اگر تا به حال با موتورهای صنعتی کار کرده باشید، احتمالاً سؤالات زیادی در مورد جفت کردن درایوهای فرکانس متغیر (VFD) با انواع مختلف موتور شنیده اید. یکی از سوالاتی که به طور مرتب در بین مشتریان ما مطرح می شود - که بسیاری از آنها تولید کنندگان کوچک، ماشین سازان و متخصصان تعمیر و نگهداری هستند - این است: "آیا می توان از VFD 3 Phase 3hp با موتور DC استفاده کرد؟" به‌عنوان یک تامین‌کننده متخصص در راه‌حل‌های VFD، سال‌ها را صرف این سوال دقیق کرده‌ام، و پاسخ یک بله یا خیر ساده نیست. این بستگی به نحوه عملکرد هر جزء، مشخصات الکتریکی درگیر، و آنچه می خواهید با راه اندازی به دست آورید، دارد. بیایید این موضوع را به وضوح تجزیه و تحلیل کنیم و از اصول اولیه هر دو فاز VFD 3 3hp و موتور DC شروع کنیم.
ابتدا، بیایید در مورد کارهایی که هر بخش انجام می دهد، بپردازیم. یک درایو فرکانس متغیر که گاهی اوقات مبدل فرکانس VFD نامیده می شود، برای کنترل سرعت موتورهای جریان متناوب (AC) با تنظیم فرکانس و ولتاژ توان ارسالی به موتور طراحی شده است. اکثر VFD های استاندارد موجود در بازار برای موتورهای القایی AC، موتورهای سنکرون AC یا موتورهای AC آهنربای دائم ساخته می شوند - اینها موتورهای کار تجهیزات صنعتی مانند تسمه نقاله، پمپ ها و ماشین ابزار هستند. VFD 3 فاز 3 اسب بخاری ما به طور خاص برای موتورهای AC سه فاز با توان 3 اسب بخار طراحی شده است، بنابراین مدارهای داخلی آن برای کنترل ویژگی های قدرت AC آن موتورها تنظیم شده است. برق متناوب ورودی (تک فاز یا سه فاز، بسته به مدل) را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می کند، سپس آن DC را به AC با فرکانس متغیر برای مطابقت با نیازهای سرعت موتور تبدیل می کند. این زنجیره تبدیل در اینجا کلیدی است.
از طرف دیگر، یک موتور DC با توان جریان مستقیم کار می کند و نیازی به تبدیل نیست. سرعت آن با تنظیم ولتاژ ارسالی به آرمیچر آن یا در برخی موارد تنظیم جریان میدان کنترل می شود. موتورهای DC دهه‌هاست که وجود دارند و هنوز هم در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که به کنترل دقیق سرعت در سرعت‌های پایین، گشتاور بالا در هنگام راه‌اندازی یا عملکرد ثابت در محدوده سرعت وسیعی نیاز دارند - مواردی مانند جرثقیل‌ها، بالابرها و برخی ماشین‌آلات بسته‌بندی. مشکل این است که یک VFD استاندارد برای کنترل مستقیم برق DC، حداقل به روشی که برای کنترل AC سیم کشی شده است، سیم کشی نشده است.
بنابراین آیا می توانید یک VFD 3 فاز 3 اسب بخار را به یک موتور DC متصل کنید؟ بیایید وارد بخش فنی شویم. پاسخ کوتاه این است: به طور کلی نه، نه با VFD استاندارد خارج از قفسه. در اینجا دلیل آن است. طراحی داخلی VFD برای خروجی AC ساخته شده است. AC ورودی را می گیرد، آن را به DC اصلاح می کند، سپس آن DC را با فرکانس متغیر به AC معکوس می کند. یک موتور DC به آن جریان متناوب معکوس نیاز ندارد - به برق DC خالص نیاز دارد. اگر یک موتور DC را به پایانه های خروجی VFD استاندارد وصل کنید، برق متناوب را به قطعه ای که برای DC ساخته شده است می فرستید که به درستی کار نمی کند. VFD برای تامین جریان متناوب که جهت متناوب را در فرکانس تنظیم شده تنظیم می کند، طراحی شده است. آرمیچر یک موتور DC برای تولید گشتاور به جریان ثابت (یا تغییرات جریان کنترل شده در مورد موتورهای DC برس خورده) متکی است. ارسال AC به یک موتور DC باعث می‌شود که آن بیش از حد ارتعاش کند، گشتاور قابل استفاده کمی تولید کند، و حتی در صورت افزایش ناگهانی جریان، می‌تواند به سیم‌پیچ‌های موتور یا خود VFD آسیب برساند.
