تکنولوژی سیکلوکانورتر

Transcript

1 تکنولوژی سیکلوکانورتر جایگزینی مناس ب برای حذف گیربکس در تجهی زات صنعتی با توان ب اال و دور پایین مهندس علي پورنظري کارشناسی ارشد برق- الکترونيک معاون فنی شرکت سيمان ايالم چکیده: امروزه تس هیل در امر کنترل مدرن و کاهش هزینههای تعمیرات و نگهداری و انرژی در صنایع در راهبرد توس عه و نوس ازی نقش بسیار موثری دارد. در صنعت سیمان ماشینهای دوار که در بخش خردایش و سایش کار میکنند عمدتا در سرعتهای پایین و نیاز به توان مصرفی باالیی دارد لذا طراحهایی که بهصورت Gearless و بهجای س رعت ثابت دارای س رعت قابل کنترل است رو به افزایش است. سیکلوکانورتر در واقع در سرعتهای پایین و توانهای بسیار باال در صنایع سیمان قابل بهکارگیری میباشد. این مقاله توضیحی بر مفاهیم و نحوه عملکرد و مزایا و معایب و کاربردهای این تکنولوژی است. واژههاي كليدي: موتور القايي) IM ( سیکلوکانورتر سوئچينگ هس تند که شکل موج خروجی با تغییر فرکانس به شکل موج خروجی مناس ب تبدیل میشود و محدوده این تغییر فرکانس در محدوده فرکانسهای پایین میباشد. عمدهتری ن فرق س یکلوکانورتر با درایوه ای VVVF این است که بخش رکتیفایر و تبدیل سه فاز ورودی به DC در این درایوه ا وجود ندارد و منبع AC س ه فاز از فرکانس منبع 50 هرتز عمدتا به توانهای دهها م گاوات و فرکانسهای پایینتر تبدیل میشوند. اصل عملکرد سیکلوکانورتر بر پایه کنترل فاز که شامل دو 1- مقدمه اگرنگاه ی به فرمول س رعت موتور القای ی N = 120f / P بیاندازیم س رعت موتور میتواند ب ه دو روش متفاوت کنترل ش ود: یکی تغییر تعداد قطبه ا و روش دیگر تغییر فرکانس است. کنترل س رعت از طریق روش اول غیراقتصادی و تعداد قطب منوط به تغییر موتور اس ت و در حی ن اجرا امکانپذیر نیست. لذا تغییر فرکانس اصلیترین روش جهت کنترل دور است و درایوه ای س یکلوکانورتر در واق ع مبدله ای AC به AC 13

2 شکل 1- مبدل کاهنده فرکانس مرکب از دو مبدل پشت به پشت یکس وکننده مستقل که یکی ازآنها بهصورت مستقیم و دیگری بهصورت معکوس بس ته شده اس ت فرکانس منبع را از طریق تجهیزات سویچینگ به فرکانس دلخواه تبدیل میشود. 2- روش کاهش فرکانس طبق مدار فوق دو بل وک مثبت و منفی وجود دارند و این ترکی ب برای m فاز ورودی و تبدیل به n فازخروجی با ولتاژ و فرکانس متغیر قابل توسعه است. یکی از محدودیتهای اساسی س یکلوکانورترها کاهش ضریب توان ناشی از کنترل فاز است و جبرانسازی در طرف بار و منبع الزم دارد. س یکلوکانورترها اعوجاج هارمونیکی بسیار کمتری نسبت ب ه VVVF دارن د همچنین دارای ورودی س ه فاز به تک فاز هارمونیک کمتری نسبت به تک فاز به تک فاز میباشد. 3- انواع سیکلوکانورترها سیکلوکانورترها بر اساس منطق کنترل زاویه آتش عموما به سه دسته زیر طبقهبندی میشوند: 1- سیکلوکانورتر پوش جریان 2- سیکلوکانورتر کنترل فاز 3- سیکلوکانورتر ترکیبی فرکان س خروجی یک س یکلوکانورتر مضرب ی از فرکانس ورودی اس ت که معموال به یک س وم فرکانس ورودی محدود میش ود و جهت کمینه نمودن هارمونیک در خروجی حداکثر تا فرکانس 3/1 خط میتوان فرکانس خروجی را باال برد. اگر برای کسری از ثانیه بلوکهای مثبت و منفی تریستورها همزمان هدایت کنند اتصال کوتاه دور سر منبع رخ خواهد داد و برای اجتناب از این موضوع سلف برای محدود نمودن جریان گردشی بین بلوکها اضافه میگردد و همچنین در مدار کنترل آت ش منطق و س ختافزار بهگونهای حفاظت ش ده طراحی میش ود که گروهها همزمانی آتش نداش ته باشند. در صورت بروز اتصال کوتاه صدمه به تجهیزات گریزناپذیر است. شکل 2- موج ایدهآل سیکلوکانورتر دو پالس با تاخیر فاز 45 درجه 14

3 شکل 3- شکل موج سه پالسه سیکلوکانورتر شکل 4- شکل موج دوپالسه سیکلوکانورتر حداکثر مقدار ولتاژ خروجی متوسط سطح ولتاژ مستقیمی اس ت که بهعنوان منبع تغذیه به درایو وصل میشود. برای یک مبدل P پالسه حداکثر مقدار ولتاژ خروجی بهصورت زیر است: V s حداکثر ولتاژ در ای ن فرم ول آلفا زاویه آت ش و (max) منبع میباشد. وقتی که مبدل سیکلوکانورتر بار سلفی متعادلی را تغذی ه کند جری ان خروجی ک ه دارای ریپله ای تغییر سیکلها میباشد متقارن و سینوسیتر میشود. 4- گشتاور راهاندازی با اعمال بار به موتور س نکرون در محور موتورگش تاور کافی برای گرداندن بار در س رعت سنکرون ایجاد میشود. 15 شکل 5- مدار دوازده پالسه در حالتی که اتصال کوتاه رخ داده است

