در مقالات قبلی به طور مفصل و با مثال‌های گوناگون در خصوص درایوها و کاربرد آنها در صنعت برق صحبت کردیم. مقالات قبلی به معرفی درایوهایی اختصاص داشت که وظیفه آنها مدیریت یک الکتروموتور سه فاز از نوع AC بود که در بازار به درایوهای کنترل دور موتور یا اینورتر معروف بودند. حال در برخی صنایع دستگاه‌هایی وجود دارند که الکتروموتورهای آنها به دلایل مختلفی از برق DC برای تغذیه استفاده می‌کنند. از آنجایی که برق شبکه ما AC می‌باشد؛ تعجبی نیست که برای استفاده از این الکتروموتورها ناچاریم که تبدیل جریان را انجام دهیم. از طرفی الکتروموتورهای DC نیز همانند الکتروموتورهای AC نیازمند مدیریت در بحث راه اندازی، کنترل و توقف‌اند. در این مقاله می‌خواهیم شما را با درایو DC شنا نماییم. پس با ما همراه باشید.
درایو چیست؟
درایو به طور کل به معنای راه انداز بوده که متناظر با بارمصرفی ساخته و استفاده می‌شود. یعنی به طور کلی لزوماً بار شما یک الکتروموتور نیست تا شما برای آن یک راه انداز بسازید و اسم آن را درایو بگذارید. پس این امکان که به تجهیزات راه اندازی مختلفی درایو گفته شود؛ امری طبیعی است. اما منظور ما از درایو در این مقاله به طور اختصاصی تجهیزاتی است که در حوزه سیستم‌های الکترونیک قدرت ساخته شده و برای راه اندازی انواع مختلف الکتروموتورها به کار می‌روند. این دستگاه‌ها یا تجهیزات دارای نیمه هادی‌های الکترونیک قدرت هستند که از آنها با نام‌های تریستور، ترایاک و مهم‌ترین آنها IGBT یاد می‌شود. این قطعات با داشتن یک پایه Gate کنترل شونده این اجازه را به ما می‌دهند که بتوانیم مدیریتی بر روی ولتاژ عبوری از ادوات نیمه هادی داشته باشیم و به تناسب آن با استفاده از ظرفیتی با نام فرکانس بتوانیم الکتروموتور را در سرعت‌های مختلف از صفر تا چند برابر جریان نامی راه اندازی و کنترل نماییم. همچنین این محصول به دلیل فرآیندی که برای راه اندازی و کنترل موتور دارد؛ باعث صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی شده و کاربرد آن را در صنایع مختلف ارتقا داده است.
انواع درایو (راه انداز الکتروموتور)
1- درایو AC چیست؟
درایو AC که پر کاربردترین درایو موجود در صنعت است به منظور راه اندازی، کنترل و توقف الکتروموتورهای AC به کار می‌رود. سیستم کنترل سرعت و گشتاور در این درایوها در پایه‌ای ترین حالت بر مبنای روش V/F است. این روش کنترلی بر این مبناست که به موازات افزایش فرکانس برای افزایش سرعت الکتروموتور؛ میزان ولتاژ تزریقی به سیم پیچ‌های استاتور برای گردش شفت یا رتور افزایش می‌یابد. از نظر سخت افزاری با بیانی ساده، برای ساخت چنین دستگاهی با این روش کنترلی لازم است تا ابتدا برق AC شهری با استفاده از یکسو کننده‌ها به برق DC تبدیل شده و در ادامه با استفاده از همان نیمه هادی‌های قدرت و یک سیستم کنترلی، از ظرفیت باس DC مثبت و منفی موجود استفاده کرده؛ بر اساس فرکانس تنظیم شده؛ با استفاده از مدولاسیون PWM اقدام به تولید پالس‌های سینوسی با موج‌های پالسی مربعی نمود. در نهایت این موج به عنوان برق AC خروجی به الکتروموتور القا می‌گردد. همچنین این امکان برای درایوها وجود دارد تا اساس سرعت الکتروموتور را با استفاده از یک سنسور وارد یک سیستم کنترلی حلقه بسته نموده تا فرکانس متناسب با سرعت شفت تنظیم شود. پس یک درایو AC دارای اجزایی شامل یکسو کننده، باس DC و اینورتر می‌باشد. در مقالات مربوط به درایوهای AC به طور مفصل در خصوص آنها توضیح دادیم که شما می‌توانید در بخش مقالات آموزشی انرژی مگ آنها را مطالعه نمایید.
