انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر (VSD) ؟

در این مقاله مساله انتخاب بین سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر همراه با مزایا و معایب هر کدام بررسی و مقایسه شده است.

انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر (VSD) ؟

اغلب موتورها نیاز به مقدار انرژی نسبتا بزرگی دارند تا آنها را به سرعت نامی شان برساند. سافت استارترها و درایوهای فرکانس متغیر هر دو به منظور کاهش مقدار جریان هجومی و محدود کردن گشتاور استفاده می شوند. از تجهیزات گرانبهای شما مراقبت کرده و عمر موتور شما را با کاهش دادن حرارت ناشی از استپ و استارتهای متوالی موتور افزایش می دهند. انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر وابسته به مورد استفاده، نیازمندی های سیستم، و هزینه (هزینه اولیه خرید آن و هزینه آن در کل طول عمر سیستم) بستگی دارد.

سافت استارترها

یک سافت استارتر یک دستگاه الکترونیکی (solid-state device) است که الکتروموتور AC را از آسیب های ناشی از هجوم توان با محدود کردن هجوم جریان اولیه در زمان راه اندازی موتور محافظت می کند. آنها یک شیب ملایم تا سرعت نامی موتور ایجاد می کنند و فقط در شروع کار استفاده می شوند. (و در زمان توقف اگر برای این کار تجهیز شده باشند) . افزایش تدریجی ولتاژ اولیه تغذیه موتور باعث راه اندازی تدریجی آن می گردد. سافت استارترها همچنین با عنوان سافت استارترهای ولتاژ کاهش یافته (RVSS) نیز شناخته می شوند. موارد استفاده سافت استارترها در کاربردهایی استفاده می شوند که:

  • کنترل سرعت و گشتاور فقط در زمان راه اندازی مورد نیاز است. (و در زمان توقف اگر به صورت سافت استپ هم تجهیز شده باشد)
  • کاهش جریانهای هجومی مربوط به یک موتور بزرگ، در لحظه راه اندازی مورد نیاز باشد.
  • سیستم مکانیکی که نیاز به راه اندازی نرم برای فرونشاندن تنش و جهش گشتاور مرتبط با راه اندازی های معمول را دارد. ( برای مثال، کانوایرها، سیستمهای گردان تسمه ای، چرخ دنده ها و مانند اینها)
  • پمپهای مورد استفاده برای حذف ضربه های فشار در سیستمهای پایپینگ در هنگامی که تغییر جهت مایع خیلی سریع است.

سافت استارتر چگونه کار می کند؟

سافت استارترهای الکتریکی با کاهش گشتاور بطور موقت ولتاژ یا جریان ورودی را کاهش می دهند. بعضی از سافت استارترها ممکن است برای کمک به کنترل شارش جریان از تجهیزات حالت جامد استفاده کنند. آنها می توانند یک تا سه تا از فازها را کنترل کنند، با کنترل سه فاز معمولا نتایج بهتری حاصل می شود.

مدار سافت استارتر

شکل 1 . شماتیک یک سافت استارتر

بیشتر سافت استارترها از یک سری تریستور یا یکسوسازهای کنترل شده سیلیکونی (SCR) برای کاهش دادن ولتاژ استفاده می کنند. در حالت خاموش، SCR جریان را قطع کرده، اما در حالت روشن، SCR ها به جریان اجازه می دهند عبور کند. SCR ها در طی افزایش سرعت به کار می روند و کنتاکتورهای مسیر جنبی (bypass) در هنگامی که موتور به سرعت ماکزیمم خود رسید عمل می کنند. این کار کمک می کند گرمایش موتور به مقدار قابل توجهی کاهش یابد.

مزایای انتخاب یک سافت استارتر

سافت استارترها اغلب اوقات برای کاربردهایی که فقط نیاز به کنترل سرعت و گشتاور در هنگام راه اندازی است به صرفه تر هستند. علاوه بر این، آنها اغلب در جاهایی که مساله فضای موجود یک محدودیت است یک انتخاب ایده آل هستند چونکه معمولا در مقایسه با درایوهای فرکانس متغیر فضای کمتری را اشغال می کنند.

درایوهای فرکانس متغیر

یک درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه کنترل موتور است که موتور القایی AC را حفاظت کرده و سرعت آن را کنترل می کند. یک VFD می تواند سرعت موتور را در حین راه اندازی و توقف کنترل کرده و علاوه بر آن در کل سیکل کاری نیز این کار را انجام می دهد. VFDها همچنین به عنوان درایوهای با فرکانس قابل تنظیم (AFD) نیز شناخته می شوند. کاربردها VFD ها در کاربردها و در جاهایی استفاده می شوند که:

  • رنج کامل کنترل سرعت مورد نیاز باشد
  • صرفه جویی انرژی یک هدف است.
  • کنترل سفارشی نیاز است.

VFDها چگونه کار می کنند؟

VFD ها توان ورودی را به منبعی با ولتاژ و فرکانس قابل تنظیم برای کنترل سرعت موتورهای القایی AC تبدیل می کنند. فرکانس توان اعمالی به یک موتور AC، مطابق با روابط زیر سرعت موتور را تعیین می کند،

N = 120 x f / p

= سرعت (rpm) F = فرکانس (Hz) P = تعداد قطبهای موتور برای مثال، یک موتور چهار قطب که در فرکانس 50 هرتز کار می کند. مقادیر را در فرمول مطابق رابطه زیر قرار داده و سرعت را محاسبه می کنیم: سرعت = 120 * 50 تقسیم بر 4 = 1500rpm

مدار داخلی یک درایو

شکل 2 . مدار داخلی یک درایو فرکانس متغیر

منبع AC: از شبکه قدرت شرکت تامین کننده توان می آید (نوعا 400 ولت، 50 هرتز) یکسوساز: برق شبکه AC را به برق DC تبدیل می کند. فیلتر و باس DC : با همدیگر کار کرده تا برق DC یکسو شده را هموار کرده و یک برق DC تمیز و با ریپل کم را تحویل اینورتر دهند. اینورتر: از برق DC رسیده از فیلتر و باس DC استفاده کرده و با استفاده از تکنیک مدولاسیون پهنای پالس (PWM) به یک برق با شکل موج سینوسی تبدیل می کند. مدولاسیون پهنای پالس: سوئیچهای اینورتر را به گونه ای کلید زنی می کند که دارای زمان و پهنای متفاوتی بوده و هنگامی که متوسط گیری شوند یک شکل موج سینوسی ساخته شود.

