مد کنترلی v/f درایو

وقتی یک پمپ آب را به‌طور مستقیم به شبکه وصل می‌کنید، کنترل سرعت پمپاژ آب از اختیار شما خارج است. فرض کنید در یک بازه زمانی به یک سرعت و در یک بازه‌ به سرعت دیگری نیاز دارید. اما موتور شما فقط می‌تواند در سرعت ثابت فعالیت کند. راهکار چیست؟ چه باید کرد؟ یک روش ساده کنترل دور و سرعت موتور، استفاده از درایو است. درایو برای کنترل دور موتور از مدهای کنترلی گوناگونی استفاده می‌کند. یکی از مدهای پرکاربرد کنترلی درایو، مد v/f است. در این مقاله، صفر تا ۱۰۰ کنترل دور با درایو در مد کنترلی v/f را می‌آموزید. 

بزرگ‌ترین عیب موتورها

فرض کنید در یک پروژه می‌خواهید یک خط تولید راه‌اندازی کنید. باید در نظر داشته باشید که چهار ویژگی زیر، میزان کیفیت این پروژه را تعیین می‌کنند:

۱- انعطاف‌پذیر بودن (Flexibility): خط تولید باید در موقعیت‌های مختلف، انعطاف پذیر باشد. برای مثال باید بتواند در بازه‌های زمانی مختلف، با سرعت و دور متغیری فعالیت کند.

۲. توانمندی (Capability): سیستم باید توانایی عملکرد در شرایط مختلف یک پروژه صنعتی را داشته باشد.

۳. سازگاری (Compatibility): اگر چندین خط تولید در سیستم وجود دارد، سازگار بودن خطوط اهمیت بالایی خواهد داشت.

۴. قابلیت اطمینان (Reliability): سیستم باید بتواند زمان بروز و نوع خطاها را تشخیص داده و وقوع خطا را به اپراتور اطلاع دهد. با این اطلاع‌رسانی، آسیب‌های ناشی از خطاها کاهش و قابلیت اطمینان افزایش خواهد داشت.

در این پروژه بدون شک به موتورها نیاز دارید. اما چهار ویژگی‌ بالا با یک موتور به تنهایی به دست نمی‌آید.

مطالعه مقاله «الکتروموتور و اجزای آن» به شما دید خوبی راجع به این تجهیز می‌دهد.

بیایید به سه سوال پاسخ دهیم:

 سوال ۱: بزرگ‌ترین عیب موتورها انعطاف‌ناپذیر بودن آن‌ها است. برای رفع این عیب بزرگ چه باید کرد؟ 

 بهترین پاسخ به این سوال استفاده از درایو برای ایجاد انعطاف‌پذیری است. 

سوال ۲: یک درایو برای ایجاد انعطاف‌پذیری در پروژه، چگونه سرعت یک موتور را کنترل می‌کند؟

درایو با مدهای کنترلی خود، سرعت موتور را کنترل می‌کند.

سوال ۳: مد کنترلی درایو چیست؟

مد کنترلی درایو، قابلیتی است که با استفاده از آن می‌توانید دور موتور را کنترل کنید. 

ما در مقاله «اینورتر یا درایو چیست و چه کاربردی دارد؟» در مورد این تجهیزِ به شدت کاربردی و مزیت های آن اطلاعات مفیدی ارائه داده ایم.

درایو یا اینورتر

درایو یا اینورتر با نام‌های (VFD (Variable Frequency Drive و VSD (Variable Speed Drive هم شناخته می‌شود. یک درایو می‌تواند:

• از موتور حفاظت کند. با تنظیم صحیح پارامترهای مرتبط، حفاظت صد درصدی موتور را تجربه خواهید کرد.
• جهت چرخش در موتورهای دوار را تغییر دهد؛
•  سرعت و دور موتور را کنترل کند.

درایو تمامی وظایف ذکر شده را به بهترین نحو انجام می‌دهد، اگر یک شرط را به درستی رعایت کنید. شرط مهم عملکرد صحیح درایو، تنظیم درست پارامترهای آن است. تنظیم نادرست پارامترها، نه‌تنها باعث کنترل و حفاظت موتور نمی‌شود، بلکه ممکن است با آسیب به تجهیزات همراه باشد. 

شکل۱- درایو یا اینورتر

 همانطور که  در این ویدیو خواهید دید، بر اثر تنظیم نبودن پارامترهای درایو، ضربه شدیدی به موتور می‌شود و به اصطلاح موتور تقه می‌زند. در ویدئوی زیر اهمیت تنظیم صحیح پارامترهای درایو را در این ویدئو مشاهده کنید.

مدهای کنترلی درایو

موارد زیر مهم‌ترین مُدهای کنترلی درایو هستند.

۱. مُد کنترلی ولتاژ به فرکانس (V/F: Voltage per Frequency)

۲. مُد کنترلی برداری حلقه باز (SVC: Sensorless Vector Control-Open Loop)

۳. مد کنترلی برداری حلقه بسته (VC: Vector Control-Closed Loop) 

۴. مد کنترل گشتاور (TC: Torque Control)

۵. مد کنترل گشتاور مستقیم (DTC: Direct Torque Control)

از بین مدهای کنترلی ذکر شده، مدهای ولتاژ به فرکانس (v/f) و برداری حلقه بسته (Vector Control) پرکاربردتر هستند.

