درسنامه آموزشی نصب و راه اندازی سیستمهای کنترلی مکاترونیک کلاس دوازدهم مکاترونیک
پودمان 2: نصب و راه اندازی اینورتر موتورهای الکتریکی
امروزه با رشد روز افزون کارخانجات و مراکز صنعتی، استفاده از سیستم برق سه فاز، ماشینهای الکتریکی در به حرکت در آوردن چرخ صنعت جایگاه ویژهای یافته است. به همین دلیل راهاندازی موتورهای الکتریکی و کنترل دور آنها برای بهینهسازی مصرف انرژی الکتریکی و کاهش استهلاک مکانیکی موتورها مورد توجه قرار گرفته است. لذا با توجه به اهمیت این موضوع، برای راهاندازی موتورها از تجهیزاتی نظیر اینورتر و راهانداز نرم (Soft Starter) استفاده میشود.
واحد یادگیری 2: شایستگی انتخاب سافت استار و اینورتر جهت راهاندازی نرم موتورهای الکتریکی
هدفهای این شایستگی عبارت اند از:
- بررسی معایب راهاندازی موتورهای الکتریکی با کنتاکتور الکترومکانیکی؛
- بررسی رلۀ حالت جامد (SSR) و استفاده از آن جهت راهاندازی موتورهای الکتریکی؛
- بررسی راهانداز نرم (Soft Starter) از نظر مدلها و سختافزار؛
- بررسی ترمینالها و کاربرد هر کدام جهت راهاندازی موتور؛
- تنظیمات راهانداز نرم؛
- بررسی روشهای کنترل سرعت موتورهای آسنکرون و مزایا و معایب این نوع موتورها؛
- بررسی اینورتر از نظر سختافزار و مدلها؛
- بررسی ترمینالهای اینورتر و کاربرد هر کدام در کنترل موتور؛
- بررسی پارامترها و تنظیمات اینورتر؛
- بررسی روشهای مختلف تغییر سرعت توسط اینورتر در موتورهای القایی.
استاندارد عملکرد
پس از اتمام واحد یادگیری و کسب شایستگی، هنرجویان میتوانند نحوۀ انتخاب سافت استار مناسب را برای راهاندازی نرم موتورها یا انتخاب اینورتر مناسب را جهت کنترل سرعت موتورهای القایی و تنظیم پارامترها، با توجه به شرایط فرایند، انجام دهند.
انواع روشهای راهاندازی موتورهای القایی
جهت راهاندازی موتورهای القایی از تجهیزات مختلفی مانند کنتاکتور، رله حالت جامد (SSR)، راهانداز نرم (Soft Starter) و اینورتر استفاده میشود.
در پودمان قبل با کلیدهای الکترومغناطیسی (کنتاکتور) و چگونگی راهاندازی موتورهای الکتریکی، بهصورت خیلی ساده آشنا شدید.
فعالیت (صفحه 53 کتاب درسی)
معایب استفاده از کنتاکتور را برای راهاندازی موتورهای الکتریکی بررسی کنید.
رلۀ حالت جامد (SSR) (Solid State Relay)
رلههای حالت جامد از نظر عملکرد، مشابه کنتاکتورها هستند، با این تفاوت که سختافزار آن، قطعات الکترونیکی است. رلههای حالت جامد در دو نوع تکفاز و سهفاز است که نوع سهفاز آن را با عنوان TSR نیز میشناسند.
فعالیت (صفحه 54 کتاب درسی)
1- مزایای استفاده از رلۀ حالت جامد (SSR) را نسبت به کنتاکتور بررسی کنید.
2- کاتالوگ یک رلۀ حالت جامد (SSR) را انتخاب و ساختمان داخلی، ولتاژ فرمان، ولتاژ و جریان قدرت را بررسی کنید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 54 کتاب درسی)
مطابق شکل زیر، با استفاده از یک رلۀ فرمان، یک عدد شاسی استارت، یک عدد شاسی استپ و یک رلۀ حالت جامد (SSR)، مدار را ببندید و اساس کارکرد مدار را توضیح دهید.
با استفاده از رلۀ حالت جامد (SSR)، موتور الکتریکی را توسط میکروکنترلر خاموش و روشن کنید. مدار را به نحوی طراحی کنید که فرمان خاموش و روشن شدن آن توسط حسگرهای مختلف امکانپذیر باشد.
فعالیت کارگاهی (صفحه 55 کتاب درسی)
مدار را یکی پس از دیگری با استفاده از رلۀ حالت جامد (SSR) پیادهسازی کنید.
راهانداز نرم (Soft Starter)
راهاندازی موتورهای القایی با کنتاکتور و رلۀ حالت جامد (SSR) با مشکلاتی نظیر جریان راهاندازی و ایجاد تنشهای مکانیکی و الکتریکی در موتور، همراه است به همین دلیل ضرورت دارد از دستگاهی به نام راهانداز نرم استفاده کنند. اگر موتور القایی با کنتاکتور و SSR راهاندازی شود به این روش «راهاندازی مستقیم» میگویند. در این صورت هیچ کنترل دقیقی نمیتوان بر جریان موتور در زمان راهاندازی داشت.
جهت کنترل جریان راهاندازی از سختافزاری به نام راهانداز نرم استفاده میشود که میتوان در مدت زمان تعیین شده ولتاژ موتور را بهصورت پیوسته افزایش داد تا به ولتاژ نامی برسد. به این ترتیب، نه تنها جریان راهاندازی موتور در مقدار مطلوب محدود میشود، بلکه تنشهای مکانیکی و الکتریکی موتور در زمان راهاندازی نیز محدود میگردد.
بحث (صفحه 55 کتاب درسی)
مزایای راهانداز نرم را نسبت به راهاندازی موتور با کنتاکتور و SSR بررسی کنید.
