درایو الکتریکی برای اولین بار در سال 1838 توسط B.S.Iakobi در کشور روسیه اختراع شد. او یک موتور DC که با باطری کار میکرد را برای جلو راندن یک قایق به کار برد. اگرچه برای استفاده از درایو الکتریکی در صنعت مدت زمان بیشتری لازم بود و اولین بار در سال 1870 این اتفاق افتاد. امروزه استفاده از درایو الکتریکی در همه جا و در همه صنایع مشاهده میشود. ما میدانیم که سرعت یک ماشین الکتریکی (موتور یا ژنراتور) را میتوان با استفاده از فرکانس جریان منبع و همچنین ولتاژ اعمال شده کنترل کرد. اگرچه میتوان سرعت چرخش یک ماشین را با استفاده از درایو الکتریکی به طور دقیق کنترل کرد، ولی مزیت اصلی یک درایو الکتریکی این است که با کنترل دقیق موتور، میتوان سرعت و گشتاور حرکت آن را بهینه کرد.
درایو الکتریکی چیست؟
به طور خلاصه درایو الکتریکی را میشود به عنوان سیستمی تعریف کرد که میتواند حرکت یک ماشین الکتریکی را کنترل کند. درایو الکتریکی میتواند از هر یک از انواع منابع تغذیه مانند موتور بنزینی، موتور دیزلی، توربینهای بخار، موتورهای الکتریکی و هیدرولیک به عنوان منبع انرژی خودش استفاده کند. این منابع انرژی، انرژی اصلی را برای درایو فراهم کرده تا درایو بتواند حرکت ماشین الکتریکی را کنترل کند.
ساختار یک درایو الکتریکی از بخش قدرت و یک سیستم کنترلی پیچیده تشکیل شده که می تواند سرعت و موقعیت محور چرخش موتور ( شفت ) را کنترل کند. در حال حاضر کنترل این امر با استفاده از نرم افزار و به سادگی قابل انجام است. بنابراین کنترل حرکت ساده و بسیار دقیق شده است.
درایوهای الکتریکی به دو بخش اینورتر استاندارد و سروو درایوها تقسیم میشوند. از درایوهای اینورتری برای کنترل گشتاور و سرعت حرکت استفاده شده و از سروو درایوها علاوه بر کنترل گشتاور و سرعت حرکت، با استفاده از سیستم موقعیت یابی که در این مدل درایوها وجود دارد، برای موتور هایی که نیاز به حرکت دقیقتر و دشوارتر دارند استفاده میشود.
نمودار بلوک درایو الکتریکی
نمودار بلوک یک درایو الکتریکی در زیر نشان داده شده است و بلوک بار (load) در نمودار زیر بیانگر تجهیزات مختلفی است که توسط موتور الکتریکی می توان ساخت مانند ماشین لباسشویی، فنها، پمپها و غیره. اجزا تشکیل دهنده یک سیستم الکتریکی درایو دار عبارتند از : منبع انرژی، مدولاتور قدرت، موتور، بار، واحد سنجش، واحد کنترل و فرمان ورودی.
منبع انرژی (Source) :
اینورتور از منبع تغذیه برای اعمال ولتاژ، جریان و فرکانس متغیر به موتور استفاده می کند.
مدولاتور قدرت (power modulator) :
از مدولاتور قدرت جهت کنترل و تنظیم توان مصرفی استفاده میشود. کنترل توان موتور میتواند به طریقی صورت بگیرد که موتور پارامتر گشتاور-سرعت مناسب را به بار اعمال کند زیرا در صورت وجود بار، این پارامتر اجتناب ناپذیر است. در حالت گذرا جریان بسیار زیادی از منبع کشیده میشود. جریان کشیده شده از منبع ممکن است بیش از حد آن باشد و یا به طریقی دیگر باعث افت ولتاژ شود. ماژول قدرت می تواند این جریان را کنترل کند. برای مثال اگر جریان مستقیم باشد ولی موتور القایی باشد، میتواند جریان را به جریان متناوب تبدیل کند و همینطور میتواند در بعضی مواقع برای جلوگیری از آسیب دیدگی، جلوی حرکت را بگیرد.
