از گذشته تا امروز کنترل دور و گشتاور الکتروموتورها چالشی بزرگ در صنایع بوده است. از این رو مهندسـین فعال در این حوزه همواره با به کارگیری روش های مختلف سعی دررام کردن این تجهیز بسیار مهم و پرکاربرد در صنعت داشته اند.

با پیشرفت فناوری در حوزه الکترونیک صنعتی بهترین روش برای کنترل دور و گشتاور الکتروموتور پا به عرصه ظهور گذاشت.

این تجهیز بسیار پرکاربرد با تغییرات فرکانـس، ولـتاژ، جـریان و گسـتره بزرگی ازتنظیمات کنترلی و حفاظتی ، مکمل اصلی در راه اندازی یک الکتروموتور محسوب می شود.

مزایای استفاده از درایو فرکانس متغیر

• • کاهش مصرف انرژی

• • کنترل دور موتور

• • کاهش اصطهلاک مکانیکی

• • افزایش عمر تجهیزات

• • افزایش بهره وری

• • عدم نیاز به مدارات فرمان جهت کنترل موتور

• • حفاظت کامل موتور

• • کنترل حد کشتاور

• • کنترل از راه دور

• • جمع آوری اطلاعات و دیتالاگ

 معایب استفاده از درایو فرکانس متغیر

• • ایجاد هارمونیک

• • قیمت نسبتا بالا

انواع درایو

درایو AC    

این نوع درایوها پرکاربردترین نوع در صنعت محصوب می شود. درایوهای AC معمولا در ماشین آلات صنعتی مورد استفاده هستند؛ مانند پمپ ها، فن ها و تسمه نقاله ها.

با توجه به تلفات زیاد در الکتروموتـورهـای AC  استفاده از درایـو برای این موتورها با کاهش چشمگیر تلفات الکتریکی و اصطحلاک مکانیکی همراه خواهد شد.

نحوه عملکرد درایو

یک درایو فرکانس متغیر ، ولتاژ و فرکانس AC ثابت را به یک پل یکسو کننده برای تبدیل ولتاژ به DC می‌برد، سپس از یک بانک خازن و تعدادی سلف برای فیلتر کردن DC استفاده می‌کند و در آخرین مرحله ولتاژ DC را به AC معکوس می‌کند و آن را به موتور می‌فرستد.

از سوی دیگر پردازنده سیگنال دیـجـیتـال (DSP) با PLC و کاربر (از طریق HMI یا صفحه کلید) ارتباط برقرار می کند و بر عملکرد موتور نظارت می کند و عیوب را بررسی می کند.

سرعت الکتروموتور با تغییر ولتاژ و فرکانس ارائه شده توسط درایو تغییر می کند.

همچنین با ثابت نگه داشتن نسبت ولتاژ به فرکانس، گشتاور موتور را حفظ خواهد کرد.

درایو های پیشرفته تر از الگوریتم‌های هوشمندتر و تطبیقـی برای بهبـود عملکرد مـوتـور استفاده می‌کنند.

به طـور خلاصـه، AC DRIVE یک ولتـاژ و فـرکانـس را به دیگری تبـدیـل می کند تا سرعت موتور را بدون از دست دادن گشتاور تغییر دهد.

در واقع جهت کنترل حداکثری بر روی یک الکتروموتور به موارد زیر احتیاج است.

• • یک موتور AC، اغلب یک موتور القایی سه فاز، اما گاهی اوقات یک موتور تک فاز یا سنکرون.

• • یک کنترل کننده درایو اصلی با استفاده از یک سیستم تبدیل الکترونیک قدرت حالت جامد شامل مبدل پل یکسو کننده، یک لینک یا فیلتر DC و یک بخش سوئیچینگ یا اینورتر.

