بررسی پارامترهای حفاظتی درایو یاسکاوا و نقش آن در افزایش طول عمر موتورهای القایی

موتورهای القایی به دلیل ارزان بودن و مستحکم بودن نسبت به موتورهای مغناطیس دائم، یکی از پرکاربردترین موتورها در کارخانه‌ها و محیط‌های صنعتی می‌‎باشد. با وجود اینکه موتورهای القایی مستحکم و مقاوم هستند، اما مانند هر تجهیز اتوماسیون صنعتی دیگر اگر در مقابل رخدادهایی مانند اضافه ولتاژ، اضافه جریان و… قرار بگیرند، عایق آن‌ها ممکن است دچار پیری شود و یا حتی سیم‌پیچی استاتور موتور بسوزد. بنابراین، وجود یک سیستم حفاظتی مناسب و دقیق جهت کارکرد مناسب موتور القایی و حفاظت آن در مقابل انواع رخدادها ضروری است. در این مقاله درباره مهمترین پارامترهای حفاظتی درایو یاسکاوا بحث می‌گردد.

همانطور که کاملا مشخص است وظیفه‌ی اصلی درایوهای صنعتی کنترل سرعت و دور موتورهای القایی می‌باشد. چرا که بدون وجود درایو موتور القایی در سرعت ثابت و نامی می‌چرخد. بنابراین درایو به عنوان یک تجهیز اتوماسیون صنعتی قادر است با تغییر سرعت و گشتاور موتور، انعطاف‌پذیری بیشتری را برای انواع کاربردهای صنعتی فراهم آورد.

در درایوهای یاسکاوا علاوه بر این سیستم‌های کنترلی جهت تغییر سرعت و گشتاور موتور در هر لحظه از مکان، یک سری توابع حفاظتی نیز برای مهندسان فراهم آورده است که در صورتی که هر یک از مولفه‌های موتور (از قبیل گشتاور، جریان، ولتاژ لینک DC درایو و دیگر مولفه‌ها) از یک مقدار آستانه تجاوز کند، درایو عملکرد موتور را محدود می‌کند.

وجود المان‌های حفاظتی در درایو یاسکاوا (که با یک سری از پارامترهای حفاظتی درایو قابل تنظیم هستند) نه تنها موجب کاهش هزینه‌ها شده بلکه به کاهش فضای تابلو بوسیله‌ی حذف یکسری از المان‌های حفاظتی جداگانه نیز کمک می‌کند. در این مقاله سعی شده است تا ذهن خواننده با مهمترین پارامترهای حفاظتی درایو آشنا شود تا مهندسان قادر باشند با تنظیم پارامترهای حفاظتی مورد نیاز از آسیب‌های احتمالی به درایو و موتور جلوگیری کنند.

پارامترهای حفاظتی درایو یاسکاوا در گروه L

شرکت یاسکاوا جهت تسهیل دسترسی، پارامترهای حفاظتی درایو که به حفاظت از درایو و موتور القایی مربوط می‌شوند را در گروه L (که این گروه در منوال‌های فنی یاسکاوا تحت عنوان Protection Functions شناخته می‌شوند) قرار داده است. مهمترین پارامترهای موجود در این دسته در پایین توضیح داده شده است.

پارامتر L1-01: انتخاب نوع حفاظت اضافه بار موتور

درایوهای یاسکاوا دارای عملگرهای حفاظتی الکترونیکی است که میزان اضافه بار موجود بر موتور را بوسیله‌ی جریان خروجی، فرکانس، مشخصه‌های حرارتی موتور و زمان تخمین می‌زند. در صورتی که درایو تشخیص دهد که موتور القایی دچار اضافه بار شده است، خطای oL1 را صادر می‌کند. انواع تنظیمات این پارامتر در پایین آورده شده است.

تنظیم 0: غیر فعال شدن حفاظت اضافه بار موتور

در صورتی که حفاظت اضافه بار مورد نیاز نباشد این مقدار برای پرامتر حفاظتی درایو L1-01 باید تنظیم شود. باید به این نکته توجه نمود که در صورتی که چند موتور به یک درایو متصل باشد پارامتر حفاظتی درایو L1-01 حتما باید بر روی مقدار صفر تنظیم شود. در این حالت پیشنهاد می‌شود که یک رله‌ی حرارتی (thermal relay) را برای هر از موتورها مطابق شکل زیر بکار ببرید.

تنظیم 1: تنظیمات عمومی برای موتور (برای موتورهای دارای سیستم خنک‌کنندگی)

به دلیل اینکه برخی موتورها دارای فن هستند و قابلیت خنک‌کنندگی دارند، زمانی که موتور کاهش وزن دارد، تحمل اضافه بار موتور کاهش پیدا می‌کند. در این حالت درایو بر اساس ویژگی‌های اضافه‌بار موتور، نقطه‌ فعال‌سازی الکتروترمال را به‌درستی تنظیم می‌کند و از موتور در برابر داغ‌شدن در تمام محدوده‌ی سرعت محافظت می‌کند.

