همانطور که می دانید درایو ها یکی از مهمترین تجهیزات برای صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش خرابی های موتور ها علاوه بر کارکرد اصلی خود یعنی کنترل دور الکتروموتور ها هستند. شاید شما نیز علاقه داشته باشید ساختار درایو را بشناسید و بدانید داخل این دستگاه چگونه است و از چه قسمت هایی تشکیل شده است. ما در این مقاله می خواهیم با ساختار کلی کنترل دور ها آشنا شویم. البته برند های مختلف ممکن است ظاهر و برخی جزییات ساختاری متفاوتی داشته باشند اما در اکثر موارد ساختار داخلی مشابه است و فرقی نمی کند که شما درایو اشنایدر داشته باشید یا درایو زیمنس و یا سایر برندهای موجود در بازار.
از بیرون که نگاه می کنید، ساختار درایو از یک فریم پلاستیکی یا فلزی ساخته شده است و یکسری ترمینال های ورودی و خروجی برق در بالا و پایین آن قرار داده شده و همچنین یک نمایشگر که بر روی قسمت جلویی اینورتر نصب شده است. حال بیایید این قسمت ها را با دقت بیشتری بررسی کنیم.
نمایشگر درایو
این قسمت که به آن در اشنایدر گرافیک ترمینال و در زیمنس به آن BOP می گویند، معمولا در بالا و در جلو دستگاه قرار داده شده است تا کاربر بتواند براحتی به آن دسترسی داشته باشد و با آن کار کند. نمایشگر معمولاً دارای یکسری دکمه های فشاری و یک صفحه نمایش و گاهی اوقات ولوم تنظیم است. در VFD های مدرن و بروز، ممکن است با یک صفحه نمایش لمسی نیز روبرو شویم. ممکن است بتوانیم این قسمت را از روی اینورتر جدا کنیم و یا اینکه غیر قابل تعویض باشد، و برای آگاهی از این موضوع باید در هنگام خرید به مشخصات محصول و یا اطلاعات دیتاشیت آن توجه کنیم. از دکمه های تعبیه شده روی این قسمت برای تنظیم پارامتر ها و دیدن قسمت های مختلف و گردش در منو های تنظیمات دستگاه استفاده می شود. حتی می توانید یکسری برنامه نویسی ها را هم به وسیله آن بر روی کنترل دور خود انجام دهید بنابراین نمایشگر در ساختار درایو بسیار کاربردی است. قسمت نمایشگر هم که معمولا از یک LCD معمولی ساخته شده برای دیدن و نظارت بر آمار ها و دیدن و رفع خطاهای بوجود آمده و همچنین دیدن و تغییر پارامترهای فرآیند مورد استفاده قرار می گیرد. نوع و تعداد و ترکیب این دکمه ها ممکن است در برندهای مختلف متفاوت باشد و برای آشنایی با قابلیت ها و نحوه کار با آن ها باید به کاتالوگ اینورتر خود مراجعه نمایید.
این قسمت در صورت قابل تعویض بودن معمولا بوسیله یک سوکت بر روی بدنه اصلی نصب می شود.
برد فرمان: I/O ها و اتصالات شبکه
وقتی که قاب دستگاه را باز می کنیم اولین لایه بالایی که مشاهده می کنیم، یک برد دارای اتصالات ورودی و خروجی دیجیتال (برای ارتباط با کنترلر) و ورودی و خروجی های آنالوگ و همچنین رابط های شبکه است. گاهی اوقات، رابط شبکه ممکن است روی یک کارت افزودنی قرار گرفته و بصورت یک ماژول استفاده شود، اما معمولا پورت های اترنت و سریال مستقیماً بر روی اینورتر تعبیه شده و بر روی دستگاه وجود دارد.
