درایوهای کنترل دور یا فرکانس متغیر، سیستم‌های کنترل‌کننده‌ای هستند که شامل موتورهایی می‌شوند که سرعت خروجی متفاوتی را بر اساس دستور ورودی ارائه می‌دهند. خازن در درایو کنترل دور پیوندهای DC تشکیل می‌دهد. ولتاژ در این لینک DC یک پارامتر مهم است که باید کنترل شود. این ولتاژ ورودی به درایو است و بنابراین به عنوان یک ولتاژ مرجع در سیستم عمل میکند. تغییرات در ولتاژ لینک DC یا ولتاژ در خازن بر سرعت و عملکرد موتور بسیار تأثیر می‌گذارد. کاربرد خازن در درایو کنترل دور به همان اندازه مهم است که اندازه آن ضریب ریپل، نویز و صاف بودن موتور را مشخص میکند. در حالی که دانستن اهمیت و کارکرد خازن‌ها در یک سیستم درایو بسیار مهم است.
درایوهای کنترل دور سیستم‌های الکترومکانیکی هستند که در آن‌ها سرعت و گشتاور یک موتور بر اساس دستور ورودی تغییر میکند. چنین سیستم های الکترومکانیکی برای مصارف صنعتی، تجاری و همچنین خانگی از اهمیت بالایی برخوردار هستند. استفاده از آن‌ها در کاربردهای مختلف از استخراج تا بسته بندی، پمپ ها تا مخلوط کن‌ها و ماشین‌های لباسشویی تا فن‌ها متنوع است. برنامه‌های کاربردی مربوط به سیستم های درایو نیز به دقت عملکرد آن‌ها نیاز دارند. به عنوان مثال، کاربر می‌خواهد آسانسور در هر طبقه خاصی متوقف شود و پایین آن با آن طبقه هماهنگ باشد. درایو با کنترل دقیق باید اطمینان حاصل کند که موتور به اندازه کافی حرکت میکند تا آسانسور را در آن سطح، نه در بالا و نه پایین تر از طبقه، حرکت دهد. در اینجا، سرعت موتور برای مدتی تنظیم می‌شود تا به موقعیت شناخته شده قبلی برسد. به طور مشابه، در صنعت معدن، مته باید به خوبی به سمت یک مکان هدف حرکت کند و در آن نقطه سوراخ کاری انجام دهد. در اینجا، سرعت مته (به غیر از موقعیت) و در نتیجه موتور نیز بسته به سختی مواد مهم است.
چرا از خازن در درایو استفاده کنیم؟
از آنجایی درایوها برای کاربردهای حرکتی (مرتبط با موقعیت و سرعت) استفاده می‌شوند و حرکت موتور با تغییر فرکانس ورودی و ولتاژ به درایو کنترل می‌شود، بنابراین فرکانس و ولتاژ پارامترهای کنترلی هستند. ولتاژ ورودی به موتور توسط 3 فاز خروجی درایو داده می‌شود. همانطور که درایو ولتاژ ورودی خود را جهت ساختن شکل موج سینوسی از لینک DC (ولتاژ در خازن) دریافت میکند، ولتاژ خازن در درایو کنترل دور ولتاژ مرجع برای آخرین مرحله (قبل از تغذیه به موتور) است که برای عملکرد بهتر موتور باید ثبات داشته باشد. اگر خازن وجود نداشته باشد، پس چه چیزی را باید کنترل کرد؟ خروجی یکسو کننده (در قسمت ورودی درایو)؟ اما به سرعت در حال تغییر است و از این رو کنترل کننده به هیچ راه حل پایدار یا حالت ثابتی دست نخواهد یافت.
خازن به عنوان فیلتر
یک خازن (کاربرد خازن در درایو کنترل دور) ، زمانی که به صورت موازی در مدار استفاده می‌شود، به عنوان یک فیلتر عمل میکند. خازن سیگنال AC را به طور کامل فیلتر میکند. و اشکال در سیگنال DC نیز توسط یک خازن فیلتر می‌شود. این از نظر مفهومی همان ایده‌ای است که در بالا توضیح داده شد. نمودار زیر این موضوع را بیشتر توضیح می‌دهد.
در اینجا ولتاژ از یکسو ساز ابتدا خازن را به سرعت شارژ میکند. در نیمه دوم سیکل سیگنال ورودی، خازن از طریق بار RL تخلیه می‌شود. اما به اندازه کوچک ریپل در اینجا نسبت به ریپل سیگنال ورودی توجه کنید. یک خازن بزرگتر منجر به ضریب ریپل حتی کمتر و سیگنال پایدارتر می‌شود.
