درایوهای کنترل دور در عمل!

در مقالات گذشته در ارتباط با مباحث تئوری یک درایو فرکانس متغیر بحث کردیم. برای کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه می توانید مقالات درایو کنترل دور چیست ؟ و مزیت های استفاده از روش DTC برای کنترل دور موتورها بخش اول را مطالعه بفرمایید. اکنون به موارد مربوط به طراحی و ساخت عملی این تجهیزات خواهیم پرداخت.

همانطور که می دانیم، درایوهای کنترل دور از ماژول های نیمه هادی الکترونیک قدرت (معمولاً دیودهای یکسوساز و IGBT)، یک خازن لینک DC و برخی دیگر از تجهیزات پیشرفته الکترونیکی برای کاربردهای کنترلی و ارتباطی تشکیل شده است. نیاز است که تمام این ادوات را در یک محفظه گردآوری شوند تا به سادگی روی تابلو و در کنار یک فن یا پمپ، نصب گردند.در حالت کلی، ماژول های الکترونیک قدرت معمولاً در یک بسته بندی واحد با ویژگی های لازم جهت نصب قرار می گیرند. از آنجا که این تجهیزات گرما تولید می کنند، باید در کنار یک هیت سینک (Heat Sink) قرار داده شوند. علاوه بر هیت سینک ها، از یک فن نیز برای خنک کردن درایوهای کنترل دور استفاده می شود. یکی از مزیت های فن این است که فقط پس از گرم شدن هیت سینک وارد مدار شود، در این صورت علاوه بر افزایش طول عمر فن ها، از ورود خاک، گرد و غبار و مایعات اضافی به داخل درایو کنترل دور جلوگیری می شود. شکل زیر قسمت های بیرونی یک درایو کنترل دور کوچک را نشان می دهد. در شکل های بعدی با پوشش های پلاستیکی کاور، اجزای داخلی اصلی یک درایو کنترل دیده می شوند.

هر IGBT به مدار درایو گیت (Gate Diver Circuit) نیاز دارد که در صورت لزوم آن را روشن و خاموش می کنند و مستقیماً به IGBT و بخش قدرت درایو کنترل دور متصل می شوند. درایوهای گیت نیز به یک منبع تغذیه احتیاج دارند، بنابراین چهار منبع جداگانه مورد نیاز است، یکی برای هر IGBT در قسمت بالا و یکی دیگر برای سه IGBT بخش پایین. از آنجایی که منبع تغذیه برای تامین توان مورد نیاز لوازم الکترونیکی کنترلی، فن ها و سایر تجهیزات به کار می رود، این امر باعث پیچیده تر شدن مدارات داخلی یک درایو کنترل دور خواهد شد. معمولاً یک ماژول IGBT از یک خازن لینک DC تغذیه می کند و در ثانویه فرکانس های مختلف را تامین می کند.

اندازه گیری جریان در یک درایو کنترل دور امری مهم و دشوار است. اهمیت آن به این دلیل است که ما باید جریان های خروجی (برای کنترل بهتر دور موتور و محافظت کامل از آن) و جریان های اتصال کوتاه احتمالی را برای محافظت هر چه بهتر از IGBT کنترل کنیم و نمایش دهیم. از جهت دیگر این کار مشکل است چون که نقاط اندازه گیری در خروجی هستند که برای بازگشت سیگنال به مدارهای کنترل نیاز به ایزولاسیون دارند. در عمل از چندین سنسور اثر Hall برای اندازه گیری جریان در خروجی کنترل دور و یک یا دو سنسور سریع در لینک DC استفاده می شود. (سیگنال های خروجی درایو کنترل دور) .

خازن لینک DC نیز بر روی یک برد قدرت نصب می شود و هنگامی که درایو کنترل دور برای اولین بار روشن می شود، تخلیه می شود، بنابراین یک مدار متشکل از رله و مقاومت برای محدود کردن جریان هجومی استفاده می شود. خازن از طریق مقاومت شارژ می شود و رله چند ثانیه پس از عملکرد طبیعی مقاومت را اتصال کوتاه می کند. تمام این قطعات بر روی برد pcb قرار دارند. در درایوهای کنترل دور با توان بالا، آنها توسط سیم کشی مخصوص یا باس بارها به IGBT ها و خازن ها متصل می شوند. در کنترل دورهای کوچکتر همه این تجهیزات بر روی یک یا چند مدار قدرت نصب می شوند.

