درایو صنعتی چیست و چه کاربردهایی دارد

کاربرد درایو صنعتی به صورت کلی، کنترل دور موتور و تنظیم ولتاژ و فرکانس در الکتروموتورهای تک‌فاز یا سه‌فاز است. اینورتر صنعتی که نام آن گاه به جای درایو به کار می‌رود، درحقیقت بخشی از این دستگاه است. در این مقاله از کیان باتری قصد داریم با انواع درایو صنعتی و نحوه‌ی کارکرد آن‌ها آشنا شویم.

راه‌های گوناگونی برای کنترل و بهینه کردن سرعت چرخش موتورهای الکتریکی وجود دارد. در کنار کنترل سرعت با ولتاژ و فرکانس جریان، می‌توان از درایو الکتریکی برای این کار استفاده کرد. در این مطلب به تعریفی از این نوع درایو کاربردها و انواع آن خواهیم پرداخت.

درایو صنعتی چیست؟

درایو صنعتی یکی از اصلی ترین مقوله در راه اندازی الکتروموتور سه فاز می باشد. با درایو صنعتی که گاها به اسم اینورتر یا کنترل دور الکتروموتور شناخته شده است می توان الکتروموتور را کنترل کنیم. ما به این مقوله که جزء برق صنعتی هست خواهیم پرداخت.

تعریف درایو الکتریکی

درایو الکتریکی وسیله ایست که معمولاً برای کنترل حرکت یک ماشین الکتریکی به کار گرفته می شود. درایو های الکتریکی (electrical drives) برای کارکردن نیاز به یک منبع انرژی یا به اصطلاح محرک اولیه دارند. این محرک میتواند یک موتور بنزینی، توربین گازی یا بخار و یا حتی موتور های الکتریکی و هیدرولیکی باشد.

بخش قدرت در کنار یک سامانه‌ی کنترلی پیچیده، ساختار اصلی درایو الکتریکی را تشکیل می‌دهد. سامانه‌ی کنترلی قادر است هم سرعت و هم موقعیت محور موتور را کنترل کند. این کنترل با کمک نرم‌افزارهایی انجام می‌شود و بنابراین بسیار ساده و درعین‌حال دقیق است.

عملکرد درایو صنعتی

کار درایو صنعتی به این صورت هست که برای راه اندازی الکتروموتورسه فاز، به جز قطع و وصل عادی در یک سری مواقع ما نیازمند این هستیم که الکتروموتور با دور موتور کمتر یا بیشتری بچرخد. یا مثل مدار ستاره مثلث که راه اندازی به صورت آهسته انجام می گیرد ما می توانیم از درایو صنعتی که همین کار را به صورت خیلی بهتر انجام می دهد استفاده نماییم.

در درایو علاوه بر راه اندازی نرم، توقف هم می شود به صورت آهسته صورت پذیرد. درایوها می توانند موتور را به طور نرم و کاملا کنترل شده روشن و خاموش شوند. زمان خاموش و روشن را می شود با دقت تنظیم کنیم. برای چپ گرد یا راست گرد ترمینال جداگانه موجود می باشد که کار ما را آسان تر خواهد کرد.

نکته: ورودی درایو صنعتی در دو نوع تک فاز و سه فاز موجود می باشد. شاید برایمان پیش بیاید که در محل، برق تک فاز داریم و مصرف کننده مان سه فاز می باشد. در این شرایط می توانیم از درایو تک فاز استفاده نماییم. البته نهایتا تا ۷ کیلو وات می توانیم استفاده نماییم. در توان بالاتر، درایو ها سه فاز می باشند.

کاربردهای درایو الکتریکی

تقریباً می توان مدعی شد که هر جایی که الکترو موتور کار می کند به درایو (اینورتر) نیاز است. در هر خط تولیدی وجود درایو ضرورت دارد تا بتوان از موتور الکتریکی استفاده مطلوب نمود.

در کارخانجات با توجه به نیاز کنترل سرعت و گشتاور درایو (اینورتر) بسیار کاربردیست و دقت و سرعت تولید را بسیار بهبود می بخشد و از استهلاک و سوختن موتور جلوگیری می کند.

نوار نقاله، پمپ آب، جرثقیل های سقفی، آسانسور، میکسر و … از کاربردهای درایو (اینورتر) می باشد. در حقیقت در تمامی واحدهای صنعتی که از اتوماسیون صنعتی بهره می برند از اینورتر استفاده شده است.

