اینورتر یا درایو یاسکاوا یکی از برندهای اساسی و حیاتی در صنعت برق ایران میباشد که وظیفهی اصلی آن تبدیل برق DC به برق AC با فرکانس مد نظر میباشد. به دلیل این که سرعت موتور القایی رابطهی مستقیمی با فرکانس خروجی درایو دارد؛ میتوان با تنظیم پارامترهای درایو یاسکاوا، فرکانس خروجی این دستگاه را تا بازهی مشخصی تغییر داد تا در نهایت بتوان سرعت موتور القایی را بنابر نیاز کاربر و کاربرد مورد نظر کنترل کرد.
تقریباً تمام درایوهای صنعتی دارای دو حالت سنگین کار و سبک کار هستند. در حالت سبک کار، درایو گشتاور سبک با تغییرات کم را برای موتور فراهم میکند. این حالت در کاربردهایی که نیاز به بار ثابت دارند، مانند فنهای صنعتی و پمپهای آب استفاده میشود. این حالت خصوصیات متفاوتی دارد. از جمله در این حالت، گشتاور نامی موتور بر خودش اعمال میشود و همچنین تحمل اضافه بار محدود است. از دیگر خصوصیات این حالت میتوان به مصرف انرژی کمتر و عملکرد نرمتر برای بارهای پایدار اشاره کرد. طول عمر موتور و اینورتر در این حالت بهینه است.
کمپرسورها، نوار نقالههای سنگین و میکسرهایی که نیاز به گشتاور بالا دارند از حالت سنگین کار موتور بهره میبرند. در حالت سنگین کار، اینورترها توانایی تحمل اضافه بار بالا را برای مدت کوتاه دارند؛ بهعنوان مثال، میتوانند ۱۵۰٪ تا ۲۰۰٪ گشتاور را برای چند ثانیه تامین کنند. این قابلیت باعث پاسخ سریع به تغییرات بار و افزایش گشتاور اولیه میشود. علاوه بر این موارد، کنترل گشتاور بهینه باعث جلوگیری از افت سرعت و بهبود عملکرد سیستم میگردد. به دلیل این توانمندیها، مصرف انرژی در حالت سنگین کار معمولاً بالاتر است.
ویژگیها و فناوریهای نسل جدید درایو یاسکاوا
اینورتر یاسکاوا با قابلیتهایی مانند تغییر فرکانس خروجی درایو برای کنترل سرعت موتورها و حالتهای سنگین کار و سبک کار طی چندین سال و دهه در درایوهای مختلف توسعه یافته و مورد استفاده قرار داده است. مدلهای V1000 و A1000 برند یاسکاوا که مدلهای قدیمیتر را تشکیل میدهند از این ویژگیها بطور کامل پشتیبانی میکنند.
در نسل جدید درایوهای یاسکاوا، مدل GA500چندین قابلیت عملیاتی و مهندسیشده را وارد بازار کرده که در مدلهای قدیمیتر (مانند A1000 و V1000) به صورت یکپارچه وجود نداشتهاند. از نظر نصب و راهاندازی، GA500 یک میکرودرایو جمعوجور با رابط کاربری ساده و صفحهکلید قابل جداسازی برای پشتیبانگیری پارامترها دارد و امکان کانکت شدن با DriveWizard 10 از طریق USB حتی بدون تغذیهی اصلی را فراهم میکند که برای عیبیابی و ضبط سیگنالها (اُسیلوسکوپ داخلی نرمافزار) بسیار مفید است؛ همچنین یاسکاوا در برخی مدلها ترانزیستور ترمزی پویا و قابلیتهای ایمنی برنامهپذیر برای مانیتورینگ عملکرد تعبیه کرده است.
مدل GA700 تحولی در نحوهی کنترل موتور ایجاد کرده که از دید مهندسی اهمیت بالایی دارد. شرکت یاسکاوا قابلیت EZ Open-Loop Vector Control را در این خانواده معرفی کرده است. قابلیت EZ Open-Loop Vector Control امکان استفاده از آن برای موتورهای القایی، موتورهای سنکرون با آهنربای دائم (PM) و موتورهای سنکرون رلوکتانسی را فراهم میکند و نیاز به تنظیمات پیچیده یا حضور انکودر را در بسیاری از کاربردها بهطور چشمگیری کاهش میدهد. درایو GA700 میتواند موتورهای سنکرون مغناطیس دائم را در حالتهای حلقه باز و حلقه بسته کنترل کند. همچنین کنترل صفر دور (zero-speed) را بدون انکودر ارائه دهد که زمان راهاندازی را کوتاهتر و هزینه سیستم را کاهش میدهد.
