تفاوت بین استارتر نرم و VFD (درایو فرکانس متغیر)

دستگاه‌های تغییر فرکانس متغیر (VFD) و شروع‌کننده‌های نرم دو نوع متمایز از دستگاه‌های شروع موتور هستند، اگرچه استفاده از مولفه‌های نیم‌رسانا در آنها اغلب باعث سردرگمی می‌شود. در حالی که هر دوی آنها شروع و توقف ایمن موتورهای القایی را ممکن می‌سازند، اصول عملیاتی، عملکرد و مزایای کاربردی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است.

VFDs هم ولتاژ و هم فرکانس را تنظیم می‌کنند تا سرعت موتور را به صورت پویا کنترل کنند، که برای سناریوهای بار متغیر مناسب است. شروع‌کننده‌های نرم اما از رمپ‌زنی ولتاژ برای محدود کردن جریان ورودی در زمان شروع استفاده می‌کنند بدون اینکه سرعت را پس از فعال شدن تنظیم کنند. این تفاوت بنیادی نقش آنها را تعیین می‌کند: VFDs در کاربردهای حساس به سرعت و کارآمد انرژی ممتاز هستند، در حالی که شروع‌کننده‌های نرم شروع ساده و مقرون به صرفه برای موتورهای ثابت سرعت ارائه می‌دهند.

قبل از ورود به تفاوت‌های بین VFDs و شروع‌کننده‌های نرم، ضروری است تعریفی از شروع‌کننده موتور ارائه شود.

شروع‌کننده موتور

شروع‌کننده موتور یک دستگاه مهم برای شروع و توقف ایمن عملیات یک موتور القایی طراحی شده است. در زمان شروع، یک موتور القایی جریان ورودی قابل توجهی—تقریباً ۸ برابر جریان اسمی خود—به دلیل مقاومت پیچیده کم می‌کشد. این جوش احتمالاً می‌تواند پیچیده‌های داخلی را خراب کند، عمر موتور را کوتاه کند یا حتی باعث سوختن آن شود.

شروع‌کننده‌های موتور این خطر را با کاهش جریان شروع، محافظت از موتور از تنش مکانیکی (مانند لرزش‌های ناگهانی) و خسارت الکتریکی کاهش می‌دهند. آنها همچنین توقف‌های ایمن را تسهیل می‌کنند و اغلب شامل محافظ‌های درونی علیه ولتاژ پایین و جریان اضافی هستند—که آنها را برای عملکرد قابل اعتماد موتور غیرقابل انکار می‌کند.

شروع‌کننده نرم

شروع‌کننده نرم یک شروع‌کننده موتور تخصصی است که با کاهش ولتاژ تامین شده به موتور، جریان ورودی را کاهش می‌دهد. از تایریستورهای نیم‌رسانا برای کنترل ولتاژ استفاده می‌کند:

• پیکربندی تایریستور: جفت‌های تایریستور پشت سر هم جریان را در هر دو جهت مدیریت می‌کنند.

• سیستم‌های سه فاز: نیاز به ۶ تایریستور برای همزمان کاهش ولتاژ در تمام سه فاز، که اطمینان از شروع متعادل را می‌دهد.

تایریستور سه ترمینال دارد: آند، کاتد و گیت. جریان تا زمانی که یک پالس ولتاژ به گیت اعمال شود، مسدود می‌شود، که تایریستور را تحریک می‌کند و اجازه می‌دهد جریان از طریق آن عبور کند. مقدار جریان یا ولتاژ کنترل شده توسط تایریستور با تنظیم زاویه تیراندازی سیگنال گیت—این مکانیسم جریان ورودی تامین شده به موتور در زمان شروع را کاهش می‌دهد.

در زمان شروع موتور، زاویه تیراندازی برای تحویل ولتاژ پایین تنظیم می‌شود، که به تدریج با شتاب دادن موتور افزایش می‌یابد. وقتی ولتاژ به ولتاژ خط می‌رسد، موتور به سرعت اسمی خود می‌رسد. معمولاً از یک کنتاکتور دوربین برای تأمین ولتاژ خط مستقیم در طول عملکرد عادی استفاده می‌شود.

