Description
ما هو الـ VFD؟مغير التردد (VFD) اختصار variable frequency drive ويسمى الانفرتر هو جهاز مصنوع من أشباه الموصلات يقوم بالتحكم في سرعة وعزم دوران المحرك الكهربائي عن طريق تغيير التردد والجهد لمصدر الطاقة الداخل للمحرك. ويقوم أيضًا بالتحكم في تشغيل وإيقاف المحرك بشكل سلس.يمكن لجهاز الـ VFD التحكم بسرعة المحرك من خلال تغيير قيمة التردد لأن العلاقة بين التردد والسرعة طردية كما في المعادلة التاليةN=120f/pحيث N سرعة الدوران(دورة لكل دقيقة)، f تردد المصدر (هيرتز)، p عدد أقطاب المحرك.على الرغم من أن ال VFD يتحكم في تردد وفولتية الطاقة الداخلة للمحرك، فإننا غالبًا ما نشير إلى ذلك باسم التحكم في السرعة، لأن النتيجة هي تعديل سرعة المحرك بواسطة تغيير التردد والجهد.كيف يعمل VFD؟بشكل أساسي، يأخذ VFD الجهد المتردد ويحوله إلى جهد مستمر بواسطة دائرة تقويم، ويقوم بفلترة جهد التيار المستمر، ثم يحول الجهد المستمر مرة أخرى إلى جهد متردد بواسطة دائرة العاكس. عادة ما يكون تردد خرج الجهاز من 0 إلى تردد المصدر، ويمكنه أيضًا زيادة التردد إلى قيم أعلى من قيمة تردد المصدر، وبالتالي يمكنه التحكم بالسرعة للمحرك بواسطة تغيير قيمة التردد.وقد تتساءل لماذا يقوم الـ VFD بتحويل الجهد من متردد إلى مستمر ثم إلى متردد؟ الغرض من هذه التحويلات هي الحصول على تردد متغير وأبسط طريقة لهذا هي تحويل الجهد المتردد إلى مستمر ومن ثم يمكن تغيير التردد عند تحويل الجهد المستمر إلى متردد مرة أخرى بواسطة دائرة العاكس.تُستخدم الـ VFD في التطبيقات التالية:في التطبيقات التي تتطلب التحكم الكامل في السرعة.عند الحاجة لتوفير الطاقة.التطبيقات التي تتطلب تحكم خاص.تركيب الـ VFDبشكل عام يتكون الـ VFD من أربع أقسام لكل قسم وظيفته الخاصة، وهي دائرة التقويم، مرشح التيار المستمر، العاكس (Inverter)، وحدة التحكم.مميزات استخدام جهاز VFDتقوم ال VFD بالتحكم الكامل في السرعة وأيضًا تعمل على توفير الطاقة المستهلكة مع تحسين الكفاءة والتحكم البسيط للمحركات.تحسين الكفاءة: طرق التحكم في السرعة التقليدية تهدر الكثير من الطاقة مقارنة بال VFD، لذلك يتم استخدام VFD في الصناعات لزيادة كفاءة المحرك والحفاظ على كمية كبيرة من الطاقة.الدقة في التحكم: يسمح VFD بتحكم أكثر دقة في السرعة باستخدام الحساسات لتشغيل المحرك بسرعة فعالة تزيد من سرعة الإنتاج في الصناعات.الحد من تيار البدء: ينتج المحرك تيار بدء كبير أثناء بدء تشغيله يصل لحوالي 5 إلى 8 مرات من التيار المقدر. يمكن أن تتلف ملفات المحرك، ويعمل الـ VFD على الحد من تيار البدء.إطالة العمر الافتراضي للمعدات: يعمل VFD على بدء تشغيل المحرك وإيقافه بأمان مع تغيير تدريجي في السرعة دون أي اهتزازات ميكانيكية مما يطيل من العمر الافتراضي للمحرك.انخفاض الصيانة: يقلل التشغيل السلس للمحركات من الضغط الميكانيكي ويزيل الاهتزازات التي تقلل في النهاية من الصيانة المطلوبة لهذا المحرك. وبالتالي تقليل التكلفة على المدى الطويل.معامل القدرة: يؤدي انخفاض معامل القدرة إلى فقدان في الطاقة ويعمل VFD على تحسين معامل القدرة للاستفادة من الطاقة بشكل أكثر كفاءة.الحماية: يمكن أن يوفر VFD أيضًا الحماية ضد الحمل الزائد والجهد الزائد وسقوط الفاز. ويقوم مباشرة بإيقاف تيار التيار في حالة حدوث مثل هذه الأعطال لحماية الحمل المتصل من التلف.سهولة التركيب: يسهل تركيبها وتشغيلها مع واجهة مستخدم سهلة التشغيل والاستخدام.عيوب انفرتر VFDتتمتع VFD بالعديد من المزايا ولكنها بالمقابل غالية الثمن، وتحتاج لمساحة أكبر من السوفت ستارتر، وتولد توافقيات Harmonic تؤثر على المعدات الكهربائية المتصلة معها بالتوازي. لذلك، فإنه يتطلب مرشحات إضافية.