نحوه‌ی راه‌اندازی اینورتر یاسکاوا

وظیفه‌ی اصلی اینورتر یاسکاوا کنترل سرعت و دور موتورهای الکتریکی می‌باشد. به بیان دیگر تغییر سرعت و گشتاور موتور الکتریکی تنها از طریق درایو امکان‌پذیر است. در صورت عدم وجود درایو در محیط کارخانه و وصل مستقیم موتور القایی به شبکه، موتور تحت سرعت و گشتاور نامی حرکت می‌کند.

لازم بذکر است که در صورتی که موتور در حالت وصل مستقیم به شبکه راه‌اندازی شود، در لحظه‌ی راه‌اندازی موتور جریان 5 تا 6 برابری از شبکه می‌کشد. هر چند که این اضافه جریان در مدت زمان کمی طول می‌کشد اما ممکن است این جریان زیاد در این مدت زمان کوتاه به کابل‌ها و کنتاکتورها آسیب رسانده و موجب ایجاد هزینه برای کارخانه شود. درایو با کنترل هماهنگ فرکانس و ولتاژ خروجی و به‌کارگیری حلقه‌ی محدودکننده‌ی جریان، جریان لحظه‌ای راه‌اندازی را مدیریت کرده و از افزایش ناگهانی آن جلوگیری می‌کند.

دلایل ذکر شده در بالا باعث شده است که همه‌ی کارخانه‌‌ها از درایو الکتریکی برای بهره‌برداری از موتورهای الکتریکی استفاده کنند. هر چند که وظایف درایو در ظاهر ممکن است در بیشتر مواقع به راه‌اندازی نرم و راحت موتور و همچنین به کنترل سرعت و گشتاور موتور در حین بهره‌برداری خلاصه گردد، اما مهندسان قبل از بکارگیری درایو در کارخانه باید با نحوه‌ی راه‌اندازی آن و همچنین تنظیمات پارامتر آن به خوبی آشنا باشند تا قادر باشند درایو را در یک محیط صنعتی بدرستی بهره‌برداری کنند.

قبل از آشنایی با راه‌اندازی درایو، ابتدا مدار داخلی و سیستم کنترلی آن بطور خلاصه شرخ داده می‌شود تا مهندسان قبل از راه‌اندازی آن با منطق و کارکرد آن بطور کلی آشنا شوند.

آشنایی با مدار داخلی درایو

درایو صنعتی بطور کلی از سه قسمت اصلی تشکیل شده است: یکسوساز (Rectifier)، اینورتر (Inverter) و خازن لینک DC. قسمت یکسوساز که از دیودها تشکیل شده است، برق سه فاز و متناوب را از شبکه برق می‌گیرد و به برق DC تکفاز تبدیل می‌کند. خازن لینک DC درایو که بین اینورتر و یکسوساز قرار دارد، خروجی DC یکسوساز (که ممکن است دارای ریپل باشد) را دریافت کرده و با فیلتر آن به ولتاژ DC پیوسته و بدون ریپل تبدیل می‌نماید.

ولتاژ DC که در دو سر خازن قرار دارد در ورودی اینورتر قرار می‌گیرد و اینورتر با ادوات سوییچ‌زنی (مانند IGBT) این برق DC را به برق AC تبدیل می‌کند. باید به این نکته توجه کرد که فعال و غیرفعال شدن سوییچ‌ها در اینورتر جهت تبدیل برق DC به AC از طریق روش‌های سوییچ‌زنی مانند PWM انجام می‌گیرد. باید به این توجه کرد که برق خروجی اینورتر سینوسی خالص نیست و از فیلترهای هارمونیکی جهت بدست آوردن برق AC سینوسی استفاده می‌شود.

