راهنمای کامل درایوهای AC ولتاژ پایین: انتخاب، کاربردها و نکات خرید

هنگامی که شما نیاز به کنترل سرعت یک موتور AC در یک فرآیند صنعتی دارید، درایو AC ولتاژ پایین معمولاً اولین تجهیزاتی است که باید در نظر بگیرید. این یک جزء تک منظوره نیست: همان درایوی که مصرف انرژی را در یک پمپ کاهش می‌دهد، می‌تواند کنترل دقیق گشتاور روی نوار نقاله یا شتاب نرم روی جرثقیل را نیز فراهم کند. نکته کلیدی درک نحوه تعامل درایو با بار خاص شما، شبکه تامین شما و بقیه سیستم کنترل است. هنگامی که این سه نکته را مشخص کردید، اکثر تصمیمات انتخابی ساده می شوند.

کاری که یک درایو AC ولتاژ پایین در واقع انجام می دهد

A درایو AC ولتاژ پایین منبع تغذیه با فرکانس ثابت و ولتاژ ثابت را به یک خروجی با فرکانس متغیر و ولتاژ متغیر تبدیل می کند که یک موتور AC را تغذیه می کند. با تغییر فرکانس خروجی، درایو سرعت موتور را کنترل می کند. با تنظیم ولتاژ بر این اساس، قابلیت گشتاور موتور را در محدوده سرعت حفظ می کند. در عمل، این بدان معنی است که موتور به جای اینکه با سرعت ثابت کار کند و انرژی را از طریق سوپاپ ها، دمپرها، دنده ها یا ترمزها هدر دهد، دقیقاً به همان سرعتی که فرآیند شما نیاز دارد می چرخد.

دامنه "ولتاژ پایین" در این زمینه مهم است. را تعریف درایو فرکانس متغیر ولتاژ پایین معمولاً تجهیزات تغذیه شده از 380 ولت تا 690 ولت AC را پوشش می دهد که محدوده استاندارد برای اکثر ماشین آلات صنعتی، پمپ ها، فن ها، نوار نقاله ها و ماشین آلات است. اگر موتور بالاتر از 1 کیلو ولت باشد، معمولاً به درایوهای ولتاژ متوسط ​​نگاه می‌کنید.

شاید واضح‌ترین راه برای قضاوت در مورد یک درایو، بر اساس کاری است که در کف کارخانه انجام می‌دهد، نه براساس بلوک دیاگرام آن. در داخل محفظه یک یکسو کننده وجود دارد که AC را به DC تبدیل می کند، یک گذرگاه DC که انرژی را ذخیره و صاف می کند، و یک اینورتر که DC را در فرکانس و ولتاژ مورد نیاز برنامه به AC سوئیچ می کند. این معماری برای چندین دهه ثابت مانده است. آنچه تغییر کرده است کیفیت الگوریتم‌های کنترل، قابلیت اطمینان دستگاه‌های قدرت و نحوه ارتباط درایو با یک PLC، HMI یا پلت فرم ابری است.

چرا صنعت از درایوهای AC ولتاژ پایین استفاده می کند؟

سه انگیزه اصلی برای نصب درایو AC ولتاژ پایین وجود دارد: صرفه جویی در انرژی، کنترل فرآیند و کاهش استرس مکانیکی. آنها می توانند جداگانه یا با هم ظاهر شوند و وزن بین آنها بسته به صنعت و کاربرد تغییر می کند.

صرفه جویی در مصرف انرژی در پمپ ها و فن ها

پمپ های گریز از مرکز و فن ها از قوانین میل ترکیبی پیروی می کنند. نصف کردن سرعت، توان مورد نیاز را به نصف نمی رساند. آن را تقریباً به یک هشتم کاهش می دهد. یک درایو با اجازه دادن به موتور زیر سرعت نامی خود بدون گرم شدن بیش از حد یا از دست دادن کنترل گشتاور، این تغییرات سرعت را عملی می کند. به همین دلیل است که اکثر پروژه های مقاوم سازی صرفه جویی در انرژی در تامین آب، تهویه مطبوع، تصفیه فاضلاب و سیستم های دیگ بخار به جای دریچه گاز مکانیکی، حول یک درایو ولتاژ پایین ساخته شده اند.

