درایو یک وسیله الکتریکی یا الکترونیکی است که برای کنترل سرعت و حرکت ماشین های الکتریکی مانند موتورها و روبات ها و غیره استفاده می شود. دستگاه مورد استفاده برای کنترل سرعت موتور یک درایو الکتریکی است. آنها کنترل کننده سرعت ثابت و متغیر هستند و به طور گسترده در اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. در این مقاله سعی شده است تا مقایسه ای بین درایو AC و درایو DC، ساختار، مزایا و معایب آنها مورد بررسی قرار بگیرد.
عمدتا دو نوع اصلی درایوهای الکتریکی به شرح زیر وجود دارد:
- درایوهای AC
- درایوهای DC
سمت راست درایو DC و سمت چپ درایو AC
ساختار درایو AC
درایو AC (درایو جریان متناوب) با استفاده از مدارهای مبدل بر اساس یکسو کننده ، منبع AC را به DC تبدیل می کند و آن را از DC با استفاده از اینورتر برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی به ویژه موتورهای سه فاز به AC فرکانس متغیر تبدیل می کند.
AC Supply → Converted to DC → Again Inverted to AC → Electric Motor
درایو AC همچنین با عناوینی همچون VFD (درایو فرکانس متغیر) ، VSD (درایو سرعت متغیر) یا ASD (درایو سرعت قابل تنظیم) و… شناخته می شود.
انواع مختلف درایوهای AC بر اساس یک اصل کار می کنند، یعنی مقدار ثابت ولتاژ و فرکانس ورودی را به ولتاژ و فرکانس خروجی متغیر برای کنترل حرکت موتورهای AC تبدیل می کنند. در زیر بلوک دیاگرام اصلی درایو AC آمده است.
ساختار درایو DC
درایو DC (درایو جریان مستقیم) یک سیستم کنترل سرعت موتور DC است که منبع AC ورودی را با استفاده از مدار مبدل مبتنی بر یکسو کننده (دیودها و تریستورها) برای کنترل سرعت موتورهای DC به DC تبدیل می کند.
پیش از این، ولتاژ متغیر DC توسط ژنراتورهای DC برای کنترل سرعت یک موتور DC تولید می شد. امروزه از تریستورها برای تبدیل AC به DC استفاده می شود در حالی که از یکسو کننده قوس جیوه و مبدل تریستور نیز برای همین منظور استفاده می شود.
انواع درایو DC
به طور کلی دو نوع درایو DC وجود دارد که عبارتند از:
- درایوهای DC آنالوگ
- درایوهای DC دیجیتال
در زیر بلوک دیاگرام اصلی یک درایو DC معمولی آورده شده‌است.
مقایسه بین درایوهای AC و DC
در جدول زیر مقایسه ای وجود دارد که برخی از تفاوت ها را بین درایوهای AC و DC نشان می دهد.
|
مشخصات |
درایو DC |
درایو AC |
|
تعریف |
درایوهای DC تنها با استفاده از مدار مبدل مبتنی بر یکسو کننده برای راه اندازی موتورهای DC، منبع AC ورودی را به DC تبدیل می کنند. |
درایوهای AC (همچنین به عنوان VFD شناخته می شوند) منبع AC را با استفاده از مبدل (یکسو کننده) به DC تبدیل می کنند و با استفاده از اینورتر آن را از DC به AC معکوس می کنند تا موتورهای AC را راه اندازی کنند. |
|
کنترل |
درایوهای DC خروجی DC را از ورودی AC کنترل می کنند. |
درایوهای AC خروجی AC را از ورودی AC کنترل می کنند. |
|
طراحی مدار |
در طراحی مدار درایوهای DC به دلیل تبدیل تک توان، پیچیدگی کمتری دارد، یعنی فقط یک بار AC را به DC تبدیل می کند. |
طراحی مدار درایوهای AC به دلیل اینورتر و مبدل که AC را به DC تبدیل می کند و سپس DC را به AC معکوس می کند کمی پیچیده است. |
|
مدارهای قدرت و کنترل |
این مدارها در درایوهای DC، در مقایسه با درایوهای AC از نظر طراحی ساده هستند. |
مدارهای قدرت و کنترل درایوهای AC در مقایسه با درایوهای DC از نظر طراحی پیچیده هستند. |
|
ترمز‌گیری/ شتاب‌گیری |
مکانیسم ترمز درایوهای DC را می توان با اعمال مقاومت در سمت روتور کنترل کرد. |
مکانیسم ترمز و شتاب درایوهای AC را می توان با تغییر فرکانس تغذیه (FS) کنترل کرد. |
|
کنترل سرعت |
در درایو DC، کنترل سرعت توسط آرمیچر و کنترل میدان انجام می شود. |
در درایو AC، کنترل سرعت با تغییر فرکانس تغذیه انجام می شود. |
|
محدودیت سرعت |
سرعت به دلیل کموتاتور استفاده شده در موتورها برای کموتاسیون محدود است. |
حداکثر سرعت را می توان به دست آورد. |
|
سرعت موتور برحسب دور در دقیقه |
تا 2.5K RPM |
تا 10K RPM |
|
تنظیم سرعت |
تنظیم سرعت 1% در موتورهایی که توسط درایوهای DC کار می کنند امکان پذیر نیست. |
