نحوه تنظیم درایورهای AC (اینورتر) به منظور راه اندازی موتورهای AC تک فاز و سه فاز

استفاده از درایورها در راه اندازی موتور الکتریکی

امروز در صنعت، مزایای استفاده از درایورهای AC بسیار زیاد و از اهمیت فراوانی برخوردار است که جهت کنترل سرعت الکتروموتورهای AC و همچنین گشتاور موتور از این درایورها استفاده می ­شود.

از مزایای درایورها می­ توان به موارد زیر اشاره کرد.

1. مصرف­ کننده­ های الکتریکی در صنعت عمدتاً موتورها هستند. این موتورها علاوه بر مصرف توان اکتیو، مصرف کننده توان راکتیو (غیرفعال) نیز می ­باشند. این توان علاوه بر هزینه مصرف توان راکتیو برای تأمین کننده انرژی باعث گرم شدن کابل های تغذیه، افزایش جریان مصرفی موتور و کاهش سطح ولتاژ مصرفی را منجر خواهد شد. برای از بین بردن موارد فوق نیاز به اضافه کردن خازن به باس مصرفی خواهد داشت. اما استفاده از اینورتر نیاز به خازن را از بین می­ برد.
2. در لحظه راه ­اندازی الکتروموتورها به صورت مستقیم معمولاً جریان ناگهانی از 5 الی 7 برابر جریان نامی موتور کشیده می شود. این کار افزایش میزان مصرف انرژی، تخریب موتور و خرابی بیرینگ­ ها و کوپلینگ ­های الکتروموتور می ­شود. استفاده از درایو باعث کاهش مصرف انرژی و عدم هزینه ­ی نگهداری از تجهیزات را در درازمدت به دنبال خواهد داشت.
3. راه­ اندازی موتورها نیاز به تجهیزات حفاظتی و کنترلی خواهد داشت. اما با استفاده از اینورتر این لوازم مورد نیاز نیست.
4. با کاهش 20 درصد از سرعت موتور تقریباً 50 درصد از توان مصرفی الکتریکی موتور کاهش می ­یابد و این هزینه ­ی کم­تر برق را منجر می­ شود. لذا با توجه به موارد فوق استفاده از اینورترها امری ضروری به نظر می­ رسد. اما در شرایط کنونی با انواع برندهای اینورتری در صنعت روبرو هستیم.

با توجه به کاربرد آن و هزینه­ های خرید متفاوت آنها لازم است نحوه تنظیمات و کاربرد آنها را بلد باشیم تا بتوانیم از انواع محصولات با برندهای مختلف استفاده کنیم. در تمامی این برندها تنظیمات کلی به صورت مشترک وجود دارد. اما کدهای دستوری متفاوتی دارند. اما در صورت تسلط به یک برند خاص و اصول تنظیم کردن آن می­ توان سایر درایورهای AC را نیز تنظیم و به کار گرفت. لذا در این مقاله به تنظیم کردن موارد مشابه خواهیم پرداخت.

نحوه انتخاب اینورترها

علاوه بر آگاهی از توان الکتروموتور و جریان نامی مصرفی آن عوامل زیادی در انتخاب یک اینورتور مؤثر خواهد بود.

نوع کاربرد موتورها اعم از بارهای سبک یا سنگین کوپلینگ مستقیم به بار یا توسط گیربکس، گشتاور ثابت یا گشتاور متغیر بار و …. از عواملی هستند که در تعیین نوع اینورتورها به ما کمک خواهند کرد.

لازم به ذکر است این اطلاعات از سازنده ­های اینورتر در دسترس خواهند بود و با توجه به نوع کاربری ما، اینورتر متناسب با آن را می ­توان انتخاب کرد.

تنظیمات مشترک در انواع اینورترها

• تنظیم فرکانس خروجی اینورتر: میزان فرکانس خروجی از اینورترها به موتور که در اکثر اینورترها از HZ 0-400 متغیر می باشد. در تنظیم این فرکانس از روی مشخصات موتور فرکانس کاری آن را به اینورتر می ­دهیم. در اکثر الکتروموتورهای مصرفی در صنعت برق ایران این فرکانس HZ 50 می ­باشد.

البته در برخی از شرایط تا 20 درصد از این فرکانس را می­ توانیم به موتور بدهیم یعنی HZ60 جهت افزایش فرکانس از این حد باید به Datasheet موتورها و سازنده آن رجوع کرد که آیا می­ شود از این فرکانس بالاتر رویم یا خیر. در برخی از الکتروموتورهای شرکت SIEMENS (زیمنس) تا HZ90 را هم می­ شود به موتور داد (در یک بازه زمانی مشخص).

باید در نظر داشته باشید افزایش فرکانس خروجی تا فرکانس HZ 50 منجر به افزایش ولتاژ خروجی اینورتر می ­شود. در شبکه برق ایران این ولتاژ معمولاً برای مصرف­ کننده سه فاز (380 الی 400) ولت می­ باشد. از این فرکانس به بعد دیگر افزایش فرکانس، افزایش ولتاژ خروجی را در برندارد و این امر خود باعث گرم شدن هسته موتور خواهد شد. لذا در این کار احتیاط لازم باید رعایت شود.