ماژول های الکترونیکی کنترل معمولاً بین بردهای قدرت و کنترل یک درایو کنترل دور تقسیم می شوند. علاوه بر این، یک مدار خاص روی برد قدرت وظیفه ارسال سیگنال های خاموش و روشن گیت های IGBT را بر عهده دارند. این امر از طریق پردازنده اصلی در یک برد کنترلی جداگانه فرمان می پذیرد که این امر جداسازی بردهای کنترل و قدرت را آسانتر می کند. لازم به یادآوری است که ایزولاسیون در این موارد، از آنجا که برد قدرت در یک درایو کنترل دور به لینک DC و شبکه برق قدرت متصل است، ضروری می باشد.

اهمیت رابط کاربری مناسب در درایوهای کنترل دور

ترمینال های قدرت روی یک pcb در داخل درایو کنترل دور نصب می شوند، به راحتی قابل دسترسی هستند. ترمینال های برد کنترل کوچکتر خواهند بود، زیرا به طور کلی ولتاژ و جریان کمتری را تحمل می کنند. درایوهای کنترل دور معمولا دارای انواع مختلفی از اتصالات کنترل و مانیتور هستند.

برای مثال ورودی های دیجیتال قابل برنامه ریزی، ورودی های آنالوگ، خروجی های آنالوگ و اتصالات رله از این مدل اتصالات هستند. ورودی های دیجیتال می توانند فرمان شروع و توقف را برای درایو کنترل دور صادر کنند، جهت چرخش موتور را معکوس کنند، فرکانس های ثابت از پیش تعیین شده برای چرخش موتور انتخاب کنند و غیره. ورودی های آنالوگ را می توان برای کنترل سرعت موتور استفاده کرد، و یا هنگامی که درایو کنترل دور در حالت کنترل حلقه بسته کار می کند، خروجی سنسورها به ورودی های آنالوگ درایو کنترل دور متصل می شوند. از خروجی ها و رله های آنالوگ می توان برای نشان دادن یک خطا و همچنین وضعیت موتور، مانند Run, Stop استفاده کرد. (کنترل حلقه بسته درایو کنترل دور)

 همه این اتصالات را می توان متناسب با نیاز کاربر برنامه ریزی کرد. اکثر درایوهای کنترل دور همچنین دارای نوعی پروتکل مخابراتی مانند Modbus یا Canbus هستند تا امکان کنترل و نظارت دقیق در سیستم های بزرگتر را فراهم کنند. در قسمت جلوی درایو کنترل دور باید چند دکمه و یک نمایشگر ساده برای تنظیم یا کنترل آن وجود داشته باشد. این صفحه نمایش ممکن است به صورت 7Segment، LED و یا یک نمایشگر متن کامل که اطلاعات بیشتری را به زبان های مختلف برای کاربر به نمایش می گذارد. تمام این اتصالات کنترلی، دکمه ها و نمایشگرها روی برد کنترلی صفحه کنترل اصلی نصب می شوند.

همانطور که مشخص است، تجهیزات و ماژول های مختلفی یک درایو کنترل دور را تشکیل می دهند. همه این ها باید در یک محفظه بسته بندی شوند. برای درایوهای کنترل دور کوچکتر، یک جعبه پلاستیکی ساده راه حل مناسبی است. اما برای کنترل دورهای بزرگتر، یک پوشش مستحکم تر با دسترسی  راحت به ترمینال ها مورد نیاز است. اگر درایو کنترل دور در یک محفظه بسته بدون گرد و خاک و رطوبت نصب شده باشد، درجه حفاظتی IP20 مناسب است. با این حال، اگر درایو کنترل دور در یک محیط با درجه آلودگی بالاتری نصب شده باشد، سطح حفاظت بالاتر مانند IP55 یا بالاتر باید انتخاب شود است.