במידה מסוימת, רוב הבקרה האוטומטית כוללת בקרת מנוע, במיוחד באוטומציה במפעל. יישומים כגון משאבות, מאווררים, רובוטים ורצועות מסוע משתמשים כולם במנועים. בין אם מדובר במנוע AC תלת פאזי כללי, שמתאים למערכות מיתוג פשוטות, או מנוע עומס אינוורטר שתוכנן במיוחד לפעולה עם כוננים בתדר משתנה (vfd), ניתן לומר שמנועים נמצאים בכל מקום כמעט בכל תעשיות הייצור. בדוק את הסוגים השונים של בקרות מנוע AC הזמינות.
אפשרויות בקרת מנוע AC
למרות שישנם סוגי מנועים שונים במצבים שונים, גודל המנוע שונה כדי להתאים אותו לעומסים שונים. גדלי מנוע שונים מביאים תוכניות התנעת מנוע שונות. מנועים קטנים לשימוש כללי מחוברים בדרך כלל למעגל החשמל הראשי באמצעות מפסק ראשי או נתיך. המגע מאפשר ומשבית את אספקת החשמל של המנוע, בעוד עומס יתר מגן על הציוד המונע על ידי המנוע מפני זרם יתר/התחממות מקרי, העלול להיגרם מחסימה או תקלה.
1. הפעל את מגשר מנוע AC
כפי שהשם מרמז, כאשר המעגל מופעל, מתנע המנוע הצולב מחיל מיד מתח מלא, זרם ומומנט על המנוע. בתעשייה, מתנעי מנועים הם שיטת ההתנעה הנפוצה ביותר למנועי חוצי קו. בדרך כלל, מתנע מנוע כולל מגע לפתיחה או סגירה של זרימת האנרגיה למנוע, וממסר עומס יתר להגנה על המנוע מפני עומס תרמי.
במקרה של תקלה במגע מופעל על הסליל מתח שסוגר את המגעים. כאשר הסליל מופעל, המגעים סגורים ונשארים סגורים עד שהסליל מתבטל. מכיוון שהמנוע הוא התקן אינדוקציה, ניתוק הזרם (מגנטיזציה, או יצירת מנוע ומומנט, או עומס) קשה יותר מהפעלתו. לכן, למגע חייב להיות כוח סוס נקוב וזרם נקוב.
כדי להגן על המנוע מפני זרמי יתר בכל שלב, לממסר עומס יתר שלושה אלמנטים של חישת זרם. אם זרם עומס היתר חורג מהזמן שנקבע של הממסר מספיק זמן, קבוצה של מגעים תיפתח כדי להגן על המנוע מפני נזק.
המתנע למעבר הופך את סיבוב הציר של מנוע תלת פאזי על ידי החלפת שני השלבים המספקים את המנוע. למתנע המגנטו ההפוכה יש מגעים קדימה ואחורה כחלק מההרכבה. הבטחה שהמגעים הקדמיים והאחורים לעולם אינם מגע בו-זמנית, דורשת חיבורים חשמליים ומכניים כאחד.
בדרך כלל, ניתן לשלוט במעגל ההתנעה של מנוע AC על ידי כפתור פשוט או אות מרחוק, כגון בקר לוגי הניתן לתכנות (PLC).
כאשר מנוע ה-crossline מופעל, האפליקציה יכולה לפעול במהירות המקסימלית של המנוע, כאשר המהירות וערך נפילת המתח/שיא אינם מהווים בעיה. סטרטרים מנועים משמשים בדרך כלל למנועים קטנים יותר, והמשתמשים אינם זקוקים להשפעות הריכוך החשמליות והמכניות של סטרטרים רכים.
2. המתנע הרך ממזער זעזועים חשמליים ומכאניים
לשימוש בסטרטרים רכים יש יתרונות הן בהיבטים חשמליים והן בהיבטים מכניים. כאשר המנוע מופעל על כל הקו, יורגש זעזוע פתאומי מ-0 סל"ד למהירות מלאה של 1800 או 3600 סל"ד דרך העומס המכני המחובר על הקו, בדרך כלל ייצור פי 6 עד 10 זרם אמפר עומס מלא (FLA). המתנע הרך יכול להפחית את עומס המנוע, את הזרם שבו הוא משתמש ואת ההשפעה על מכונות במורד הזרם.