نحوه‌ی راه‌اندازی درایو یاسکاوا

در قسمت قبل سعی شد که ذهن خواننده با ساختمان کلی درایو یاسکاوا آشنا شود. در این قسمت اما سعی داریم در مورد راه‌اندازی اینورتر یاسکاوا بحث کنیم. قسمت راه‌اندازی درایو مرحله‌ی ابتدایی اما مهم برای بهره‌بردن از درایو یاسکاوا برای کاربردهای صنعتی می‌باشد. در صورتی که سیم‌کشی درایو و همچنین پارامتردهی درایو یاسکاوا بدرستی انجام نگیرد، درایو بدرستی عمل نمی‌کند و حتی در برخی موارد ممکن است باعث آسیب به خود درایو و موتور شود. بنابراین در این قسمت سعی داریم بصورت پله پله فرایند راه‌اندازی درایو صنعتی یاسکاوا شرح داده شود تا کاربر هنگام نصب درایو با مشکل مواجه نشود.

فرایند سیم‌کشی درایو

فرایند سیم کشی از شبکه به درایو یاسکاوا و از درایو یاسکاوا به موتور فرایند سخت و پیچیده‌ای نیست و تنها با انجام چند دستورالعمل می‌توان سیم‌کشی را انجام داد و موتور را راه‌اندازی اولیه کرد. جهت اتصال شبکه به درایو باید سه فاز اصلی شبکه یعنی R/L1، S/L2 و T/L3 را باید به ترمینال‌های ورودی درایو که دقیقا با همین نام مشخص شده‌اند متصل نمود. جهت حفاظت از جان افراد، درایوهای یاسکاوا دارای ترمینال زمین یا PE هستند که سیستم زمین کارخانه باید به همین ترمینال درایو متصل شود. همچنین ذکر این نکته لازم است که استفاده از کابل شیلددار جهت اتصال ترمینال PE درایو به سیستم زمین کارخانه توصیه می‌شود.

ترمینال‌های خروجی درایو (که شامل ترمینال‌های U، V و W می‌شود) نیز باید به سه سیم خروجی موتور متصل گردند. لازم به ذکر است که اتصال سه سیم خروجی درایو به سه ترمینال خروجی درایو یاسکاوا ترتیب خاصی ندارد و با جابجایی دو فاز تنها جهت چرخش موتور عوض می‌گردد. به همین دلیل اگر کاربر احساس کرد که جهش چرخش موتور اشتباه است، تنها کافیست دو فاز آن را جابجا نماید.

در فرایند سیم‌بندی از ترمینال خروجی درایو به موتور توجه به چند نکته لازم است. همانطور که ذکر شد، درایوها جهت سوییچ‌زنی مناسب و کنترل IGBTها جهت تبدیل برق DC به AC، از مدولاسیون پهنای پالس (PWM) استفاده می‌کنند. بدلیل اینکه PWM پالس‌های dv/dt با شیب زیادی تولید می‌کنند، در صورت بلند بودن کابل بین درایو یاسکاوا و موتور، این پالس‌ها در طی مسیر کابل بازتاب شده و بصورت اضافه ولتاژ بر روی ترمینال‌های موتور ظاهر می‌شوند.

حتی در برخی موارد، در صورت طولانی بودن بیش از حد کابل، ممکن است اضافه ولتاژ در حدود دو برابر ولتاژ نامی موتور بر روی ترمینال‌ها ظاهر شود. بدیهی است که در صورت عدم توجه به این موضوع، احتمال خرابی عایق سیم‌پیچی موتور افزایش یافته و طول عمر آن کاهش پیدا می‌کند. بنابراین در این صورت در بسیاری از منوال‌های فنی توصیه شده است که از فیلتر dv/dt استفاده شود.

یکی از مضررات استفاده از کابل‌های بلند، افزایش جریان نشتی در کابل و افزایش تداخل الکترومغناطیسی است (EMI). زمانی که کابل بلند باشد، جریان نشتی کابل به زمین افزایش داشته و این موضوع موجب ایجاد نویز بر روی تجهیزات کنترلی، سنسورها و حتی خود درایو می‌شود. در این حالت استفاده از فیلتر EMC ضروری می‌باشد. همچنین می‌توان با کاهش فرکانس حامل درایو یاسکاوا (carrier frequency) و همچنین استفاده از کابل شیلددار به جای کابل معمولی از مشکل جلوگیری نمود.