بار (load) :
بسته به نیاز کاربر، باری که به موتور وصل میشود میتواند از پروژه تا پروژه ی دیگر فرق کند علاوه بر بار، منبع تغذیه موجود در هر پروژه بسیار حائز اهمیت است.
واحد کنترل :
واحد کنترل در اصل برای کنترل مدولاتور قدرت استفاده میشود تا بتواند در سطح توان و ولتاژ پایین کار کند. همچنین کمک میکند تا ماژول قدرت بهینه تر کار کند. این واحد همچنین کار مراقبت از موتور و ماژول قدرت را نیز انجام میدهد.
واحد سنجش :
این واحد درایو الکتریکی برای سنجش سرعت و کارایی موتور استفاده میشود. از واحد سنجش بیشتر در موارد کنترل حلقه بسته موتور و در غیر اینصورت برای حفاظت استفاده میشود.
موتور:
موتور الکتریکی انتخاب شده میتواند بر اساس معیارهایی مانند قیمت، رسیدن به سطح توان خاص و یا عملکرد مورد نیاز سیستم انتخاب شود.
دسته بندی درایوهای الکتریکی
معمولا درایوهای الکتریکی را از نقطه نظر طراحی به 3 دسته درایوهای گروهی، درایوهای انفرادی و درایوهای چند موتوره تقسیم میکنند. به جز این دستهبندی پارامترهای دیگری هم در دستهبندی کردن آنها نقش دارند که در زیر آورده شده است.
· درایوهای الکتریکی را بر اساس منبع تغذیه میتوان به دو دسته درایوهای AC و DC تقسیم کرد.
· درایوهای الکتریکی را بر اساس سرعت کار کردن میتوان به دو دسته سرعت ثابت و سرعت متغیر تقسیم کرد.
· درایوهای الکتریکی را میتوان بر اساس تعداد موتورها به دو دسته درایوهای تک موتور و درایوهای چند موتور تقسیم کرد.
· درایوهای الکتریکی را میتوان بر اساس پارامترهای کنترلی به دو دسته درایوهای گشتاور پایدار و درایوهای پایدار تقسیم کرد.
مزایای استفاده از درایو
برخی از مزایای استفاده از درایو در زیر آمده است
· در شرایطی غیر از نقطه کار بار، تلفات الکتریکی را به شدت کاهش میدهد که باعث کاهش مصرف برق میگردد.
· درایوهای الکتریکی را میتوان در رنجها مختلف گشتاور و سرعت و توان تهیه کرد.
· برای محیط زیست مخرب نیستند
· پیش از وجود درایوها باید حتما از موتورهای القایی برای مصرف سرعت پایدار استفاده میشد که بعد از استفاده از درایو میتوان از موتورهای آهنربای دائم هم استفاده کرد.
· به دلیل استفاده از ترمز الکتریکی، میتوان ویژگی های درایو را بهتر مدیریت کرد.
· در حال حاضر استفاده از موتور های AC به دلیل وجود درایوهای الکتریکی بسیار بیشتر از قبل شده است.
· میتوان به سادگی و با دقت زیاد گشتاور و سرعت را کنترل کرد.
مضرات درایوهای الکتریکی
· استفاده از درایو به منبع تغذیه سیستم فشار بیشتری وارد میکند.
· هزینه اولیه سیستم را افزایش میدهد.
· در نقطه کار بار، توان خروجی که از درایو بدست میاید کمتر از توان ورودی آن است.
· گاهی اوقات نویز و آلودگی صوتی ایجاد میکند.
استفادههای درایوهای الکتریکی
کاربرد اصلی درایو در نقل و انتقال اجسام از یک نقطه به نقطه دیگر است. مثل کنترل کردن موتور الکتریکی نصب شده در آسانسورها، بالابرها، نوارنقاله ها و ... . همینطور درایوهای الکتریکی بطور گسترده در تعداد زیادی از کاربردهای خانگی و صنعتی استفاده میشود که شامل موتور ، سیستم حمل و نقل ، کارخانهها ، کارخانههای نساجی ، پمپها ، فنها ، روباتها و غیره میباشد.