2- درایو DC چیست؟
درایوهای DC نیز همانند درایوهای AC برای راه اندازی الکتروموتورها به کار می‌روند؛ اما برای الکتروموتورهایی که با برق DC کار می‌کنند. اگرچه درایوهای AC در بازار به اینورتر معروف هستند؛ درایوهای DC را در بازار با نام کانورتر می‌شناسند. در درایوهای DC، برق شبکه که از نوع AC بوده با استفاده از یکسو کننده‌ها به برق DC تبدیل شده و سپس با استفاده از مدار کنترلی و با استفاده از تزریق ولتاژ، بر روی دور شفت یا همان سرعت آن کنترل صورت می‌پذیرد. استفاده از درایو DC برای دستگاه‌هایی که از الکتروموتورهای DC استفاده می‌کنند و یا بحث کنترل سرعت و گشتاور برایشان اهمیت دارد؛ بسیار لازم و ضروری است. چه بسا مزایای یک درایو DC را بتوان بیش از یک درایو AC دانست. در فرآیندهای ترمزی که الکتروموتورهای توان بالا خاصیت ژنراتوری پیدا می‌کنند؛ درایوهای DC به دلیل کارکردی که در جریان DC دارند؛ نسبت به درایوهای AC ، راحت‌تر این جریان را پذیرفته و بکار می‌گیرند.
طرز کار درایو DC چگونه است؟
برای کنترل سرعت یک الکتروموتور DC باید بتوانیم ولتاژ تزریقی به آن را کنترل کنیم. سرعت با ولتاژ نسبت مستقیم و با جریان میدان آرمیچر نسبت معکوس دارد. از طرفی نسبت همین جریان میدان آرمیچر با گشتاور الکتروموتور متناسب است. پس می‌توانیم با افزایش یا کاهش ولتاژ اعمالی، سرعت و گشتاور را تغییر دهیم. حال اگر ما جریان میدان آرمیچر را کاهش دهیم؛ شار مغناطیسی الکتروموتور را کاهش داده‌ایم و این مورد سبب کاهش میدان مغناطیسی آرمیچر در جهت مخالف نیز می‌شود. اگر میدان مغناطیسی در جهت مخالف کمتر وجود داشته باشد؛ جریان آرمیچر بیشتر جاری می‌شود. پس این دو اصل اساس کار کنترل سرعت الکتروموتورهای DC ماست. شما می‌توانید با تغییر ولتاژ اعمالی به آرمیچر، سرعت آن را تغییر دهید. در زمان‌های گذشته انجام این اعمال با استفاده از سیستم‌های آنالوگی نظیر مقاومت‌های تنظیمی مانند پتانسیومترها امکان پذیر بود. امروزه با پیشرفت علم الکترونیک و ظهور سیستم‌های دیجیتال؛ این فرآیند با دقت بیشتر و عملکرد بسیار بهتر انجام می‌گیرد.
کاربرد درایو های DC در کجاست؟
اصولاً در هر صنعت یا در هر دستگاهی که در آن از الکتروموتورهای DC استفاده شده است؛ می‌توان از درایو DC استفاده کرد. با این حال ما در اینجا به چند دستگاه اشاره می‌کنیم که در آنها از درایوهای DC استفاده می‌شود:
الف) آسیاب‌ها
ب) ماشین چاپ
ج) ماشین ابزار مانند دستگاه تراش و …
د) بالابر
ه) آسانسور
و) ماشین جابجایی مواد مانند نوار نقاله
ز) سروو موتورها
ح) سنگ شکن‌ها
ط) ماشین بافندگی
و…
مزایای استفاده از درایو DC
متناسب با کارکرد یک درایو می‌توانیم مزایای مختلفی را برای آنها عنوان کنیم. اما شاید باید بگوییم که مهم‌ترین مزیت درایوهای DC تبدیل واحد راحت‌تر از AC به DC و به سبب آن سرعت دهی دقیق و ارزان‌تر است. با این حال به دیگر مزایای آن اشاره کوتاهی می‌کنیم:
الف) امکان تولید ولتاژ DC بدون نیاز به انواع ژنراتورهای DC
ب) تولید نویز کمتر نسبت به درایوهای AC که این مسئله به خاطر تفاوت و حجم سوئیچینگ های درایو DC در مقابل درایوهای AC است.