راه‌اندازی درایو در حالت بی‌باری موتور

پس از فرایند سیم‌کشی درایو، برای اینکه مطمئن شویم درایو بدرستی کار می‌کند، باید درایو را در حالت بی‌باری موتور راه‌اندازی کرد. باید توجه کرد که قبل از راه‌اندازی درایو پارامتر d1-01 را بر روی 6 هرتز تنظیم نمود.

جهت تست و راه‌اندازی درایو مراحل زیر را در نظر بگیرید:

1. منبع تغذیه متصل به درایو را فعال کنید. با این کار صفحه display درایو روشن می‌شود.
2. دکمه LO/RE را فشار دهید تا چراغ کنار آن روشن شود.
3. دکمه Run درایو را فشار دهید تا درایو دستور راه‌اندازی را صادر کند. در این صورت چراغ Run روشن شده و موتور شروع به حرکت می‌کند.
4. از جهت چرخش موتور اطمینان حاصل کنید و بررسی کنید که درایو هیچ خطا و آلارمی نمی‌دهد.
5. اگر در گام شماره 4 به مشکلی برخورد نکردید، دکمه فلش رو به بالا (بین دکمه LO/RE و ESC) را فشار دهید تا فرکانس افزایش پیدا کند. فرکانس درایو را در گام‌های 10 هرتزی افزایش دهید تا موتور در همه‌ی گام فرکانسی عملکرد نرم و روان داشته باشد. در هر گام فرکانس جریان خروجی موتور را با استفاده از پارامتر U1-03 (که مقدار آن بر روی صفحه کیپد درایو نمایش داده می‌شود) مدیریت و نظارت کنید تا در همه‌ی گام‌های فرکانسی جریان خروجی درایو از جریان نامی موتور پایین‌تر باشد.
6. در این حالت درایو باید عملکرد عادی داشته باشد. در این صورت پس از اتمام کار دکمه‌ی Stop درایو را فشار دهید تا موتور متوقف شود. در هنگام توقف موتور چراغ Run چشمک می‌زند تا زمانی که موتور کامل متوقف شود.

پارامتردهی درایو

پس از تست درایو یاسکاوا در حالت بی‌باری موتور، لازم است تا پارامترهای درایو را مطابق با کاربرد صنعتی که درایو یاسکاوا در آن بهره‌برداری می‌شود، تنظیم نمود که در این قسمت به این پارامترها پرداخته می‌شود.

پارامتر A1-02

با استفاده از این پارامتر می‌توان روش کنترلی درایو یاسکاوا را تغییر داد. بدلیل اینکه درایوهای صنعتی برای انواع و اقسام کاربردها بکار می‌روند معمولا دارای چندین روش کنترلی جهت افزایش بهره‌وری سیستم می‌باشند. جهت آشنایی بیشتر کاربر با روش‌های کنترلی، این روش‌ها بصورت مختصر در پایین شرح داده شده‌اند.

• کنترل حلقه باز (open-loop): درایو یاسکاوا با استفاده از این روش کنترلی قادر است کنترل سرعت و گشتاور موتور را بدون نیاز به سیستم فیدبک و انکدر فراهم کند. بدلیل عدم وجود فیدبک در این روش، کنترل سرعت و گشتاور موتور دارای سرعت و دقت بالا همانند کنترل حلقه بسته نیست. بنابراین این روش کنترلی برای کاربردهای صنعتی که نیاز به پاسخ دینامیکی سریعی ندارند (مانند فن و پمپ) مناسب می‌باشد. از روش‌های کنترلی که در دسته open-loop قرار می‌گیرند عبارتند از: کنترل V/f و کنترل برداری حلقه باز.
• کنترل حلقه بسته (close-loop): این روش کنترلی برخلاف کنترل حلقه باز از سیستم فیدبک و انکدر استفاده کرده و به همین دلیل علاوه بر کنترل بسیار دقیق‌تر و سریع‌تر سرعت و گشتاور موتور نسبت به کنترل حلقه باز، پاسخ دینامیکی بسیار سریع‌تری را نیز ارائه می‌دهد. این روش کنترلی برای سیستم جرثقیل، بالابر، نوار نقاله‌های سنگین و بسیاری از سیستم‌های دیگر که نیاز به کنترل دقیق گشتاور دارند مناسب است. از روش‌های کنترلی حلقه بسته می‌توان به کنترل V/f (همراه با کارت PG) و کنترل برداری حلقه بسته اشاره کرد.

