درایو SIEMENS مدل 6SN1162_1AA00_0AA0

یکی از مهم ترین مواردی است که هر مهندس شاغل در صنعت باید با آن آشنا باشد این است که درایو چیست؟

صنعت همواره حول حرکت موتورها عمل می کند و این درایوها هستند که کنترل موتور را در دست دارند.

اگر شما هم به این حوزه کلیدی و درآمدزا در صنعت علاقه مندید، راه درستی را انتخاب کرده اید، همراه ما باشید تا در مقاله جامع شناخت درایو با این تجهیز مهم صنعتی کامل آشنا شویم.

۱‏- درایو چیست؟

همانطور که در ابتدا از معنای لغوی کلمه  که معادل انگلیسی Drive است می توان حدس زد که در واقع راه انداز های سیستم های صنعتی هستند.

درایوها برای کنترل موتورهای صنعتی استفاده می شوند و انرژی الکتریکی لازم را به موتور می رسانند و همچنین می توانند سرعت، گشتاور و جهت حرکت یک موتور را تغییر داده و یا برای حفاظت از آن در شرایط خاص استفاده شوند.

هر سیستم  موتور به صورت معمول شامل اجزایی مثل منبع تغذیه، کنترلر موتور، سنسورهای متنوع و مکانیزم فیدبک است که منبع تغذیه برای فراهم کردن انرژی الکتریکی موتور استفاده می شود و از کنترلر موتور برای تنظیم ولتاژ و جریان برای کنترل کردن سرعت، گشتاور و جهت حرکت موتور استفاده می شود.

علت اصلی استفاده از  این است که می توانند عملکرد و کارایی موتورهای الکتریکی را بهبود ببخشند و کنترل کردن سیستم های موتوری پیچیده را بسیار ساده تر می کنند.

۲‏- انواع درایو

بعد از اینکه متوجه شدیم  چیست، می خواهیم با انواع متداول و پرکاربرد آن ها در صنعت آشنا شویم.

تا کنون  مختلفی بر اساس نحوه عملکرد و موتوری که می توانند کنترل کنند، ساخته شده و مورد استفاده هستند.

ما در ادامه به معرفی رایج ترین این تجهیزات می پردازیم.

۲‏-‏۱‏- درایو AC چیست؟

از این نوع  برای کنترل سرعت و جهت موتورهای AC استفاده می شود.

درایوهای AC معمولا در ماشین آلات صنعتی مورد استفاده هستند؛ مانند پمپ ها، فن ها و تسمه نقاله ها.

این نوع از می توانند افزایش و کاهش سرعت نرم را ایجاد کنند که می تواند به عدم ساییدگی و پارگی اجزای موتور و افزایش طول عمر آن کمک کند.

 موتور AC با تبدیل برق AC از شبکه به ولتاژ DC و تبدیل مجدد آن به ولتاژ AC با فرکانس و سطح ولتاژ موردنیاز موتور کار می کنند.

مقدار فرکانس و سطح ولتاژ AC ساخته شده توسط این نوع از driveها قابل تنظیم بوده و مستقیما باعث تغییر سرعت و جهت حرکت موتورهای AC می شود.

۲‏-‏۲‏- درایو DC چیست؟

از این  برای کنترل سرعت و جهت موتورهای DC استفاده می شود.

معمولا  DC زمانی کاربرد دارند که کنترل سرعت و گشتاور دقیقی برای موتور نیاز داشته باشیم.

از این نوع  در سیستم هایی مثل رباتیک، ماشین های CNC و سایر کاربردهای صنعتی استفاده می شود.

علی رغم اینکه driveهای نوع DC توانایی فراهم کردن کنترل سرعت بسیار خوبی دارند، در مجموع راندمان آن ها از  AC کمتر است.

این نوع  با تنظیم سطح ولتاژ و جریان اعمال شده به موتور DC کار می کنند.

۲‏-‏۳‏- سرو درایو چیست؟

از سرو  برای کنترل موقعیت، سرعت و گشتاور استفاده می شود.

از این نوع  زمانی استفاده می شود که موقعیت یابی دقیق و دقت بالا موردنیاز باشد؛ مانند رباتیک، ماشین ابزار و تجهیزات پزشکی.

سرو  می توانند کنترل بسیار دقیق بر موقعیت موتور داشته و معمولا دارای زمان پاسخدهی سریعی دارند.

این نوع  با دریافت فیدبک از سنسورهایی که موقعیت موتور، سرعت و یا گشتاور آن را اندازه گیری می کنند، عمل می کنند و متناسب با آن ها ولتاژ و جریان اعمال شده به موتور را تنظیم می کنند.

این فیدبک معمولا توسط یک انکودر که روی شفت موتور نصب شده فراهم می شود.

۲‏-‏۴‏- درایو پله ای چیست؟

 پله ای یا استپر برای کنترل موقعیت و سرعت موتورهای پله ای استفاده می شوند.

این  نیز برای مواقعی که موقعیت یابی دقیق موردنیاز است استفاده می شوند؛ مانند پرینترهای سه بعدی، ماشین های CNC و ربات ها.