بییشتر بدانید: راهنمای خرید اینورتر خودرو و گرفتن برق از باطری ماشین

مزایای استفاده از درایو صنعتی

موارد ذیل، برخی کاربردها و مزایای این درایو صنعتی است:

1. صرفه‌جویی در مصرف انرژی
2. کاهش صداهای زاید
3. حرکت نرم موتور (این ویژگی از مهم‌ترین موارد است که در درایو آسانسور سبب کاهش تکان‌های ناگهانی می‌شود. )
4. کاهش استهلاک موتور و پیرو آن، کاهش هزینه‌های تعمیرات، ضایعات و تعویض‌ها
5. محافظت از موتور در برابر تحمیل بار الکتریکی ناگهانی و سنگین
6. صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌های جانبی موتور

اجزا و قطعات درایو الکتریکی

درایو الکتریکی از قطعات گوناگونی تشکیل می‌شود که آن‌ها را معرفی می‌کنیم:

• موتور

این قطعه‌ی پراهمیت، انواع گوناگونی دارد که به صورت عمده به موتورهای DC، AC، سنکرون و القایی تقسیم می‌شود و هریک از این دسته‌بندی‌ها نیز خود به انواع ریزتری تقسیم می‌شوند. مثلا موتور DC به چهارنوع باتحریک موازی، با تحریک سری، با آهنربای دائمی و کمپوند تقسیم می‌شود.

موتورهای سنکرون و القایی ضمن این‌که زیرمجموعه موتورهای AC هستند، خود انواع دیگری دارند. موتور سنکرون دو مدل آهنربای دائمی و میدان‌گرد دارد و موتور القایی نیز به دو نوع روتور سیم‌پیچی شده و قفس سنجابی تقسیم می‌شود.

از موتورهای سنکرون و القایی در موارد سرعت ثابت استفاده می‌شود. برای سرعت متغیر از موتورهای DC استفاده می‌شد که بعدها به دلیل مزایای موتورهای القایی، مانند حجم، وزن و هزینه‌ی کمتر، از آن‌ها به عنوان جایگزینی مناسب برای انواع DC استفاده شد.

• مدولاتور توان

 این قطعات، درواقع وظیفه‌ی تغییر فرکانس و نیز شدت نیرو را دارند. مدولاتور توان خود به انواع مبدل، مدار امپدانس متغیر و مدار سوئیچینگ تقسیم می‌شود که هریک زیرمجموعه‌هایی دارند.
مبدل‌ها خود به پنج دسته‌ی AC به DC، تنظیم‌کننده‌ی AC، برش‌دهنده‌ی DC، اینورتر و سیکلوکانورتر تقسیم می‌شوند.

• واحد کنترل

  برای کنترل و بهینه‌سازی عملکرد مدولاتور توان، از واحد کنترل استفاده می‌شود. انتخاب آن وابسته به نوع مدولاتور توان است. مراقبت از موتور و ماژول قدرت نیز بر عهده‌ی همین بخش است.

• واحد سنجش

 سرعت و کارایی موتور در درایو الکتریکی نیازمند سنجش است. برای این منظور واحد سنجش در درایو طراحی می‌شود که کاربرد آن برای حفاظت نیز هست.

• منبع تغذیه

 که چنان‌که پیش‌تر شرح داده شد، می‌تواند انواع گوناگون دیزلی، بنزینی، توربین بخار و. . . داشته باشد.

تفاوت درایو با اینورتر چیست؟

اینورتر عمدتاً بخشی از سایر قسمت‌های یک درایو را تشکیل می‌دهد، پس یک درایو به‌ احتمال زیاد درون خود یک اینورتر جهت تبدیل جریان DC به AC دارد.

اینورتر بخشی از درایو است، اگر به طور جزئی و ریز بخواهیم عملکرد درایو را بررسی کنیم، یک درایو صنعتی برق ورودی یعنی برق AC  را می‌گیرد و آن را به برق DC با استفاده از یک سوکننده تبدیل می‌کند. اینورتر چه وظیفه‌ای دارد؟ وظیفه آن معکوس کردن جریان برق از DC  به AC است.

درایو از دو بخش اصلی کانورتر و اینورتر تشکیل شده است ولی اجزای دیگری هم دارد. از سایر تفاوت‌های اینورتر و درایو می‌توان موارد زیر را برشمرد:

• اینورترها قطعات متحرک ندارد در حالی که درایو از اجزای متحرک گوناگونی تشکیل شده است.
• در اینورترها فقط می‌توانیم ولتاژ و توان خروجی را مشخص کنیم، این در حالی است که در درایوهای صنعتی با تنظیم دستی ولتاژ، فرکانس و توان ورودی می‌توان مقادیر خروجی دستگاه را تعیین کرد.