گفته می شود، یک استثنای محدود وجود دارد. اگر موتور DC شما در واقع یک "موتور DC" است که تغییر کاربری داده شده است، یا به طور خاص، یک موتور DC با پیچ سری که گاهی در کاربردهای کششی (مانند موتورهای لیفتراک برقی قدیمی) استفاده می شود، برخی افراد با تغییر VFD ها برای کار با آنها آزمایش کرده اند. اما حتی پس از آن، این یک راه اندازی استاندارد نیست، و برای اکثر مصارف صنعتی توصیه نمی شود. این تغییرات نیاز به سیم کشی مجدد خروجی VFD برای تامین یک DC ثابت به جای AC با فرکانس متغیر دارد که کل عملکرد درایو را تغییر می دهد. این دیگر VFD نخواهد بود، زیرا VFD ها طبق تعریف مبدل فرکانس هستند. برای این تنظیمات اصلاح شده، بهتر است از یک کنترلر موتور DC که برای این منظور طراحی شده است استفاده کنید، به جای یک VFD 3 Phase 3hp که برای AC طراحی شده است.
بیایید در مورد تطابق قدرت نیز صحبت کنیم، که یک جزئیات مهم برای هر جفت موتور و درایو است. VFD 3 فاز 3hp ما برای کنترل موتور AC 3hp درجه بندی شده است که مقدار مشخصی جریان را می کشد (تقریباً 7.5 آمپر در 230 ولت سه فاز، برای مرجع). یک موتور DC با همان اسب بخار جریان متفاوتی را بسته به درجه ولتاژ خود می کشد. به عنوان مثال، یک موتور 3hp 24V DC حدود 100 آمپر در بار کامل می کشد، در حالی که یک موتور 3hp 48V DC حدود 50 آمپر می کشد. این روشی است که برای تامین جریان متفاوتی نسبت به VFD طراحی شده است. حتی اگر می‌توانید یک VFD را برای خروجی DC تغییر دهید، اجزای داخلی آن (مانند ترانزیستورهای مورد استفاده در مرحله اینورتر) برای جریان پایین‌تر یک موتور AC 3 اسب بخار اندازه می‌شوند، نه جریان بسیار بالاتری که یک موتور DC با همان اسب بخار نیاز دارد. این امر منجر به گرمای بیش از حد، خرابی زودرس قطعه یا خطر ایمنی ناشی از اضافه بار الکتریکی می شود.
شاید فکر می کنید: "اگر از درایو دیگری استفاده کنم چه؟" این سوال خوبی است. اگر برای موتور DC به کنترل سرعت نیاز دارید، VFD ابزار مناسبی نیست. در عوض، شما یک کنترلر موتور DC می خواهید که به طور هدفمند برای تنظیم ولتاژ DC برای کنترل سرعت ساخته شده است. اما اگر با موتورهای AC کار می کنید، VFD راه حل مناسبی است. وب سایت ما طیف وسیعی از گزینه ها را برای تنظیمات مختلف دارد، از جمله ورودی تک فاز VFD 5 اسب بخاری برای منابع برق تک فاز کوچکتر، یا درایو فرکانس 3 فاز برای سیستم های سه فاز صنعتی بزرگتر. اگر فقط برق تک فاز برای موتور سه فاز خود در دسترس دارید، مبدل فرکانس تک فاز ما برای تبدیل ورودی تک فاز به خروجی سه فاز طراحی شده است، بنابراین نیازی به سیم کشی مجدد تاسیسات خود برای برق سه فاز ندارید. اینها همه راه حل هایی برای کنترل موتور AC هستند که متناسب با نیازهای قدرت و اندازه های مختلف موتور هستند.