חשמל לא משנה כאשר חברת החשמל מפעילה מנוע 1 כוח סוס מעבר לקו. אבל עדיין יש השפעה מכנית מסוימת על ציוד במורד הזרם. עם זאת, התנעה של מנוע 300 כוחות סוס ימשוך את תשומת הלב של חברת החשמל. פסגות בזמן הלא נכון של היום עלולות לגרום לחיובים. מנועים גדולים יותר מפעילים השפעה מכנית גדולה יותר על ציוד במורד הזרם. היתרון בשימוש בסטרטר רך הוא שהוא לא יפגע במכונות במורד הזרם, וחברת החשמל לא תגבה תשלום עבור זרמי הפריצה העצומים הללו.
המתנע הרך משתמש במתח כדי לשלוט בזרם ובמומנט. מומנט המנוע פרופורציונלי לריבוע המתח המופעל. הזרם בעת האתחול קשור ישירות למתח המופעל על המנוע. ברוב המתנעים הרכים, ההתנעה והעצירה של המנוע מורכבת משלושה זוגות של מיישרי סיליקון נשלטים גב אל גב (SCR), התואמים את שלושת השלבים של המנוע. כיוון גב אל גב של התיריסטור יכול לשלוט במתח AC על ידי שינוי זווית ההצתה בכל חצי מחזור. בדרך כלל, מתח מלא או מתח מגביל זרם משמש כמתח ההתחלה.
מהירות המנוע מושכת את מגע המעקף כאשר הוא מגיע לסיבוב רגיל. בין אם מדובר במעקף פנימי ובין אם מדובר במעקף חיצוני, ה-SCR מפסיק את ההצתה, מה שהופך את המתנע הרך ליעיל יותר. לאחר מתן פקודת עצירת המנוע, ה-SCR שוב שולט בעצירה ממגע המעקף. המגע לא יפיק או יהרוס את העומס, מה שמאפשר שימוש במגעים ותיריסטורים קטנים יותר.
היעילות של המתנע הרך היא בין 99.5% ל-99.9%. בדרך כלל, המתח שירד על זוג התיריסטורים הוא פחות מ-1v. היעילות תלויה בגודל המתנע הרך ובמתח התלת פאזי המופעל. במקרים מסוימים, לאחר השלמת תהליך האתחול, התחלה רכה עם מעקף משולב מושכת את מגע המעקף הפנימי.
התיריסטור אינו מתלקח יותר, וכל זרם ההפעלה עובר דרך המגעים. כאשר פועל במהירות מלאה ועמוס כהלכה, המתנע הרך יעיל יותר מה-VFD, אך בניגוד ל-VFD, המתנע הרך אינו יכול לשלוט במהירות המנוע.
המתנע הרך משמש כאשר יש למזער את ההלם החשמלי והמכני של התנעת המנוע. מנועים קטנים יותר נועדו להגן על מכונות במורד הזרם מפני זעזועים מכניים. עבור מנועים גדולים יותר, בנוסף לציוד הגנה, זה יכול גם למזער את עלות הביקוש.
סטרטרים רכים משמשים בדרך כלל עם מסועים, משאבות, מאווררים ומפוחים. בניגוד ל-vfd, המשתמשים לא צריכים לדאוג לגבי יצירת הרמוניות. עם זאת, לסטרטר הרך אין בקרת מהירות.
3. ויסות מהירות המרת תדר, חיסכון באנרגיה
כאשר בקרת מהירות היא גורם ויעילות אנרגטית חשובה, vfd הוא הטוב ביותר. VFD שולט במהירות ובמומנט של מנועי AC על ידי התאמת תדר הכניסה והמתח לאינדוקציית AC תלת פאזי, מגנטים קבועים (פנימיים או משטחיים) או מנועים סינכרוניים. מלבד הגנת עומס יתר, VFD מאפשר בקרת התנעה ועצירה, כמו גם התאמות האצה והאטה. האצה ניתנת לתכנות והגבלת זרם מבוקרת מעבד יכולים להפחית את זרם הכניסה כאשר המנוע מתניע.