اصول کار راهانداز نرم
کنترل جریان راهاندازی اصلیترین عامل استفاده از راهانداز نرم است.
در داخل این دستگاه از تجهیزات الکترونیک قدرت نظیر تریستورها و مدارهای کنترل استفاده میشود. وظیفۀ اِلمانهای الکترونیک قدرت و مدارات کنترلی تنظیم ولتاژ بر اساس کلیدزنی مناسب اِلمانهای قدرت است.
در شکل زیر چگونگی فعالکردن تریستورها برای کنترل ولتاژ و جریان موتور نشان داده شده است. در این مدارها، با گذشت زمان مقدار مؤثرِ ولتاژ از صفر افزایش مییابد و در نتیجه جریان نیز افزایش یافته ولی فرکانس برق خروجی با برق ورودی همچنان برابر است.
انواع راهانداز نرم از نظر کاربرد
راهانداز نرم، بسته به مشخصات طراحی و کاربرد میتواند به دو دستۀ «دائم بایپسدار» یا فقط برای «راهاندازی بدون بایپس» استفاده شود.
راهانداز نرم «بایپس دار»
در این نوع یک کنتاکتور موازی با اِلمانهای قدرت در داخل راهانداز نرم وجود دارد که پس از راهاندازی کامل و رسیدن به جریان نامی کنتاکتور، وارد مدار میشود و اِلمانهای قدرت از مدار خارج میگردد.
راهانداز نرم «بدون بایپس»
در این نوع راهانداز نرم، کنتاکتور داخلی وجود ندارد، بنابراین بهتر است برای افزایش طول عمر راهانداز نرم (Soft Starter) از یک کنتاکتور خارجی به نام «بایپس» پس از راهاندازی کامل بهصورت موازی با راهانداز نرم قرار میگیرد.
ترجمه (صفحه 57 کتاب درسی)
Some soft starters can also provide a soft stop function in applications where an abrupt stop can cause problems. Examples include pumps where a quick stop can bring on water hammering and conveyor belts where material can get damaged if belts stop too quickly. The soft stop sequence uses the same power semiconductors employed for soft.
پلاکخوانی راهانداز نرم
شکل زیر نمونهای از یک پلاک راهانداز نرم (Soft Starter) است که مشخصات فنی کلی دستگاه را بیان میکند.
SJR2-5015: مدل راهانداز نرم
S: کد شرکت سانیو
JR: راهانداز نرم جریان متناوب
2: شماره سری
015: کد توان راهانداز نرم
مشخصات فنی در مورد شرایط محیطی راهانداز نرم (Soft Starter) را بررسی کنید.
مراحل سیمکشی و نصب راهانداز نرم
برای راهاندازی موتور توسط راهانداز نرم (Soft Starter) لازم است ابتدا سیمکشی مدار قدرت و فرمان بر روی ترمینالهای راهانداز نرم (Soft Starter) انجام گیرد، سپس پارامترهای مورد نظر جهت راهاندازی موتور تنظیم گردد. سیمکشی مدارات قدرت و فرمان هر دستگاه مطابق با دیاگرام سیمکشی موجود در کاتالوگ مربوطه انجام میشود.
فعالیت کارگاهی (صفحه 58 کتاب درسی)
سیمکشی مدار راهانداز نرم (Soft Starter) «بدون بایپس» را طبق شکل زیر انجام دهید. با استفاده از اهممتر بر روی تخته کلم موتور، اتصال سر و ته موتورها را بررسی کنید.
پرسش (صفحه 59 کتاب درسی)
چرا خروجی کنتاکتور بای پس، مستقیم به سرهای موتور وصل نمیگردد؟
فعالیت (صفحه 59 کتاب درسی)
دیاگرام سیمکشیِ یک راهانداز نرم (Soft Starter) همراه بایپس را رسم کنید.
معرفی ترمینالها بر روی راهانداز نرم (Soft Starter)
| ترمینال | کاربرد |
|---|---|
| CL1 CL2 |
ترمینال تغذیۀ داخلی راهانداز نرم (Soft Starter) با ولتاژ 415-220 |
| RIA RIC |
کنتاکت نرمال بازِ قابل برنامهریزی که معمولاً از آن برای کنتاکتور خطاها استفاده میشود. |
| R2A R2C |
کنتاکت نرمال بازِ قابل برنامهریزی که معمولاً از آن برای کنتاکتور بایپس استفاده میشود. |
| R3A R3C |
کنتاکت نرمال بازِ قابل برنامهریزی |
| STOP RUN LI3 LI4 |
کنتاکت نرمال بسته، برای خاموشکردن موتور کنتاکت نرمال باز، برای راهاندازی موتور ترمینال ورودیِ قابل برنامهریزی |
| 24V | ولتاژ مثبت 24 ولت |
| +LO | ولتاژ 24 ولت خروجیِ قابل برنامهریزی |
| LO1 LO2 |
ترمینال خروجیِ قابل برنامهریزی |
| ترمینال | کاربرد |
|---|---|
| AO1 | ترمینال خروجیِ آنالوگ قابل برنامهریزی |
| COM | مشترک ورودی و خروجیها |
| PTC1 PTC2 |
ورودی یک حسگر حرارتی برای حس دمای موتور |
| RS485 | ترمینال شبکه کردن راهانداز نرم (Soft Starter) |
معرفیِ کلیدها بر روی کی پد وتنظیم پارامترها
برای تنظیم پارامترهای دستگاه از کلیدهای تابع روی آن، که در مدل انتخابی به شکل زیر است میتوانیم استفاده کنیم.