پارامتر b1-01

با استفاده از این پارامتر کاربر می‌تواند مشخص کند که درایو فرمان تغییر فرکانس را از کجا دریافت کند. کاربر با تغییر پارامتر این درایو می‌تواند منبع فرمان را از بین کیپد، ترمینال‌ها (منبع جریان یا منبع ولتاژ)، ورودی پالس و یا از طریق ارتباطات MEMOBUS و Modbus دریافت نماید.

پارامتر b1-02

با استفاده از این پارامتر می‌توان دستور Run درایو را از چند منبع دریافت کرد که شامل کیپد خود درایو، ارتباطات MEMOBUS/Modbus یا آپشن کارت (Option Card) می‌باشد.

پارامتر C6-01

این پارامتر حالت سبک کار (Normal Duty) یا سنگین کار (Heavy Duty) درایو یاسکاوا را مشخص می‌نماید. بطور معمول حالت Normal Duty برای پمپ و فن و حالت Heavy Duty برای سیستم‌هایی مانند جرثقیل و نوار نقاله که نیاز به کنترل دقیق سرعت و گشتاور دارند استفاده می‌شود. برای حالت سبک کار این پارامتر باید بر روی عدد 1 و برای حالت سنگین کار این پارامتر باید بر روی عدد 0 تنظیم گردد.

پارامتر C6-02

پارامتر C6-02 فرکانس سوییچینگ ترانزیستور یا IGBTهای درون درایو یاسکاوا را تعیین می‌کند. کاربر با تغییر این پارامتر می‌تواند نویزها و جریان نشتی را کاهش دهد.

پارامترهای موجود در دسته پارامترهای d1

با استفاده از پارامترهای d1-01 الی d1-16 می‌توان 16 فرکانس مرجع (به علاوه یک فرکانس jog با استفاده از پارامتر d1-17) برای درایو یاسکاوا تعریف نمود. کاربر با فعال نمودن ورودی‌های دیجیتال درایو یاسکاوا قادر است بین این فرکانس‌های مرجع در حین عملیات موتور سوییچ کند. لازم بذکر است که کاربر برای هر یک از این پارامترهای ذکر شده می‌تواند فرکانس در بازه 0 هرتز تا 400 هرتز تعریف کند.

پارامترهای موجود در دسته پارامترهای E2

این دسته از پارامترها اطلاعات موتور را جهت کنترل بهینه موتور القایی از کاربر دریافت می‌کنند. این پارامترها در مرحله‌ی auto-tuning بصورت خودکار تنظیم می‌گردند و در هنگامی که شرایط auto-tuning فراهم نباشد، کاربر باید پارامترها را بصورت دستی تنظیم نماید. از مهمترین پارامترهای موجود در این دسته می‌توان به موارد زیر اشاره کرد.

• E2-01: جریان نامی موتور
• E2-02: لغزش نامی موتور (Motor Rated Slip)
• E2-03: جریان موتور در حالت بی‌باری (No-load Current)
• E2-04: تعداد قطب‌های موتور

لازم بذکر است که این اطلاعات از پلاک و دیتاشیت موتور که توسط کارخانه سازنده ارائه می‌شود قابل دریافت است.