موتورهای الکتریکی به طور معمول تجهیزاتی هستند که برای عملکرد صحیح خود انرژی را از منابع انرژی دریافت کرده و آن را به گشتاور مکانیکی تبدیل میکند. این انرژی می تواند DC یا AC باشد. اما این موضوع همیشه درست نیست و موتور ها میتوانند گشتاور را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به سمت منبع ارسال کنند. با توجه به اینکه بیشتر موتور های صنعت، موتور های القایی میباشند و برای کنترل آن ها از درایو استفاده میشود، این انرژی برگشتی وارد درایو شده که به آن انرژی بازگشتی یا Power regeneration میگویند. در ادامه این مقاله به بررسی مشکلاتی که این انرژی برگشتی به وجود خواهد آورد و راه حل های آن می پردازیم.
بخش های اصلی درایو ریجنریتیو Regenerative
به طور کلی یک درایو از 3 بخش اصلی یکسوساز،لینک DC و اینورتر تشکیل شده است. در مقاله “درایو چیست” به جزئیات هر بخش و وظیفه آن ها پرداخته ایم. همانطور که میدانیم بخش یکسوساز از دیود و تریستور تشکیل شده است و ولتاژ به صورت DC است. بنابراین انرژی نمیتواند از درایو به سمت شبکه برق جاری شود اما در بخش اینورتر به علت وجود IGBT و شکل موج AC ولتاژ، انرژی میتواند از موتور به سمت درایو جاری شود.
اصول عملکرد درایو ریجنریتیو
بخش های تشکیل دهنده درایو های ریجنریتیو دقیقا مثل درایو های عادی میباشد با این تفاوت که بخش یکسوساز را به جای یکسوساز نیمه کنترل شده معمول که متشکل از دیود و تریستور بود، از IGBTها استفاده میکنیم. در حالت عملکرد موتوری IGBTهای ورودی همانند یکسوساز ها عمل میکنند و در حالتی که موتور انرژی برگشتی تولید میکند ( حالت ژنراتوری)، توان به سمت درایو و سپس به سمت شبکه هدایت میشود. این عمل باعث میشود تا انرژی مصرفی سیستم کمتر شده و کاهش چشمگیر هزینه ها را نیز سبب میشود.
علت بازگشت انرژی
عوامل زیادی باعث میشوند تا روتور موتور های القایی سریع تر از میدان مغناطیسی گردان استاتور بچرخد و میدان مغناطیسی ایجاد شود که باعث شود موتور به حالت ژنراتوری برود. برای درک بهتر این موضوع سیستم یک بالابر را در ادامه بررسی خواهیم کرد.
در سیستم بالابر، انرژی از شبکه به درایو و در نهایت به صورت کنترل شده به موتور تزریق میشود. موتور انرژی را دریافت کرده و گشتاور مکانیکی تولید میکند و در نهایت بالابر به حرکت درمی آید. با افزایش ارتفاع بالابر نیروی گرانش، اضافه باری را روی شفت موتور قرار میدهد که میتواند باعث شود سرعت چرخش روتور از میدان گردان استاتور بیشتر شده و موتور به حالت ژنراتوری برود و انرژی به سمت درایو بازگردد. حال به کمک سیستم درایو ریجنریتیو میتوان این مشکل را حل کرد.
کاربرد درایو ریجنریتیو
- سیستم هایی که در آن ها موتور نیاز به ترمز دارد مانند بالابر ها، جرثقیل ها و آسانسور ها و …
- سیستم هایی که می تواند باعث چرخش عکس شفت موتور شود، مانند نوار نقاله با شیب منفی و …
- سیستم هایی که نیاز به استپ سریع دارند مانند برخی فن های سانتریفیوژ و …
اهمیت درایو ریجنریتیو
همانطور که در بالا اشاره شد، درایو های معمولی قابلیت بازگرداندن انرژی به سمت شبکه را ندارند پس انرژی مسیری برای برگشت ندارد و در درایو خواهد ماند و باعث افزایش ولتاژ لینک DC شده که باعث میشود رله های حفاظتی اضافه ولتاژ لینک DC عمل کنند. البته به غیر از روش استفاده از درایو ریجنریتیو، روش های دیگری نیز برای کنترل این انرژی وجود دارد که در ادامه به آنها می پردازیم.
مقاومت ترمز
مقامت ترمز یا چاپرها تعدادی مقاومت به صورت سری هستند که در حالت عادی از مدار خارج میباشند. زمانی که سیستم کنترلی تشخیص دهد که مقدار ولتاژ باس DC از مقدار معمول خود بیشتر شده است این مقاومت ها را وارد مدار کرده تا انرژی را در خود به صورت گرما تلف کنند. مزیت این روش نسبت به درایو ریجنریتیو ارزان قیمت بودن آن است اما از عیوب آن میتوان به دمای تولیدی و هدر رفتن انرژی اشاره کرد. دمای تولیدی اضافه باید توسط تجهیزات مرتبط مانند هیت سینک کنترل شود تا رله های حفاظتی عمل نکنند و سیستم دچار اختلال نشود.
درایو امترون دارای ترمینال های مقاومت ترمز در تمامی درایو های خود میباشد که در حالت عادی جامپر ( اتصال کوتاه) شده اند تا در صورت نیاز با توجه به نیاز مشتری مقاومت ترمز مورد نیاز سیستم توسط کارشناسان شرکت بنیان صنعت تدبیر یکتا نماینده رسمی امترون در ایران محاسبه شده و در سیستم قرار گیرد.
درایو VFXR امترون
اینورتر VFXR امترون دارای سیستم ریجنریتیو بوده و با سیستم کنترلی مدرن خود علاوه بر حل مشکل انرژی برگشتی موتور و کاهش هزینه های سیستم، میتواند هارمونیک تولیدی درایو که ناشی از بار غیر خطی میباشد را کاهش دهد و THD استاندارد شبکه برق را رعایت کند.
رفع مشکل انرژی برگشتی با درایوهای امترون
شرکت بنیان صنعت تدبیر یکتا نماینده رسمی اموترون (Emotron) در ایران با برگزاری جلسات مشاوره، سیستم موجود را بررسی کرده و با توجه به نیاز مشتری راه حل مناسب را جهت رفع مشکل انرژی برگشتی پیشنهاد خواهد داد. به عنوان مثال اگر سیستم شما به طور معمول دارای حالت ژنراتوری میشود (مانند نوار نقاله با شیب منفی) بهتر است از درایو VFXR امترون استفاده کنید تا علاوه بر حل مشکل انرژی برگشتی، هزینه سیستم خود را به مقدار زیادی کاهش دهید. با اینکه این راه حل ممکن است در ابتدا هزینه بر تر از روش مقاومت ترمز به نظر برسد اما در طولانی مدت باعث کاهش چشمگیر هزینه ها و برگشت هزینه مصرفی خواهد شد. با گذشت زمان درایو VFXR امترون که شامل بخش درایو VFX امترون به همراه بخش ریجنریتیو است در صنعت ایران بسیار محبوب شده است و صنایع مختلف مانند فولاد، سیمان و … از این درایو در سیستم های خود استفاده میکنند. برخی از صنایع نیز با توجه به نیاز خود و راهنمایی مشاوران بنیان صنعت تدبیر یکتا از مقاومت ترمز در سیستم خود بهره می برند.
