درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟

درایو فرکانس متغیر (VFD) نوعی کنترل‌کننده موتور است که با تغییر فرکانس و ولتاژ به‌کاررفته در موتور الکتریکی می‌تواند موتور الکتریکی را به حرکت دربیاورد. نام‌های دیگری که برای درایو الکتریکی به کار می‌روند عبارتند از: درایور سرعت متغیر، درایو سرعت قابل‌تنظیم، درایو فرکانس قابل‌تنظیم، درایو AC، میکرودرایو، اینورتر.

فرکانس (یا هرتز) با سرعت موتور (RPM) نسبت مستقیم دارد. به عبارت دیگر، هرچه فرکانس سریع‌تر باشد، سرعت موتور نیز سریع‌تر خواهد بود. اگر کاربردی به موتور الکتریکی که با سرعت کامل حرکت کند نیاز نداشته باشد، آنگاه برای پایین آوردن فرکانس و ولتاژ به منظور رفع شرایط موردنیاز بار موتور الکتریکی می‌توان از درایو الکتریکی استفاده کرد.

از آنجایی که شرایط موردنیاز برای سرعت موتور در کابرد مورد نظر تغییر می‌کند، بنابراین درایو الکتریکی با بالا و پایین آوردن سرعت موتور می‌تواند به‌سادگی شرط موردنیاز سرعت را برطرف کند. پس پیشنهاد می کنیم تا پایان این مقاله با شرکت سنابرق توان که بهترین فروشگاه برای خرید درایو ایرانی می باشد، همراه باشید.

نحوه کارکرد درایو فرکانس متغیر به چه صورت است؟

مبدل اولین مرحله برای یک درایو AC فرکانس متغیر، یا درایو الکتریکی است. مبدل شامل شش دیود است، که مشابه شیرهای یک‌طرفه‌ای است که در سیستم‌های لوله‌کشی به کار می‌روند. این دیودها جریان را فقط در یک جهت به گردش درمی‌آورند؛ جهت موردنظر توسط پیکان در نماد دیود نشان داده می‌شود.

برای مثال، هرگاه ولتاژ فاز A (این ولتاژ مشابه فشار در سیستم‌های لوله‌کشی است) مثبت‌تر از ولتاژهای فاز B یا C باشد، آنگاه دیود موردنظر باز می‌شود و جریان به گردش درمی‌آید. هرگاه فاز B مثبت‌تر از فاز A باشد، آنگاه دیود فاز B باز می‌شود و دیود فاز A بسته می‌شود. همین وضعیت برای 3 دیود در سمت منفی باس رخ می‌دهد.

ازاین‌رو، با باز و بسته‌شدن هر دیود شش «پالس» جریان تولید می‌شود. به این حالت «درایو الکتریکی شش پالسی» می‌گویند، که پیکربندی استانداردی برای درایوهای فرکانس متغیر جریان است.

 

 

فرض می‌کنیم که درایو در یک سیستم قدرت 480 ولت کار می‌کند. حد مجاز 480 ولت را با «rms» یا جذر متوسط مربع نامیده می‌شود. پیک ها در سیستم 480 ولت برابرند با 679 ولت. همانطور که می‌بینید، باس dc درایو الکتریکی دارای یک ولتاژ dc با ریپل AC است. ولتاژ تقریباً بین 580 ولت و 680 ولت کار می‌کند.

 

 

 

با اضافه‌کردن یک خازن می‌توانیم از شر  ریپل AC در باس DC خلاص شویم. خازن مشابه مخزن یا انباره در سیستم لوله‌کشی عمل می‌کند. خازن رپیل ac را جذب می‌کند و ولتاژ dc صافی تحویل می‌دهد.  ریپل AC در باس DC معمولاً کمتر از 3 ولت است. بنابراین، ولتاژ در باس DC «تقریباً» برابر است با VDC650. ولتاژ واقعی به این موارد بستگی دارد: سطح ولتاژ خط AC که درایو را تغذیه می‌کند، سطح عدم‌تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت، و هر راکتور یا فیلتر هارمونیکی که در درایو وجود دارد.

مبدل پل دیودی که AC را به DC تبدیل می‌کند را به طور ساده مبدل می‌نامند. مبدلی که dc را به ac را تبدیل می‌کند نیز مبدل نامیده می‌شود، اما برای اینکه بتوانیم آن را از مبدل دیودی تشخیص دهیم، معمولاً‌ به این نوع «اینورتر» می‌گوییم. در صنعت معمولاً از اینورتر صنعتی ایرانی برای نامیدن مبدل DC به AC استفاده می‌شود.

 

 

توجه کنید که در درایوالکتریکی واقعی، سوئیچ‌های نشان داده شده درواقع ترانزیستور هستند. هرگاه یکی از سوئیچ‌های بالا را در اینورتر ببندیم، فاز موتور به باس dc مثبت وصل می‌شود و ولتاژ در آن فاز مثبت می‌شود. هرگاه یکی از سوئیچ‌های پایینی را در مبدل ببندیم، این فاز به باس dc منفی متصل و منفی می‌شود.

ازاین‌رو، می‌توانیم هر فازی را به خواست خود در موتور مثبت یا منفی بکنیم و ازاین‌رو، هر فرکانسی را که می‌خواهیم ایجاد کنیم. بدین‌ترتیب، می‌توانیم هر فازی را مثبت، منفی یا صفر کنیم.

 

 

موج سینوسی آبی فقط برای مقایسه نشان داده شده است. درایو ایرانی این موج سینوسی را تولید نمی‌کند. توجه کنید که خروجی درایو الکتریکی به شکل موج «مستطیلی» است. درایوهای الکتریکی خروجی سینوسی تولید نمی‌کنند. ممکن است شکل موجی مستطیلی انتخاب خوبی برای سیستم توزیع همه‌ منظوره نباشد، اما برای موتور کاملاً مطلوب باشد.

اگر بخواهیم فرکانس موتور را تا 30 هرتز کاهش دهیم، آنگاه می‌توانیم به‌سادگی ترانزیستورهای خروجی اینورتر تک فاز و سه فاز را خیلی آرام‌تر سوئیچ کنیم. اما، اگر فرکانس را تا 30 هرتز کاهش دهیم، آنگاه باید ولتاژ را تا 240 ولت کاهش دهیم تا نسبت ولت/ هرتز را حفظ کنیم (برای کسب اطلاعات بیشتر به ارائه نظریه موتور درایو الکتریکی مراجعه کنید). اگر تنها ولتاژی که داریم VDC 650 باشد آنگاه چطور می‌توانیم ولتاژ را کاهش دهیم؟

 

 

 

به این روش مدولاسیون پهنای پالس یا PWM می‌گویند. فرض کنید که با روشن و خاموش‌ کردن شیر در نرخ بالای سرعت می‌تواند فشار را در خط آب کنترل کرد. این کار در سیستم‌های لوله‌کشی عملی نیست، اما در درایوهای الکتریکی به‌خوبی جواب می‌دهد. توجه کنید که در نیم سیکل اول، ولتاژ در نیمی از مواقع روشن و در نیمی دیگر خاموش است.

از‌این‌رو، ولتاژ متوسط برابر است با نصف 480 ولت یا 240 ولت. با پالس‌دارکردن خروجی، می‌توانیم ولتاژ متوسط را در خروجی درایو الکتریکی به دست بیاوریم. برای درک بهتر اجزای درایو، به تصاویر بالا و پایین نگاه کنید تا متوجه شوید اجزای مختلف درایو به چه شکلی قرار گرفته است.