फ्रीक्वेंसी कनवर्टर्स के ऑटोमेशन सिस्टम में अनुप्रयोग

रासायनिक फाइबर और कांच उद्योग में स्थायी चुंबकीय संक्रमण यंत्र (PMSM) वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण का अनुप्रयोग

19वीं शताब्दी में, स्थायी चुंबकों का उपयोग विद्युत मोटरों को बनाने के लिए किया गया था। आज, इलेक्ट्रॉनिक प्रौद्योगिकी के तेजी से विकास के साथ, स्थायी चुंबकीय संक्रमण यंत्र (PMSMs) और फ्रीक्वेंसी कनवर्टर एक साथ ओपन-लूप, उच्च-गति, उच्च-प्रिसिजन वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण प्रणालियों का निर्माण करते हैं। ये प्रणालियाँ विभिन्न औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से लागू की गई हैं, पारंपरिक DC स्पीड नियंत्रण प्रणालियों और इलेक्ट्रोमैग्नेटिक स्लिप स्पीड नियंत्रण प्रणालियों को प्रतिस्थापित करते हुए, जिससे शक्तिशाली जीवनशक्ति प्रदर्शित होती है।

स्पष्ट रूप से, PMSM की घूर्णन गति आपूर्ति फ्रीक्वेंसी के साथ ठीक से आनुपातिक होती है। यदि विद्युत आपूर्ति फ्रीक्वेंसी की प्रिसिजन सुनिश्चित की जाती है, तो मोटर की घूर्णन गति की प्रिसिजन भी सुनिश्चित होती है, जिससे रेखीय यांत्रिक विशेषताएँ प्राप्त होती हैं। उदाहरण के लिए, एक उद्योग में, दो स्वतंत्र रूप से काम करने वाली संक्रमण प्रणालियाँ कई महीनों तक लगातार चलती रहीं, और संचयित गति त्रुटि लगभग शून्य थी।

चूंकि फ्रीक्वेंसी कनवर्टरों की आउटपुट फ्रीक्वेंसी प्रिसिजन 1.0‰ - 0.1‰, या उससे भी अधिक पहुंच सकती है, इसलिए नियंत्रण प्रणाली की गति प्रिसिजन भी बढ़ जाती है। इसके अलावा, प्रणाली में कम नियंत्रण घटक होते हैं, जिससे इसकी सर्किटरी किसी भी अन्य प्रकार की गति नियंत्रण प्रणाली से सरल होती है। इसके अलावा, PMSMs के पास उच्च शक्ति गुणांक, उच्च दक्षता, ऊर्जा बचाना, संक्षिप्त आकार, ब्रशलेस, और उच्च सुरक्षा और विश्वसनीयता जैसी विशेषताएँ होती हैं। इस प्रकार, यह प्रणाली विभिन्न औद्योगिक विभागों में व्यापक रूप से और सामान्य रूप से उपयोग की जाती है। उदाहरण के लिए, रासायनिक फाइबर उद्योग में रिवाइंडिंग, स्ट्रेचिंग, मीटरिंग, और गोडेट रोलर अनुप्रयोग; और कांच उद्योग में फ्लैट कांच के एनीलिंग फर्नेस, कांच फर्नेस मिश्रण, एज रोलर (या "पुलर्स"), और बोतल बनाने वाली मशीनों के अनुप्रयोग।

रासायनिक फाइबर उद्योग में PMSM वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण का अनुप्रयोग

PMSM वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण प्रणालियों को रासायनिक फाइबर के मेल्ट-स्पिनिंग मशीनों में सफलतापूर्वक लागू किया गया है, जैसा कि प्रणाली आरेख (आकृति 12-1) में दिखाया गया है। स्पिनिंग मशीन में मीटरिंग पंप ड्राइव मोटर PMSM का उपयोग करता है, जिसे रासायनिक फाइबर समाधान की मात्रिक आपूर्ति को नियंत्रित करने के लिए शुद्ध गति आउटपुट की आवश्यकता होती है, जिससे स्पिनिंग प्रक्रिया की आवश्यकताएँ पूरी होती हैं। जब फाइबर उत्पाद की प्रकार बदली जाती है, तो सिर्फ मीटरिंग पंप ड्राइव मोटर की गति को समायोजित करने से प्रक्रिया की आवश्यकताएँ पूरी होती हैं।