کنترل دقیق سرعت و گشتاور

کاربردهایی مانند بادگیرها، اکسترودرها، آسانسورها و جرثقیل ها نیازمند کنترل دقیق گشتاور در محدوده وسیعی از سرعت هستند. درایوهای ولتاژ پایین مدرن برای رسیدن به این هدف از کنترل برداری یا الگوریتم های کنترل مستقیم گشتاور استفاده می کنند. درایو به طور مداوم شار مغناطیسی موتور را تخمین می زند، آن را با گشتاور مورد نیاز مقایسه می کند و ولتاژ و فرکانس خروجی را صدها بار در ثانیه تنظیم می کند. نتیجه، جابجایی صاف مواد، موقعیت یابی قابل تکرار، و عملکرد پایدار حتی زمانی که بار به طور ناگهانی تغییر می کند است.

کاهش استرس مکانیکی

راه اندازی مستقیم یک موتور القایی جریان هجومی زیاد و یک افزایش ناگهانی گشتاور تولید می کند. با گذشت زمان، این شوک مکانیکی به کوپلینگ ها، گیربکس ها، تسمه ها و خود سیم پیچ های موتور آسیب می رساند. یک درایو موتور را از حالت سکون به سرعت هدف در یک زمان شتاب کنترل شده افزایش می دهد. یک نوار نقاله را می توان به آرامی راه اندازی کرد، یک جرثقیل می تواند بدون تاب خوردن بلند شود، و یک فن با اینرسی بالا می تواند به آرامی بدون فشار به شفت شتاب دهد. فواصل تعمیر و نگهداری تمایل به بهبود دارند و خرابی های برنامه ریزی نشده کمتر می شوند.

تطبیق درایو با برنامه

انتخاب یک درایو AC ولتاژ پایین تنها مربوط به تطبیق ولتاژ پلاک موتور و رتبه قدرت نیست، اگرچه این نقطه شروع ضروری باقی می ماند. همچنین باید به ویژگی اضافه بار، روش کنترل، شرایط محیطی و الزامات ارتباطی فکر کنید. جدول زیر نکات کلیدی تطبیق را که اغلب در عمل باعث سردرگمی می شوند، خلاصه می کند.

«وظیفه سنگین» یا «وظیفه سبک» در عمل به چه معناست

سازندگان درایو معمولاً یک جریان خروجی پیوسته و یک جریان اضافه بار را مشخص می کنند که می تواند برای 60 ثانیه نگه داشته شود. یک درجه بندی سبک ممکن است فقط 110٪ اضافه بار را مجاز کند، در حالی که درجه بندی کارهای سنگین می تواند 150٪ را برای مدت مشابه ارائه دهد. برای کاربردهایی مانند سنگ شکن یا سانتریفیوژ که به طور دوره ای گشتاور بالایی را می طلبند، رتبه بندی کار سنگین همان چیزی است که باید با قابلیت موتور مقایسه شود. برای یک فن یا پمپی که به طور پیوسته پایین‌تر از درجه موتور کار می‌کند، درجه کار سبک اغلب کافی است و درایو کوچک‌تر و ارزان‌تری ایجاد می‌کند.

روش های کنترل سرعت در داخل درایو

امروزه دو روش کنترل بر انتخاب درایو ولتاژ پایین غالب است: کنترل V/F (ولت بر هرتز) و کنترل برداری. هر دو مکان مشروعی دارند، اما تمایز همیشه به وضوح توضیح داده نمی شود.

کنترل V/F نسبت ولتاژ به فرکانس را ثابت نگه می دارد. برای فن ها، پمپ ها و نوار نقاله های همه منظوره که در آن موتور در سرعت بسیار کم نیازی به گشتاور زیاد ندارد، ساده، بخشنده و مناسب است. نکته منفی این است که سرعت واقعی موتور تحت تأثیر بار است. هنگامی که بار افزایش می یابد، لغزش افزایش می یابد و سرعت کاهش می یابد.