• Acc Time (Acceleration Time) یا زمان شتاب­ گیری: زمان شتاب­ گیری زمانیست که از فرکانس پایین (minimum) تا فرکانس تنظیمی کاربر (maximum) طی می ­شود. به عنوان مثال اگر فرکانس min برابر صفر هرتز باشد و فرکانس max برابر 50HZ  و Acc=5sec (ثانیه) طول خواهد کشید که فرکانس به مقدار مورد نظر برسد. در انتخاب این زمان باید دقت شود. کاهش این زمان از حد مشخصی ممکن است خطای اضافه جریان را به دنبال داشته باشد (over current fault).
• Dec Time (dece laration Time): زمان کاهش سرعت در زمان توقف اینورتر است که دقیقاً عکس Acc Time خواهد بود.

نکته اول: تنظیمات Acc و Dec می­تواند به صورت خطی (linear) یا منحنی (curve) یعنی افزایش یا کاهش سرعت می­ تواند به­ صورت خطی یا منحنی باشد.

نکته دوم: در برخی از برندهای سازنده اینورتر زمان شتاب و کاهش سرعت دوم و سوم نیز وجود دارد. یعنی می ­توان در چند زمان متفاوت به مقدار ماکزیمم و یا مینیمم رسید.

نکته سوم: اگر میزان dec Time از مقدار پیش فرض کمتر شود جهت سریع stop کردن ممکن ات دچار خطای (over current) و یا (over voltage) شویم. لذا جهت جلوگیری از این امر و کاهش سریع سرعت در بارهای نسبتاً سنگین نیاز به استفاده از مقاومت ترمز دینامیکی خارجی خواهیم داشت که در بخش توقف درایوها به طور کامل توضیح داده می ­شود.

     روش ­های به­ کارگیری اینورترها

معمولاً به چند روش می­ توان از اینورترها بهره برد.

1. از روی صفحه کلید اینورترها یا (keypad mode) در این روش فرمان استارت اینورتر افزایش و کاهش سرعت و چپ گرد یا راست. گرد کردن موتور از روی صفحه کلید یا keypad انجام خواهد شد.
2. انجام مراحل فوق از طریق ترمینال­ های فرمان اینورتر که اکثراً از ترمینال­ های قدرت جدا هستند.
3. از طریق بستر شبکه که معمولاً از طریق PLC و شبکه کردن با اینورتر فرامین داده می­ شود.

   مدهای تنظیم فرکانس خروجی

معمولاً به چند طریق می ­توان با توجه به مدهای انتخابی فرمان و کنترل درایورها را انجام داد.

1. از طریق keypad دستگاه: همانطور که قبلاً گفته شد جهت فرمان استارت، افزایش یا کاهش سرعت و چپ گرد یا راست گرد کردن موتور توسط اینورتر از این مد استفاده می­شود.
2. از طریق ترمینال­ های فرمان با استفاده از ورودی آنالوگ 0-10 VDC اینورتر توسط پتانسیومتر معمولاً Ω10 K یک وات انجام می­ پذیرد.

3. از طریق ورودی آنالوگ mA 4-20 (میلی آمپر) از این مد معمولاً در کنترل دور پمپ ­ها یا فن­ ها به روش PID کنترل استفاده می­ شود. سنسوری که mA 4-20 را تولید می­ کند عمدتاً ترن فشار می­ باشند.
4. از طریق ترمینال ­های ورودی دیجیتال به صورت up، down که در این روش ابتدا لازم است اینورترRUN شود و سپس از طریق ورودی ­های دیجیتال که کاربر تعریف می­ کند برای افزایش سرعت (up) و یک ورودی برای کاهش سرعت (down) استفاده می­ شود.
5. تغییر فرکانس خروجی از طریق شبکه
6. تغییر فرکانس از طریق ورودی­ های دیجیتال به صورت :multi speed در این روش عمدتاً از 3 پله پرش فرکانسی استفاده می­ شود که با توجه به نیاز کاربر و فرمان دادن به ورودی­ های از قبل تعریف شده می­ توان از یک فرکانس به فرکانس دیگر سویچ کرد.

پارامترهای عمومی در تنظیمات درایورها

1. ACC Time و Dec Time
2. توان موتور خروجی
3. ولتاژ نامی موتور
4. فرکانس نامی موتور
5. تعداد قطب­ های موتور

نکته: در اکثر اینورتورها تنظیم توان موتور، جریان خروجی به صورت پیش ­فرض تنظیم می­ گردد. اما قابلیت تغییر توسط کاربر را دارد.

