همه‌چیز دربارۀ درایو مدیوم ولتاژ(اینورتر فشار متوسط MV)

درایو مدیوم ولتاژ (Medium Voltage Drive) دستگاهی جهت کنترل دور الکتروموتور فشار متوسط می باشد. در صنایع و کارخانجات موارد بسیاری است که الکتروموتورهای ولتاژ متوسط ترجیح داده می شوند به الکتروموتورهای فشار ضعیف؛ خصوصا در توان بالا. لذا برای کنترل عملکرد این موتورها، بایستی از درایوهای مدیوم ولتاژ استفاده شود. از نظر ساختمان، کاربرد، مشخصات و … تفاوت های عمده ای بین اینورتر فشار متوسط و اینورتر فشار ضعیف وجود دارد. این در حالی است که مطالب کمی در باره اینورتر مدیوم ولتاژ در دسترس علاقه مندان است. ما در این مقاله سعی کرده ایم مطالبی کاربردی درباره درایو ولتاژ متوسط گردآوری نماییم. امیدواریم مورد استفاده قرار گیرد.

الکتروموتور مدیوم ولتاژ یا فشار ضعیف؟

در صنایع سنگین بالغ بر 90% انرژی الکتریکی توسط الکتروموتورها مصرف می شود. لذا این مصرف کننده ها بزرگترین عامل در تعیین طراحی و ساختار سیستم توزیع الکتریکی هستند. بر اساس سطح ولتاژ نامی، الکتروموتورها می توانند به ولتاژ ضعیف (LV) یا ولتاژ متوسط (MV) متصل شوند.

انتخاب سطح ولتاژ الکتروموتور به پارامترهای مختلف فنی، اقتصادی، انسانی و … وابسته است و محدودهای انتخاب قطعی و تعیین شده برای این موضوع وجود ندارد. با این حال عموما الکتروموتورها تا توان 100kW در سطح ولتاژ ضعیف و در توان بالا 800kW در سطح ولتاژ متوسط انتخاب می شوند. در توان های بین 100kW-800kW برای انتخاب سطح ولتاژ نهایی بایستی مقدار بیشتری تامل نمود.

فاکتورهای گوناگون فنی و غیر فنی برای مقایسه بین الکتروموتورهای ولتاژ ضعیف و مدیوم ولتاژ می تواند مورد توجه قرار گیرد. برخی از مهمترین آنها در جدول زیر ملاحظه می گردد.

در شکل زیر بعنوان نمونه نمودار گشتاور سرعت موتور فشار ضعیف و فشار متوسط مقایسه شده است. از نمودار زیر می توان گفت که موتور فشار ضعیف دارای گشتاور راه اندازی بالاتر است در عوض در نقطه کار نامی دارای درصد لغزش سرعت بیشتری می باشد که منجر به کاهش راندمان در مقایسه با موتور فشار متوسط می گردد.

درایو مدیوم ولتاژ

درایو مدیوم ولتاژ دستگاهی برای کنترل دور الکتروموتور مدیوم ولتاژ است. توسط درایو فشار متوسط می توان راه اندازی الکتروموتور ولتاژ متوسط را به بهترین نحو ممکن انجام داد به نحوی که هیچگونه تنش مکانیکی و یا فشار الکتریکی به شبکه وارد نگردد. همچنین اینورتر ولتاژ بالا می تواند با توجه به مشخصات مورد نیاز کار (فیدبک) سرعت الکتروموتور را در مقدار دقیق کنترل کند.

بعنوان مثال در سیستم پمپاژ موتورهای MV می توان مقدار دبی پمپاژ را توسط درایو فشار متوسط به دقت کنترل نمود.

ساختار درایو ولتاژ متوسط

ساختار و اجزای درایو ولتاژ متوسط در تمامی سازندگان کمابیش یکسان است. درایو ولتاژ متوسط از سه بخش اصلی ترانسفورماتور ورودی (کاهنده) ، ماژول های اینورتر 690 ولت و تابلو کنترل تشکیل شده است. در شکل زیر یک نمونه درایو فشار متوسط ملاحظه می گردد.