این خانواده همچنین بازهی توان بسیار گستردهتری تا توانهای بزرگتر (تا رنجهای چندصد کیلووات با گزینههای ظرفیت دقیقتر) و فرکانس خروجی بالاتر تا حدود ۵۹۰ هرتز را پشتیبانی میکند که امکان تطبیق بهتر با موتور و بار را میدهد. در این مقاله ما سعی کردیم که ذهن خواننده با قابلیتهای اختصاصی درایوهای نسل جدید یاسکاوا بیشتر آشنا کنیم.
قابلیتهای نوین اینورتر یاسکاوا سری GA500
شرکت یاسکاوا قابلیتهای جدید و نوین درایو GA500 را شامل کنترل موتور، ویژگیهای حفاظتی و نرمافزاری طراحی و تعبیه کرده است تا بهرهوری سیستمهای صنعتی و بازدهی انواع موتورها افزایش یابد. این قابلیتها در این بخش معرفی و تشریح شدهاند.
کنترل موتور
اینورتر یاسکاوا سری GA500 قادر است انواع موتورهای صنعتی را راهاندازی و کنترل نماید. همانطور که در قسمت قبلی مقاله به آن اشاره شد، این درایو علاوه بر موتورهای القایی، موتورهای مغناطیس دائم و موتورهای سنکرون رلوکتانسی را نیز کنترل میکند. اینورتر نسل قدیم V1000 بطور محدود از موتورهای مغناطیس دائم پشتیبانی میکند به گونهای که تنها کنترل برداری حلقه باز میتواند برای این نوع موتور اعمال شود. درایو GA500 از طرفی دیگر، قادر است از کنترل برداری حلقه باز و پیشرفته بهره گیرد.
درایو یاسکاوا GA500 از تنظیم خودکار (auto-tuning) حالت چرخشی و ایستاده بطور کامل پشتبانی میکند؛ در حالی که این قابلیت برای موتورهای مغناطیس دائم توسط درایوهای V1000 پشتیبانی نمیشود. همچنین قابلیتهای کنترل خودکار انرژی جهت کاهش مصرف انرژی و صرفهجویی در آن در درایوهای GA500 موجود میباشد که دقت و گشتاور بالایی را تضمین میکند. یاسکاوا با بهبودهای موجود در سری GA500 باعث افزایش دقت، انعطافپذیری و کارایی در کنترل موتورهای مغناطیس دائم (PM) شده است.
قابلیتهای نرمافزاری
GA500 از نرمافزارهای پیشرفتهای برای تنظیم و پایش بهره میبرد. نرم افزار نسخه دسکتاپ DriveWizard Industrial، امکان مدیریت پارامترها و راهاندازی سریع را فراهم میآورد و نسخهی موبایل آن (DriveWizard Mobile) اجازه برنامهریزی و نظارت بر درایو از طریق تلفن همراه را میدهد. درایو بهطور خودکار اطلاعات خود را به سرویس ابری Yaskawa Drive Cloud ارسال میکند و این اطلاعات در دسترس قرار میگیرند. همچنین محیط برنامهنویسی DriveWorksEZ با بیش از 400 بلوک آماده و بهصورت Function Block Diagram، امکان پیادهسازی توابع کاربردی سفارشی را مستقیماً در درایو فراهم میکند.
یک قابلیت جدید GA500 امکان برنامهریزی و بهروزرسانی پارامترها از طریق پورت USB حتی در صورت قطع برق اصلی است که سرعت و سهولت تنظیم میان چند درایو را بطور چشمگیری افزایش میدهد.