ما هو السوفت ستارتر soft starter؟السوفت ستارتر أو التشغيل الناعم (soft starter) هو جهاز يعمل على التحكم في بدأ تشغيل المحرك الكهربائي الكترونيًا وذلك بالتحكم بالجهد حيث يعمل على زيادة الجهد تدريجيًا من الصفر حتى يصل إلى قيمته الكاملة بشكل تدريجي خلال فترة زمنية محددة، بهدف تقليل الضغط الميكانيكي على المحرك من خلال السماح له بالتسارع التدريجي لفترة من الوقت.يعمل جهاز سوفت ستارتر على الحد من تيار بدء المحرك وعزم البدء عن طريق زيادة تدريجية (ramping) للجهد المطبق على المحرك أثناء بدء تشغيل المحرك. يتم استخدامه بشكل شائع في العمليات التي تتطلب بدء تشغيل وإيقاف سلس للمحركات وآلات الجر. يمكن ضبط زمن تزايد الجهد بالكامل، عادةً من 2 إلى 30 ثانية. نتيجة لذلك يمكن الحد من تيار البدء العالي إلى 2 - 4 أضعاف من تيار الحمل الكاملة.حيث أنه يعمل على خفض جهد المحرك وبالتالي فإن تيار وعزم بدء المحرك يكونا منخفضين أيضًا، اذ أن تزايد العزم التدريجي يمكن التحكم به بتزويد الحمل بالعزم المتناسب حسب حاجته مما يقلل من الصيانة الميكانيكية للمحرك وناقلات الحركة المتصلة به. كما أن بعض أنواعها يحتوي على ميزة التوقف الناعم (soft stop) عند فصل مصدر الجهد مما يجنب الكثير من التطبيقات خطر الأعطال الميكانيكية التي تنتج عن التوقف المفاجئ عند فصل جهد المصدر.مكونات جهاز السوفت ستارتريتكون الـ softstarter من عدد قليل من المكونات الرئيسية هي: الثايرستور التي يمكنها تنظيم الجهد الكهربائي للمحرك، ولوحة الدوائر المطبوعة (PCB) التي تستخدم للتحكم في الثايرستور. بالإضافة إلى المشتت الحراري والمراوح لتبديد الحرارة، ومحولات التيار لقياس التيار، وأحيانًا شاشة عرض ولوحة مفاتيح ثم الغلاف. اعتمادًا على طراز الـ softstarter، بعض الأنواع تكون مزوده بأوفرلود حراري مدمج (EOL) مما يلغي الحاجة إلى توصيل اوفرلود خارجي.فيما يأتي أهم وظائف أجزاء السوفت ستارتر الرئيسة1- الثايرستور: جهاز الكتروني مصنوع من أشباه الموصلات يعمل كمفتاح الكتروني، يتم التحكم في قيمة الجهد والتيار الواصل إلى الحمل عن طريق التحكم في زاوية قدح الثايرستور firing angel.2- الدائرة الالكترونية المطبوعة PCB: تستخدم للتحكم في زاوية قدح الثايرستور وأيضًا لحساب القدرة ومعامل القدرة وحفظ البيانات وتخزينها، وغيرها..3- مبرد حراري والمروحة: يستخدم للتخلص من الحرارة الزائدة عند البدء وخلال التشغيل، وتعتمد على حجم الجهاز وفي بعض الأجهزة الصغيرة لا يوجد فيها مروحة4- غطاء خارجي: يصنع عادة من البلاستك المقوى لحماية الأجزاء الداخلية للجهاز.فكرة عمل السوفت ستارتريتكون الجهاز من مجموعة من الكروت الالكترونية و ذلك للتحكم بتشغيل المحرك. تتكون دوائر القوى من إثنين من الثايرستور في وضع متعاكس (Back to Back) يعرف أيضًا باسم (الترياك) متصل في كل فازه ويتم تغيير قيمة الجهد عن طريق تغيير زمن توصيل هذه الثايرستورات خلال كل نصف دورة للجهد ويقل جهد الخرج كلما زاد زمن الاشتعال ويتم التحكم في هذه المنظومة عن طريق معالج دقيق (Microprocessor)، بالإضافة الى بعض الخصائص الأخرى كمراقبة وحماية المحرك.يبدأ السوفت ستارت ببطء وتدريجيًا في تطبيق الفولتية المتزايدة على المحرك. يسمح هذا بتزايد سلس للطاقة بدلاً من الاندفاع المفاجئ والعنيف للطاقة الذي يمكن أن يتسبب في تلف المحرك والماكينة ككل. في حين أن معظم طرق بدء الحركة المباشرة تتسبب بحدوث ارتفاع هائل للتيارات الكهربائية دفعة واحدة إلى المحرك، فإن أجهزة الـ soft starter توفر تزايد خطي سلس وثابت للطاقة. هذا يقلل من التآكل الكلي على دوائر المحرك، مما ينتج عنه زيادة العمر الافتراضي للمحرك وأقل عرضة للتلف بسرعة. اعتمادًا على نوع الـ soft starter الذي تشتريه، يتميز بعض الأنواع بإمكانية ضبط جهد البدء وطول الوقت الذي يستغرقه المحرك حتى يتم تشغيله بالكامل.