اجزای اینورتر فشار متوسط یا جانمایی آنها البته ممکن است از برندی به به برند دیگر یا بر حسب نیاز پروژه تغییراتی داشته باشد. منتها اصولا سه جزء فوق در تمامی سازندگان اینورترهای مدیوم ولتاژ ثابت است. در شکل زیر یک نمونه دیگر از اجزا و ساختمان اینورتر فشار متوسط دیده می شود. شرح این اجزا به صورت زیر است:

ارتباط اجزای داخلی درایوهای مدیوم ولتاژ

در شکل زیر چگونگی ارتباط اجزای مختلف درایو مدیوم ولتاژ ملاحظه می گردد. همانطور که مشاهده میشود سه فاز ورودی ابتدا به تابلو سوئیچ گیر وارد شده و خروجی این تابلو به سیم پیچ اولیه ترانسفورماتور درایو فشار متوسط وارد می گردد.

همانطور که مشاهده می گردد تراسفورماتور چندین سیم پیچ ثانویه دارد. خروجی سه فاز هر سیم پیچ ثانویه به یکی از ماژول های قدرت اینورتر داده می شود. و نهایتا خروجی ماژولهای قدرت اینورتر در هر فاز سری شده و ولتاژ حاصله به فاز مربوطه الکتروموتور مدیوم ولتاژ متصل می گردد.

واحد کنترل درایوهای ولتاژ بالا

قسمت کنترل درایوهای ولتاژ بالا، مدیریت عملکرد واحدهای مختلف اینورتر ولتاژ متوسط را بر عهده دارد و از سوی دیگر ارتباط با تجهیزات خارجی و سایر سیستم های کنترلی هم بر عهده واحد کنترل است. مهمترین قسمت واحد کنترل ، برد اصلی کنترلی اینورتر ولتاژ بالا است که از پردازنده های بسیار قوی تشکیل شده است.

ارتباط برد کنترل اصلی با سایر اجزا از طریق اتصال فیبر نوری است. لذا هم مصونیت از نویز و هم سرعت انتقال اطلاعات در این قسمت از درایو مدیوم ولتاژ بسیار عالی است.

در شکل زیر بعنوان نمونه اتصالات کنترلی و ترمینالهای دیجیتال و آنالوگ و رله ای یک داریو فشار متوسط نمایش داده شده است. همانطور که ملاحظه می گردد علاوه بر اینکه سیگنالها و سنسورهای مختلف آنالوگ و فرامین ورودی خروجی دیجیتال به درایو ولتاژ بالا متصل می گردد، پنل نمایشگر و سیستمهای مانیتورینگ و DCS هم از این طریق با اینورتر فشار متوسط به تبادل اطلاعات می پردازند.

در اینورترهای ولتاژ متوسط، با پنل نمایشگر (HMI) روی درب قسمت کنترل – همانند کیپد درایوهای فشار ضعیف – کنترل دستگاه و صدور فرامین مختلف و همچنین مانیتور پارامترهای مختلف الکتروموتور و سنسورهای آنالوگ متصل به درایو مدیوم ولتاژ، بصورت گرافیکی امکان پذیر است.

قسمت اینورتر درایوهای فشار متوسط

همانطور که در بالا اشاره شد قسمت اینورتر درایوهای ولتاژ متوسط از اتصال سری چندین سلول اینورتر LV 690v تشکیل می شود. علت این امر عمدتا سهولت و تجارب و پیشرفت های موجود در استفاده از ماژولهای اینورتر فشار ضعیف در مقایسه با قطعات نیمه هادی فشار متوسط است.

در شکل زیر یک ماژول درایوهای مدیوم ولتاژ ملاحظه می شود.

تعداد ماژولهای مورد استفاده به سطح ولتاژ مورد نیاز درایو مدیوم ولتاژ مربوط می شود. چرا که همانگونه که ذکر شد از سری شدن خروجی این ماژولها، ولتاژ مورد نیاز در خروجی درایو فشار متوسط ساخته می شود. بعنوان نمونه در شکل زیر دو سطح ولتاژ مختلف از درایو فشار متوسط دیده می شود. همانطور که ملاحظه می گردد در اینورتر فشار متوسط 6kV، در هر فاز 5 عدد سلول اینورتر و در اینورتر ولتاژ متوسط 10kV، در هر فاز 8 عدد سلول اینورتر استفاده می شود. عملا تعداد سلولهای هر فاز از رابطه Volt/(690×√3) قابل محاسبه است.