طراحی، ابعاد و سهولت نصب و راهاندازی
این درایو در مقایسه با رقبا تا ۳۰٪ کوچکتر بوده و بهطورکلی footprint آن مشابه مدل V1000 است. از جمله نوآوریها در درایو GA500، امکان نصب درایوها در کنار هم و بدون هیچ فاصله هوایی است. بهطوری که برخلاف V1000 که نیاز به ۲ میلیمتر فاصله کناری دارد، GA500 میتواند بدون فضای اضافی در کنار درایوها قرار گیرد. بدنهی GA500 نسبت به نسل قدیم مقاومتر شده و بر اساس استاندارد RoHS2 و استانداردهای حفاظتی طراحی شده است.
ویژگیهای حفاظتی و ایمنی
درایو GA500 دارای ویژگیهای ایمنی پیشرفتهای میباشد. این مدل از درایو، از تابع ایمنی ایستایی گشتاور (STO) تعبیه شده با سطح ایمنی SIL3/PL e پشتیبانی میکند؛ در حالی که مدلهای قدیمیتر مانند V1000 یا A1000 صرفاً SIL2/PL d را ارائه میکردند. علاوه بر این، گواهیهای بینالمللی گسترده (مانند UL، CE و TUV) و بکارگیری مواد سازگار با محیط زیست در ساخت آن مشهود است.
قابلیتهای ارتباطاتی
درایو GA500 در حوزه ارتباطات صنعتی، انعطافپذیری وسیعی دارد. این درایو با استفاده از آپشن کارت (Option Card) از پروتکلهای مدرن و استاندارد مانند DeviceNet، EtherCAT، PROFINET، EtherNet/IP، PROFIBUS-DP و MODBUS TCP/IP پشتیبانی میکند. شرکت یاسکاوا پروتکل Modbus را بهصورت تعبیهشده در سختافزار مدل GA500 نصب کرده است. این پروتکل همچنین امکان ارتباط شبکهای بین چندین درایو را فراهم میکند و نظارت و کنترل متمرکز سیستمها را سادهتر میسازد.
بهطور خلاصه، GA500 تمام استانداردهای ارتباطی رایج را در بر میگیرد. در مدلهای A1000 و V1000 درایوها از پروتکل Modbus RTU پشتیبانی میکردند، اما شرکت یاسکاوا در مدل GA500 این پروتکل را با Modbus TCP جایگزین کرده است.
قابلیتهای نوین اینورتر یاسکاوا سری GA700
در قسمت قبل سعی شد قابلیتها و نوآوریهای اینورتر GA500 با اینورتر V1000 مقایسه شود. اکنون ما در این قسمت سعی کردهایم نوآوریهای GA700 با مدل قدیمی معادل خودش، یعنی A1000 مقایسه کنیم.
کنترل موتور
درایو GA700 از کنترل نرمافزاری جدیدی برخوردار است که امکان کنترل انواع موتور القایی، موتور مغناطیس دائم (سطحی و داخلی) و موتورهای سنکرون رلوکتانسی را با انکدر و یا بدون انکدر را فراهم میکند. علاوه بر این مورد، درایو GA700 از روشهای closed/open-loop vector control و کنترل مبتنی بر ولتاژ بر فرکانس (V/f) پشتیبانی میکند. این قابلیتها اجازه میدهند که در سرعت صفر نیز گشتاور تولید گردد.
در مقابل، درایو A1000 تنها موتورهای القایی و موتورهای مغناطیس دائم سطحی و داخلی را کنترل میکند و از الگوریتمهای Vector حلقه باز و حلقه بسته پشتیبانی مینماید. به طور خلاصه، GA700 طیف وسیعتری از موتورها (شامل موتورهای سنکرون و رلوکتانسی) را میتواند به طور دقیق کنترل کند و کنترل برداری آن پیشرفتهتر از سری A1000 است.
نرم افزارها و ابزار پیکربندی
برای پیکربندی و نظارت، سری A1000 از نرم افزار DriveWizard Industrial روی کامپیوتر شخصی پشتیبانی میکند و امکان برنامهنویسی منطقی با DriveWorksEZ را دارد. در حالی که GA700 علاوه بر DriveWizard دسکتاپ، اپلیکیشن DriveWizard Mobile (با قابلیت اتصال به Yaskawa Drive Cloud) و بلوتوث را نیز معرفی کرده است. یاسکاوا در سری GA700 یک پورت USB تعبیه کرده است که امکان برنامهنویسی بدون منبع تغذیه را فراهم میکند. در حالی که سری A1000 برای انتقال پارامترها به USB خارجی نیاز داشت. تابع DriveWorksEZ در هر دو درایو موجود است. یاسکاوا آن را در GA700 بهصورت آماده درونسازی کرده و با رابط گرافیکی کاربرپسندتر ارائه کرده است.