4 اگ ر نگاهی به دیاگ رام فی زوری موتور بیاندازی م هنگام اتص ال بار ب ه محور موتور ابتدا روتور کند میش ود با کند شدن موتور زاویه گش تاور بزرگتر میشود و گشتاور القایی افزایش مییابد و همین افزایش گش تاور القایی به نوبه خود باع ث افزایش س رعت میش ود و موتور مجددا با س رعت س نکرون کار میکند در این حالت زاویه گش تاور بیش تر از قبل است. طب ق فرم ول گش تاور POLL OUT میتواند س ه برابر گش تاور نامی ماشین باشد. اگر گش تاور روی شافت موتور از گش تاور poll out تج اوز نماید روتور نمیتواند با اس تاتور و برآیند ش ار مغناطیسی س نکرون باشد و نسبت به آنها شروع به لغزش نماید و با کند شدن روتور میدان استاتور مکرر روتور را دور میزند و با هر دور جهت گش تاور القاء ش ده در روتور عوض میشود. برآیند گشتاورهای بزرگ و ناگهانی گاه در یک جهت و گاه در جهت مخالف موجب میشود موتور شروع به لرزش نماید. τ max = ( 3Vφ Ea)/ωXs در روش مرس وم توان عملیاتی گیربکس بهنحوی طراحی میش ود که همواره از توان موتور کمتر باش د و نسبت تبدیل در گیربک س ضمن انتقال توان با نس بت دور تعریف ش ده به بار منتق ل مینماید و در درایوهای س یکلوکانورتر توان و دور و گش تاوردرایو و موتور متناس ب با بار و با نگاه به فرمول فوق طراحی میشود. در یک موتور با روتور س یمپیچی شده نوعی تفاضل بین ولتاژ روتور )SEs( و ولتاژ س یکلوکانورتر( Eccv ) در ش کل فوق برابر Er اس ت و جریان Ir رادر روت ور ایجاد میکند. با کنت رل ان دازه Eccv اندازه و ف از Er و درنتیجه Ir کنترل میشود. 5- مزایا و معایب ازجمل ه مزای ای این ن وع درایوه ا جهت اس تفاده بهص ورت Gearless در تجهی زات مکانیک ی ازجمل ه کانوایره ا الواتورها و آس یابهای گلولهای و س ینیهای غلتکی و سینیهای سپراتور در توان باال و فرکانس پایین بهشرح زیر است: 1- قابلیت اس تارت و اس تپ مکرر بدون ب اال رفتن دمای موتور قابل ذکر اس ت در ش رایط معمولی و ب ا گیربکس در یک تجهیز هر بار اس تارت ضمن تنشهای مکانیکی تا 6 برابر جریان نامی به موتور و شبکه تحمیل میشد ولی در این روش در محدوده جریان نامی راهاندازی میشود. شکل 6- دیاگرام عبور توان و فازوری موتور اسلیپ رینگ )روتور سیمپیچی شده( 16

5 شکل 7- بلوک دایاگرام کنترل سیکلوکانورتر سه فاز 2- بهدلیل اینکه تبدیل فرکانس یک مرحلهای است بازده در این درایو بسیار باالست. 3- س یکلوکانورتر میتواند توان را از منبع به بار و بالعکس منتقل میکند و درنتیجه میتوان بخش ی از توان را به ش بکه منتقل نمود. 4- عیب کموتاسیون اجباری را ندارد و بر اساس کموتاسیون خط عمل میکند. 5- در موتورهای اسلیپ رینگ میتوان روتور را از فرکانس باال تا دور نهایی سنکرون راهاندازی نمود )نیازی به استارترهای روغنی و یا آبی نیست(. معایب آن نیز به شرح زیر است: 1- ضریب توان موتور ثابت نیست. 2- حداکثر ثلث فرکانس ورودی میتوان به تجهیز دور داد لذا برای دورهای باال قابل بهکارگیری نمیباشد. 3- نیاز به تاسیسات جهت خنککاری سیستم سویچینگ دارد. 4- همانطور که در ش کل 5 نشان داده شد ریسک اتصال کوت اه در صورت عمل نکردن تجهیزات حفاظتی و یا خطا داده وجود دارد. 6- بلوکهای منطق و حفاظت مدار شماتیک ش کل 7 نمای تقریبا کاملی از سختافزار یک س یکلوکانورتر اس ت که ش امل مدار تش خیص صفر و راهاندازی آتش گیتها ایزوالتوره ای اپتوالکتریک بهعنوان اینترفیس قدرت به میکروپروسس ور م دار منطقی و بخش محاس به و منط ق جهت تطبی ق ماتریس دی ود و حفاظت میباشد. سپاسگذاری: دراینجا الزم است از زحمات همسرم در ترجمه متون تشکر و قدردانی نمایم. منابع: مدارک فنی 1- ACS 6000 cycloconveters, ABB 2- C. Meimaris, B. Lai, L. Cox, Remedial design of the world s, "Largest SAG mill gearless drive", International Conference on SAG grinding, SAG H. Akagi, "Large static converters for industry and utility applications", in Proceedings of the IEEE. 4- H. Stemmler, «High -power industrial drives», Proceedings of the IEEE, Volume: 82 17