| ردیف | کلید | کاربرد |
|---|---|---|
| 1 | ENTER | جهت واردشدن به منوها و پارامتر یا جهت ذخیرهکردن تغییرات در حافظه جهت ذخیره نمودن مقادیر تغییر داده شده (پس از فشار دادن این کلید اعداد موجود بر روی صفحۀ نمایشگر چشمک میزند و نشاندهندۀ ذخیرهشدن آنها در حافظه است) |
| 2 | ESC | جهت خارجشدن از منو یا پارامترها یا مقدار نشانداده شده، به مقدار قبلی، بدون ذخیرهکردن در حافظه |
| 3 | ▲ | بازگشت به پارامتر یا منوی قبلی و همچنین افزایش مقدار نشان داده شده در صفحۀ نمایشگر |
| 4 | ▼ | رفتن به منو یا پارامتر بعدی و همچنین کاهش دادن مقدار نشان داده شده در صفحۀ نمایشگر |
برای تنظیم هر پارامتر لازم است بدانیم جزء کدام یک از گروههای پارامتر اشاره شدۀ زیر است.
| عنوان | گروه |
|---|---|
| RDY | نمایش وضعیت راهانداز (Soft Starter) |
| SET | منوی تنظیمات |
| PRO | منوی حفاظت |
| DRC | منوی تنظیمات پیشرفته |
| IO | منوی ورودیها و خروجیها |
| ST2 | منوی تنظیمات موتور دوم |
| COP | منوی ارتباطات |
| SUP | انتخاب پارامترهای دلخواه جهت نمایش و اطلاع از کدهای مربوط به قفل |
پژوهش (صفحه 61 کتاب درسی)
با توجه به کاتالوگ دستگاهِ مربوط، کدهای نمایش داده شده بر روی کی پد چه پیغامهایی را شامل میشود؟
| کدها | پیغامها |
|---|---|
| NLP | |
| RDY | |
| TBS | |
| HEA | |
| BRL | |
| STB |
تنظیمات دستی در مدلهای مختلف مطابق با کاتالوگ میتواند به دو روش انجام شود:
روش اول: تنظیمات سریع؛
روش دوم: تنظیمات پیشرفته.
با توجه به اینکه پارامترهای هر دستگاه در کارخانه تنظیم میشود و بهصورت پیش فرض در دستگاه ذخیره شده است، برای راهاندازی سریع، چند گزینه را که اهمیت بالایی دارند، تنظیم میکنیم.
تنظیمات سریع
پارامترهای مربوط به گروه تنظیمات SET زمانی قابل برنامهریزی هستند که موتور خاموش باشد. این تنظیمات را میتوان مانند شکل زیر انجام داد:
جریان نامی موتور (IN)
مقدار جریان نامی موتور را بر اساس جریان نامی قید شده در پلاک موتور تنظیم کنید، حتی اگر موتور با اتصال مثلث راهاندازی میشود. حتماً دقت کنید که جریان بین ICL0/4 و ICL1/3 باشد (حداکثر جریان قابل تحمل توسط راهانداز نرم ICL).
محدودیت جریان (ILT)
محدویت جریان بهصورت درصدی از جریان نامی بیان میشود. برای مثال:
$IN = 22A,ILT = 300\% $
محدودیت جریان= $IN \times ILT = 22A \times 300\% = 66A$
زمان اوجگیری سرعت موتور (ACC)
این قسمت (گزینه) مربوط به زمان رسیدن گشتاور راهانداز نرم (Soft Starter) از صفر به گشتاور نامی است. این زمان بین یک تا 60 ثانیه قابل تنظیم است.
گشتاور اولیه (TQ0)
گشتاور اولیه در هنگام راهاندازی بین صفر تا 100 درصد قابل تنظیم است.
نوع خاموششدن موتور (STY)
که به یکی از سه روش زیر است.
الف) خاموششدن نرم با استفاده از کنترل گشتاور (D)
در این حالت، راهانداز نرم (Soft Starter) جهت جلوگیری از خاموششدن آنی و برای خاموششدن نرم و تدریجی، یک گشتاور موتوری اعمال میکند. این نوع خاموششدن ریسک ضربات کله قوچی را در پمپ کاهش میدهد.
ب) خاموششدن دینامی (B)
در صورت اینرسی زیاد، راهانداز نرم (Soft Starter) یک گشتاور ترمزی به موتور اعمال میکند.
ج) حالت F) Freewheeling):
در این حالت هیچ گشتاوری از راهانداز نرم (Soft Starter) به موتور اعمال نمیشود.
زمان صفرشدن دور موتور (DEF)
این پارامتر زمانی فعال میشود که نوع خاموششدن موتور توسط راهانداز نرم (Soft Starter) روی پارامتر D تنظیم شده باشد و بین 1 الی 60 ثانیه قابل تنظیم است.
با تنظیم صحیح قسمتهای فوق میتوان راهانداز نرم (Soft Starter) را راهاندازی کرد.
فعالیت کارگاهی (صفحه 63 کتاب درسی)
با توجه به سیمکشی فعالیت بالا، تنظیمات راهانداز نرم Soft Starter) را طبق موتور موجود در کارگاه با تأخیر زمانی 10 ثانیه برای راهاندازی و با تأخیر زمانی 5 ثانیه برای توقف با توجه به جریان مجاز راهانداز نرم (Soft Starter) و موتور راهاندازی کنید.
فعالیت (صفحه 64 کتاب درسی)
1- با توجه به کاتالوگ، دیگر گروه تنظیمات مانند PRO – DRC – I/O را بررسی کنید.
2- با توجه به کاتالوگ، خطاها و عملهای ایجاد خطا و روشهای رفع خطا را بررسی کنید.
بحث (صفحه 64 (کتاب درسی)
راهانداز نرم چه معایبی دارد؟
برای رفع این معایب چه پیشنهادی دارید؟
روشهای کنترل سرعت موتور الکتریکی
انواع روشهای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی به شرح زیرند:
1- روش مکانیکی
در بسیاری از دستگاهها همزمان با انتقال قدرت، تبدیل سرعت انجام میشود و نظر به اینکه هر روش مزایا و معایبی دارد، با توجه به شرایط طراحی آنها معمولاً از یک روش یا همزمان از دو روش استفاده میشود.
