کاربرد ترانس‌های فرکانس در سیستم‌های اتوماسیون
کاربرد سیستم کنترل سرعت متغیر فرکانس در موتورهای همگام دائمی مغناطیسی (PMSM) در صنایع لیف شیمیایی و شیشه
در قرن نوزدهم، مغناطیسهای دائمی برای ایجاد موتورهای الکتریکی استفاده می‌شد. امروزه با پیشرفت سریع تکنولوژی الکترونیک، موتورهای همگام دائمی مغناطیسی (PMSM) و تبدیل‌کننده‌های فرکانس به طور مشترک سیستم‌های کنترل سرعت متغیر فرکانس با حلقه باز، سرعت بالا و دقت بالا را تشکیل می‌دهند. این سیستم‌ها در بخش‌های مختلف صنعتی گسترده‌ای کاربرد یافته‌اند و سیستم‌های کنترل سرعت DC سنتی و سیستم‌های کنترل سرعت لغزش الکترومغناطیسی را جایگزین کرده‌اند و نشان‌دهنده انرژی قابل توجهی هستند.
众所周之，永磁同步电机的转速与供电频率严格成正比。只要保证供电频率的精度，就能确保电机转速的精度，从而获得线性的机械特性。例如，在某企业中，两个独立运行的同步系统连续运行数月，累积速度误差几乎为零。
由于变频器的输出频率精度可以达到1.0‰-0.1‰甚至更高，因此控制系统的速度精度也得到了提高。此外，该系统的控制元件较少，使其电路比任何其他类型的调速系统都更简单。此外，PMSM具有高功率因数、高效率、节能、体积小、无刷以及高安全性和可靠性等优点。因此，该系统现在广泛应用于各种工业部门。例如，在化纤行业的卷绕、拉伸、计量和导丝辊应用；以及在平板玻璃退火炉、玻璃熔炉搅拌、边辊（或“牵引机”）和平板玻璃成型机中的应用。
کاربرد سیستم کنترل سرعت متغیر فرکانس PMSM در صنعت لیف شیمیایی
سیستم‌های کنترل سرعت متغیر فرکانس PMSM با موفقیت در ماشین‌های ریخته‌گری ذوب‌پذیر لیف شیمیایی پیاده‌سازی شده‌اند، مانند آنچه در نمودار سیستم (شکل ۱۲-۱) نشان داده شده است. موتور محرک پمپ میزان‌گیر در ماشین ریخته‌گری یک PMSM است که نیاز به خروجی سرعت دقیق دارد تا تأمین کمیت مناسب محلول لیف شیمیایی را کنترل کند و بدین طریق نیازهای فرآیند ریخته‌گری را برآورده کند. هنگام تغییر نوع محصول لیف، تنها کافی است سرعت موتور محرک پمپ میزان‌گیر را تنظیم کنید تا نیازهای فرآیند برآورده شوند.
توان پمپ میزان‌گیر اصلی معمولاً از ۰٫۳۷ کیلووات تا ۱۱ کیلووات متغیر است، با موتورهایی که دارای ۴ یا ۶ قطب هستند. محدوده تغییرات فرکانس از ۲۵ هرتز تا ۱۵۰ هرتز است. معمولاً یک تبدیل‌کننده فرکانس برای محرک چندین موتور انتخاب می‌شود، اگرچه سیستم‌های اختصاصی (یک تبدیل‌کننده برای هر موتور) نیز استفاده می‌شوند، هر یک با مزایا و معایب خاص خود.
فرآیندهای دیگر ضروری در ریخته‌گری، مانند پیچش، کشش و گردنه‌های گرد، نیازمند سرعت‌های دورانی ثابت یا نسبت‌های سرعت خاص بین گردنه‌های زوجی هستند. سیستم کنترل سرعت متغیر فرکانس انتخاب اولیه ایده‌آل است، که توسط عملکرد طولانی‌مدت تأیید شده است. پس از استفاده از کنترل سرعت متغیر فرکانس، سرعت خطوط ریخته‌گری می‌تواند به ۳,۰۰۰ تا ۷,۰۰۰ متر در دقیقه برسد. گردنه‌های کششی که عناصر گرمایشی داخلی دارند نیازمند عملکرد با سرعت ثابت هستند؛ توان موتور PMSM همراه از ۰٫۲ کیلووات تا ۷٫۵ کیلووات متغیر است، با انتخاب موتورهای دو قطبی سرعت بالا با محدوده تنظیم فرکانس ۵۰ هرتز تا ۲۵۰ هرتز. استفاده از کنترل فرکانس متغیر ارائه گشتاور شروع بالا، شتاب سریع و برآوردن نیازهای شرایط شروع سخت (شروع سخت) را میسر می‌کند.