مميزات جهاز سوفت ستارتر Soft Starterيمتاز جهاز سوفت ستارتر بالمزايا الآتية:تقليل تيار البدئ الذي يصل 8 أضعاف التيار المقنن الى 3 أضعاف.تقليل عزم البدء الي الحد المناسب للحمل.تقليل الاجهادات علي المنظومة الميكانيكية (صندوق التروس ، السيور، وغيرها).إمكانية زيادة عدد مرات بدء التشغيل في الساعة.تقليل تكاليف التوصيل (6 كابلات في حالة دائرة ستار/ دلتا و3 كونتاكتور)تشغيل متغير تدريجي للعزم والجهد حسب حاجة الحمل.الإيقاف التدريجي الذي يمنع حدوث انزلاقات السيور ويمنع ظاهرة المطرقة المائية في حالة استخدامه مع طلمبات المياه (عند إغلاق المضخة بشكل مفاجئ يتسبب هذا بحدوث ضغط على الانابيب ويؤثر عليها بشكل كبير وتسمى هذه بالمطرقة المائية Water hammer).ليس هنالك هبوط في الجهد ما يجعل الأجهزة المتصلة به أكثر أمنًا.لا يحتاج الى صيانة ميكانيكية.عيوب السوفت ستارترتكلفته أعلى من دوائر ستار دلتا.لا يمكنه التحكم بسرعة المحرك، غير مناسب للتطبيقات التي تتطلب تحكم بالسرعة.الحرارة العالية المتولدة منه.تطبيقات السوفت ستارتريُستخدم السوفت ستارتر في التطبيقات التي تتطلب زيادة متدرجة للتيار والعزم مثل مضخات المياه حيث يؤدي تشغيل المحرك بشكل مباشر لارتفاع تيار البدء لقيم عالية جدًا وهذا بدوره يزيد من قيمة الضغط في الأنابيب عند بدء التشغيل مما يؤثر على المنظومة، وكذلك في السيور الناقلة في المصانع يؤدي تيار البدء العالي لحدوث اجهادات ميكانيكية على المحرك والتروس المرتبطة به، وتحتاج لصيانة كثيرة ويقل عمرها.فيما يلي أهم استخدامات السوفت ستارتر:الطلمبات (مضخات رفع المياه)المراوحالكباساتناقلات الحركة (السيور)(كما يمكن استبدال بادئات الحركة التقليدية مثل دائرة الستار/ دلتا لأي تطبيق بسهولة).طرق توصيل جهاز التشغيل الناعم soft starterتوجد طريقتين لربط السوفت ستارتر مع المحركـ، التوصيل المباشر وهي الطريقة الأكثر شيوعًا، وتوصيلة دلتا، وفي الواقع هناك أنواع قليلة فقط من السوفت ستارتر يمكن ربطها بطريقة دلتا.طريقة التوصيل المباشر ln Line connectionيتم توصيل جهاز السوفت ستارتر على التوالي مع كونتاكتور ومرحل الحماية الحراري، في حالة التوصيل المباشر يجب أن يكون لكل الأجهزة في الدائرة نفس تصنيف تيار المحرك المقنن.ثلًا إذا كان تيار المحرك المقن يساوي 1OOA وعليه فإن تيار أجهزة الدارة ( المرحل الحراري، جهاز starter Soft، الكونتاكتور) يجب أن تكون ذات سعة 100A مثل الموتور.طريقة التوصيل دلتا lnside Delta connectionطريقة توصيل دلتا تمكننا من وضع جهاز سوفت ستارتر في دائرة دلتا بطريقة تسهل علينا استبداله مكان دائرة ستار دلتا الموجودة.ند ربط سوفت ستارتر بطريقة دلتا فإنه يسحب 58% فقط من تيار الخط وبهذه الطريقة يمكن خفض قدرة الجهاز لتوفير حل اقتصادي بتكلفة منخفضة، مثلًا إذا كان تيار المحرك المقن يساوي 1OOA وعليه فإن تيار جهاز Soft starter والكونتاكتور يجب أن تكون ذات سعة 58A.ويجب مراعاة أن يكون المحرك مصمم للعمل على توصيلة دلتا (يحتوي صندوق تجميعه على ستة أطراف)مكان الكونتاكتر الرئيسيعند ربط السوفت ستارتر بطريقة دلتا هناك خيارين لمكان الكونتاكتر: إما داخل توصيلة دلتا أو خارجها،هذه الطريقتين تؤدي نفس الغرض، ولكن في الخيار الأول عندما يكون الكونتاكتر خارج توصيلة دلتا يجب اختياره بحسب تيار المحرك المقنن، بينما إذا كان الكونتاكتر داخل توصيلة دلتا فيمكن اختياره بحسب 58% من تيار المحرك المقننيمكن توصيل السوفت ستارتر والتحكم به يدويًا باستخدام مفاتيح تشغيل وإيقاف او يمكن التحكم بها أوتوماتيكيًا عن طريق ربط السوفت ستارتر مع الـ PLC.