مثلاً در خودرو از گیربکس، در دریلهای ستونی از تسمه و در دستگاه تراش از هر دو حالت استفاده میکنند.
2- روش الکتریکی
در روش الکتریکی با تغییر یکی از پارامترهای قطب، فرکانس، ولتاژ و تغییر همزمان فرکانس و ولتاژ میتوانیم سرعت را کنترل کنیم.
الف) روش تغییر قطب:
با توجه به رابطۀ سرعتِ میدانِ دوّارِ استاتور، تعداد قطبها با سرعت، نسبت عکس دارد. پس هرگونه تغییرات در تعداد قطب موتور باعث تغییر در سرعت میدان دوّار میشود. در موتورهای «القایی دالاندر» و «دو سرعته» از این روش جهت تغییر سرعت استفاده شده است.
پژوهش (صفحه 65 کتاب درسی)
اصول عملکرد موتور دالاندر و دو سرعته چیست؟
ب) روش تغییر فرکانس:
فرکانس با میدان دوّار استاتور و در نتیجه با سرعت موتور رابطه مستقیم دارد. اما کنترل سرعت موتور با ثابت ماندن ولتاژ و تغییر پارامتر فرکانس بر راندمان موتور، درجه حرارت موتور و سیمپیچها اثر مخرّب خواهد داشت.
ج) روش تغییر ولتاژ:
با تغییر ولتاژ سرعت تغییر میکند ولی از آنجا که گشتاور با مجذور ولتاژ رابطۀ عکس دارد، این تغییر ولتاژ هم بر سرعت موتور تأثیر میگذارد و هم باعث تغییر در گشتاور موتور خواهد شد که برای موتور مخرّب خواهد بود.
د) روش تغییر همزمان ولتاژ و فرکانس:
همانطور که گفته شد، تغییر ولتاژ یا فرکانس به تنهایی روش مطلوبی برای کنترل سرعت موتور نیست اما تغییر همزمان این دو کمیت نتیجۀ مطلوبی برای کنترل سرعت موتور الکتریکی خواهد داشت.
اینورتر
اینورتر به دستگاهی گفته میشود که ولتاژ و فرکانس خروجی آن توسط کلیدزنی قطعات الکترونیکی (مانند IGBT) قابل تنظیم است، به نحوی که در عمل، باعث تغییر سرعت موتور میگردد.
فعالیت (صفحه 65 کتاب درسی)
مزایای استفاده از اینورتر را برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی بنویسید.
فعالیت (صفحه 65 کتاب درسی)
تفاوت عملکرد اینورترهای جرّثقیل و پمپ و فنها را پژوهش کنید.
ساختمان داخلی اینورتر
یک اینورتر شامل سه قسمت اصلی زیر است:
1- یکسوساز (Rectifier)؛
2- کنترل کلیدزنی برای تغییر ولتاژ و فرکانس (LOGIC CONTROL)؛
3- سوئیچهای قدرت (IGBT).
1- یکسوساز
وظیفه یکسوساز (Rectifier) تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم (DC) است و با توجه به نوع درایو، برق 220 ولتِ تکفاز یا 380 ولتِ سهفاز را یکسو میکند.
پژوهش (صفحه 66 کتاب درسی)
وظیفۀ هر کلید و مراحل نمایش یک شکل موج بر روی اسیلوسکوپ را شرح دهید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 67 کتاب درسی)
یک ولتاژ متناوب سهفاز با دامنۀ 12 ولت را بهصورت نیم موج و تمام موج یکسوسازی کنید. شکل موج خروجی را در دو حالت با خازن صافی و بدون خازن در محیط نرمافزار، شبیهسازی کنید یا در صورت امکان آن را با اسیلوسکوپ نمایش دهید.
2- کنترل کلیدزنی برای تغییر ولتاژ و فرکانس (LOGIC CONTROL)
وظیفۀ اصلی بُردِ کنترل، تولید پالسهایی برای خاموش و روشنکردن سوئیچهای الکترونیکی است، به صورتی که برق DC خروجی یکسوساز را به AC تبدیل میکند. مبنای کلیدزنی و پهنایِ پالسِ کلیدزنی، به پارامترهای تنظیم شده در اینورتر بستگی دارد که پس از تنظیم از طرف بُردِ کنترل، به سوئیچهای الکترونیکی اعمال میشود.
فعالیت کارگاهی (صفحه 67 کتاب درسی)
با استفاده از یک میکروکنترلر و یک ولوم، مداری بسازید که پالسهای مربعی با سطح پالس متغیر از صفر تا صد درصد جهت سوئیچزنی اِلمانهای قدرت تولید کند.
فعالیت کارگاهی (صفحه 68 کتاب درسی)
فعالیت کارگاهی قبل را با یک مدار سادۀ الکترونیکی پیادهسازی کنید.
IC 555
POT 10K
D1 -D2 1N4148
C1 100nF
C2 10nF
3- سوئیچهای قدرت:
برای تبدیل جریان مستقیم DC به جریان AC متناوب باید بتوان جریان مستقیم را با سرعت زیاد قطع و وصل نمود. اِلمانهایی که میتوانند عمل قطع و وصل (سوئیچ) جریان مستقیم را در توانهای بالا انجام دهند به سوئیچهای قدرت معروفاند. همانطور که در بالا اشاره شد فرمان کلیدزنی این سوئیچها از برد کنترل صادر میشود.
سوئیچهای قدرت دارای انواع مختلفی در صنعت میباشند. یکی از مهمترین آنها که در اینورترها بهکار گرفته میشود IGBT نام دارد.