معمولاً ورودی های دیجیتال در کنترل دورها برای اتصال با دستگاه هایی مانند کنتاکت های رله، پوش باتن ها، سلکتور سوئیچ ها و ماژول های خروجی دیجیتال PLC استفاده می شود. این ورودی های دیجیتال را می توان برای کنترل عملکردهای درایو، از جمله سرعت یا جهت موتور و غیره، برنامه ریزی کرد. خروجی های دیجیتال دو حالت دارند (0 یا 1) و دارای ولتاژ 24 ولت DC هستند. از آنها برای روشن یا خاموش کردن قطعاتی مانند چراغ‌های پیلوت، آلارم‌ها، رله‌های کمکی، شیر برقی و ماژول‌های ورودی دیجیتال PLC استفاده می شود.
برد قدرت درایو
در هر کنترل دور، برق باید هم به دستگاه وارد شود و هم به سمت موتور از دستگاه خارج شود. ورودی ها ممکن است تک فاز و یا 3 فاز باشد، اما خروجی همیشه 3 فاز است. وظیفه اصلی این قسمت تامین سه‌فازِ قدرت اینورتر است. در این قسمت ما یک برد قدرت داریم که بر روی آن تجهیزات مختلف الکترونیکی و سلف ها نصب می شوند. اما در درایو های پیچیده ممکن است این قسمت بصورت چند لایه ای وجود داشته باشد و یا حتی بصورت ماژولار به درایو متصل شود. این قسمت خود از سه دسته تجهیزات الکترونیکی زیر تشکیل می شود:
- یکسوسازها (Rectifiers): برق سه‌فاز بصورت متناوب وارد دیودها می‌شود، دیودها فقط اجازه عبور فاز پیک مثبت را می دهند و بقیه را مسدود می‌کنند.
- خازن‌ها (DC Bus): برای صاف کردن جریان DC تولید شده استفاده می شوند.
- سوئیچینگ‌ها (Inverters): ایجاد جریان متناوب از جریان DC تولید شده.
خازن درایو
لایه نهایی ساختار درایو بانکی از خازن ها است که همه به مجموعه ای از دو بانک مقاومت موازی متصل شده اند. اگر اسیلوسکوپ بر روی بار (بعد از دیودها) متصل شود، یک سیگنال dc ناهموار را مشاهده می‌کنید.در اینجا بین مثبت و منفی اینورتر خازن ها وصل می شوند. در صورتی که الکترون اضافی وجود داشته باشد، خازن آنها را جذب می‌کند و در صورتی الکترون‌ها در جاهایی کاهش بیابند، الکترون به مدار تزریق می‌کند. بنابراین، خازن موج DC ناهموار را صاف می‌کند، و یک سیگنال صاف و تمیز را بر روی صفحه اسیلوسکوپ مشاهده می کنیم. هنگامی که ولتاژ DC به یک ولتاژ ثابت تبدیل می شود، جریان را می توان از طریق ماژول IGBT برای ایجاد مجدد خروجی AC هدایت کرد.
گاهی اوقات، هنگامی که خازن های الکترولیتی برای مدت زمان بسیار طولانی (چند سال) استفاده نمی شوند، ممکن است خشک شوند. یک کار خوب این است که هر چند وقت یک بار یک VFD را روشن کنید تا اطمینان حاصل کنید که خازن ها در موقع نیاز برای کار آماده هستند.
