درایوهای الکتریکی، به عنوان ابزارهای مهم در کنترل و بهینه‌سازی سرعت چرخش موتورهای الکتریکی، نقش مهمی ایفا می‌کنند. این درایوها به وسیله تغییر ولتاژ، جریان، یا فرکانس تغذیه به موتور، سرعت، جهت و عملکرد موتور را کنترل می‌کنند. در زیر به تعریف، کاربردها و انواع مهم درایوهای الکتریکی می‌پردازیم:
درایو الکتریکی چیست؟
درایو الکتریکی یک سیستم کنترلی است که برای کنترل سرعت، جهت و عملکرد یک موتور الکتریکی استفاده می‌شود. موتورهای الکتریکی به تنهایی قابلیت تولید حرکت مکانی را دارند، اما درایو الکتریکی به عنوان یک واسطه میان کنترل‌کننده (معمولاً یک کامپیوتر یا میکروکنترلر) و موتور الکتریکی عمل می‌کند تا عملکرد دقیق‌تر و بهینه‌تری را ایجاد کند.
انواع درایو الکتریکی
درایوهای الکتریکی می‌توانند بر اساس ملاک‌های گوناگونی طبقه‌بندی شوند. یکی از روش‌های طبقه‌بندی معمول بر اساس طراحی و نحوه عملکرد آن‌ها به سه دسته زیر تقسیم می‌شود:
1. درایو تک‌موتور:
این نوع درایوهای الکتریکی برای کنترل و بهینه‌سازی یک موتور الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. از این نوع درایوها به‌طور گسترده در لوازم خانگی مانند ماشین‌لباسشویی، یخچال و… و همچنین در دستگاه‌های کار با فلزات مثل دستگاه‌های جوش و تراش استفاده می‌شود.
2. درایو موتور گروهی:
درایوهای الکتریکی این دسته برای کنترل گروهی از موتورها به‌کار می‌روند. این درایوها در صنایع مدرن مانند خطوط تولید، تاسیسات صنعتی و سیستم‌های اتوماسیون صنعتی استفاده می‌شوند.
3. درایو چندموتوره:
در صنایع سنگین یا در حوزه حمل و نقل ریلی، اغلب چندین موتور الکتریکی در یک سیستم مشغول به کار هستند. درایوهای الکتریکی این دسته با هدف کنترل همزمان چند موتور، به کار می‌روند.
همچنین، درایوهای الکتریکی بر اساس توانایی تغییر جهت شار به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
1. درایو برگشت‌پذیر:
این نوع درایوها قابلیت تغییر جهت جریان شار در موتور را دارند و به کنترل دقیق و تغییرپذیر سرعت و جهت چرخش موتورها کمک می‌کنند.
2. درایو غیرقابل برگشت:
درایوهای این دسته توانایی تغییر جهت شار در موتور را ندارند و معمولاً برای کاربردهایی که نیاز به جهت‌دهی دقیق نیستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
همچنین، دیگر دسته‌بندی‌هایی نیز وجود دارد که بر اساس معیارهای مختلف انجام می‌شود، مانند:
– درایوهای AC و DC: بر اساس منبع تغذیه، درایوهای الکتریکی به دو دسته AC و DC تقسیم می‌شوند.
– درایوهای سرعت ثابت و سرعت متغیر: بر اساس سرعت کاری موتورها، درایوهای سرعت ثابت و سرعت متغیر داریم.
– دسته‌بندی‌های گشتاورپایدار و توان‌پایدار: بر اساس معیار کنترل (گشتاور یا توان)، درایوهای الکتریکی می‌توانند در این دسته‌بندی‌ها قرار گیرند.
اجزا و قطعات درایو الکتریکی
یک درایو الکتریکی از اجزا و قطعات گوناگونی تشکیل شده است که به تفصیل آن‌ها را معرفی می‌کنیم:
1. موتور: موتور در انواع مختلفی وجود دارد، از جمله موتورهای DC، AC، سنکرون و القایی. هرکدام از این دسته‌بندی‌ها نیز به زیردسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. به عنوان مثال، موتورهای DC به دسته‌هایی مانند تحریک موازی، تحریک سری، آهنربای دائمی و کمپوند تقسیم می‌شوند. انتخاب نوع موتور وابسته به نیاز کاربرد و خصوصیات مورد نیاز است.
2. مدولاتور توان: این قطعات وظیفه تغییر فرکانس و شدت جریان را دارند. مدولاتورهای توان به دسته‌هایی مانند مبدل، مدار امپدانس متغیر و مدار سوئیچینگ تقسیم می‌شوند. مبدل‌ها نیز به پنج دسته AC به DC، تنظیم‌کننده‌ی AC، برش‌دهنده‌ی DC، اینورتر و سیکلوکانورتر تقسیم می‌شوند.