IGBT مزایای ترانزیستورهای دو قطبی و Mosfetها را بهطور یکجا دارد و به علّت داشتن یک Mosfet در ورودی گیت، برای کار در سرعتهای سوئیچینگ بالا مناسب است. همچنین میتوان آن را بهوسیلۀ یک مدار ساده، کنترل کرد. به علاوه چون در خروجی آن یک ترانزیستور دو قطبی قرار دارد، دارای قابلیت هدایت جریان بالاتری نسبت به ترانزیستورهای دو قطبیِ قدرت است.
با توجّه به این مشخصات ممتاز IGBT، استفاده از آن در ولتاژهای بالا بهطور وسیعی افزایش یافته و جایگزین مناسبی برای Mosfetها و ترانزیستورهای دو قطبیِ قدرت است.
در یک اینورتر سهفاز شش عدد IGBT، جهتِ تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوبِ سه فازِ متعادل است.
فعالیت کارگاهی (صفحه 69 کتاب درسی)
پایههای یک IGBT را از روی کاتالوگ، شناسایی کنید و روش تست سالم بودن آن را مطابق با مدار زیر تشخیص دهید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 69 کتاب درسی)
در فعالیت کارگاهی ابتدای صفحۀ 70، یک IGBT در خروجی مدار اضافه کنید و توسط دو عدد شستی، پهنای پالس (PWM) و ولتاژ (DC) دو سر بار را کنترل کنید. (بار، یک موتور 12VDC انتخاب شود.)
نکتۀ قابل توجه این است که در اینورترها فرکانس و ولتاژ همزمان کنترل میشود و هرچه فرکانس کاهش یابد، ولتاژ آن نیز باید کم شود. مطابق شکل صفحه بعد میتوان به این نکته پی برد.
پژوهش (صفحه 70 کتاب درسی)
در صورتیکه فرکانس کم شود ولی ولتاژ ثابت بماند، چه مشکلی برای موتور و اینورتر به وجود میآید؟
پلاکخوانی و نحوۀ انتخاب اینورتر
در پلاک یک اینورتر، مشخصاتی از قبیل مدل دستگاه، ولتاژ ورودی و خروجی، توان خروجی و حداکثر فرکانس خروجی مشخص میشود. این پارامترها را میتوان در پلاک زیر مشاهده نمود.
همانطور که گفته شد، میتوان از روی کدهای سفارش به مشخصات دستگاه پی برد.
فعالیت (صفحه 71 کتاب درسی)
کد مدل زیر را ترجمه کنید.
برای انتخاب اینورتر نکات زیر باید رعایت شود:
1- تکفاز یا سهفاز بودن ولتاژ ورودی؛
2- اتصال ستاره یا مثلث موتور طبق ولتاژ خروجی اینورتر؛
3- متناسب بودن توان خروجی (توان اینورتر، برابر یا یک رنجِ بالاتر از توان موتور باشد)؛
4- متناسب بودن مدل اینورتر با بار مکانیکی (فن، پمپ، بارهای سنگین مثل جرثقیل)
مراحل نصب و سیمکشی اینورتر
برای راهاندازی موتور توسط اینورتر لازم است ابتدا سیمکشی مدار فرمان و مدار قدرت بر روی ترمینالهای اینورتر انجام شود. سپس جهت راهاندازی موتور، پارامترهای موردنظر تنظیم گردد.
الف) سیمکشی ترمینالهای قدرت اینورتر:
سیمکشی مدارات قدرت و فرمان هر دستگاه مطابق با دیاگرام سیمکشی موجود درکاتالوگ مربوطه انجام میشود.
| نام ترمینال | عملکرد ترمینال |
|---|---|
| R/L1, S/L2 | ورودی برق تک فاز 220 ولتی |
| R/L1,S/L2, T/L3 | ورودی برق سه فاز 380 ولتی |
| U/T1, V/T2, W/T3 | خروجی سه فاز اینورتر |
| 2+ ,+1 | ترمینال اتصال سلف برای جبران ضریب قدرت |
| DC+, DC | ترمینال ولتاژ DC داخلی اینورتر |
| B1, B2 | ترمینال اتصال مقاومت ترمز |
|
|
ترمینال برای اتصال زمین |
پژوهش (صفحه 72 کتاب درسی)
از ترمینال B2 ،B1 در قسمت ترمینالهای قدرت به چه منظوری استفاده میشود؟
ب) آشنایی با ترمینالهای فرمان:
جدول زیر، عملکرد ترمینالهای پر کاربرد اینورتر را بیان میکند:
| نام ترمینال | عملکرد ترمینال | |
|---|---|---|
| 24V+ | ترمینال ولتاژ 24 ولت | |
| $MI1 \sim MI7$ | ترمینالهای قابل برنامهریزی ورودی | |
| DFM | ترمینال خروجی فرکانس و پالس | یک اپتوکوپلر است که مطابق تنظیمات داخلی، بر اساس فرکانس کار میکند. |
| DCM | ترمینال مشترک خروجی فرکانس و پالس | |
| MO1 | ترمینال قابل برنامهریزی خروجی | |
| MO2 | ترمینال قابل برنامهریزی خروجی | |
| MCM | ترمینال مشترک برای خروجیهای قابل برنامهریزی | |
| RA | ترمینال رله نرمال باز که قابل برنامهریزی است. | |
| RB | ترمینال رله نرمال بسته که قابل برنامهریزی است. | |
| RC | ترمینال مشترک رله که قابل برنامهریزی است. | |
| 10V+ | از ترمینال ولتاژ مثبت 10 ولت برای تغذیه ولوم و ورودی آنالوگ استفاده میشود. | |
| AVI | ترمینال ورودی آنالوگ برای ولتاژ تا حداکثر 10 ولت | |
| ACI | ترمینال ورودی آنالوگ برای جریان حداکثر 20 میلی آمپر | |
| AFM | ترمینال خروجی آنالوگ قابل برنامهریزی با خروجی ولتاژ و جریان | |
| ACM | ترمینال مشترک خروجی آنالوگ قابل برنامهریزی | |
فعالیت (صفحه 73 کتاب درسی)
از اینترنت دو نمونه کاتالوگ اینورتر از شرکتهای دیگر دریافت کنید و ترمینالهای فرمان و قدرت آنها را در این مدلها مورد بررسی قرار دهید.