آیا می توان خازن را در VFD حذف کرد؟
هیچ پاسخ مستقیم بله یا خیری برای این سوال وجود ندارد. در عوض، عدم وجود خازن در درایو کنترل دور را فرض می‌کنیم و اثرات آن را بر نتیجه تجزیه و تحلیل می‌کنیم. اگر خازن وجود نداشته باشد، خروجی مبدل AC/DC مستقیماً به درایو می‌رود. اگر منبع اصلی از خط شبکه به مبدل کاهش یابد، به این معنی است که ورودی به درایو کاهش می‌یابد. علیرغم این واقعیت که این پارامترها (از طریق سنسورها) حس می‌شوند و به کنترل کننده بازگردانده می‌شوند (اگر یک کنترل کننده حلقه بسته وجود داشته باشد)، برای جلوگیری از امواج در شکل موج خروجی درایو بسیار دیر است. این موج باعث ایجاد نویز در موتور در حال کار می‌شود.
علاوه بر این، به یاد بیاورید که درایو یک سیستم الکترومکانیکی است که در آن حرکت یک موتور الکتریکی بسیار نگران کننده است. این حرکت به موقعیت یا سرعت بخشی از قسمت متحرک در یک برنامه خاص برمی‌گردد. بنابراین ریپل در ورودی موتور به معنای انحراف از موقعیت یا سرعت مورد نیاز است. این استنباط میکند که یک سیستم درایو فرکانس متغیر بدون خازن، یک سیستم درایو بسیار ضعیف خواهد بود.
مکانیسم خازن در درایو کنترل دور
هنگامی که مشخص شد که یک خازن یک جزء حیاتی در یک درایو فرکانس متغیر است، هنوز باید بررسی شود که چگونه یک خازن این وظیفه را در سیستم انجام می‌دهد. خازن مورد استفاده در درایوهای ولتاژ پایین و متوسط معمولاً یک خازن الکترولیتی است. چنین خازن با داشتن دو صفحه فلزی در ساختار خود و یک الکترولیت برای اهداف عایق، انرژی الکتریکی را به شکل میدان الکتریکی بین دو صفحه خود ذخیره میکند. یک بار مثبت در یک صفحه و یک بار منفی در دیگری قرار دارد و خطوط میدان الکتریکی از صفحه با بار مثبت به صفحه با بار منفی ساخته می‌شوند.
امروزه درایوهای باکیفیت از خازن‌های نواری استفاده می‌کنند زیرا علاوه بر عملکرد بهتر نسبت به خازن‌های الکترولیتی، سبک‌تر هستند و فضای کمتری اشغال می‌کنند.
علاوه بر این، خازن‌ها ظرفیت شارژ یا ذخیره انرژی دارند. هنگامی که فرآیند شارژ شروع می‌شود، میدان الکتریکی به سرعت ایجاد می‌شود. فرآیند شارژ به ظرفیت خود می‌رسد و ثابت می‌شود. خازن تا دو سوم حداکثر حد خود در یک ثابت زمانی شارژ میکند. (ثابت زمانی برای هر مدار متفاوت است و به ظرفیت “C” و مقاومت “R” مدار بستگی دارد).
به طور کلی، ظرفیت ذخیره سازی شارژ یک خازن بسیار بیشتر از شارژی است که در یک زمان معین به وجود می‌آید (در غیر این صورت استفاده از خازن فایده‌ای نخواهد داشت). اگر همین مفهوم برای درایوهای فرکانس متغیر اعمال شود، مشخص خواهد شد که قرارگیری خازن و ظرفیت آن بر زمان پاسخ گذرا تأثیر می‌گذارد. تا زمانی که زمان پاسخ گذرا به پایان برسد، خازن نیز تا حداکثر ظرفیت خود شارژ شده است. بنابراین اکنون درایو یک مقدار ورودی ثابت دریافت میکند. اگر خازن با اندازه مناسب انتخاب شده باشد، تغییرات در ولتاژ شبکه بر ورودی موتور سه فاز تأثیر نمی‌گذارد.
اندازه خازن
اندازه هر نوع دستگاه الکترونیکی ذخیره انرژی بر عملکرد کل سیستم تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، یک سلف بزرگتر در مدار، جریان را بیشتر صاف میکند. به همین ترتیب، یک خازن که به موازات مولفه ولتاژ مورد نظر قرار می‌گیرد، ولتاژ را صاف میکند. هرچه خازن بزرگتر باشد، ولتاژ خروجی صاف‌تر است. اما این مزیت با افزایش شدید هزینه همراه است. بنابراین، هنگامی که یک سیستم برای تجزیه و تحلیل عملکرد یک سیستم درایو شبیه سازی می‌شود، باید خازن‌های موجود و سقف هزینه را با توجه به حساسیت برنامه در نظر گرفت.
بدون دیدگاه