بیشتر بدانید: تفاوت یو پی اس و اینورتر چیست؟

دسته بندی انواع درایوهای الکتریکی

درایوهای الکتریکی می‌توانند در شکل‌ها و کاربردهای مختلفی دسته‌بندی شوند، در ادامه برخی از این دسته‌بندی‌ها را مرور می‌کنیم.

درایو الکتریکی بر اساس تعداد موتور

1. درایو تک‌موتور
2. درایو موتور گروهی
3. درایو چندموتوره

از این انواع،  نوع تک‌موتوره بیشتر در لوازم خانگی و همچنین دستگاه‌های کار با فلزات به کار می‌رود. از نوع موتور گروهی در صنایع مدرن و از نوع چندموتوره در صنایع سنگین یا در حمل و نقل ریلی استفاده می‌شود.

درایو الکتریکی بر اساس سرعت چرخش

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

درایو الکتریکی بر اساس متغیر کنترل

• درایو گشتاور ثابت
• درایو توان ثابت

درایو الکتریکی بر اساس منبع تغذیه

• درایوهای AC
• درایوهای DC

همان گونه که مشاهده کردید دسته‌بندی‌های متنوعی برای درایو الکتریکی در نظر گرفته می‌شود، بااین‌حال همچنان مهم‌ترین دسته‌بندی، دسته‌بندی بر اساس منبع تغذیه می‌باشد که در ادامه بیشتر به آن خواهیم پرداخت.

ازآنجایی‌که تمرکز ما در این پست بیشتر بروی درایوهای AC می‌باشد پس در ادامه به زیر مجموعه‌های این درایو محبوب می‌پردازیم.

بیشتر بدانید: یو پی اس صنعتی چیست؟ آشنایی با UPS صنعتی

تفاوت درایو AC و DC چیست؟

• درایو DC قیمت و هزینه های نگهداری بالاتری نسبت به درایو AC دارد. علت اصلی آن هم کاربرد کم و گرانتر بودن موتور های DC نسبت به موتورهای AC است. با توجه به رایج و پرکاربرد بودن موتورهای AC، درایوهای AC نیز در اکثر مکان ها استفاده می شوند.
• درایو DC گشتاور راه اندازی بیشتری دارد. علت آن هم گشتاور راه اندازی بیشتر در موتور DC است.
• درایو AC نویز پذیری زیادی دارد. در درایو DC به علت سادگی ساخت آن نویزپذیری کمتر است.
• در محیط های مرطوب می توان درایو AC را برای الکتروموتور به کار برد. اما درایو DC به دلیل جرقه زنی در همه نوع محیطی قابل استفاده نیست.
• تغییر سرعت و یا دور در درایو AC بهتر و مطلوب تر از درایو DC انجام می پذیرد.

درایو صنعتی سرعت متغیر یا VSD

این نوع درایو یکی از انواع درایوهای صنعتی است که در ماشین‌های صنعتی برای کنترل سرعت استفاده می‌شود. در برخی صنایع و ماشین‌‌آلات صنعتی سرعت‌های گوناگونی موردنیاز است.

در شرایطی که نیاز باشد سرعت خروجی دائما تغییر کند و حالت پلکانی در این تغییر رخ ندهد، باید از درایو سرعت متغیر VSD استفاده کرد. برای مثال در پمپ‌ها، فن‌ها و دستگاه‌های کمپرسور باید از این نوع درایو صنعتی استفاده کرد.

نتیجه‌ی استفاده از این نوع، ذخیره‌ی بیشتر انرژی نیز خواهد بود. برخی از درایوهای صنعتی سرعت متغیر صرفا مکانیکی هستند. نام دیگر این درایوها، واریاتور است. برخی دیگر الکترونیکی، هیدرولیکی و یا الکترومکانیکی هستند.

برخی مزایای استفاده از درایو VSD را برمی‌شمریم:

1. تنظیم سرعت
2. کنترل مناسب فرایند حرکت (که نتیجه‌ی کنترل سرعت است)
3. کاهش مصرف برق

VSD های مکانیکی

درایو صنعتی مکانیکی در دو نوع رایج است:

1. درایو تراکشن: نام دیگر این نوع درایو، کششی است و از چند غلتک فلزی تشکیل شده که به‌هم جفت شده‌اند و انتقال توان را با کمک آن‌ها انجام می‌دهد.
2. درایو گام‌متغیر: با نام‌های دیگر تسمه‌ای و پولی هم شناخته می‌شوند.