معرفی کلیدهای تابع بر روی کیپد و تنظیم پارامترها
یکی از قسمتهای اینورتر کلیدهای روی دستگاه است که میتوان توسط این کلیدهای تابعی پارامترهای داخلی اینورتر را تغییر داد و تنظیم نمود.
در برخی از دستگاهها میتوان کلیدها و نمایشگر را از روی بدنه جدا و روی درِ تابلو نصب کرد.
تنظیم پارامترها
هر اینورتر، برای استفادۀ ابتدایی دارای تنظیمات پیشفرض کارخانه است. بسته به نیاز و شرایط کنترلی میتوان پارامترهای مختلف را تنظیم نمود. در تمامی اینورترها، پارامترها گروهبندی شدهاند. برای اینکه بتوانیم این پارامترها را تنظیم کنیم، ابتدا باید گروهبندی آنها را مطالعه کنیم. پس در اینجا با گروه پارامترها در مدل انتخابی آشنا میشویم:
| گروه | موضوع گروه |
|---|---|
| 00-Parameters Drive | تنظیمات داخلی درایو برای تنظیم فرکانس و راهاندازی و... |
| 01-Parameters Basic | تنظیمات مشخصات موتور فرکانس و ولتاژ و... . |
| 02-Parameters Digital Input/Output | تنظیم پایههای ورودی و خروجی خاموش و روشن |
| 03-Parameters Analog Input/Output | تنظیمات پایههای ورودی و خروجی آنالوگ |
| 04-Parameters Multi stage Speed | تنظیمات برای سرعتهای پلهای و نقطه به نقطه |
| 05-Parameters Motor | پارامترهای مشخصات داخلی موتور |
| 06-Parameters Protection (1) | پارامترهای تنظیمات خطاهای اینورتر و حد خطاها |
| 07-Parameters Special | پارامترهای تنظیمات ترمز |
| 08-Parameters High function PID | پارامترهای کنترل حلقۀ بسته با مقادیر آنالوگ... |
| 09-Parameters Communication | پارامترهای تنظیمات دادهها و مقادیر شبکه |
| 10-Parameters Speed Feedback Control | پارامترهای تنظیمات حلقه بسته با انکودر |
فعالیت (صفحه 75 کتاب درسی)
با بررسی کاتالوگ اینورتر، پارامترهای انتخابی از گروههای
00 Parameters Drive
01 Parameters Basic
02 Parameters Digital Input/Output
03 Parameters Analog Input/Output
را با نظر دبیر ترجمه و کاربرد هر یک را بررسی کنید.
فعالیت کارگاهی (صفجه 76 کتاب درسی)
سیمهای برق ورودی و موتور را به درایو متصل کنید. زیرا قرار است با تنظیم پارامتر مناسب اینورتر موتور را از طریق کلید RUN روشن و با کلید STOP خاموش کند.
حال این فعالیت را مطابق مراحل زیر انجام میدهیم.
درایو را روشن کنید. برای این کار با توجه به کاتالوگ در پارامتر 21-00 عدد صفر را انتخاب میکنیم.
| 00-21 | Soarce of the operation command (AUTO) | 0: Digital keypad 1: External Terminals 2: communication RS 485 input 3: CANopen communication card 5: Communication card (not includes CANopen card [Note] Need to use with MO setting as 42, or use with KPC CC01 |
0 |
برق ورودی اینورتر را وصل کنید. سپس کلید «ENTER» را بزنید تا وارد تنظیمات شود. در مرحلۀ اول، گروه تنظیمات با کلیدهای مکاننما انتخاب میشود. کد 00 را انتخاب میکنیم و کلید «ENTER» را میزنیم تا وارد پارامترهای زیرگروه شویم. با کلیدهای مکاننما زیر گروه 21 را انتخاب کرده و مجدداً با زدن کلید «ENTER» وارد زیرگروه پارامتر 21 میشویم (میتوان اعداد 0 تا 5 را برای آن انتخاب نمود.) و عدد 0 را انتخاب میکنیم. با زدن کلید «ENTER» و نمایش «END» پارامتر با موفقیت ذخیره و تنظیمشده است.
فعالیت کارگاهی (صفحه 76 کتاب درسی)
با استفاده از کی پد جهت چرخش موتور را بهصورت زیر تغییر دهید:
پس از زدن کلید «MODE» جهتِ چرخش موتور میتوان کلیدهای مکاننما را بهصورت «REV-FWD» انتخاب نمود. با زدن کلید «ENTER» موتور تنظیم میشود.
پژوهش (صفحه 76 کتاب درسی)
با توجه به اینورتر موجود در کارگاه، انواع عملکردهایی را که ترمینال ورودی میتواند داشته باشد، تعیین کنید.
در این مدل اینورتر، هفت ورودیِ دیجیتال فرمان داریم که میتوان با تنظیم پارامترها به هر ترمینال یک عملکرد مورد نیاز را اختصاص داد. لازم به ذکر است پیشفرض برای هر ترمینال یک عملکردِ پیشبینی شده است. برای مثال ترمینال MI1 برای FWD و ترمینال MI2 برای REV در نظر گرفته شده است.
برای اینکه بتوان از ترمینالهای فرمان جهت کنترل استفاده نمود، لازم است در گروه پارامتر 21-00، عددِ یک را انتخاب نماییم. برای تعیین عملکرد ترمینالهای MI1 و MI2 لازم است در پارامتر 00-02 عملکرد مناسب را انتخاب کنید، سپس سیمکشی متناسب با آن را (طبق کاتالوگی که بخشی از آن در شکل زیر است) در ترمینالها انجام دهید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 77 کتاب درسی)
با استفاده از ترمینالهای فرمان، فعالیتهای زیر را انجام دهید.