کنترل برداری که به آن کنترل میدان گرا نیز می گویند، میدان مغناطیسی موتور را مدل می کند و جریان مغناطیسی را از جریان تولید کننده گشتاور جدا می کند. این امکان کنترل دقیق گشتاور را حتی در سرعت صفر فراهم می کند و سرعت را در مراحل بارگذاری ناگهانی به شدت حفظ می کند. قیمت فرآیند راه اندازی پیچیده تری است که معمولاً به داده های موتور یا یک روال خودکار نیاز دارد. برای کاربردهایی مانند آسانسورها یا سیم پیچ هایی که در محدوده سرعت وسیعی کار می کنند، معمولاً تلاش اضافی ارزشمند است.

راهنمای عملی برای خریداران و سازندگان پنل

اگر درایوهای AC ولتاژ پایین را در یک ماشین یا یک فرآیند صنعتی ادغام می کنید، چند عادت عملی خطر مشکلات میدانی را کاهش می دهد.

فعلی حقیقت است

هر موتوری دارای یک جریان با بار کامل بر روی پلاک خود است، و این جریان، نه عدد اسب بخار یا کیلووات، امتیاز درایو را تعیین می کند. یک موتور با ضریب توان پایین می تواند جریان بیشتری را نسبت به مقدار توان به تنهایی نشان دهد. پلاک نام را بررسی کنید و درایوی را انتخاب کنید که جریان خروجی نامی آن مقدار را با مقداری حاشیه پوشش دهد.

چرخه شروع و توقف را بررسی کنید

کاربردهایی با استارت و توقف مکرر انرژی هجومی و ترمز مکرر تولید می کنند. اگر بار در ساعت بارها متوقف شود و دوباره راه اندازی شود، طراحی حرارتی درایو از درجه بندی حالت پایدار آن مهم تر می شود. برای بارهایی که انرژی را احیا می‌کنند، مانند جرثقیل‌هایی که بار را پایین می‌آورند یا ماشین‌های سیم پیچ، اضافه کردن یک مقاومت ترمز یا استفاده از یک واحد محرک احیاکننده اغلب لازم است تا از بالا رفتن بیش از حد ولتاژ باس DC جلوگیری شود.

از ابتدا به هارمونیک و کیفیت عرضه فکر کنید

یک درایو یک جریان غیر سینوسی از منبع تغذیه به دلیل قسمت جلویی یکسو کننده می گیرد. این اعوجاج فعلی می تواند سایر تجهیزات موجود در همان شبکه را تحت تأثیر قرار دهد و ممکن است مجبور باشد با استانداردهای هارمونیک مطابقت داشته باشد. برای نصب های بالاتر از اندازه درایو مشخص، افزودن یک چوک لینک DC یا یک راکتور خط AC یک اقدام کاهشی ساده و موثر است. انتخاب درایوی که از قبل دارای یک چوک داخلی باشد باعث صرفه جویی در فضا و هزینه نصب می شود.

قبل از نهایی کردن طرح بندی پنل، از منابع قابل دانلود استفاده کنید

کتابچه‌های راهنما و نقشه‌های درایو حاوی جدول‌های درجه‌بندی، فاصله‌های نصب، و نمودارهای سیم‌کشی هستند که بیشتر مشکلات میدانی به آن‌ها بازمی‌گردد. دسترسی به کتابچه راهنمای کاربر دانلود دانلود قبل از تکمیل طراحی پانل به شما کمک می کند تا از مشکلات مربوط به اتلاف گرما، فاصله غده کابل و فیلتر EMC جلوگیری کنید. تلاش در مقایسه با هزینه کار مجدد یک پانل تکمیل شده اندک است.

نمونه ای فشرده از خانواده درایوهای ولتاژ پایین مدرن

برای نشان دادن چگونگی ترکیب این اصول در یک محدوده محصول، خانواده درایو AC ولتاژ پایین ارائه شده توسط محدوده درایو فرکانس متغیر ولتاژ پایین Raynen . این خانواده شامل مدل های ساده و مقرون به صرفه برای فن ها و پمپ ها، درایوهای برداری با کارایی بالا برای ماشین ابزار و جرثقیل ها، و درایوهای پمپ خورشیدی برای سیستم های تامین آب خارج از شبکه است.

