاه هایی که در ساختمان ها و مجتمع های مختلف از آن استفاده می شود. با تعبیه درایو روی این دستگاه تا حد زیادی می توان زمان حرکت های رفت و برگشت آسانسور و میزان اصطکاک ناشی از برخورد قطعات دستگاه را کاهش داد. این عمل به صورت مستقیم در کاهش مصرف انرژی دستگاه نیز تاثیر مثبتی دارد. یکی از ویژگی های کاربردی درایو ایجاد استارت نرم و انعطاف پذیر و کنترل شده در موتورهای الکتریکی است. با استفاده از درایو از جمله درایو سه فاز زمان شروع و پایان (start و stop) دستگاه را تنظیم کرد. تعیین زمان شروع و استاپ دستگاه را می توان روی کسری از ثانیه یا چندین ساعت هم تنظیم کرد. برای مثال در دستگاه های قدرتمند برای تنظیم دور موتور و جلوگیری از اتلاف انرژی برق می توان در زمان معینی و زمانی که در محل حضور ندارید، آن را خاموش و روشن کنید. علاوه بر این، با تنظیم زمان استارت و استاپ می توان باعث کاهش تنش های مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر ادوات مکانیکی شد.

درایو در سیستم ها چه جایگاهی دارد؟

زمانی که تعدادی دستگاه با هدفی مشخص در کنار یک دیگر برای انجام کنترل کردن سیستم قرار می گیرند، به مجموع این دستگاه ها درایو گفته می شود. به طور کلی می توان گفت یک مجموعه کنترلی که شامل یک سو کننده، سنسورها، اینورترها و … است، درایو را تشکیل می دهند. در واحد کنترلی یک دستگاه کنترل کننده، ولتاژ AC ابتدا به وسیله یکسوکننده (Rectifier) به ولتاژ DC تبدیل می شود. با تبدیل شدن نمونه های جریان و ولتاژ DC این جریانات برای انجام محاسبات در واحد کنترل ذخیره می شود. سپس در ادامه این روند ولتاژ DC به ولتاژ AC با فرکانس تعیین شده توسط اینورتر تبدیل می گردد.

ساختار درایو

در ساختار درایو الکتریکی موارد مهمی از جمله منبع تغذیه، موتورهای الکتریکی، بار (load)، واحد  حسگر، واحد کنترل (Control Unit) ، مدولاتورهای توان  (Power Modulators) وجود دارد. در ادامه به معرفی موارد مهم ساختار درایو می پردازیم.

منبع تغذیه

منبع تغذیه در دو نوع تک فاز و سه فاز وجود دارد.

رایج ترین نوع منبع تغذیه الکتریکی ، منبع تغذیه AC سه فاز 50 هرتز است که در کاربرد های خانگی و صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال در موتورهای سنکرون که از منبع تغذیه 50 هرتز استفاده می کنند، مقدار بیشینه سرعت 3000 rpm است. اما برای سرعت بیشتر از این مقدار لازم است که از منبع تغذیه با فرکانس تغذیه بالاتر استفاده شود. همچنین موتورهای که دارای توان کم و متوسط هستند، از منبع تغذیه 400v استفاده می کنند. برای این کار البته مقادیر بزرگ تری از ولتاژ از جمله Kv 3.3، Kv 6.6یا Kv  11 نیز در دسترس است.

مدولاتور توان

برای کنترل درایو های الکتریکی ،نیاز به تغییرفرکانس و نیز تغییر شدت توان است که برای این منظور از مدولاتور های توان استفاده می شود. تنظیم کردن توان خارج شده  از منبع تغذیه  بر عهده ی مدولاتور های توان است. این کنترل و تنظیم بدین صورت است که نهایتا مشخصه سرعت – گشتاور موتور الکتریکی را متناسب با بار آن تنظیم می کند. در واقع مدولاتور توان به عنوان مغز اصلی درایو عمل می کند. در مغز اصلی درایو عملیات هایی از جمله ؛ استارت، ترمز، برعکس شدن جهت چرخش، مدیریت جریان (جلوگیری از آسیب به منبع تغذیه) و به طور کلی تبدیل انواع انرژی (DC به AC، AC به DC و …) انجام می شود.