یکی دیگر از تصورات اشتباه رایجی که از مشتریان می‌شنوم این است که همه دستگاه‌های کنترل موتور قابل تعویض هستند. این درست نیست. VFD ها به دلیل نحوه کنترل سرعت موتور AC برای موتورهای AC تخصصی هستند: برای موتورهای القایی AC، سرعت با تعداد قطب های استاتور و فرکانس منبع تغذیه تعیین می شود. با تنظیم فرکانس می توانید سرعت را تنظیم کنید و تنظیم ولتاژ همراه با فرکانس (به نام کنترل V/Hz) میدان مغناطیسی موتور را متعادل نگه می دارد تا بیش از حد گرم نشود. یک موتور DC آن طراحی استاتور را ندارد - میدان مغناطیسی آن از یک آهنربای دائمی یا یک سیم پیچ میدان جداگانه می آید، بنابراین کنترل سرعت کاملاً متفاوت عمل می کند. تلاش برای استفاده از VFD برای موتورهای DC مانند استفاده از یک آچار به عنوان پیچ گوشتی است: ممکن است مناسب باشد، اما آنطور که باید کار نمی کند و به احتمال زیاد به هر دو ابزار آسیب خواهید رساند.
بیایید همچنین به این موضوع بپردازیم که اگر کسی بخواهد این کار را انجام دهد، چه اتفاقی می‌افتد. در سال‌هایی که به‌عنوان یک تامین‌کننده کار می‌کردم، داستان‌هایی از مشتریانی شنیده‌ام که این را آزمایش می‌کنند و در نهایت با موتورهای سرخ شده یا درایوهای خراب مواجه می‌شوند. به عنوان مثال، یک ماشین‌فروشی کوچک زمانی سعی کرد فاز 3 VFD 3 اسب بخاری خود را به یک موتور DC برای یک نوار نقاله سفارشی متصل کند. هنگامی که آن را روشن کردند، موتور صدای زمزمه بلندی ایجاد کرد، به شدت تکان خورد و سیم پیچ آرمیچر آن در 10 دقیقه سوخت. VFD همچنین باید برای تعمیر فرستاده می شد، زیرا سیگنال خروجی AC مدارهای کنترل داخلی آن را اشتباه می گرفت. این یک نتیجه رایج است زیرا VFD برای تنظیم توان DC به موتور DC طراحی نشده است، و موتور DC برای کنترل برق AC ساخته نشده است. ارزش ریسک کردن را ندارد، حتی اگر یک میانبر ارزان به نظر برسد.
بنابراین چه زمانی یک VFD و یک موتور DC با هم کار می کنند؟ تنها سناریویی که می توانم به آن فکر کنم این است که شما یک سیستم هیبریدی دارید که در آن یک موتور DC به عنوان بخشی از تنظیم ترمز احیاکننده استفاده می شود و VFD بازخورد نیرو را مدیریت می کند. حتی پس از آن، این یک برنامه بسیار تخصصی است، نه یک مورد استفاده استاندارد. درایوهای احیا کننده (نوعی VFD پیشرفته) می توانند انرژی را از موتوری که به عنوان یک ژنراتور عمل می کند - مانند زمانی که یک نوار نقاله در حال کند شدن است - جذب کرده و آن انرژی را به شبکه برق ارسال کند. اما این برای موتورهای AC است، نه موتورهای DC. برای یک موتور DC در یک سیستم احیا کننده، شما هنوز به یک کنترلر مخصوص DC برای مدیریت بازخورد انرژی نیاز دارید، نه VFD.