VSDهای هیدرولیکی‌

VSD های هیدورلیکی، درایوهایی با سرعت متغیر هستند که در سه نوع مورد استفاده قرار می‌گیرند:

1. هیدرواستاتیک: این درایو دارای یک پمپ و یک موتور هیدرولیک است.
2. هیدرودینامیک: شاید این درایو را با نام کوپلینگ سیالی نیز بشناسید. در این درایو صنعتی برای انتقال گشتاور شافت ورودی با سرعت ثابت از روغن، و روی شافت خروجی از روتور استفاده می‌شود.
3. هدروویسکوز

VSD های الکتریکی

این نوع اینورتر صنعتی ایرانی نیز در سه قسم وجود دارد:

1. درایوهای موتور جریان مستقیم
2. درایوهای موتور جریان تناوبی
3. درایو گردابی

درایو صنعتی سرعت قابل تنظیم یا ASD

نوعی دیگر از درایوهای مورد استفاده در ماشین‌های صنعتی درایو سرعت قابل تنظیم است. در برخی از صنایع مانند خطوط مونتاژ نیاز است که سرعت برای مونتاژ هر محصول، از پیش تنظیم شود. برای این کار معمولا از درایو ASD استفاده می‌گردد.

مزیت‌های استفاده از درایو مذکور به این قرار است:

• کنترل شتاب دستگاه‌ها (برای پیشگیری از آسیب‌های احتمالی به قطعات)
• کارکرد نرم‌تر موتور و سایر قطعات در حال حرکت
• توان تنظیم کردن سرعت‌های مختلف در حرکت
• شروع حرکت آهسته
• کنترل گشتاور
• تنظیم میزان محصول تولیدی
• جبران تغییر متغیرها
• امکان تجدید جریان
• کاهش مصرف انرژی

درایو آسانسور چیست؟

آسانسور قطعات مختلفی دارد. یکی از قطعات مهم آن، درایو الکتریکی است که موتور را همراهی می‌کند تا کارکرد آن بهینه شود.

شاید درک میزان کارایی درایوها برای افرادی که در حوزه‌ی صنایع فعال هستند، بیشتر باشد اما قطعا عموم مردم از آسانسور استفاده می‌کنند. تفاوت میان آسانسوری که ناگهان به حرکت درمی‌آید و حین حرکت دائم شوک‌ها و ضرباتی به همراه دارد، با آسانسوری که به نرمی حرکت می‌کند و تقریبا هیچ تکان و لرزش ملموسی ندارد، نکته‌ای است که افراد غیرمتخصص نیز با آن سروکار دارند. استفاده از درایو آسانسور تفاوت این دو حالت است.

وظیفه‌ی درایو آسانسور یا همان اینورتر مخصوص آسانسور این است که سرعت چرخش در موتور را به نحوی کنترل و بهینه کند که آسانسور کوچک‌ترین تکان ناگهانی و ناخوشایندی نداشته باشد. در واقع درایو آسانسور، وسیله‌ای است که کمک می‌کند دور گرفتن الکتروموتور به آرامی صورت گیرد و تکان شدیدی در کابین احساس نشود.
عملکرد درایو این‌گونه است که برق شبکه را تبدیل به ولتاژ DC می‌کند؛ سپس بخشی به نام اینورتر، این ولتاژ را تبدیل به ولتاژ AC می‌نماید و در نهایت با این روند، حرکات آسانسور نرم‌تر می‌شود.

بیشتر بدانید: راهنمای خرید باطری آسانسور

مزایای درایو 3VF در تابلو فرمان آسانسور

• افزایش عمر قطعات وابسته به کابین و قطعات مکانیکی آسانسور به دلیل کاهش ضربه و شوک‌های لحظه‌ای در حرکت کابین آسانسور
• حرکت نرم کابین و حذف شوک‌های زمان شروع حرکت یا زمان توقف کابین آسانسور
• در آسانسورهای دارای درایو جریان برق برای شروع کار موتور برای حرکت کابین کمتر شده و بنابراین از کنتاکتورهای کوچکتری استفاده می‌شود که دارای صدای کمتری به نسبت کنتاکتورهای بزرگتر است
• استهلاک کمتر موتور آسانسور چرا که در سیستم‌های دارای درایو، موتور آسانسور به دلیل کنترل بهتر کمتر داغ می شود
• کاهش چشمگیر در مصرف برق و انرژی آسانسور

درایو صنعتی در انواع و کارایی‌های گوناگون تحولی در حوزه مکانیک ایجاد کرده‌ است. این دستگاه‌ها به‌نحو چشمگیری عمر موتور را افزایش داده و امکان صرفه‌جویی در مصرف انرژی را بیشتر می‌سازند. استفاده از این درایوها در دستگاه‌های صنعتی و خطوط تولید گوناگون رایج شده است. بهره‌وری از آن‌ها قطعا مهارت و دانش خاص خود را می‌طلبد.