در زمان توقف موتور، فرآیند معکوس می‌شود: ولتاژ به تدریج کاهش می‌یابد تا موتور قبل از قطع تامین ورودی کاهش یابد. از آنجا که یک شروع‌کننده نرم فقط ولتاژ تامین را در زمان شروع و توقف تغییر می‌دهد، قادر به تنظیم سرعت موتور در طول عملکرد عادی نیست، که استفاده آن را به کاربردهای سرعت ثابت محدود می‌کند.

مزایای کلیدی شروع‌کننده‌های نرم شامل:

• عدم تولید هارمونیک: نیاز به فیلترهای هارمونیک اضافی را حذف می‌کند.

• طراحی فشرده: پایه کوچکتر از VFDs به دلیل مولفه‌های کمتر، که هزینه کلی را کاهش می‌دهد.

VFD (دستگاه تغییر فرکانس متغیر)

یک دستگاه تغییر فرکانس متغیر (VFD) یک شروع‌کننده موتور مبتنی بر نیم‌رسانا است که عملکرد شروع/توقف ایمن موتور را فراهم می‌کند و همچنین کنترل کامل سرعت در طول عملکرد را ارائه می‌دهد. برخلاف شروع‌کننده‌های نرم، VFDs هم ولتاژ و هم فرکانس تامین را تنظیم می‌کنند. از آنجا که سرعت یک موتور القایی به طور مستقیم به فرکانس تامین وابسته است، VFDs برای کاربردهایی که نیاز به تنظیم دینامیک سرعت دارند، مثال زدنی هستند.

یک VFD از سه مدار اصلی تشکیل شده است: یک راست‌کننده، یک فیلتر DC و یک معکوس‌کننده. فرآیند با تبدیل ولتاژ خط AC به DC توسط راست‌کننده آغاز می‌شود، که سپس توسط فیلتر DC هموار می‌شود. مدار معکوس‌کننده سپس ولتاژ DC ثابت را به AC تبدیل می‌کند، با سیستم کنترل منطقی که امکان تنظیم دقیق هم ولتاژ و هم فرکانس خروجی را فراهم می‌کند. این امر امکان رمپ‌زنی صاف سرعت موتور از ۰ RPM به سرعت اسمی—و حتی فراتر از آن با افزایش فرکانس—را فراهم می‌کند، که کنترل جامع ویژگی‌های گشتاور-سرعت موتور را ارائه می‌دهد.

با تغییر فرکانس تامین، یک VFD تنظیم دینامیک سرعت در طول عملکرد را ممکن می‌سازد، که آن را برای کاربردهایی که نیاز به مدولاسیون سرعت در زمان واقعی دارند، مثال زدنی می‌کند. مثال‌هایی شامل مراوحی که بر اساس دما سرعت خود را تنظیم می‌کنند و پمپ‌های آب که به فشار آب ورودی واکنش نشان می‌دهند. از آنجا که گشتاور موتور به طور مستقیم با هر دو پارامتر جریان و ولتاژ تامین متناسب است، توانایی VFD در تنظیم هر دو پارامتر امکان کنترل دقیق گشتاور را فراهم می‌کند.

در مقایسه با شروع‌کننده‌های سنتی مانند DOL (مستقیم روی خط) و شروع‌کننده‌های نرم—که فقط می‌توانند موتور را با سرعت کامل یا توقف کنند—VFDs با اجازه دادن به موتور برای کار در سرعت‌های برنامه‌ریزی شده مصرف انرژی را بهینه می‌کنند. با این حال، این انعطاف‌پذیری با تضادها همراه است: VFDs هارمونیک‌های خط تولید می‌کنند که نیاز به فیلترهای اضافی دارند، و مدار پیچیده آنها (شامل راست‌کننده‌ها، فیلترها و معکوس‌کننده‌ها) به یک فرم فیزیکی بزرگتر و هزینه بالاتر—معمولاً سه برابر شروع‌کننده نرم—منجر می‌شود.