تنظیم 2: درایو مختص موتور (گشتاور ثابت)

از این تنظیم برای پارامتر حفاظتی درایو L1-01 زمانی استفاده کنید که موتور مورد استفاده درایو دارای نسبت گشتاور ۱:۱۰ باشد. این نوع موتور می‌تواند از ۱۰٪ تا ۱۰۰٪ سرعت با ۱۰۰٪ بار کار کند. کار کردن موتور در سرعت‌های کمتر از ۱۰٪ با بار کامل ممکن است باعث ایجاد خطای اضافه‌بار (Overload Fault) شود.

تنظیم 3: Motor Vector (گشتاور ثابت)

پارامتر حفاظتی درایو L1-01 را زمانی بر روی مقدار 3 تنظیم کنید که درایو یک موتور اختصاصی با نرخ گشتاور 1:100 را راه‌اندازی می‌کند. این نوع از موتور قادر است بازه سرعتی از 1% تا 100% را با بار کامل ساپورت کند. عملکرد موتور در سرعت‌ پایین‌تر با 100% بار باعث فعال شدن خطای overload می‌شود.

تنظیم 4: موتور PM با گشتاور کاهش‌یافته (Derated Torque)

این تنظیم تنها برای زمانی است که درایو باید موتور مغناطیس دائم (PM) را به جای موتور القایی راه‌اندازی کند. طراحی موتور PM با گشتاور کاهش یافته دارای سیستم داخلی خنک‌کنندگی (self-cooled) می‌باشد، بنابراین تحمل اضافه‌ بار موتور همراه با کم شده سرعت موتور کاهش پیدا می‌کند. حفاظت حرارتی الکترونیکی (Electronic Thermal Overload) مطابق با ویژگی‌های اضافه‌ بار موتور فعال می‌شود و در تمام محدوده‌ی سرعت از داغ‌شدن موتور جلوگیری می‌کند.

تنظیم 6: موتور کاربرد عمومی (General-Purpose Motor)

موتورهای کاربرد عمومی موتورهایی هستند که با یک سرعت نامی در فرکانس نامی شبکه (50 یا 60 هرتز) کار می‌کنند. بدلیل اینکه این موتورها دارای سیستم خنک‌کنندگی داخلی هستند، میزان تحمل اضافه بار با کاهش سرعت کم می‌شود. در این حالت درایو بر اساس ویژگی‌های اضافه‌بار موتور، نقطه‌ فعال‌سازی الکتروترمال را به‌درستی تنظیم می‌کند و از موتور در برابر داغ‌شدن در تمام محدوده‌ی سرعت محافظت می‌کند.

پارامتر L1-02: زمان حفاظت اضافه‌بار موتور

این پارامتر حفاظتی درایو زمان خاموش شدن درایو در هنگام رخداد خطای اضافه بار (oL1) و کشیدن جریان بیش از حد از شبکه توسط موتور را مشخص می‌کند. مدت ‌زمانی را وارد کنید که موتور می‌تواند پس از کارکردن با ۱۰۰٪ جریان (حالت موتور داغ)، در برابر کارکرد با ۱۵۰٪ جریان مقاومت کند. این پارامتر معمولاً نیازی به تنظیم ندارد.

به‌صورت پیش‌فرض طوری تنظیم شده است که پس از کارکرد پیوسته در ۱۰۰٪، در شروع داغ (Hot Start) به مدت یک دقیقه امکان ۱۵۰٪ اضافه ‌بار را فراهم کند.

شکل زیر یک نمونه از زمان عملیاتی حفاظت الکترومکانیکی همراه با موتور کاربرد عمومی که در سرعت و فرکانس پایه (E1-06) و تنظیم پارامتر L1-02 بر روی 1 دقیقه را نشان می‌دهد.

حفاظت اضافه بار موتور در ناحیه‌ی بین Hot Start و Cold Start عمل می‌کند.

• Cold Start: ویژگی‌های زمان عملکرد حفاظت موتور در واکنش به وضعیت اضافه‌باری که به‌طور ناگهانی هنگام راه‌اندازی یک موتور ساکن رخ می‌دهد.
• Hot Start: ویژگی‌های زمان عملکرد حفاظت موتور در واکنش به وضعیت اضافه‌باری که در زمان عملکرد موتور در جریان نامی یا جریانی پایین‌تر رخ می‌دهد.