طراحی فیزیکی و نصب
درایو GA700 طرحی فشرده و جدیدی دارد که نصب سریعی را امکانپذیر میکند. به عنوان مثال میتوان GA700 را بصورت پهلو به پهلو (و بدون فاصله اضافی) نصب کرد که فضای تابلو را کاهش میدهد. PCBهای این درایو پوشش محافظ (coated PCB) دارند و مدل استاندارد IP20 (با کیت اختیاری NEMA1 برای محیطهای بسته) است. به علاوه، سری GA700 دارای ترانزیستور ترمزی داخلی (تا 90 کیلووات) و خازنها و فنهای با طول عمر بالاست.
محدوده دمای مجاز محیط برای GA700 از -10 تا 60 درجه سانتیگراد است و این درایو میتواند تا دمای 50 درجه سانتیگراد بدون اعمال ضریب کاهش توان (derating factor) به عملکرد خود ادامه دهد. به طور خلاصه، GA700 نسبت بهA1000 ابعادی فشردهتر، عمر قطعات بالاتر و توانایی کار در دمای بالاتری دارد.
ایمنی و حفاظت
هر دو مدل A1000 و GA700 حفاظتهای الکتریکی و حرارتی پیشرفتهای دارند، از جمله حفاظت حرارتی موتور و محافظت در برابر اضافه جریان. یاسکاوا GA700 را به طور ویژه با ویژگیهای ایمنی تعبیه کرده است: مدار دو کاناله (Safe Torque Off) STO با استاندارد SIL3/PL e تا بدون نیاز به کنتاکتور مکانیکی، قطع قابل اطمینان را فراهم کند.
سری A1000 از طرفی دیگر، دارای STO داخلی است اما تنها تا رتبه PL c، EN ISO 13849-1 Cat.3 و SIL 2 قابل تامین است. هر دو درایو برای عمر طولانی طراحی شدهاند. سایت رسمی YASKAWA نشان میدهد که یاسکاوا این درایو را برای عمر طولانی حدود 10 سال بدون نیاز به تعمیرات عمده ساخته است. GA700 علاوه بر این از پایش طول عمر عملکردی روی فنها و خازنها پشتیبانی میکند و هشدار تعویض قطعات را قبل از خرابی میدهد.
قابلیتهای ارتباطاتی
درایو GA700 انعطافپذیری شبکهای بالایی دارد. یاسکاوا انواع ماژولهای ارتباطاتی را برای آن عرضه کرده که شامل PROFIBUS-DP، Modbus-TCP، Powerlink، Ethernet/IP، EtherCAT، DeviceNet و … میشود. علاوه بر این، تغذیه حفاظتی ورودی 24 ولت باعث تداوم ارتباط شبکه در زمان قطعی برق میشود. اینورتر یاسکاوا سری A1000 نیز پروتکلهایی مانند Modbus RTU روی RS-485 را بهصورت داخلی پشتیبانی میکند. بهطور کلی، GA700 با پوشش یکپارچه شبکههای مدرن و پشتیبانی از ابزارهای نسل جدید (اپلیکیشن موبایل، فضای ابری و. پورت USB) نسبت به A1000 گامهای جدیدی در حوزهی ارتباطات برداشته است.
جمعبندی
در این مقاله ابتدا سعی شد در مورد نحوهی کارکرد درایوهای صنعتی بحث گردد. ابتدا درباره حالتهای سبک کار و سنگین کار درایوها بحث شد. سپس تکنولوژیهای جدید سریهای GA500 و GA700 معرفی شدند که طراحی، حالتهای کنترلی، پروتکلهای ارتباطی، نرمافزارها و ابزارهای پیکربندی آنها را بهبود میبخشند. در ادامه، سریهای جدید GA500 و GA700 با سریهای قدیمیتر اینورتر یاسکاوا مانند A1000 و V1000 مورد مقایسه قرار گرفتند.