اگر هدف شما کنترل سرعت موتور DC است، حرکت صحیح این است که به دنبال یک کنترل کننده سرعت موتور DC باشید، نه VFD. این کنترلرها برای تنظیم ولتاژ آرمیچر یا جریان میدان موتورهای DC طراحی شده اند، بنابراین آنها به طور یکپارچه با طراحی موتور کار می کنند. آنها همچنین برای کشش فعلی موتورهای DC به درستی اندازه گیری شده اند، که همانطور که قبلاً اشاره کردم، می تواند بسیار بالاتر از یک موتور AC با همان اسب بخار باشد. به عنوان مثال، یک موتور DC 3hp به یک کنترلر با حداقل 100 آمپر اگر 24 ولت باشد نیاز دارد، در حالی که یک VFD 3hp فقط برای حدود 7.5 آمپر در 230 ولت رتبه بندی می شود. تلاش برای استفاده از VFD در اینجا به معنای کوچک کردن کنترلر با یک حاشیه بزرگ است که منجر به گرم شدن بیش از حد و خرابی می شود.
اکنون، اگر با یک موتور AC کار می کنید و نمی دانید که آیا VFD 3 اسب بخاری برای شما مناسب است، در اینجاست که محصولات ما می درخشند. VFD 3 فاز 3 اسب بخاری ما برای کار با طیف گسترده ای از موتورهای AC سه فاز، از 1/2 اسب بخار تا 3 اسب بخار، بسته به کارایی و کاربرد موتور ساخته شده است. این هر دو کنترل V/Hz و کنترل برداری را پشتیبانی می کند، که به شما کنترل سرعت دقیق تر و گشتاور بالاتر در سرعت های پایین را می دهد - برای کاربردهایی مانند نوار نقاله های کوچک، ماشین ابزار و تجهیزات کشاورزی عالی است. ما همچنین VFD های دیگری را برای مطابقت با نیازهای مختلف ارائه می دهیم: اگر یک موتور 5 اسب بخاری دارید، ورودی تک فاز VFD 5 اسب بخاری ما به شما امکان می دهد از آن با برق تک فاز استفاده کنید، که در بسیاری از تنظیمات تجاری بدون اتصالات سه فاز رایج است. برای بارهای بزرگتر، خط درایو فرکانس 3 فاز ما شامل مدل‌هایی با قدرت بالاتر اسب بخار است، بنابراین می‌توانید مطابقت مناسب برای تجهیزات خود پیدا کنید.
بیایید این را جمع بندی کنیم. نکته کلیدی این است که یک VFD 3 فاز با قدرت 3 اسب بخار را نمی توان با یک موتور DC استاندارد استفاده کرد. طرح‌های داخلی آنها برای انواع مختلف قدرت و عملکردهای موتور طراحی شده‌اند و تلاش برای جفت کردن آنها منجر به عملکرد ضعیف، آسیب احتمالی تجهیزات و خطرات ایمنی می‌شود. اگر برای موتور DC به کنترل سرعت نیاز دارید، از یک کنترلر موتور DC ساخته شده استفاده کنید. اگر با یک موتور AC کار می‌کنید و به دنبال VFD هستید، خط مبدل‌های فرکانس و VFDهای ما - از جمله VFD 3 فاز 3hp، ورودی تک فاز VFD 5hp، و مبدل فرکانس تک فاز برای تنظیمات کم‌مصرف- طراحی شده‌اند تا نیازهای صنعتی را به طور قابل اعتماد برآورده کنند.
اگر در مورد VFD مناسب برای موتور AC خود سؤالی دارید، برای تعیین اندازه درایو به کمک نیاز دارید، یا می‌خواهید درباره محصولات ما بیشتر بدانید، با خیال راحت تماس بگیرید. ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم تا بدون توجه به کاربرد، راه حل مناسب را برای تجهیزات صنعتی خود بیابید.
مراجع
- کنترل موتور الکتریکی: اصول و کاربردها، McGraw-Hill، 2019
- طراحی و عملیات درایو فرکانس متغیر، IEEE Press، 2021
- کتابچه راهنمای کنترل موتور صنعتی، انجمن ملی تولیدکنندگان برق (NEMA)، 2020