علی رغم دقت بالایی که در تعیین موقعیت موتور دارند، نسبت به سایر انواع  از راندمان کمتری دارند.

این  به این صورت عمل می کنند که یک سری پالس الکتریکی در یک توالی مشخص به موتور پله ای می فرستند تا به وسیله آن ها، موتور در گام های دقیقی حرکت کند.

 این توالی پالس های الکتریکی را معمولا از دستورالعمل هایی از جانب کنترلر یا یک کامپیوتر دریافت می کند.

۲‏-‏۵‏– VFD چیست؟

علی رغم این موضوع که ممکن است شما هم بارها به گوشتان خورده باشد، باید توجه داشته باشید که همان VFD نیست و در واقع VFDها یکی از انواع گسترده  هستند که در صنعت امروزه کاربرد بسیاری دارند.

VFD مخفف عبارت Variable Frequency Drive به معنای  فرکانس متغیر است که به نوعی از خانواده  AC به شمار می روند که توانایی تنظیم فرکانس ولتاژ اعمال شده به موتور را دارند.

از  فرکانس متغیر معمولا در کاربردهایی استفاده می شود که تنظیم سرعت موتور نیازمند تغییرات متناوب است؛ مانند سیستم های HVAC، پمپ ها و فن ها.

این نوع  دارای عملکرد بسیار دقیق برای کنترل سرعت بوده و راندمان بیشتری نسبت به سایر درایوها دارند.

۲‏-‏۶‏– درایو BLDC چیست؟

عبارت BLDC مخفف Brushless DC به معنی موتورهای DC بدون براش است و برای تنظیم سرعت و جهت این نوع از موتورها باید از  BLDC استفاده کرد.

از این نوع  زمانی استفاده می شود که نیازمند کنترل دقیق بر روی سرعت و جهت موتور علاوه بر بالا بودن راندمان باشیم؛ مانند وسایل نقلیه الکتریکی، هواپیماهای بدون سرنشین و لوازم الکترونیکی مصرفی.

این  راندمان بسیار بالایی نسبت به سایر  ایجاد می کنند.

این نوع  با استفاده از جابجاسازی (کموتاسیون) الکترونیکی برای تعویض سیم پیچی موتور در یک توالی خاص کار می کنند.

برخلاف موتورهای DC سنتی که از براش و یک کموتاتور برای تغییر جریان استفاده می کنند، موتورهای BLDC از یک کنترل کننده برای تغییر جریان به سیم پیچ های موتور استفاده می کنند.

۳‏- انواع روش های کنترل سرعت درایوهای AC

حالا بعد از بررسی مفاهیم ابتدایی و دریافت پاسخ این سوال که  چیست و چه انواعی دارد قصد داریم روش های کنترل سرعت موتور با استفاده از  AC را بررسی کنیم.

امروزه در صنعت و بازار عمدتا سه روش اصلی برای کنترل توسط  وجود دارد:

1. (V/f):ولتاژ بر فرکانس (Volts/Hz Drives)
2. (SLV):برداری بدون سنسور (Sensorless Vector Drives)
3. (CLV):فیدبک دار با سنسور (Vector Drives with feedback)

به موارد 1 و 2  بدون فیدبک نیز گفته می شود؛ زیرا هیچ راهی برای بررسی آنکه سرعت موتور به مقدار مطلوب ما رسیده است یا نه و تنظیم سرعت به طور دقیق، وجود ندارد بلکه صرفاً در این دو نوع، درایو وظیفه رساندن برق به موتور را دارد.

در نتیجه این  برای مواردی که نیازی به داشتن وضعیت مشخص یا رسیدن به سرعت قانونی معینی نداریم، مناسب هستند.

 CLV،  فیدبک دار هستند و به عبارتی این  این توانایی را دارند که سیگنال هایی را از دستگاه ها و موتور دریافت کرده و سرعت موتور و موقعیت موتور را نشان دهند.

مثلاً اگر سیگنال فیدبک داده شده، نشان دهد که سرعت خیلی کم یا خیلی زیاد است (از مقدار مطلوبمان فاصله دارد)، درایو این توانایی را دارد که خروجی خود را تنظیم کرده تا خطا برطرف شود.

در ادامه با جزئیات بیشتری به بررسی این سه نوع روش عملکردی  می پردازیم.

۳‏-‏۱‏- روش کنترل خطی یا درایو V/f

درایوهای V/f  کنترل شونده با ولتاژ و فرکانس برای اهداف ساده استفاده می شوند و یک رابطه خطی مشخص مابین ولتاژ و فرکانس آن ها وجود دارد.

این بدان معنا است که می توانیم سرعت موتور را متناسب با فرکانسی که به جریان برق می دهیم، تنظیم کنیم.

تغییرات ولتاژ و فرکانس متناسب با هم بوده و سرعت نیز به صورت خطی تغییر می کند.

برای درک بهتر به این مثال توجه کنید:

یک درایو V/f داریم که در بالاترین سرعت، می تواند با ولتاژ 460v و فرکانس 60Hz موتور را به گردش درآورد در نتیجه این موتور با ولتاژ 230v و فرکانس 30Hz در نصف سرعت خود کار می کند.

https://servocontroljalil.com