1- در یک پروسۀ صنعتی با روشن شدن یک کنتاکتور میخواهیم از یک تیغۀ بازِ فرمان، اینورتر موتور مربوط به خود را روشن کند و موتور در حالت راست گرد به حرکت درآید.
2- در یک دستگاه میخواهیم با یک کلید دو طرفۀ فرمان 2-0-1، همزمان اینورتر را روشن و خاموش کنیم و جهت آن را تغییر دهیم.
3- میخواهیم در یک دستگاه انتقال مواد، با یک کلید، اینورتر را در جهت راست گرد روشن کنیم ولی در مواقعی که مواد در جدارۀ دستگاه گیر میکند جهتِ حرکت موتور را با یک پدال، عکس کنیم.
تنظیم محدودۀ کاری فرکانس
در برخی از کاربردهای اینورتر، باید حدود فرکانسکاری دستگاه را تنظیم نمود. با توجه به دستگاه و نوع بارِ موتور الکتریکی آن در زمان روشنشدن، فرکانس از یک مقدار مشخص شروع شود.
فعالیت (صفحه 77 کتاب درسی)
چرا در بعضی از کاربردهای راهاندازی اینورترها، شروع فرکانس راهاندازی اینورتر را بالاتر از صفر انتخاب میکنند؟
پژوهش (صفحه 78 کتاب درسی)
چرا نمیتوان فرکانس اینورتر را برای موتورهای معمولی بیش از حد مشخص شده بر روی پلاک آن افزایش داد؟
فعالیت کارگاهی (صفحه 78 کتاب درسی)
در اینورتر، فرکانس کمینه، فرکانس راهاندازی، فرکانس اصلی و فرکانس بیشینه را به ترتیب 5، 10 50 و 60 هرتز تعیین کنید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 78 (کتاب درسی)
1- برای راهاندازی یک نوار نقّاله از یک اینورتر استفاده کردهایم و میخواهیم دستگاه به صورتی کار کند که فرکانس اینورتر در حالت سریع 50 هرتز تنظیم شود و در زمانی که میخواهند سرعت را کم کنند فرکانس اینورتر 10 هرتز شود.
2- در صورتی که بخواهند نوار نقّاله در دو جهت کار کند و شرایط بالا را داشته باشد، با دو عدد کلید دو طرفۀ 2-0-1 تنظیمات لازم را انجام دهید.
تنظیمات نمایشگر
از طریق نمایشگرِ روی کی پد، میتوان اعداد و کمیّتهای داخلی اینورتر را نشان داد. لذا با تغییر پارامترهای داخلی اینورتر، میتوان مشخص کرد که نمایشگر چه کمیّتی را نشان دهد.
در این مدل در پارامتر 04-00 میتوان این تنظیمات را انجام داد:
فعالیت کارگاهی (صفحه 78 کتاب درسی)
یک اینورتر را با استفاده از کی پد راهاندازی کنید و تنظیمات را به صورتی انجام دهید که کمیّتهای زیر را نشان دهد:
1- فرکانس تنظیمی؛
2- ولتاژ خروجی؛
3- جریان خروجی؛
4- سرعت موتور؛
5- توان خروجی؛
6- ولتاژ ورودی آنالوگ؛
7- جریان ورودیِ آنالوگ.
زمان راهاندازی و توقف
یکی از مزایای اینورترها، راهانداز نرم است. میتوان مدت زمانِ سرعت موتور از صفر تا حد مطلوب را از 0/1 ثانیه تا 6000 ثانیه تغییر داد. مدت زمانِ سرعت گرفتن و متوقف شدن موتور بر اساس نوع تجهیزات مکانیکی متصل به محور موتور و اینرسی بار مکانیکی تنظیم میشود. معمولاً هر چه مقدار بار و اینرسی موتور زیاد باشد مدت زمان را نیز افزایش میدهند.
فعالیت کارگاهی (صفحه 79 کتاب درسی)
در جدول زیر، پارامتر مربوط به زمان راهاندازی و پارامتر مربوط به زمان توقف معرفی شده است.
- مدت زمان روشن شدن اینورتر را 5 ثانیه و مدت زمان خاموش شدن را 2 ثانیه قرار دهید. موتور را با اینورتر راهاندازی کنید.
- موتور را مستقیماً توسط کنتاکتور راهاندازی کنید و رفتار موتور را با مرحلۀ قبل مقایسه کنید.
| 10.00 10.0 |
Pr.01-45=0:0.00 ~ 600.00 sec. Pr.01-45=1:0.00 ~ 6000.0 sec. |
Accel. Time 1 | 01-12 |
| 10.00 10.0 |
Pr.01-45=0:0.00 ~ 600.00 sec. Pr.01-45=1:0.00 ~ 600.0 sec. |
Decel. Time 1 | 01-13 |
ترجمه (صفحه 79 کتاب درسی)
01- 44
Settings 0: Linear accel. / decel.
1 Auto accel., linear decel.
2 Linear accel., auto decel.
3 Auto accel. / decel.
4 Linear, stall prevention by auto accel. / decel. (limited by Pr. 01-12 to 01-21 )
Setting 0 linear accel. / decel. : it will accel. / decel. according to the setting of Pr. 01-12 ~ 01-19 .
تنظیمات کنترل فرکانس
برای تنظیم روش کنترل فرکانسِ خروجیِ اینورتر، از روشهای مختلفی استفاده میشود. در این مدل در پارامتر 20-00، میتوان محل و روش تغییر فرکانس را تعیین نمود.