انواع درایو

تا این قسمت از مقاله به صورت اجمالی با روند کار و کاربردهای مختلف درایو در صنایع مختلف آشنا شدیم. درایوها با توجه به کاربرد و شکل های مختلفی که دارند، به چندین دسته تقسیم می شوند. مهم ترین دسته بندی درایوها بر اساس منبع تغذیه است. هر درایو نیز شامل زیر مجموعه هایی است که به معرفی مهم ترین آن ها پردازیم. در ادامه بر اساس دسته بندی، انواع درایوها را معرفی می کنیم:

درایو الکتریکی بر اساس منبع تغذیه:

• درایو AC
• درایو DC

درایو بر اساس سرعت چرخش

• درایو سرعت متغیر (Variable speed drive)
• درایو سرعت ثابت (Constant speed drive)

درایو بر اساس تعداد موتور

• درایو تک موتوری
• درایو چند موتوری

درایو  بر اساس متغیر کنترل

• درایو گشتاور ثابت
• درایو توان ثابت

درایو AC چیست؟

درایوهای AC نیز همانند کلیه درایوهای مجهز که در این مقاله با آن ها آشنا شدیم، خصوصیات مختلف و کاربردی زیادی دارد. از مهم ترین  خصوصیات درایوهای AC می توان موارد زیر را نام برد:

• کنترل گشتاور
• کنترل سرعت
• کنترل جهت چرخش
• مدیریت توان
• و …

مهم  ترین هدف استفاده از درایوهای AC کنترل و تنظیم توان مورد نیاز دستگاه با توجه به بار است. انجام این وظیفه توسط درایو باعث صرفه جویی در مصرف توان الکتریکی می شود. در واقع هدف اصلی از تولید و ارائه درایوهای AC   پیدا کردن یک جایگزین الکتریکال برای گیریبکس های مکانیکی، تسمه، درایوهای DC ، کوپل هیدرولیکی و … است. از بهترین مزایای این درایوها می توان به رنج کنترلی دقیق و نرم در سرعت و گشتاور، نگه داری آسان، اجرای حالت بهینه، ایجاد ارتباطات پیشرفته و … را نام برد. علاوه بر این، درایوهای AC بر حسب استفاده و کاربردهای مختلفی که در صنایع مختلف دارند هم به چندین دسته تقسیم می شوند که عبارتند از:

• میکرو درایو (0 تا 5 کیلو وات)
• Low end dRIVE (5 تا 10 کیلو وات)
• درایو میانی (41 تا 200 کیلو وات)
• High end drive (201 تا 600 کیلو وات)
• مگا درایو (بیش از 600 کیلو وات)

درایو vdf

یکی دیگر از درایوهای پر کاربرد و قدرتمندی که در صنایع پیشرفته از آن استفاده می شود، درایو vdf است. vdf مخفف عبارت variable-frequency drive و به معنی درایو فرکانس متغیر است. علاوه بر این، در این درایو علاوه بر کنترل سرعت موتور دستگاه یا سیستم مورد نظر، می توان در سرعت های پایین هم به مشخصه گشتاور – سرعت مطلوبی مشابه با موتورهای جریان مستقیم دست پیدا کرد. با این نوع روند کار در درایو فرکانس متغیر می توان موتورهای جریان مستقیم را به موتورهای جریان متناوب جایگزین کرد. به طور کلی می توان گفت فرکانس بیشتر باعث افزایش سرعت گردش موتور و در نتیجه افزایش RPM می شود. برای مثال در شرایطی که نیازی نیست که موتور با سرعت نامی عمل کند، می توانید با تعبیه کردن یک درایو VDF فرکانس و ولتاژ اعمال شده روی موتور را در حد نیاز تنظیم کنید. با این کار موتور بدون این که دچار کاهش راندمان یا افزایش تلفات شود، به وظایف ضروری خود عمل می نماید.