مد کنترلی v/f درایو

در مد کنترلی ولتاژ به فرکانس یا (v/f)، رابطه ولتاژ و فرکانس مستقیم است. یعنی با افزایش فرکانس، ولتاژ هم افزایش خواهد داشت، به‌طوری‌که نسبت v/f ثابت بماند. در این مد کنترلی، سه حالت خطی (Linear v/f)، مربعی (Square v/f) و تنظیمات کاربر (User v/f) الگو یا نحوه افزایش ولتاژ و فرکانس را مشخص می‌کنند.

مد v/f در حالت خطی

به نمودار شکل ۲ نگاه کنید. در مد v/f درایو، ولتاژ از ۳۰ درصد به ۷۰ درصد افزایش داشته است. بر اساس تغییرات خطی در مد ولتاژ به فرکانس، تغییرات فرکانس از ۱۰ تا ۴۰ هرتز خواهد بود. 

شکل ۲- مد کنترلی ولتاژ به فرکانس، در حالت خطی.

نکته: در درایو IG5-A از برند LS، برای افزایش خطی سرعت و فرکانس، کافی است پارامتر F30 از F group را برابر ۰ قرار دهید. 

مد v/f در حالت مربعی

در مد v/f درایو، تغییرات ولتاژ و فرکانس خطی نیست. با توجه به نمودار شکل ۳، ولتاژ با توان دوم (مربع) فرکانس افزایش خواهد داشت. کاهش مصرف انرژی (Energy saving) یکی از نتایج استفاده از مد مربعی است. بنابراین به‌طور کلی، مد v/f در حالت مربعی برای گشتاورهای سبک مناسب است. در یونیت هیدرولیک، فن‌ها و پمپ‌ها که نیازی به افزایش هم‌زمان (خطی) ولتاژ و فرکانس وجود ندارد، این مد کنترلی درایو عملکرد مطلوبی خواهد داشت. 

شکل ۳ – مد کنترلی ولتاژ به فرکانس، در حالت مربعی.

نکته: در درایو IG5-A از برند LS، برای افزایش مربعی سرعت و فرکانس، کافی است پارامتر F30 را برابر ۱ قرار دهید.

مد v/f در حالت تنظیمات دلخواه کاربر

نهایت انعطاف‌پذیری را در حالت تنظیمات دلخواه کاربر خواهید داشت. با انتخاب این مد کنترلی، روند تغییرات ولتاژ و فرکانس را به دلخواه تعیین کنید. شکل ۴ مثالی از تنظیمات کاربر برای الگوی افزایش ولتاژ و فرکانس است. این مد کنترلی برای کنترل سرعت و گشتاور بالابرها، آسانسورها و به‌طور کلی اپلیکیشن‌های لیفت بهترین انتخاب است. زیرا در این حالت می‌توانید بیشترین گشتاور و زور را در کم‌ترین سرعت داشته باشید. البته در استارت موتور با کم‌ترین سرعت و بیشترین گشتاور باید به نکاتی توجه کرد:

۱. عملکرد موتور با صدا همراه است.

۲. دمای موتور افزایش خواهد داشت (به فن‌های اکسترنال نیاز دارید.)

۳. لرزش‌ موتور اجتناب‌ناپذیر است.

شکل ۴ – مد کنترلی ولتاژ به فرکانس، در حالت تنظیمات دلخواه کاربر.

نکته: در درایو IG5-A از برند LS، برای تنظیمات دلخواه روند افزایش سرعت و فرکانس، کافی است پارامتر F30 را برابر ۲ قرار دهید. در این حالت پارامترهای F31 تا F38 فعال می‌شوند. F37 ،F35 ،F33 ،F31 پله‌های فرکانس و F38 ،F36 ،F34 ،F32 پله‌های ولتاژ هستند. در شکل ۵ پله‌های ولتاژ و فرکانس را ببینید.

شکل ۵ – پله‌های مد کنترلی ولتاژ به فرکانس، در حالت تنظیمات دلخواه کاربر برای درایو IG5-A در برند LS.

یک سوال مهم در حالت تنظیمات دلخواه کاربر 

آیا در مد کنترلی v/f درایو و در تنظیمات دلخواه کاربر، کاربر هر مقدار دلخواهی را می‌تواند به مقادیر ولتاژ و فرکانس نسبت دهد؟ آیا الگو یا پترن افزایش ولتاژ و فرکانس کاملا دلخواه است؟ قطعاً خیر! انتخاب صحیح پترن تغییرات ولتاژ و فرکانس وابسته به قوانین خاصی است که در ویدئوی زیر بررسی کرده‌ایم. در این ویدئو می‌بینید که تنظیم صحیح پارامتر، چگونه کیفیتِ عملکرد موتور را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

جمع‌بندی

• درایو، به شرط تنظیم صحیح پارامتر، می‌تواند بسیاری از چالش‌های موتور را حل کند.
• درایو شما می‌تواند کنترل سرعت موتورها را در دست بگیرد، اگر مد کنترلی v/f را بشناسید و به درستی به‌کار بگیرید.
• توانایی کار کردن با درایو یا درایومن بودن، مهارتی به شدت کاربردی است که با کمک آن می‌توانید وارد بازار کار شوید و با کسب درآمد، از مهارت خود لذت ببرید.

توانایی تنظیم پارامترهای درایو، شناسایی مدهای کنترلی، تنظیمات صحیح پترن‌های عملکردی و تشخیص خطاهای درایو، بخشی از توانایی‌هایی است که برای درایومن شدن نیاز دارید. همه‌ این توانایی‌های را در دوره داریومن ماهر خواهید آموخت.