یکی از قابلیت های این ساختار ، سهولت تعمیرات درایو مدیوم ولتاژ است. چرا که به راحتی و سرعت، امکان تعویض سلول معیوب اینورترهای ولتاژ بالا فراهم است.

تهویه اینورتر فشار متوسط

تهویه اینورتر مدیوم ولتاژ توسط فن های تعبیه شده در بالای آن صورت میگیرد. (شکل زیر).

همچنین بایستی فیلترهای مجرای ورودی هوا را در فواصل زمانی منظم بررسی نموده و در صورت نیاز نسبت به تعویض آنها اقدام نمود.

یکی دیگر از مسائل مهم در ارتباط با تهویه درایوهای ولتاژ بالا این است که بایستی آن را در اتاق های کنترل تمیز نگهداری نموده و فضای آزاد لازم در اطراف دستگاه جهت تهویه مناسب باید فراهم باشد. (شکل زیر)

مشخصات فنی اینورترهای ولتاژ بالا

هارمونیک اینورتر مدیوم ولتاژ

بر خلاف اینورتر های فشار ضعیف که 6 پالس هستند و لذا هارمونیک جریان بالایی در ورودی دارد، درایوهای مدیوم ولتاژ به واسط ساختاری که دارند 18، 24، 30، 36 پالس هستند (بسته به سطح ولتاژ) و لذا هارمونیک بسیار پایینی در ورودی دارند که معمولا زیر 2% است. لذا اینورتر های ولتاژ متوسط اختلالی در شبکه ورودی ایجاد نمی کنند و از استانداردهای بالا (IEEE-519) تبعیت می کنند.

شکل زیر نمودار ولتاژ و جریان درایو ولتاژ بالا را نشان می دهد. ملاحظه می گردد که شکل ها کاملا سینوسی هستند. لذا نیازی به استفاده از فیلتر هارمونیک در ورودی درایو مدیوم ولتاژ وجود ندارد.

در خروجی درایوهای فشار متوسط با توجه به اینکه ولتاژ حاصله از ترکیب خروجی چندین سلول 690 ولت ساخته می شوند، خروجی حاصله دارای چندین پله است که عملا به شکل موج سینوسی بسیار نزدیک است.

لذا این شکل موج باعث میشود که نیازی به چوک خروجی و فیلتر سینوسی در اینورترهای ولتاژ متوسط وجود نداشته باشد. این موضوع علاوه بر اینکه باعث می شود موتور مدیوم ولتاژ با شرایط بسیار بهتر و نرم تری کار کند، در مواردی که طول کابل خروجی زیاد است هیچ گونه نگرانی وجود نخواهد داشت. در حالی که در درایوهای فشار ضعیف طول کابل یک معضل محسوب می شود.

قابلیت اطمینان بسیار بالای اینورترهای فشار متوسط

برخلاف درایو فشار ضعیف، درایو مدیوم ولتاژ وابسته به عملکرد یک ماژول اینورتر نیست. بعنوان مثال اینورتر ولتاژ بالا 6.6kV مجموعا از 18 عدد ماژول اینورتر LV تشکیل شده است(6 عدد در هر فاز). درصورتی که در برای یکی از این ماژولها مشکلی ایجاد شود، درایو مدیوم ولتاژ ماژول معیوب و ماژول متناظر در فازهای دیگر را بای پس کرده و با سایر ماژولها به کار خود ادامه خواهد داد. در این صورت تنها ولتاژ و فرکانس 1/6 کاهش خواهد یافت. در زمان مناسبی ماژول معیوب توسط اپراتور درایو ولتاژ بالا تعمیر یا جایگزین خواهد شد.

قابلیت بای پس در درایو مدیوم ولتاژ

یکی از موارد کاربرد درایو ولتاژ متوسط، استفاده از آن برای راه اندازی الکتروموتور فشار متوسط است. در اغلب موارد عملا نیازی به کنترل دور الکتروموتور ولتاژ متوسط وجود ندارد و مسئله اصلی تنها کاهش جریان راه اندازی و استارت نرم است.

در چنین مواردی درایو مدیوم ولتاژ به راحتی قادر به انجام این کار است. با صدور فرمان استارت الکتروموتور توسط اینورتر ولتاژ متوسط استارت شده و به آرامی به سرعت نامی می رسد. پس از آن درایو MV به صورت اتوماتیک و بدون هرگونه مشکلی آن را به شبکه بای پس می کند. این کار بصورت معکوس در هنگام نیاز به استپ موتور توسط اینورتر MV صورت می گیرد تا توقف بصورت کاملا کنترل شده صورت پذیرد.