درایو AC ولتاژ پایین هوشمند RVE21 برای بارهای همه منظوره یک درایو کنترل V/F جمع و جور و مقرون به صرفه با محدوده ولتاژ وسیع، قابلیت اضافه بار 200٪ و نصب کنار هم برای چیدمان پانل های صرفه جویی در فضا. مشاهده محصول →

درایو هوشمند RVE21 سازندگان پنل و ماشین‌سازانی را هدف قرار می‌دهد که به یک درایو فشرده و مقرون به صرفه با کنترل V/F قابل اعتماد نیاز دارند. این می تواند بارهای همه منظوره را تحمل کند که در آن گشتاور دقیق در سرعت پایین نیاز اصلی نیست و جای کوچک آن چیدمان کابینت را ساده می کند. برای کاربردهایی که به پاسخ دینامیکی بالاتری نیاز دارند، درایو برداری RVE32 گشتاور حلقه بسته و کنترل سرعت را در محدوده وسیع‌تری فراهم می‌کند و کاربردهایی مانند ماشین ابزار CNC ، میکسرها و سانتریفیوژهای صنعتی.

درایو AC وکتور RVE32 با کنترل حلقه بسته کنترل برداری بدون حسگر، تطبیق پارامتر حلقه خودکار، و ارتباطات Modbus را ارائه می‌دهد، که برای کاربردهای با پاسخ دینامیکی بالا مانند ماشین ابزار و سانتریفیوژها مناسب است. مشاهده محصول →

از منظر خرید، نکته مهم این است که خانواده محصول حول همان ساختار خدمات و پشتیبانی طراحی شده است. همان کتابخانه راهنمای کاربر، ابزار نرم‌افزار و کانال پشتیبانی فنی در سراسر محدوده اعمال می‌شود، بنابراین انتقال از یک درایو فن ساده به یک درایو برداری با کارایی بالاتر بعداً به معنای یادگیری یک سیستم کاملاً جدید نیست.

سناریوهای کاربردی که انتخاب درایو را شکل می دهند

صنایع مختلف خواسته های متفاوتی را تحمیل می کنند. نگاه کردن به الگوهای نصب واقعی مفیدتر از به خاطر سپردن یک قانون انتخاب عمومی است. مثال‌های زیر نشان می‌دهند که چگونه انتخاب درایو با نمایه بار تغییر می‌کند.

بارهای گشتاور ثابت: نوار نقاله و میکسر

نوار نقاله ها و میکسرها به گشتاور یکسانی در بیشتر محدوده سرعت نیاز دارند. کشش جریان نسبتاً ثابت است، و درایو باید بتواند گشتاور تقریباً نامی را حتی زمانی که موتور زیر 50 درصد سرعت پایه خود کار می کند، ارائه دهد. موتوری که مستقیماً به چنین باری کوپل شده است، اگر کمتر از نیم سرعت بدون خنک‌کننده جداگانه کار کند، ممکن است داغ کار کند. انتخاب درایو باید محدوده سرعت برنامه را در نظر بگیرد، نه فقط پلاک موتور.

بارهای گشتاور متغیر: پمپ ها و فن های گریز از مرکز

برای فن‌ها و پمپ‌های گریز از مرکز، با کاهش سرعت، گشتاور کاهش می‌یابد، بنابراین موتور در بسیاری از محدوده‌های سرعت به آرامی کار می‌کند. به همین دلیل است که این برنامه ها امن ترین نامزدها برای صرفه جویی در انرژی هستند. یک درایو با اندازه جریان تمام بار موتور هنوز راحتی را فراهم می کند، اما بار حرارتی واقعی روی درایو اغلب بسیار کمتر از حد مجاز است. بسیاری از تاسیسات در تامین آب و تهویه مطبوع از یک درایو کوچکتر با قابلیت اضافه بار سبک استفاده می کنند و عمر مفید عالی دارند.

بارهای اینرسی بالا: فن ها و سانتریفیوژها

پروانه فن با قطر زیاد اینرسی بالایی دارد. راه‌اندازی چنین باری مستقیماً از روی خط می‌تواند باعث لغزش تسمه، پیچش شفت یا جریان بیش از حد برای مدت طولانی شود. درایو با محدود کردن نرخ شتاب و اجازه دادن به موتور برای ایجاد گشتاور تدریجی این مشکل را حل می کند. در طول کاهش سرعت، اینرسی انرژی را به باس DC برمی‌گرداند، به همین دلیل است که معمولاً برای دمنده‌ها و سانتریفیوژهایی که به زمان توقف کوتاه نیاز دارند، یک مقاومت ترمز مشخص می‌شود.

