مرکز دانش صنعت تاسیسات

درایو فرکانس متغیر (Variable Frequency Drive: VFD) یک از شگفتیهای قابل تحسین امروز است. با خواندن این مقاله به ارزش واقعی آنها پی خواهید برد. ضمناً با مباحثی همچون PWN، SCR، ترانزیستورهای دوقطبی و IGBT نیز آشنا خواهید شد.

سرعت چرخش یک موتور 4 قطبه، RPM 1800 است؛ اما کاربردهائی که از موتورها استفاده میکنند به سرعتهای متفاوتی نیاز دارند. بعنوان مثال در یک سیستم تسمه-نقاله درایو غلطکها در RPM 100 میچرخند در حالیکه یک فن خنکی از کوچک به RPM 2200 برای کارکردن نیاز دارد.

چطور یک نفر میتواند سرعت چرخش بار را کنترل کند؟ با یک درایو موتور. تا اواسط دهه 1960 چیزی در مورد تغییر سرعت بار بدون استفاده از درایو مکانیکی در خروجی موتور شنیده نشده بود. ساختمان یک نوع از آنها از دو قرقره با اندازه متفاوت که توسط یک تسمه به یکدیگر متصل شده اند تشکیل شده است. نسبت قطر این دو قرقره بهم، مقدار تغییر سرعت بار را معین میکند. بدینسان امکان تغییر سرعت با تعویض یک قرقره فراهم می آید. نوع دیگر آنها درایوهای دندهای هستند که از همان اساس پیروی میکنند با این تفاوت که مجموعه حاصل کوچکتر و مقاومتر است.

با این حال درایوهای مکانیکی تغییرات پلهای محدودی را در سرعت فراهم و باعث بهبود بازده نیز نمیشوند. با چنین آرایشی، موتور در سرعت نهائی کار خواهد کرد و حق انتخاب کاربر محدود به سرعت بالا، متوسط، پائین و موتور خاموش خواهد بود.

درایوهای الکتریکی (قابل استفاده برای موتورهای AC و DC) به جای خروجی موتور، ورودی آنرا کنترل میکنند. ضمن اینکه یک درایو الکتریکی با کاهش توان ورودی به موتور بهره بازدهی خالص را تولید میکند.

نحوه کار درایوهای AC، تغییر فرکانس (و ولتاژ) ورودی موتور است. چنین درایوی میتواند سرعت، جهت و توان موتور را کنترل کند همچنین بطور محدودی نیز میتواند گشتاور را تحت کنترل داشته باشد. یک درایو مکانیکی با تضریب (Multiplication) مکانیکی خروجی میتواند گشتاور موتور را افزایش دهد اما یک درایو الکتریکی نمیتواند گشتاور را از آن چیزی که موتور تولید میکند بیشتر کند.

در میان انواع درایو AC، VFD (درایو فرکانس متغیر)، متداولترین است. دانستن اینکه چگونه یک VFD فرکانس را تغییر میدهد و چگونه بر روی عملکرد موتور تاثیر میگذارد عامل مهمی در انتخاب، نصب، برپائی و تعمیر و نگهداری درایو است.

در میان الگوهای مختلف VFD، مدولاسیون پهنای پالس (Pulse Width Modulation: PWM) متداولترین است. در تمام درایوهای PWM به موارد ذیل بر میخوریم:

مبدل داخلی. شش دیود با آرایش پل کلاسیک مبدل AC/DC، تبدیل AC به DC را انجام میدهند.

گذرگاه DC: این بخش، سیگنال DC تولید شده توسط مبدل را پالایش میکند. گذرگاه، شامل یک القاگر و یک خازن است که RC حاصل، ریپلهای شکل موج را کاهش میدهد. مسلم است که هرچه DC هموارتر باشد همانقدر مطلوبتر است. همچنین دامنه ولتاژ گذرگاه DC، حاصلضرب ولتاژ خط در 1.414 است.

مبدل. این بخش، DC حاصل را دوباره به AC تبدیل میکند.