در شکل زیر دیاگرام این عملکرد از اینورتر فشار متوسط مشاهده می گردد. همانطور که از شکل موج پیداست انتقال با نرمی و بدون هرگونه مشکلی توسط مدار درایو MV صورت می گیرد.

استارت چند موتور با یک اینورتر MV

یکی از موارد پر کابرد درایو MV استفاده از آن برای راه اندازی چند موتور مدیوم ولتاژ است. در این حالت از قابلیت بای پس اینورتر MV که در بخش قبل صحبت شد استفاده می شود. بدین صورت که درایو MV ابتدا الکتروموتور اول را استارت کرده و بعد از رسیدن به سرعت نامی، آن را به شبکه تحویل می دهد. سپس موتورهای بعدی توسط درایو MV استارت می گردد. در این کاربرد می توان سرعت موتور نهایی را توسط اینورتر MV کنترل کرد.

سنکرون سازی موتورها با درایوهای مدیوم ولتاژ

یکی دیگر از موارد پرکاربرد در صنایع بزرگ نیاز به سنکرون کردن الکتروموتورهاست. این امکان با استفاده از درایو مدیوم ولتاژ میسر است. بعنوان مثال در یک معدن که نوار نقاله با دو موتور در طرفین آن به حرکت در می آید، دو درایو مدیوم ولتاژ می تواند موتورها را بصورت کاملا هماهنگ کنترل کند تا حرکت نوار نقاله بدون مشکل صورت گیرد.

کاربرد اینورتر مدیوم ولتاژ

اینورترهای مدیوم ولتاژ در طیف وسیعی از صنایع و کارخانجات متوسط تا سنگین استفاده می شوند. در تمامی صنایع مسائل مربوط به راه اندازی و کنترل سرعت همانند اینورتر فشار ضعیف مورد استفاده هستند. اغلب کاربردهای اینورتر MV در راه اندازی نرم فن ها و پمپ ها و کمپرسورها می باشد. در برخی موارد مانند نوار نقاله معادن و کنترل و سنکرون سازی موتورها در صنایع فولادی با استفاده از اینورترهای فشار متوسط به کنترل سرعت الکتروموتور نیاز است.

اینورتر توان بالا – اینورتر ولتاژ بالا

در مطالب فوق درباره اینورتر ولتاژ بالا صحبت کردیم و به مطالب پیرامون آن پرداختیم. نکته ای که ذکر آن خالی از لطف نیست این است که اینورترهای توان بالا لزوما ولتاژ بالا نیستند. بسیاری از پروژه ها بنابر مسائل فنی یا محدودیت های دیگر از درایوهای فشار ضعیف برای توان بالا استفاده می کنند. از سوی دیگر در بسیاری از پروژه ها بنا بر ملاحظاتی بجای درایو فشار ضعیف از اینورترهای ولتاژ بالا برای توان پایین مثلا 100 کیلووات استفاده می گردد. لذا توجه فرمایید که ارتباط مستقیمی بین درایو توان بالا و درایو ولتاژ بالا نیست و بستگی به پروژه دارد. هرچند از دیدگاه فنی در ابتدای مقاله ما اشاره کردیم که اینورترهای توان بالا از 800 کیلووات به بالاتر توصیه می شوند که در ولتاژ بالا انتخاب شوند.

جمع بندی و سخن پایانی

بر خلاف اینورتر های فشار ضعیف که مطالب فراوان و متخصصان متعددی در صنعت و کشور وجود دارد، در سطح درایوهای مدیوم ولتاژ وضعیت این گونه نیست و نیاز به افزایش آگاهی و اطلاعات محسوس است. در این مقاله سعی کردیم برخی از مهمترین رئوس مطالب مرتبط با درایو MV آورده شود. البته قطعا سطح اطلاعات مورد نیاز درباره اینورترهای فشار متوسط بیش از این هاست. امیدواریم در فرصت مناسب بتوانیم به غنای این مقاله بیفزاییم. چنانچه مورد خاصی مد نظر بود در انتهای این صفحه کامنت کنید تا انشالله پاسخ داده شود و مورد استفاده همگی قرار گیرد.

شما به این مقاله چه امتیازی می‌دهید؟ 😊