قابلیت تنظیم سرعت ~ 1٪ در موتورهایی که توسط درایوهای AC کار می کنند قابل دستیابی است. |
ویژگی های دیگری که در درایو AC و درایو DC قابل بررسی هستند؛ عبارتند از:
|
مشخصات |
درایو DC |
درایو AC |
|
گشتاور سرعت |
به راحتی می توان به آن دست یافت. | تنظیم منحنی های گشتاور سرعت پیچیده است. |
|
گشتاور راه‌اندازی |
زیاد | کم |
|
اینورتر / یکسوساز |
درایوهای DC دارای مدارهای یکسوساز و چاپر هستند. نیازی به اینورتر ندارد |
درایوهای AC دارای هر دو اینورتر و یکسوساز هستند. |
|
کموتاتور و حلقه های لغزنده |
بدون حلقه لغزنده، اما کموتاسیون در درایوهای DC مورد نیاز است. |
بدون نیاز به کموتاتور و حلقه های لغزنده در درایوهای AC. |
|
عملکرد باتری |
درایوهای DC را می توان مستقیماً به طریق باتری ها (با تامین ولتاژ DC) متصل و استفاده کرد. | درایوهای AC مستقیماً به باتری‌ها وصل نمی‌شوند، زیرا برای انجام این کار به قطعات و مدارهای اضافی نیاز است. |
| ترانسفورماتور | در درایوهای DC، ترانسفورماتور در ولتاژ بالاتر از 100 ولت مورد نیاز است. |
درایوهای AC را می توان مستقیماً به ترانسفورماتور (منبع اصلی) متصل کرد. |
|
مصرف برق |
درایوهای DC در مقایسه با درایوهای AC انرژی بیشتری مصرف می کنند. | درایوهای AC در مقایسه با درایوهای DC انرژی کمتری مصرف می کنند. |
|
نویز |
عملکرد درایوهای DC نویز کمتری دارد. |
عملکرد درایوهای AC دارای نویز است |
| هارمونیک‌ها | مبدل مورد استفاده در درایوهای DC هارمونیک تولید نمی کند. |
اینورتر مورد استفاده در درایوهای AC هارمونیک ها را در هر دو طرف یعنی منبع تغذیه و بار تولید می کند. |
|
پاسخ دینامیکی |
کم |
بالا |
| رتبه بندی اندازه، وزن و توان | کوچک |
بزرگ |
|
هزینه |
درایوهای DC ارزانتر هستند در حالی که موتورهای مورد استفاده در درایوهای DC کمی گران هستند. | درایوهای AC گران تر هستند در حالی که موتورهای مورد استفاده در درایوهای AC ارزان تر هستند. |
| مصارف عمومی | درایوهای DC در مقایسه با درایوهای AC در مناطق کمی استفاده می شوند. |
درایوهای AC تقریباً در همه مناطق با کاربردهای گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. |
| کاربردها | معمولاً از درایوهای DC برای موتورهای DC استفاده می شود. از آنها برای کنترل سرعت موتورهای DC استفاده می شود. |
به طور کلی، درایوهای AC برای موتورهای AC استفاده می شود. از آنها برای کنترل سرعت موتورهای AC استفاده می شود. |
درایو AC یا درایو DC ؟ کدام درایو برای شما مناسبتر است؟
در سال های اخیر، صنعت به سمت استفاده بیشتر از درایوهای AC در برنامه های کاربردی کنترلِ حرکت گرایش دارد. کارشناسان از درایوهای AC به عنوان کارآمدتر انرژی و بنابراین مقرون به صرفه تر از همتای DC خود یاد می کنند. علاوه بر این، درایوهای AC می توانند سرعت را راحت تر از یک درایو DC تغییر دهند و به آن اجازه می دهد کارهای پیچیده را به سرعت انجام دهد. با این حال، ماهیت پیچیده درایوهای AC ممکن است ادغام آنها را در سیستم های قدیمی سخت تر کند. علیرغم عدم دوام و ثبات درایو DC در طول عمر آن، همچنان در کاربردهای با سرعت پایین و گشتاور بالا مانند جرثقیل مفید است.
انتخاب درایو “صحیح” به برنامه و نیازها و ترجیحات کسب و کار شما بستگی دارد.
اولین کاری که کاربر باید انجام دهد این است که به طور عینی گزینه های موجود در فناوری درایو DC و AC را برای نیازها/فرایندهای خاص خود بررسی کند. معیارهای اصلی درخواست برای این چک عبارتند از:
- کل هزینه های خرید برای سیستم(های) VSD
- هزینه های عملیاتی جاری:
- نگهداری
- هزینه های فرآیند / سطوح کارایی و غیره
- فضای مورد نیاز
- جنبه های فناوری/نوآورانه:
- پاسخ دینامیکی
- زمان شتاب‌گیری
- عملیات 4-ربع
- توقف اضطراری و غیره
- فضای مورد نیاز
- وزن
- تکنولوژی DC به روز
- قابلیت اطمینان عملیاتی، در دسترس بودن درایوها:
- مقررات بین المللی مانند IEC، EN،CE-EMC; CSA، UL، و غیره
- شرایط محیطی
- درجات حفاظتی
- سرویس
- تعمیرات “در محل”.
- هر گونه تأثیر بر محیط اطراف:
- شبکه قدرت
- EMC
- فضای مورد نیاز مبدل و موتور
- دفع گرما از اتاق کنترل