ج) تکنولوژی به روز کارآمد و کاربرپسند در نمونه‌های دیجیتالی
د) عدم آسیب دیدگی الکتروموتور به خصوص در قسمت آرمیچر به دلیل تزریق ولتاژ کنترل شده
ه) کنترل سرعت و گشتاور به صورت همزمان
و) امکان چپگرد و راستگرد الکتروموتور بدون نصب تجهیز اضافه
ز) امکان کنترل از راه دور در نمونه‌های پیشرفته
تفاوت اینورتر (درایو AC) با درایو DC (کانورتر)
می‌توان موارد زیر را به عنوان تفاوت‌های اینورتر با کانورتر برای هر مشخصه عنوان نمود:
1- نوع ورودی و خروجی:
ورودی هر دو دستگاه یکسان و از نوع AC می‌باشد؛ اما خروجی اینورتر AC سه فاز و خروجی کانورتر DC می‌باشد.
2- طراحی مدارات قدرت و کنترل
مدار اینورتر ها به دلیل تبدیل AC به DC و از DC به AC پیچیدگی بیشتری نسبت به کانورتر ها دارد.
3- کنترل سرعت
تغییرات و کنترل سرعت در اینورتر ها توسط تغییر فرکانس و در کانورتر ها با استفاده از ولتاژ و میدان آرمیچر انجام می‌شود.
4- امکان استفاده از باتری
اینورتر ها در ورودی از باتری استفاده نمی‌کنند یا بهتر است بگوییم شما نمی‌توانید با اتصال مستقیم باتری به ورودی اینوتر از آن استفاده کنید. در مقابل این عمل برای کانورتر ها امکان پذیر است.
5- مصرف توانی
اینورتر ها در مقایسه با کانورتر ها توان کمتری را استفاده می‌کنند.
6- تولید نویز
اینورتر ها به دلیل سوئیچینگ بیش از یک مرحله نویز بالایی تولید می‌کنند. نویز کانورتر ها کمتر است.
7- تعمیرات و نگهداری
اینورتر ها به دلیل اینکه از برق AC استفاده می‌کنند و این مسئله در طرف مصرف کننده نیز وجود دارد؛ نیازمند تعمیرات کمتری هستند. این مسئله در مورد کانورتر ها به دلیل استفاده از ادوات مختلف به خصوص در بخش بار، کاملاً بلعکس است.
8- هزینه خرید
اینورتر ها دارای قیمت بالاتری نسبت به کانورتر ها هستند. البته باید این نکته را ذکر کرد که در مقابل الکتروموتورهای DC بعضاً گران‌تر از الکتروموتورهای AC هستند.
انواع درایو DC
به طور کلی در بازار با دو نوع درایو DC سروکار داریم:
1- درایو DC آنالوگ
درایوهای آنالوگ تنها با هدف کنترل سرعت الکتروموتور ساخته شده‌اند. یک سیتم کنترل حلقه بسته ساخته شده است که در طی آن با استفاده از یک تاکوژنراتور؛ سرعت لحظه‌ای به عنوان یک سیگنال الکتریکی برای دستگاه ارسال شده و با سرعت مبنا یا تنظیمی مقایسه می‌شود. بر همین اساس با ارسال جریان بیشتر یا کمتر؛ متناظر با بار قرار گرفته بر روی شفت و سرعت آن؛ سرعت شفت تنظیم می‌گردد.
2- درایو DC دیجیتال
درایوهای DC دیجیتال به نسبت نمونه آنالوگ دارای قابلیت‌های بیشتر، سریع‌تر و انعطاف پذیر تر هستند. مدارات آنها اگرچه پیچیده‌تر است؛ اما کاملاً از حالت آنالوگ خارج شده‌اند. اما صورت کلی مدار که یک سیستم کنترل حلقه بسته است؛ مشابه با نمونه آنالوگ است.
چگونه درایو DC را انتخاب کنیم (نحوه انتخاب درایو دی سی مناسب)
1- انتخاب رنج ولتاژ ورودی درایو DC
باید ولتاژ مطلوب مورد نظر را مشخص کنیم و بر اساس آن درایو متناسب با آن ولتاژ را انتخاب کنیم. در نتیجه رنج ولتاژی درایو باید در محدوده ولتاژ مورد انتخاب ما باشد.