הבחירה של VFD צריכה להתבסס על היישום. קודם כל, יש לקחת בחשבון את עקומת הפעולה של העומס. עבור יישומי מומנט קבועים, כגון מסועים, ערבולים ומדחסים, ויישומי מומנט משתנה, כגון משאבות, מאווררים ומפוחים, יש לשים לב לדירוג עומס יתר.
לדוגמה, ניסיון להניע מנוע מאוורר במהירות גבוהה יותר ממהירות הבסיס יכול להשפיע באופן משמעותי על ההספק הנדרש מכיוון שכוח הסוס של המאוורר משתנה עם קוביית המהירות. על פי חוק הזיקה החל על משאבות ומאווררים, הפעלת מאוורר מהר מדי תצרוך יותר מדי חשמל ועלולה להעמיס על המהפך, בעוד שהפעלה בחצי מהירות יכולה להפחית את דרישות כוח סוס ב-75% או יותר.
VFDs ממירים מתח AC למתח DC, מסננים אותו ואז הופכים אותו כדי לייצר מתח שמיש. הערך האפקטיבי של האות ההפוך מדמה את מתח ה-AC. תדר המוצא של VFD הוא בדרך כלל מ-0 הרץ לתדר קו קלט AC. עם זאת, כאשר נדרש על ידי יישומים מסוימים, אפשר גם תדרים גבוהים יותר. כונני AC רבים השתמשו היסטורית בגשרי דיודה בגל מלא או בגשרי מיישרים נשלטי סיליקון כדי להמיר מתח AC למתח DC בקטע ההמרה. עם זאת, כעת נעשה שימוש ב-vfd עם טרנזיסטור דו-קוטבי שער מבודד (IGBT). חלק הסינון, בעיקר בנק קבלים, מחליק את מתח ה-DC המהירה הנוצר מהממיר.
ניתן להוסיף משנק או משרן כדי לשפר את גורם ההספק ולהפחית הרמוניות. מתח DC המוחלק משמש במהפך IGBT. המיתוג המהיר של קטע המהפך מייצר רמת מתח AC אנלוגית RMS מתאימה, הידועה גם כצורת גל של אפנון רוחב פעימה (PWM). הדרייבר הישן של IGBT הוא 6 פולסים. עם זאת, יש כעת 12 פולסים ו-18 פולסים VFD.
VFDs מודרניים, כגון סדרת כונני AC DURApulse GS4 מבית AutomationDirect, עשירים בתכונות. לדוגמה, אחת התכונות הגדולות ביותר של GS4 היא ה-PLC המובנה בפונקציה מלאה. משתמשים יכולים לתכנת את דרישות ההיגיון הקשורות לכונן, כגון שליטה במספר משאבות. תכונות אחרות כוללות ממשקי תקשורת מרובים במהירות גבוהה וזרם קצר חשמלי של 100ka (SCCR).
Vfd מספק את אותם היתרונות כמו סטרטרים רכים, ומוסיף את היתרונות של בקרת מהירות. כאשר העומס הוא בין 80% ל-100%, יעילות המנוע היא הגבוהה ביותר. מנועים מגודלים פחות יעילים ממנועים בגודל מתאים, אך VFD עוזר למזער את חוסר היעילות הזה ולהפחית את העלות של גודל יתר לרמה שהיא מעט גבוהה מהעלות הראשונית של הכונן והמנוע. היעילות של הכונן היא בדרך כלל בין 95% ל-98%. ככל שמספר הפולסים בדרייבר גבוה יותר, כך היעילות גבוהה יותר. לדוגמה, היעילות של כונן בעל 6 פעימות היא 96.5% עד 97.5%. היעילות של כונן 18 פעימות היא 97.5% עד 98%.