بارهای شوک مکرر: سنگ شکن

بارهای سنگ شکن، جهش های مکرر گشتاور را نشان می دهند. درایو مورد استفاده در اینجا باید محافظه‌کارانه انتخاب شود، دارای درجه‌بندی جریان سنگین، خنک‌کننده قوی، و ویژگی‌های حفاظتی است که می‌تواند از طریق بارهای اضافه کوتاه بدون زمین خوردن عبور کند. توانایی تنظیم دقیق محدودیت‌های گشتاور نیز از سیستم مکانیکی در برابر آسیب هنگام برخورد روتور به انسداد غیرمنتظره محافظت می‌کند.

بهره وری، صرفه جویی در انرژی و بازپرداخت

دلیل مالی یک درایو AC ولتاژ پایین معمولاً ناشی از کاهش مصرف انرژی است. بازپرداخت دقیق به مشخصات سرعت و ساعات کار بستگی دارد. پمپی که 6000 ساعت در سال با سرعت متوسط ​​80 درصد کار می‌کند، در مقایسه با پمپ مشابهی که با سرعت کامل کار می‌کند و توسط یک شیر کنترل گاز می‌چرخد، صرفه‌جویی قابل‌توجهی به دست می‌آورد. سرمایه‌گذاری محرک در آن سناریو معمولاً طی یک تا دو سال، قبل از در نظر گرفتن مزایای شروع نرم‌تر و کاهش تعمیر و نگهداری، بازیابی می‌شود.

با این حال، صرفه جویی در انرژی با کارایی ماشین یکسان نیست. اگر فرآیند واقعاً به سرعت کامل همیشه نیاز داشته باشد، یک درایو ممکن است انرژی قابل توجهی را ذخیره نکند. در این موارد، ارزش درایو در راه اندازی کنترل شده، حفاظت و ادغام با یک سیستم اتوماسیون گسترده تر است. شفاف بودن در مورد هدف اولیه، از خرید سخت افزاری که برای خود هزینه ای ندارد، جلوگیری می کند.

انتخاب شریک بلند مدت مناسب

فراتر از ویژگی های یک درایو، تامین کننده در اتوماسیون صنعتی اهمیت زیادی دارد. درایوی که به راحتی راه اندازی می شود، دارای اسناد واضح است، و با پشتیبانی محلی پاسخگو پشتیبانی می شود، هر بار که دستگاه جدیدی راه اندازی می شود، در ساعات کاری تیم شما صرفه جویی می کند.

هنگامی که یک تامین کننده را ارزیابی می کنید، بررسی کنید که آیا آنها اسناد کاملی را برای محدوده خود ارائه می دهند یا خیر. کتابچه‌های راهنمای کاربر کنترل‌شده با نسخه، نقشه‌های CAD و ابزارهای نرم‌افزاری همگی به یک فرآیند مهندسی نرم‌تر کمک می‌کنند. در دسترس بودن فرآیندهای تولید داخلی و کنترل کیفیت سیگنال دیگری از قابلیت اطمینان طولانی مدت است. همچنین مهم است که آیا تأمین‌کننده می‌تواند دسته‌های مجاور تجهیزات اتوماسیون مانند PLC، HMI، سیستم‌های سروو و استارت‌های نرم را پوشش دهد. تامین‌کننده‌ای با سبد وسیع به شما امکان می‌دهد تا معماری کنترل را ثابت نگه دارید، ریسک یکپارچه‌سازی را کاهش دهید و از نیاز به چندین تامین‌کننده مجزا اجتناب کنید.

اگر در مرحله مقایسه درایوها برای یک ماشین خاص هستید، جمع آوری اسناد فنی مربوطه از قبل به شما در ارزیابی تفاوت های عملی کمک می کند. اکثر تولید کنندگان معتبر کتابچه های راهنمای دقیق و راهنمای برنامه را منتشر می کنند. بررسی آن اسناد قبل از تعهد یک عادت خوب است.