मुख्य मीटरिंग पंप की शक्ति आमतौर पर 0.37 kW से 11 kW तक होती है, जिसमें 4 या 6 पोल वाले मोटर होते हैं। फ्रीक्वेंसी विकल्प की सीमा 25 Hz से 150 Hz तक होती है। आमतौर पर, एक फ्रीक्वेंसी कनवर्टर का चयन कई मोटरों को चलाने के लिए किया जाता है, हालांकि विशेष प्रणालियाँ (एक कनवर्टर प्रति मोटर) भी उपयोग की जाती हैं, प्रत्येक दृष्टिकोण के अपने फायदे और नुकसान होते हैं।

स्पिनिंग में अन्य आवश्यक प्रक्रियाओं, जैसे रिवाइंडिंग, स्ट्रेचिंग, और गोडेट रोलर, को या तो निरंतर घूर्णन गति या जोड़े रोलरों के बीच विशिष्ट गति अनुपात की आवश्यकता होती है। वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण प्रणाली आदर्श प्राथमिक चुनाव है, जो लंबे समय तक व्यावहारिक संचालन द्वारा पुष्टि की गई है। वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण के उपयोग के बाद, स्पिनिंग लाइन गति 3,000 से 7,000 m/min तक पहुंच सकती है। आंतरिक गर्मी वाले स्ट्रेच रोलरों को निरंतर गति संचालन की आवश्यकता होती है; साथी PMSM की शक्ति 0.2 kW से 7.5 kW तक होती है, जिसमें उच्च-गति दो-पोल मोटर चुना जाता है, जिसकी फ्रीक्वेंसी समायोजन सीमा 50 Hz से 250 Hz तक होती है। वेरिएबल फ्रीक्वेंसी नियंत्रण का उपयोग उच्च शुरुआती टोक, तेज त्वरण, और कठिन शुरुआती शर्तों (हार्ड स्टार्टिंग) की आवश्यकताओं को पूरा करता है।

कांच उद्योग में PMSM वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण का अनुप्रयोग

फ्लोट कांच एनीलिंग फर्नेस के मुख्य ड्राइव के लिए वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण प्रणालियों को चीन में दहाई लाइनों पर लागू किया गया है, मूल DC ड्राइव को प्रतिस्थापित करते हुए और प्रसन्न आर्थिक लाभ प्राप्त किए गए हैं।

एक फ्लोट कांच उत्पादन लाइन में, उच्च तापमान वाला कांच द्रव गलन फर्नेस से बहता है, जो लाइन के साथ धीरे-धीरे ठंडा होता है। ठोस होने के बाद, कांच एनीलिंग फर्नेस में गर्मी का उपचार दिया जाता है, और फिर ठंडे छोर पर काटने, जांच, पैकिंग, और अन्य डाउनस्ट्रीम प्रक्रियाओं के लिए भेजा जाता है। एनीलिंग फर्नेस प्रक्रिया में तीव्र आवश्यकताएँ होती हैं; इसके लगभग 200 मीटर की लंबाई पर, प्रत्येक रोलर को लगातार और समान रूप से काम करना चाहिए। रोकना बिल्कुल अस्वीकार्य है, क्योंकि इससे महत्वपूर्ण आर्थिक नुकसान हो सकता है।

इस अनुप्रयोग के लिए, एक TYB100-8 त्रिफासीय रेयर-अर्थ PMSM और एक फुजी G5 फ्रीक्वेंसी कनवर्टर का चयन किया गया था। यह प्रणाली लाखों घंटों तक लगातार और सुरक्षित रूप से संचालित हुई है और सभी ओर से प्रशंसा प्राप्त की है। इसके मुख्य फायदे हैं:

1. उच्च गति प्रिसिजन (लगभग 0.4%): उत्पाद की मोटाई की टोलरेंस को सुनिश्चित करता है, कच्चे माल को बचाता है, और स्पष्ट आर्थिक लाभ प्रदान करता है।
2. उच्च विश्वसनीयता: रखरखाव की मात्रा को कम करता है।
3. ऊर्जा बचाना: कम संचालन घटकों और मोटर की अंतर्निहित उच्च दक्षता के कारण।
4. संक्षिप्त और हल्का डिजाइन: उपकरण छोटे और हल्के होते हैं।

कांच गलन फर्नेस में मिश्रणकर्ताओं के लिए पहले DC ड्राइव का उपयोग किया जाता था। हालांकि, उच्च तापमान वाले वातावरण और रखरखाव की चुनौतियों को ध्यान में रखते हुए, 1995 से वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण प्रणालियों का उपयोग किया जा रहा है। विशेष रूप से, इसके लिए दो TYB400-8 मोटरों का उपयोग किया जाता है। संचालन की आवश्यकताएँ निम्नलिखित हैं:

दो मोटर अपने-अपने मिश्रणकर्ताओं को चलाते हैं, जो उच्च तापमान वाले फर्नेस में कांच द्रव को गड़ाते हैं। मिश्रण की एकसमानता को सुनिश्चित करने के लिए, फर्नेस बाथ के अंदर "डेड जोन" नहीं होने चाहिए। इसलिए, दो मिश्रणकर्ताओं के कार्य क्षेत्र थोड़ा ओवरलैप होने चाहिए, लेकिन इस प्रकार व्यवस्थित होने चाहिए कि घूर्णन पेडल टकराएं नहीं। कार्य क्षेत्र का एक आरेख आकृति 12-2 में दिखाया गया है।

यदि घूर्णन गतियाँ n1 और n2 अलग हों, तो उनका संचयी प्रभाव अंततः पेडलों के बीच टकराव का कारण बन सकता है। इस प्रणाली का लंबे समय तक व्यावहारिक अनुप्रयोग यह पुष्टि करता है कि गति प्रिसिजन आवश्यकताओं को पूरा करता है।

किनारे रोलरों (या "पुलर्स") पर वेरिएबल फ्रीक्वेंसी स्पीड नियंत्रण का अनुप्रयोग भी उत्कृष्ट परिणाम प्रदान करता है। कांच उत्पादन लाइन पर, जैसे-जैसे द्रव कांच धीरे-धीरे द्रव स्थिति से प्लास्टिक अर्ध-ठोस स्थिति में बदलता है, इसे खींचा और समतल बनाया जाना चाहिए। किनारे रोलर इस महत्वपूर्ण कार्य को करते हैं। उनके ड्राइव मोटरों को लगातार चर, अस्तित्वहीन गति नियंत्रण की आवश्यकता होती है। प्रत्येक पुलर मोटर की गति को कार्य स्थिति तापमान और कांच के प्रकार जैसे कारकों के आधार पर पूर्वनिर्धारित किया जाना चाहिए। यह उत्कृष्ट नियंत्रण प्रणाली का प्रदर्शन आवश्यकता है: व्यापक गति विस्तार, उच्च गति प्रिसिजन, और अच्छा गतिज प्रतिक्रिया। इसलिए, मौजूदा Z₂-12, 0.6 kW, 1500 r/min DC मोटर गति नियंत्रण प्रणाली को TYB500-6, 125 V, 50 Hz त्रिफासीय PMSMs से प्रतिस्थापित किया गया था। फ्रीक्वेंसी कनवर्टर 10 Hz से 150 Hz की सीमा में संचालित होता है, जो 200 r/min से 3000 r/min की मोटर गति की सीमा प्रदान करता है। DC मोटरों को संक्रमण यंत्रों से प्रतिस्थापित करने से उच्च उत्पादन स्वचालन, उत्कृष्ट गुणवत्ता, हल्का वजन, और आसान संकेंद्रित नियंत्रण जैसे फायदे होते हैं।