حفاظت موتور بوسیله‌ی ضریب دمای مثبت (PTC)

المان PTC می‌تواند به ورودی آنالوگ درایو متصل گردد. این ورودی درایو جهت حفاظت از موتور القایی در مقابل گرمای بیش از حد استفاده می‌شود. زمانی که دمای موتور از مقدار آستانه آلارم overheat موتور عبور نماید، آلارم oH3 فعال شده و درایو مطابق تنظیماتی که برای پارامتر L1-03 انجام شده به کار خود ادامه می‌دهد. همچنین زمانی که دمای موتور از مقدار آستانه خطای overheat موتور عبور نماید، خطای oH4 فعال شده و درایو مطابق تنظیماتی که برای پارامتر L1-04 انجام شده به کار خود ادامه می‌دهد.

شکل زیر یک نمونه اتصال PTC به ورودی آنالوگ A2 درایو V1000 را نشان می‌دهد. اگر از ورودی آنالوگ A2 استفاده می‌کنید، DIP سوییچ S1 را بر روی ورودی ولتاژ تنظیم کنید.

المان PTC باید دارای مشخصه‌ی زیر برای یک فاز موتور باشد. معمولا موتور القایی با سه المان PTC که بصورت سری به همدیگر متصل شده‌اند محافظت می‌شوند.

تشخیص گرمای بیش از حد با استفاده از PTC می‌تواند از طریق تنظیم پارامترهای حفاظتی درایو L1-03 / L1-04 / L1-05 مطابق توضیحات زیر انجام شود.

پارامتر L1-03: نوع عملکرد موتور در هنگام آلارم گرمای بیش از حد موتور (oH3)

این پارامتر وضعیت داریو را هنگامی که سیگنال ورودی PTC درایو به مقدار آستانه آلارم گرمای بیش از حد موتور می‌رسد مشخص می‌‎کند. این پارامتر از 0 تا 3 مقدار می‌گیرد که هر کدام از این مقادیر در پایین توضیح داده شده‌اند.

تنظیم 0: کاهش سرعت تا توقف (Ramp to Stop)

در این حالت درایو موتور را مطابق با زمان کاهش سرعت موتور تا توقف کامل (deceleration time) که توسط کاربر تنظیم شده است متوقف می‌کند.

تنظیم 1: توقف آزاد (Coast to Stop)

خروجی درایو غیر فعال شده و موتور متوقف می‌شود. در این حالت زمان توقف موتور به اینرسی و مقدار باری که بر روی شفت آن قرار گرفته بستگی دارد.

تنظیم 2: توقف سریع (Fast-Stop)

مدت زمان متوقف شدن موتور در این حالت به مقدار پارامتر C1-09 (که مدت زمان توقف موتور در حالت اضطراری را مشخص می‌کند) بستگی دارد.

تنظیم 3: حالت آلارم

در این حالت بخصوص موتور به کار خود ادامه داده و آلارم oH3 بر روی کیپد درایو نمایش داده می‌شود.

پارامتر L1-04: نوع عملکرد موتور در هنگام خطای گرمای بیش از حد موتور (oH4)

این پارامتر حفاظتی درایو وضعیت داریو را هنگامی که سیگنال ورودی PTC درایو به مقدار آستانه خطای گرمای بیش از حد موتور می‌رسد مشخص می‌‎کند. این پارامتر از 0 تا 3 مقدار می‌گیرد که هر کدام از این مقادیر در پایین توضیح داده شده‌اند.

تنظیم 0: کاهش سرعت تا توقف (Ramp to Stop)

در این حالت درایو یاسکاوا موتور را مطابق با زمان کاهش سرعت موتور تا توقف کامل (deceleration time) که توسط کاربر تنظیم شده است متوقف می‌کند.

تنظیم 1: توقف آزاد (Coast to Stop)

خروجی درایو یاسکاوا غیر فعال شده و موتور متوقف می‌شود. در این حالت زمان توقف موتور به اینرسی و مقدار باری که بر روی شفت آن قرار گرفته بستگی دارد.

تنظیم 2: توقف سریع (Fast-Stop)

مدت زمان متوقف شدن موتور در این حالت به مقدار پارامتر C1-09 (که مدت زمان توقف موتور در حالت اضطراری را مشخص می‌کند) بستگی دارد.

پارامتر L1-05: زمان فیلتر ورودی دمای موتور

زمانی که نویز در محیط وجود دارد و این نویز ممکن است باعث عملکرد اشتباه PTC و فعال شدن گرمای بیش از حد موتور شود، این پارامتر حفاظتی درایو یاسکاوا فیلتری را بر روی PTC اعمال می‌کند تا از عملکرد اشتباه ان جلوگیری کند. این پارامتر حفاظتی درایو از 0 ثانیه تا 10 ثانیه قابل تنظیم است.