• • تجهیزات ارتباطی و شبکه ای برای ارتباط با سیستم های کنترلـی و مانیتورینـگ جهت راه اندازی و توقف موتور، تنظیم سرعت، تغییر جهت و غیره. این رابـط همچنـیـن اطلاعاتـی در مورد عملکرد موتور، سلامت درایو و غیره ….. ارتباط با یک PLC ممکن است از طریق تعدادی از پروتکل های ارتباطی سریال انجام شود یا ممکن است از طریق ورودی ها و خـروجی های رله ای یا همراه با سیگنال های آنالوگ 4-20 میلی آمپر یا 0-10 ولت باشد.

در شکل زیر دیاگرام مدار داخلی یک درایو  AC به همراه نحوه نصب آن را می بینیم.

درایو DC

درایـوهای DC مـدرن از اوایـل دهه 1970 در دسترس بوده اند. موتورهای DC نزدیک به 200 سال است که در دسترس هستند در حالی که کنترل و به کار گیری از آنها همواره چالش بزرگی در صنعت بوده است.

در واقـع اولین موتـورهای الکتـریـکی برای کار با جریان مستقیم طراحی و ساخته شدند.

اولین موتـور الکتریکی DC با قابلیت چرخش ماشین آلات توسط دانشمند بریتانیایی ویلیام استورجن در سال 1832 اختراع شد.

همانند درایـوهـای AC  ولتـاژ  ورودی در این درایو توسط المان های قدرت مانند تریـسـتـورها، تبـدیـل بـه  ولـتـاژ  DC شده وبه الکتروموتور تزریق می شود.

این درایوها درصنعت کاربرد زیادی دارند که می توان به صنایع چاپ ،کاغذ،نساجی و….اشاره کرد.

سروو درایو

اگر در پروسه ای احتیاج به کنترل دقیق مکانی و زمانی باشد گزینه اول استفاده از سروو موتورها می باشد. در صنایع مبتنی بر رباتیک سروو موتورها و سروو درایو ها وظیفه کنترل موقعیت و سـرعت حـرکـت را بـر عـهده دارند.

عـملکرد این درایو بسیار متفاوت از درایو های AC و  AC می باشد.

این درایـو به صورت  CLOSE LOOP  عمل کرده و با دریـافت پـالـس سروو مـوتور اطلاع دقیقی از موقعیت مکانی شفت پیدا کرده و براساس با ارسـال پالس به سروو موتور موقعیت آن را تغییر داده یا کنترل می کند.

دستگاه‌های اولیه در صنـعـت به شکل DC بودند به‌دلیل اینکه کنترل جریان بالا از طـریق SCR انجام می‌شد.

رواج بیشتر سروو درایـوهای AC از زمانی شروع شد که ترانزیستورها توانایی کنترل جریان بالا و تبدیل آن به فرکانس بیشتر را پیدا کردند.

درایو های پله ایSTEPPER DRIVE

درایو پله ای (Stepper drive) تجهیزیست که نحوه عملکرد موتور پله ای را کنترل کرده و با ارسال جـریان از طریق فازهای مختلف به صورت پالـس به موتور استپر آن را کنترل می کند.

وظیفه اصلی درایو تولید سیگنال مناسب از داده های ورودی برای حرکت محور موتور است.

متداول‌ترین روش راه اندازی موتور پله‌ای  پل H می‌ باشد که از چهار تـرانـزیستـور FET با مقاومت بسیار کم بین تماس تخلیه و منبع (RDSon) در حالت فعال تشکیل شده است.

به طور کلی ما به حداقل دو پل H نیاز داریم زیرا استپرموتور حداقل دو سیم پیچ دارد.

با ترکیب سیگنال های مناسب روی گیت FET، جهت جریان از طریق سیم پیچ موتور کنترل شده و با تحریک متناوب دو سیم پیچ باعث جابجایی محور موتور می شود.

استپر درایو ها به چهار نوع اصلی تقسیم می شوند:

• درایوهای موج (که درایوهای تک فاز نیز نامیده می شوند)
• درایوهای دو فاز روشن
• درایوهای یک-دو فاز روشن
• درایوهای میکرو استپینگ.