شکل موج مدوله شده با پهنای پالس

شکل3. مدولاسیون پهنای پالس و ایجاد شکل موج سینوسی

مزایای استفاده از VFD

  • صرفه جویی انرژی
  • کاهش پیک تقاضای انرژی
  • کاهش دادن توان در هنگامی که مورد نیاز نیست
  • سرعت کاملا قابل تنظیم (پمپها، کانوایرها و فن ها(
  • راه اندازی، توقف و شتاب گیری کنترل شده
  • کنترل دینامیک گشتاور
  • ایجاد حرکت نرم و روان برای کاربردهایی نظیر آسانسورها و پله های متحرک برقی
  • سرعت تجهیزات را ثابت نگه می دارد، که درایو را جهت تجهیزات تولید و ادوات صنعتی مانند میکسرها، آسیابها و خرد کن ها ایده آل کرده است.
  • تطبیق پذیری
  • ارتباطات و اماکن تشخیص عیب داخلی
  • حفاظت پیشرفته در مقابل اضافه بار
  • منطبق با عملکرد PLC و برنامه نویسی نرم افزاری
  • ورودی ها / خروجی های دیجیتال (DI/DO)
  • ورودی ها / خروجی های آنالوگ (AI/AO)
  • خروجی های رله

صرفه جویی انرژی

VFD ها بیشترین صرفه جویی در مصرف انرژی را برای فن ها و پمپ ها ارائه می کنند. روش جریان قابل تنظیم، منحنی شارش را تغییر داده و و نیاز به توان را به شدت کاهش می دهد. تجهیزات گریز از مرکز (فن ها، پمپها و کمپرسورها) از مجموعه ای از قوانین همبستگی (affinity laws) با سرعت تبعیت می کنند. این قوانین همبستگی رابطه بین سرعت و مجموعه ای از متغیرها را به صورت زیر مشخص می کند.

  • شارش
  • فشار
  • توان

بر اساس قوانین همبستگی، شارش به صورت خطی با سرعت تغییر می کند (شکل 4). در حالیکه فشار متناسب با مربع سرعت است (شکل 5). توان مورد نیاز متناسب با مکعب سرعت است. آخری خیلی مهم است چون که اگر سرعت افت کند، با توان سوم سرعت، توان مورد نیاز کاهش می یابد.

قانون همبستگی جریان-سرعت

شکل 4 . قانون همبستگی جریان-سرعت

قانون همبستگی فشار-سرعت

شکل 5 . قانون همبستگی فشار-سرعت

قانون همبستگی توان-سرعت

شکل 6 . قانون همبستگی توان-سرعت

  در این مثال، موتور در 80 درصد سرعت اسمی خود کار می کند. این مقدار را در فرمول قوانین همبستگی قرار داده و توان را در سرعت جدید محاسبه می کنیم که به صورت زیر می شود: مثال همبستگی توان و سرعت از اینرو، توان مورد نیاز برای اینکه فن در 80 درصد سرعت کار کند نصف توان نامی است.         روابط فشار و توان بر حسب جریان مطابق منحنی شکل های 7 و 8 بدست می آید. رابطه بین فشار و جریان

شکل 7. نسبت فشار - جریان

رابطه بین توان و جریان

شکل 8. نسبت توان - جریان

انتخاب تجهیزات مناسب متناسب با نیاز شما

انتخاب سافت استارتر یا درایو سرعت متغیر وابسته به کاربرد مورد نیاز شما است. سافت استارترها کوچکتر بوده و در مقایسه با vfd ها در کاربردهای توان بالا قیمت کمتری دارند. VFD ها بزرگتر بوده و فضای بیشتری را اشغال می کنند و معمولا از سافت استارترها گران قیمت تر هستند. همان طور که گفته شد، درست است که VFD گران قیمت تر است در مقابل می تواند صرفه جویی انرژی بیشتری تا 50 درصد داشته باشد ار این راه در طول عمر تجهیزات صرفه جویی زیادی در هزینه داشته باشد.

کنترل سرعت مزیت دیگر VFD است. چونکه در کل طول محدوده کاری موتور زمان شتاب گیری مستحکمی را ارائه می دهد و نه فقط در زمان راه اندازی. VFD ها همچنین می توانند عملکرد پایدار و ستبر تری را نسبت به سافت استارترها ارائه کنند. شامل اطلاعات تشخیصی دیجیتال. بایستی ذکر شود که هزینه اولیه خرید VFD می تواند دو تا سه برابر بیشتر از سافت استارتر باشد. ار ینرو، اگر شتاب گیری ثابت و کنترل گشتاور نیاز نباشد و کاربرد شما فقط به کنترل جریان در هنگام راه اندازی نیاز داشته باشد شاید یک سافت استارتر از نقطه نظر قیمت راه حل بهتری باشد.

منبع:

Industry Application IA04003002E by Eaton Corporation

نظرات کاربران

نظر خود را ثبت نمایید

CAPTCHA code