3. واحد کنترل: واحد کنترل برای مدیریت و بهینه‌سازی عملکرد مدولاتور توان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این واحد باید به نوع مدولاتور توان و نیازهای سیستم تطابق داشته باشد و مسئولیت کنترل و مراقبت از موتور و ماژول‌های قدرت را برعهده دارد.
4. واحد سنجش: این واحد برای سنجش و نظارت بر سرعت و عملکرد موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، وظیفه‌ی حفاظت از موتور و سیستم را نیز برعهده دارد.
5. منبع تغذیه: این قطعه مسئول تأمین انرژی برای درایو است. منبع تغذیه می‌تواند انواع مختلفی داشته باشد، از جمله منابع دیزلی، بنزینی، توربین بخار و غیره که به نیاز و شرایط سیستم وابسته است.
این اجزا و قطعات با همکاری و هماهنگی، عملکرد درایو الکتریکی را بهبود می‌بخشند و کنترل دقیق‌تری را برای موتورها ایجاد می‌کنند. هر قطعه و واحد درایو نقش مهمی در کارکرد کلی سیستم ایفا می‌کند و همگام با یکدیگر کار می‌کنند تا عملکرد بهینه موتورها را تضمین کنند.
مزایا و کاربرد درایوهای الکتریکی
درایوهای الکتریکی دارای مزایا و کاربردهای متعددی هستند که بهبود کنترل حرکت چرخشی موتورها تنها یکی از آن‌هاست. در زیر مزایا و کاربردهای اصلی درایوهای الکتریکی را برشمرده‌ایم:
مزایا:
1. چندوظیفگی و تنوع: درایوهای الکتریکی قابلیت تنظیم و کنترل سرعت، گشتاور و قدرت موتورها را دارا هستند. این تنوع به مهندسان اجازه می‌دهد تا در صنایع مختلف از آن‌ها بهره‌برداری کنند.
2. منعطفی: این درایوها مختصات کنترل را به شکل دامنه‌دار ارائه می‌دهند و به راحتی می‌توان آن‌ها را به نیازهای بار و نوع موتورها تطبیق داد.
3. سازگاری با شرایط مختلف: درایوهای الکتریکی با شرایط عملیاتی متنوع سازگاری دارند و می‌توانند در محیط‌های مختلف به کار روند.
4. حفاظت از محیط زیست: استفاده از درایوهای الکتریکی به دلیل استفاده از انرژی الکتریکی که ارزان‌تر و پس‌دسترس‌تر است، به حفاظت از محیط زیست کمک می‌کند و از آلاینده‌های محیطی کاهش می‌دهد.
5. راه‌اندازی سریع و کارآمد: درایوهای الکتریکی بدون نیاز به مراحل پیچیده راه‌اندازی بارگیری را انجام می‌دهند و عملکرد سیستم را به سرعت بهبود می‌بخشند.
6. کارایی انرژی: مصرف انرژی الکتریکی به‌عنوان منبع تغذیه درایوها اقتصادی‌تر و مقرون به صرفه‌تر است نسبت به منابع سوخت فسیلی.
کاربردها:
1. آسانسورها: درایوهای الکتریکی در کنترل حرکت آسانسورها و جرآوری افراد و بار در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند.
2. صنایع تولیدی: در خطوط تولید و فرآوری صنایع مختلف، از درایوهای الکتریکی برای کنترل موتورها و دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شود.
3. حمل و نقل ریلی: در سیستم‌های حمل و نقل ریلی مانند قطارها و متروها، درایوهای الکتریکی جهت کنترل سرعت و حرکت به کار می‌روند.
4. پمپ‌ها و فن‌ها: در صنایع پمپاژ و تهویه مطبوع، درایوهای الکتریکی برای کنترل پمپ‌ها و فن‌ها به کار می‌روند.
5. صنعت نساجی و بافندگی: در کنترل دستگاه‌های نساجی و بافندگی نیز از این درایوها استفاده می‌شود.
6. صنایع خودروسازی: در تولید و کنترل خطوط تولید خودروها، درایوهای الکتریکی جهت کنترل موتورها و دستگاه‌های مرتبط استفاده می‌شوند.
درایوهای الکتریکی از سال ۱۸۷۰ وارد صنعت شدند و به مرور زمان با پیشرفت‌های بیشتر در فناوری، در تمام حوزه‌های صنعتی و زندگی روزمره به کار گرفته می‌شوند و نقش مهمی در بهبود کارایی و کنترل فرآیندها ایفا می‌کنند.