IGBT درایو
نیروی محرکه واقعی پشت این VFD ها یک ماژول از ترانزیستورها است که به آنها ترانزیستورهای دوقطبی گیت عایق یا (IGBT) می گویند. یک IGBT مانند یک سوئیچ رفتار می کند. هنگامی که ولتاژ به گیت اعمال می شود، باز یا “روشن” می شود و مسیری برای عبور جریان بین لایه ها ایجاد می کند. اگر ولتاژی به گیت اعمال نشود، یا اگر ولتاژ به اندازه کافی بالا نباشد، گیت بسته می ماند و جریان برق وجود نخواهد داشت. به این ترتیب، یک IGBT مانند یک سوئیچ رفتار می کند. وقتی گیت باز است و جریان جریان دارد روشن می شود و وقتی بسته است خاموش می شود. یک IGBT آنقدر سریع جریان را روشن و خاموش می کند که ولتاژ کمتری به موتور هدایت می شود و به ایجاد موج PWM کمک می کند. در حقیقت این قسمت جریان تولید شده در یکسوساز ها و خازن ها را با سرعت بالا سوییچ می کند و باعث بوجود آمدن یک ولتاژ متناوب می شود. این قسمت معمولا اولین قسمتی از درایو است که در اثر نوسانات و یا اتصال برق ممکن است بسوزد و نیاز به تعویض خواهد داشت. این ماژول توسط شرکت های محدودی در دنیا تولید می شود که معروف ترین آن ها Infineon ،SEMIKRONو MITSUBISHI است. نکته مهم دیگری که در این قسمت باید به آن توجه کنیم این است که باز و بسته شدن سریع سوئیچ‌ها باعث ایجاد هارمونیک‌های اضافی در مدار برق می‌شود. این پدیده باعث اختلال در عملکرد سایر تجهیزات متصل به همان شبکه برق خواهد شد. برای رفع این مشکل از فیلترهای حذف هارمونیک (چوک) استفاده می گردد.
قسمت خنک سازی درایو: هیت سینک و فن
ماژول IGBT از طریق یک اتصال عایق الکتریکی اما رسانای حرارتی به هیت سینک متصل می شود. پره های آلومینیومی بزرگ هیت سینک گرما را از ترانزیستورها به سمت خود می کشد و فن هوای خنک تری را روی پره ها وارد می کند و بدین ترتیب حرارت درایو را کاهش می دهد. تکنولوژی استفاده شده در ساخت هیت سینک ها و همچنین شکل این قسمت تاثیر مهمی در راندمان درایو دارد و در درایو های جدید و دارای تکنولوژی ساخت بالا ما هیت سینک های جدیدی را مشاهده می کنیم که در نسل های پیش نمی دیدیم. برای راحتی شما باید بگوییم که دو مشکل اصلی در قسمت خنک سازی درایو می تواند مانع خنک سازی مناسب دستگاه شده و منجر به خرابی زودرس شود. اولین مشکل عدم وجود تهویه مناسب است. اگر درایو ها خیلی نزدیک به تجهیزات دیگر در تابلو برق نصب شوند، یا در داخل محفظه ای که نمی تواند هوا را به درستی تخلیه کند باشد، عملیات خنک کنندگی بدرستی انجام نخواهد شد.
مشکل دوم خرابی خود فن است. در محیط های دارای گرد و غبار زیاد، یاتاقان ها به مرور زمان فرسوده می شوند و کار را متوقف کند. هنگامی که اینورتر در حال کار است، گوش خود را در نزدیک آن نگه دارید تا در صورتیکه صداهای غیر متعارف که ناشی از درست نچرخیدن فن است می شنوید، فن را قبل از از کار افتادن دستگاه در سریعترین زمان ممکن تعویض کنید.
نتیجه گیری درباه ساختار درایو
ما قطعات و قسمت های اصلی ساختار درایو را در اینجا بررسی کردیم. دیدیم که در قسمت برد قدرت اینورتر، برق AC ورودی از طریق یکسوکننده ها به برق DC ناهموار تبدیل می‌شود. برق DC ناهموار به‌وسیله خازن‌های داخل درایو به صورت صاف و هموار تبدیل می شوند و برق DC بدون ریپل به مدار اینورتر منتقل می‌شود. اینورتر برق DC را به برق AC با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می‌کند. همچنین سیگنال کنترلی از برد دیجیتال ورودی/خروجی دریافت می شود و سپس الگوی AC خروجی را از طریق ماژول IGBT که به خوبی بوسیله قسمت تهویه، خنک می شود، بازسازی می گردد. خرابی یا درست کار نکردن هر یک از این قسمت ها منجر به توقف کار درایو و یا صدمه به آن خواهد شد. بنابراین توصیه می کنیم که یکسری بازرسی های دوره ای برای کاهش خرابی کنترل دورهای مجموعه خود داشته باشید و بصورت پیشگیرانه از حوادث جلوگیری نمایید.