فعالیت کارگاهی (صفحه 79 کتاب درسی)
میخواهیم فرکانس یک اینورتر را تحت شرایط زیر کنترل کنیم:
1- با استفاده از کی پد اینورتر راهاندازی شود و سپس با کلیدهای بالا و پایین، فرکانس تغییر کند.
2- با استفاده از ترمینالهای فرمان توسط یک کلید 1-0 اینورتر راهاندازی شود و سپس با استفاده از دو شستیِ استارت، فرکانس اینورتر را کاهش و افزایش دهید، به صورتی که با فشردن هر شستی فرکانس اینورتر نیمهرتز (0/5Hz) تغییر کند.
3- تنظیمات را همانند مرحلۀ قبل انجام دهید، با این تفاوت که افزایش یا کاهش فرکانس تا زمانی خواهد بود که شستی را فشار داده باشیم.
کنترل فرکانس با سیگنال آنالوگ
یکی از پرکاربردترین روشهای تغییر فرکانس در اینورترها استفاده از سیگنال آنالوگ است.
در تمام اینورترها دو ترمینال آنالوگ ورودی وجود دارد: یکی بر اساس ولتاژ 10-0 ولت دیگری بر اساس جریان 20-0 یا 20-4 میلی آمپر.
لازم به ذکر است برای تغییر فرکانس خروجی از طریق ترمینالهای آنالوگ، ابتدا باید برای پارامتر 20-00 عدد 2 را انتخاب کنیم.
در این مدل در پارامتر 00-03 و 01-03 میتوان تعیین نمود که کدام ورودی و با چه پارامتری قرار است کنترل را انجام دهد. برای مثال همانطور که درشکل میبینید، 00-03 (AVI) بهصورت پیشفرض عدد «1» است که تعیین میکند ورودی آنالوگ فرکانس را کنترل خواهد کرد.
| 1 | 0: No function 1: Frequency command 4: PID target value 5: PID feedback signal 6: PTC thermistor input value 11: PT100 thermistor input value 12: Auxilliary frequncy input 13: PID compensation value |
Analog input selection (AVI) | 03-00 |
| 0 | Analog input selection (ACI) | 03-01 | |
فعالیت کارگاهی (صفحه 80 کتاب درسی)
1- میخواهیم توسط کی پد، اینورتر را راهاندازی کنیم و فرکانس اینورتر را با ولوم روی کی پد تغییر دهیم.
2- یک اینورتر را میخواهیم توسط ترمینال فرمان راهاندازی کنیم. سپس با استفاده از یک ولوم خارجی فرکانس آن را تغییر دهیم.
3- در یک دستگاه صنعتی برای تخلیه مخزن از یک موتور و یک سنسور فشار با خروجی جریان 20-4 میلیآمپر استفاده شده است. سیستم را به گونهای طراحی کنید که با افزایش فشار، سرعت موتور افزایشی یابد و با کاهش فشار، سرعت کاهش یابد.
ترمینال «AFM» خروجیِ مثبت سیگنال آنالوگ اینورتر و «ACM» ترمینال خروجیِ منفی آنالوگ اینورتر است. برای اندازهگیری یا انتقال سیگنال آنالوگ باید از آنها استفاده نمود. نوع سیگنال خروجی، متناسب با تنظیمات پارامتر 20-03 میتواند جریان یا ولتاژ، انتخاب شود و در پارامتر 21-03 باید میزان ضریبی برای سیگنال خروجی در نظر گرفت.
فعالیت کارگاهی (صفحه 81 کتاب درسی)
1- در یک کارگاه میخواهیم فرکانس خروجی اینورتر را بهصورت آنالوگ به یک ولتمتر متصل کنیم. تنظیمات لازم را انجام دهید.
2- فرکانس ورودیِ یک اینورتر وابسته به یک حسگر فشار 20-4 میلیآمپر است. میخواهیم مقدار ورودی جریان آنالوگ را در خروجی آنالوگ بهصورت ولتاژ نمایش دهیم. تنظیمات لازم را انجام دهید.
فعالیت کارگاهی (صفحه 81 کتاب درسی)
در یک جرثقیل از دو اینورتر برای حرکت طولی استفاده شده است. برای اینکه جرثقیل از مسیر خود خارج نشود باید سرعت موتورها یکسان باشد. تنظیمات و سیمکشی دو اینورتر را به نحوی انجام دهید که بتوان سرعت موتور دوم را با سرعت موتور اول سنکرون نمود.
خروجی دیجیتال
در تمام اینورترها رلهای به عنوان خروجی دیجیتال تعبیه شده است که میتوان بر اساس شرایط مختلف آن را کنترل کرد. با توجه به مدل اینورتر، ممکن است پارامترهایی که این رله را کنترل کند متفاوت باشد ولی چندین مورد آن برای تمام اینورترها بهصورت مشترک است. پایههای این رله با حروف «RC-RB-RA» نامگذاری شده است.
علاوه بر خروجی رلهای، اینورتر دارای دو خروجی ترانزیستوری نیز هست، که میتوان در شرایط مختلف از آنها استفاده نمود. لازم به ذکر است نحوۀ سیمکشی این خروجیها در کاتالوگ مشخص شده است.
| programmable open-collector outputs, see Pr. 02-16 and Pr. 02-17.
|
Multi-function output 1 (photocoupler) | MO1 |
| Multi-function output 2 (photocoupler) | MO2 |
فعالیت کارگاهی (صفحه 81 کتاب درسی)
با توجه به اینکه تهویۀ موتورهای الکتریکی توسط یک پروانۀ نصبشده در انتهای موتور انجام میگیرد. در صورتی که موتور همواره در سرعتهای پایین کار کند موتور گرم میشود و لازم است جهت خنککردن موتور، فن کمکی روشن شود. لذا با استفاده از رلۀ داخلیِ اینورتر تغذیه فن را کنترل کنید (با روشنشدن اینورتر فن روشن شود).