کاربرد سیستم کنترل سرعت متغیر فرکانس PMSM در صنعت شیشه
سیستم‌های کنترل سرعت متغیر فرکانس برای محرک‌های اصلی فرآیند تصفیه شیشه شناور در ده‌ها خط تولید در چین استفاده شده‌اند و محرک‌های DC اصلی را جایگزین کرده‌اند و مزایای اقتصادی رضایت‌بخشی به دست آورده‌اند.
در یک خط تولید شیشه شناور، مایع شیشه با دمای بالا از فرنس کهنه‌سازی شروع می‌شود و در طول خط به تدریج سرد می‌شود. پس از سخت شدن، شیشه در فرنس تصفیه شده و سپس به قسمت سرد برای برش، بازرسی، بسته‌بندی و فرآیندهای پایین‌دستی دیگر منتقل می‌شود. فرآیند تصفیه شیشه نیازمند شرایط سخت است؛ در طول حدود ۲۰۰ متر، هر گردنه باید به طور مداوم و یکنواخت عمل کند. توقف کاملاً قابل قبول نیست، زیرا این باعث خسارات اقتصادی قابل توجه می‌شود.
برای این کاربرد، یک موتور PMSM سه‌فاز نادر TYB100-8 با یک تبدیل‌کننده فرکانس Fuji G5 انتخاب شده است. این سیستم به طور مداوم و ایمن برای ده‌ها هزار ساعت عمل کرده و تحسین عموم را برده است. مزایای اصلی آن عبارتند از:
- دقت سرعت بالا (تا ۰٫۴٪): تضمین تolerans ضخامت محصول، صرفه‌جویی در مواد اولیه و مزایای اقتصادی واضح.
- قابلیت اطمینان بالا: کاهش حجم کار نگهداری.
- صرفه‌جویی در انرژی: به دلیل تعداد قطعات سیستم کمتر و کارایی ذاتی بالای موتور.
- طراحی فشرده و سبک: تجهیزات کوچک‌تر و سبک‌تر هستند.
در گذشته، مخلوط‌کننده‌های درون فرنس‌های ذوب شیشه از محرک‌های DC استفاده می‌کردند. با این حال، با توجه به محیط دمای بالا و چالش‌های نگهداری، از سال ۱۹۹۵ سیستم‌های کنترل سرعت متغیر فرکانس مورد استفاده قرار گرفته‌اند. به طور خاص، دو موتور TYB400-8 برای این منظور استفاده می‌شوند. الزامات عملیاتی عبارتند از:
دو موتور مخلوط‌کننده‌های خود را محرک می‌کنند که مایع شیشه را در فرنس دمای بالا مخلوط می‌کنند. برای تضمین یکنواختی مخلوط، "منطقه مرده" در داخل حوض فرنس مجاز نیست. بنابراین، مناطق کاری دو مخلوط‌کننده باید به طور کمی روی هم تداخل داشته باشند، اما به گونه‌ای تنظیم شوند که پره‌های چرخان با هم برخورد نکنند. نمودار مناطق کاری در شکل ۱۲-۲ نشان داده شده است.
اگر سرعت‌های n1 و n2 متفاوت باشند، تأثیر تجمعی آنها می‌تواند به مرور زمان منجر به برخورد پره‌های مخلوط‌کننده شود. استفاده طولانی‌مدت از این سیستم نشان داده است که هیچ برخورد پره‌ای رخ نداده است و این تأیید می‌کند که دقت سرعت نیازهای مورد نظر را برآورده می‌کند.
کاربرد کنترل سرعت متغیر فرکانس در گردنه‌های لبه‌ای (یا "کشش‌دهنده‌ها") نیز نتایج عالی به دست آورده است. در خط تولید شیشه، با تغییر مایع شیشه به حالت نیمه‌جامد پلاستیکی، نیاز است که کشیده و صاف شود. گردنه‌های لبه‌ای این وظیفه مهم را انجام می‌دهند. موتورهای محرک آنها باید کنترل سرعت پیوسته و بدون مرحله‌ای داشته باشند. سرعت هر موتور کشش‌دهنده باید بر اساس عواملی مانند دمای نقطه کار و نوع شیشه پیش‌تنظیم شود. این نیازمند عملکرد عالی سیستم کنترل است: محدوده سرعت گسترده، دقت سرعت بالا و پاسخ دینامیکی خوب. بنابراین، سیستم کنترل سرعت موتور DC موجود Z₂-12، ۰٫۶ کیلووات، ۱۵۰۰ دور در دقیقه با موتورهای PMSM سه‌فاز TYB500-6، ۱۲۵ ولت، ۵۰ هرتز جایگزین شده است. تبدیل‌کننده فرکانس در محدوده ۱۰ هرتز تا ۱۵۰ هرتز عمل می‌کند و محدوده سرعت موتور از ۲۰۰ دور در دقیقه تا ۳۰۰۰ دور در دقیقه است. جایگزینی موتورهای DC با موتورهای همگام مزایایی مانند افزایش خودکاری تولید، کیفیت بالاتر، وزن کمتر و کنترل متمرکز آسان‌تر را فراهم می‌کند.