درایو DC

یکی از رایج ترین درایوهای دیگر که جایگاه بسیار مطلوبی در صنایع مختلف دارد، درایو DC است. به کمک درایو DC و به واسطه ولتاژ آرمیچر (جریان میدان) سرعت موتور کنترل می شود. در واقع این درایو قادر است که جریان متناوب AC را به وسیله یک مبدل به DC تغییر دهد. درایو DC با درایو AC تفاوت های مختلفی در نوع عملکرد و استفاده دارند. تفاوت مهم درایو DC با AC در این است که جریان AC با استفاده از اینورتر صنعتی تغییر می کند. تفاوت مهم دیگر این دو درایو با یک دیگر در کاربرد آن ها، استفاده از منابع تغذیه مختلف، روش های تعمیر و نگه داری، نویزها، گشتاور استارت، اندازه و وزن درایوها، نوع واکنش به مکانیسم حرکت، مدارهای کنترل و قدرت به کار رفته در هر کدام از درایوها، نوع  مکانیسم توقف و تنظیم سرعت متفاوت در هر درایو است. مزیت دیگر درایو DC نسبت به سایر درایوها مقرون به صرفه بودن آن در کنترل سرعت است. اما استفاده از درایوهای DC در بلند مدت به نسبت سایر درایوها هزینه بیشتری خواهد داشت.

درایو صنعتی مکانیکی

یکی دیگر از درایوهای مهم در صنایع پیشرفته، درایو صنعتی مکانیکی یا VSDهای مکانیکی است. این نوع درایو نیز دارای دو نوع درایو رایج و کاربردی زیر است:

• درایو تراکشن: به درایو تراکشن درایو کششی نیز گفته می شود. این درایو از چندین قطع فلز ساخته شده که با یک دیگر جفت و تنظیم می شوند. این غلتک های فلزی به کمک یک دیگر انتقال توان را با عملکرد بسیار خوبی انجام می دهند.
• درایو گام متغیر: به درایو گام متغیر درایو تسمه ای یا پولی نیز گفته می شود.

درایو صنعتی هیدرولیکی

درایوهای صنعتی هیدرولیکی در صنایع با نام VCD هیدرولیکی شناخته می شوند. این درایو نوعی درایو سرعت متغیر است که در سه نوع تولید شده و مورد استفاده قرار می گیرد.

• هیدرو استاتیک: این درایو یک پمپ و یک موتور هیدرولیک دارد.
• هیدرو دینامیک: نام دیگر این نوع درایو، کوپلینگ سیالی است. کاربرد گسترده و مهم این درایو برای انتقال گشتاور شافت ورودی با سرعت ثابت از روغن و روی شافت خروجی موتور است.
• هیدرو ووسکوز

درایو صنعتی ASD

درایو صنعتی ASD که با نام درایو صنعتی با سرعت قابل تنظیم نیز شناخته می شود، یکی از انواع درایوهایی است که در صنایع پیشرفته و قدرتمند استفاده می شود. برای مثال در صنعت خطوط مونتاژ نیاز است که سرعت برای مونتاژ هر نوع محصول از قبل تنظیم شود. برای این صنایع از درایو صنعتی ASD استفاده می شود. بهترین مزایای استفاده از این درایو به شرح زیر است:

• کارکرد نرم موتور و سایر قطعاتی که در سیستم حرکت می کنند.
• امکان شروع حرکت آهسته
• کنترل گشتاور
• امکان تجدید جریان سیستم
• جبران تغییر متغیرها
• کاهش مصرف انرژی
• امکان تنظیم کردن سرعت مختلف در هنگام حرکت موتور یا سیستم