نحوه توقف درایورها

معمولاً به چند طریق قابل تنظیم کردن می ­باشد:

1. Ramp to stop : از این عملکرد کاهش سرعت از طریق تنظیم زمان توسط DecTime انجام می­ گیرد.
2. Free Run to stop یا :Coast stopاز این مد معمولاً در بارهای سنگین دارای اینرسی بالا استفاده می ­شود و خود سنگینی بار باعث توقف موتور می­ شود.
3. DC BRAKE TO STOP: از این مد معمولاً در بارهای سنگین با استفاده از مقاومت ترمز دینامیکی جهت ترمز استفاده می شود. نحوه عملکرد به این صورت است که به محض قطع تغذیه از اینورتر به موتور، یک سویچ هوشمند انرژی حاصل از سمت موتور به اینورتر را به یک مقاومت ترمز وصل می­ کند. از این­رو می ­توان موتور را سریع ­تر از حالت Dec Time متوقف کرد. مقادیر و مشخصات مقاومت ترمز  با توجه به مدل اینورتر و توان آن در کاتالوگ دستگاه موجود می ­باشد.

تنظیم گشتاور راه ­اندازی (Torque Boost)

این کار عمدتاً در درایورهای AC به دو صورت امکان­ پذیر است:

1. تنظیم گشتاور راه ­اندازی به صورت اتوماتیک

این مد عملکرد برای بارهای ثابت که نیاز به گشتاور ثابت دارند مورد استفاده قرار می­ گیرد و اینورتر نسبت ولتاژ به فرکانس (v/f) ثابتی را به موتور اعمال می­ کند و عملکرد آن کاملاً خطی می­ باشد. به عنوان مثال اگر یک اینورتور در ولتاژ 400 ولت 50 هرتز را به موتور اعمال می ­کند یعنی نسبت آن 8=50/400 م­ی باشد. این نسبت مثلاً برای ولتاژ 250 ولت 25 هرتز می ­باشد و داریم 8= 25/200 لذا در هر 2 حالت نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت می ­باشد.

2. تنظیم گشتاور راه ­اندازی به صورت دستی: جهت بارهای سنگین در لحظه شروع حرکت نیاز به گشتاور راه ­اندازی بالا داریم. لذا در این موارد به صورت درصد می­ توانیم جهت شار تولیدی بیشتر که منجر به گشتاور بالا می­ شود، این کار را انجام داد. در برخی درایورهای AC هم درصد ولتاژ اعمالی و هم درصد فرکانس اعمالی قابل تغییر و در اختیار کاربر قرار داده شده است. این تنظیم جهت راه ­اندازی بارهای سنگین در فرکانس کم (شروع) با اعمال درصد بیشتر ولتاژ انجام می ­پذیرد.

تنظیم پارامترهای حفاظتی

در اکثر اینورترهای AC این پارامترها به صورت پیش فرض تنظیم شده است. اما در برخی نیاز به تنظیم توسط کاربر دارد که به برخی از آنها اشاره می­ کنیم.

1. تنظیم قطعی فاز در ورودی یا خروجی اینورتر
2. سطح اضافه بار به صورت درصد از میزان جریان تنظیم شده موتور
3. تنظیم زمان نگه داشتن اضافه جریان

نکته: در راه­ اندازی الکتروموتورها توسط درایو AC به این نکته باید توجه کنیم که ولتاژ نهایی در اینورترها جهت اعمال به موتور به اندازه ولتاژ ورودی منبع تغذیه آن می­ باشد. یعنی اگر ولتاژ سه فاز V380 به ورودی اینورتر اعمال می­ کنیم، در نهایت در خروجی آن ولتاژ 380 ولت را دریافت می ­کنیم. در درایورهای AC تکفاز به سه فاز چون ورودی ولتاژ 230 ولت است. در نهایت به 3 فاز دارای ولتاژ 230 ولت دسترسی خواهیم داشت. پس در سر بندی موتورها به ولتاژ نهایی باید دقت شود.

کاربرد درایورهای فرکانس متغیر (VFD) در شرکت سیما فولاد جهان

1. جهت کنترل سرعت و راه­ اندازی نرم الکتروموتورهای بعد قیچی متراژ به تعداد 4 عدد الکتروموتور 7.5 کیلووات
2. جهت کنترل الکتروموتور پیش ­رول یک عدد به ظرفیت 5 کیلووات
3. جهت کنترل tail breaker یک عدد به ظرفیت­ 7.5 کیلووات
4. جهت کنترل سرعت و حرت نرم الکتروموتورهای حرکت طولی و عرضی جرثقیل ­های سیما فولاد جهان به تعداد 15 عدد به ظرفیت­ های 2.2 کیلووات و 1.1 کیلووات
5. جهت کنترل سرعت سوزن کوره یک عدد به ظرفیت 7.5 کیلووات
6. جهت کنترل سرعت و راه­ اندازی نرم رول گان­های قبل از رافینگ 5 عدد الکتروموتور به ظرفیت 55 کیلووات
7. جهت کنترل و راه ­اندازی نرم الکتروموتورها 3 عدد قبل از گیوتین به ظرفیت 15 کیلووات

 با بکارگیری این درایورها، خرابی موتور، گیربکس و سایر متعلقات مکانیکی به میزان 90 درصد بهبود یافته است.