بیشتر بدانید: عیب یابی خرابی و قطع برق آسانسور

نحوه انتخاب درایو مناسب

یکی از سوالات مهم در خرید درایو چگونگی انتخاب آن است تا برای کاربرد مد نظر خود بهترین گزینه را خریداری کنیم و از نتایج آن بهره مند شویم. ذکر این نکته لازم است که حتی برخی از فروشندگان درایو یا اینورتر نیز در معرفی مدل مناسب به مشتری همه جوانب را در نظر نمی گیرند. بنابراین در ادامه مطلب پارامترهای مهم در انتخاب درایو آموزش داده می شود.

• تعیین نوع کاربرد

مفهوم دقیق این معیار اینست که موتوری که برای آن قصد انتخاب درایو داریم در چه کاربردی مشغول به کار است؟ آیا این موتور در یک جرثقیل سقفی کار می کند؟ آیا نیروی محرک یک نوار نقاله را تامین می کند؟

با واضح شدن محل کار موتور می توان تعیین نمود که نوع بار چیست. بار در دودسته گشتاور ثابت و گشتاور متغیر قرار می گیرد. کاربردهایی نظیر جرثقیل از نوع بار گشتاور ثابت و کاربردهایی نظیر پمپ از نوع گشتاور متغیر هستند.

نوع بار در انتخاب درایو بدین دلیل مهم است که درایوهای گشتاور ثابت اضافه بار بیشتری تحمل می کنند.

• اطلاعات درج شده در پلاک موتور

بر روی پلاک الکتروموتوری که قصد انتخاب درایو برای آن داریم اطلاعات بسیار مهمی نوشته شده است که راهگشای انتخاب درایو است و ما را از انتخاب اشتباه باز میدارد. البته باید توجه نمود که در نظر گرفتن اطلاعات پلاک موتور فقط یکی از معیارهای انتخاب اینورتر است. ولتاژ موتور، فرکانس، جریان نامی و … از اطلاعات مهم می باشند.

• برق ورودی درایو

درایو (اینورتر) از لحاظ برق ورودی به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

– درایو تکفاز به سه فاز: در این درایو با اتصال برق تکفاز به درایو برق خروجی آن سه فاز است و می توان موتور سه فاز را با آن راه اندازی نمود.

– درایو سه فاز به سه فاز: در این درایو برق ورودی و خروجی درایو هر دو سه فاز هستند.

– درایو تکفاز به تکفاز: بسیار کم کاربرد هستند. به همین دلیل قیمت بالایی دارند.

بیشتر بدانید: یو پی اس تک فاز یا ups سه فاز کدام بهتر است؟

• تعداد و نوع ورودی و خروجی

به طور کلی ورودی و خروجی ها به دودسته دیجیتال و آنالوگ تقسیم می شوند. هر درایو تعدادی ورودی و تعدادی خروجی دارد. در انتخاب اینورتر بایستی دقت مود که نوع و تعداد ورودی وخروجی درایو جوابگوی نیاز ما باشد.

• ارتفاع و دمای محل کار اینورتر

درایوها در بازه دمایی مشخصی کارمی کنند. به طور معمول اینورتر کیلو وات پایین در بازه دمایی مشخص و معینی توانایی کار دارد. درایوهای با کیلووات بالاتر در بازه ی کوچکتری قابلیت کار دارند. همچنین درایو برای ارتفاع 1000 متر از سطح دریا ساخته شده است. در صورتیکه محل استفاده از درایو دارای دمای زیاد یا دمای خیلی کم باشد و یا ارتفاع زیادی داشته باشد بایستی در انتخاب درایو لحاظ گردد.

• IP یا درجه حفاظت

برخی محیط ها پر از گرد و غبار و یا بسیار مرطوب هستند. اینکه درایو در یک محیط روباز یا سرپوشیده استفاده شود و اینکه مقدار رطوبت و گرد و غبار چقدر است در انتخاب درایو نقش بسزایی دارد.

• مد کنترلی

در انتخاب درایو مقدار گشتاور مورد نیاز از موتور با توجه به دور بسیار مهم می باشد.

تفاوت مدل های مختلف درایو ها در چیست؟

درایو یا اینورتر در اکثر شرکت های تولید کننده تجهیزات اتوماسیون صنعتی تولید می شود. همه درایوها به طور کلی عملکرد مشابهی دارند و برای هدف کنترل بیشتر بر روی دور، ولتاژ و حفاظت و … تولید می شوند اما در تنظیم پارامترها و شیوه نمایش اطلاعات با یکدیگر متفاوت هستند.