2- مشخص کردن جریان نامی و لحظه‌ای درایو DC
هر الکتروموتور دارای یک جریان نامی و یک جریان لحظه‌ای است. باید در نظر داشت که باید درایوی را تهیه کرد که رنج جریان نامی و لحظه‌ای پشتیبانی شده آن برابر یا بیش از رنج جریانی الکتروموتور باشد.
3- دارای راه اندازی نرم (سافت استارتری) و توقف نرم
در یکی از مقالات سایت با موضوع سافت استارتر چیست به طور مفصل در خصوص این تجهیز صحبت کرده‌ایم. با این حال باید بدانیم که یکی از مشخصه‌های درایو انتخابی ما، راه اندازی نرم الکتروموتور است. یعنی زمانی که درایو در جریان ماکزیمم قرار می‌گیرد؛ افزایش سرعت نباید به صورت آنی، بلکه باید با شیبی ملایم همراه شود.
4- امکان راه اندازی به صورت چپگرد و راستگرد
یکی از امکانات درایوها، راه اندازی الکتروموتورها به صورت چپگرد و راستگرد است و این عمل باید بدون تغییر در سر بندی ترمینال‌ها یا اتصالات قدرت انجام شود. پس دقت شود که درایو شما باید این قابلیت را داشته باشد.
5- امکان اتصال به شبکه‌های صنعتی
امروزه درایوهای جدید دارای قابلیت‌های اتصال به شبکه برای کنترل و مدیریت از راه دور هستند. اگر درایو را برای پروژه مهمی تهیه می‌کنید؛ لازم است تا دارای این قابلیت باشد.
6- قابلیت سنسورلس
این قابلیت در درایوهای پیشرفته دیده می‌شود. زمانی که سرعت الکتروموتور از یک حد خاصی کمتر شود؛ افت گشتاور داریم و موتور توانایی انجام عمل یا به گردش درآوردن بار را ندارد. حال اگر شما بتوانید فیدبکی جریانی از الکتروموتور و جریانی که الکتروموتور می‌کشد داشته باشید؛ می‌توانید بحث کنترل گشتاور را به درایو بسپارید. در این صورت در سرعت‌های پایین هم می‌توانید کنترل گشتاور داشته باشید. یعنی با فیدبک تاکو ژنراتور کاری نداشته و فیدبک جریان الکتروموتور را معیار قرار می‌دهید.
7- پشتیبانی از سیستم کنترل حلقه بسته
اگر نخواهید از سیستم بالا استفاده کنید؛ روش دیگر داشتن یک سیستم کنترل حلقه بسته است. برخی درایوها قابلیت پشتیبانی از سیگنال‌های سنسوریک را دارند. در این صورت شما می‌توانید از یک اینکدر یا انکدر استفاده کرده و برای کنترل سرعت و گشتاور مطلوب خود آن را به کار بگیرید.
کاتالوگ درایو DC
برندهای مختلفی در بازار اقدام به تولید درایوهای DC نموده‌اند. از جمله آنها برند سانترنو ایتالیاست. محصولات این برند که سابقاً توسط شرکت سامان گستر وارد ایران می‌شد؛ اکنون به صورت تولید مشترک در داخل ایران توسط شرکت سامان گستر و سانترنو ایتالیا در استان آذربایجان شرقی تولید می‌گردد. نمونه تولید شده توسط این شرکت مدل‌های DCREG 4Q می‌باشد. برق و انرژی نماینده محصولات شرکت سامان گستر اعم از درایوهای AC و DC می‌باشد. شما می‌توانید کانورتر های این شرکت را در بخش خرید محصولات کانورتر سایت مشاهده نموده و برای دریافت کاتالوگ آنها وارد قسمت پیوست‌ها شوید.
در این مقاله شما را با درایوهای DC یا کانورتر ها به صورت خلاصه آشنا کردیم. شما می‌توانید برای دریافت اطلاعات بیشتر و یا مشاوره در خصوص خرید این تجهیز با کارشناسان ما ارتباط بگیرید. برای این ارتباط می‌توانید با ما تماس گرفته و یا با استفاده از شبکه‌های مجازی با ما در ارتباط باشید. در صورتی که برند خاص دیگری مورد نظر شماست؛ می‌توانید برای اطلاع از موجودی و قیمت آن با کارشناسان بخش فروش در ارتباط باشید. انرژی در دستان تو!
