بررسی فنی راه اندازی المنت با درایو و کنترل کننده توان SCR

بررسی فنی راه اندازی المنت با درایو و کنترل کننده توان SCR

المنت فلنج‌دار، تعدادی المنت صنعتی است که معمولاً روی بدنه یا داخل مخازن نصب می‌شود و از طریق سیم حرارتی داخل خود، باعث گرم‌شدن مایع درون مخزن می‌گردد.

ساختار این المنت شامل:

• یک فلنج فلزی به‌عنوان پایه اتصال.
• چندین لوله (تیوپ) حرارتی نصب‌شده روی فلنج.
• سیستم کنترلی متصل به ترموکوپل یا RTD برای کنترل دقیق دما.

این المنت‌ها به دو مدل کلی تقسیم می‌شوند:

1. مدل مستقیم: در تماس مستقیم با مایع داخل مخزن
2. مدل غیرمستقیم: بدون تماس مستقیم، مناسب محیط‌های خورنده یا خاص

با توجه به کارایی این المنت‌ها، می‌توان گفت انتخاب نوع المنت فلنج‌دار بستگی مستقیم به نوع سیال، دمای موردنیاز و شرایط کاری دارد.

راه اندازی المنت با استفاده از درایو فرکانس متغیر (VFD)

آیا می‌توان از درایو برای راه اندازی المنت استفاده کرد؟

بله، اما این کار نیازمند احتیاط بسیار زیاد و توجه ویژه به عوامل کلیدی دارد.

هرچند المنت های گرمایشی (به ویژه انواع مقاومتی خالص مانند المنت های لوله ای یا سیم های حرارتی) نسبت به موتورها پیچیدگی الکترومغناطیسی کمتری دارند، اما استفاده از اینورتر برای آن‌ها می‌تواند بیشتر با هدف تنظیم دقیق توان انجام شود، نه برای کنترل سرعت.

جهت راه اندازی المنت با استفاده از درایو باید به موارد زیر توجه داشته باشید:

1. انتخاب نوع مناسب درایو

• شکل موج خروجی: خروجی یک درایو استاندارد به صورت PWM است که حاوی مولفه های هارمونیکی فرکانس بالا است. این موضوع تاثیر کمی روی بار مقاومتی دارد، اما باعث تلفات اضافی و گرمایش بیشتر می‌شود.

ترجیحا باید از درایو هایی استفاده شود که ویژه بارهای مقاومتی یا گرمایشی طراحی شده اند. این مدل ها دارای برخی ویژگی ها هستند که شامل:

• فیلتر سینوسی خروجی: که به صورت استاندارد در درایو وجود دارد. این مورد جهت کاهش هارمونیک های خروجی، کاهش تلفات و عدم تداخل امواج الکترومغناطیسی، افزایش عمر المنت و محافظت از IGBT است.
• الگوریتم کنترل بهینه شده: الگوریتم خاص جهت ساده سازی تنظیم پارامتر در بارهای مقاومتی.
• طراحی جهت دفع حرارت: جهت سازگاری با کار دائم در بار کامل.

نکته: در صورت استفاده از درایو های معمولی و جنرال، استفاده از فیلتر سینوسی در خروجی الزامی است.

2. انتخاب ظرفیت درایو

• ظرفیت جریان: المنت بار مقاومتی ثابت است و جریان آن مستقیما با ولتاژ خروجی متناسب است. جریان نامی درایو باید حداقل برابر با جریان نامی المنت باشد.
• ظرفیت توان: توصیه می‌شود توان نامی درایو 20-30% بالاتر از توان المنت باشد.
• با توجه به تلفات سوئیچینگ IGBT، تلفات فیلتر خروجی در داخل درایو، و همچنین تلفات اضافی خط و تلفات قطعات ناشی از جریان فرکانس بالا، معمولا توصیه می‌شود تا موارد زیر مورد توجه قرار گیرد:
• هنگام استفاده از یک درایو گرمایشی اختصاصی، به الزامات کاهش توان در دفترچه راهنمای آن (احتمالاً حدود 10-15٪) مراجعه کنید.
• هنگام استفاده از یک درایو استاندارد و یک فیلتر خارجی، محدوده کاهش توان باید بزرگتر باشد (معمولاً توصیه می‌شود 20-30٪ یا حتی بالاتر باشد). به عنوان مثال، برای راه‌اندازی یک المنت 90 کیلو واتی، ممکن است لازم باشد یک درایو 110 کیلووات یا حتی 132 کیلووات انتخاب شود (بسته به توصیه سازنده و شرایط اتلاف گرما). تحت هیچ شرایطی نباید درایو بر اساس توان معادل المنت انتخاب شود!
  3. اتلاف گرما
• اتلاف گرما در درایو: درایو های با توان بالا، به خصوص هنگام راه‌اندازی بارهای مقاومتی و کار مداوم با بار کامل، مقدار زیادی گرما تولید می‌کنند. اطمینان از نصب درایو در مکانی با تهویه مناسب و دمای محیط پایین ضروری است. خنک‌سازی با سیستم تهویه یکی از اساسی ترین نیاز ها می‌باشد و فن خنک‌کننده باید به طور قابل اعتمادی کار کند. همچنین نیاز است تا مجاری هوا و هیت سینک‌ ها به صورت دائم تمیز شوند.
• اتلاف گرما در المنت‌های گرمایشی: اجزای فرکانس بالای موج PWM یا خروجی موج شبه سینوسی فیلتر شده توسط درایو می‌تواند باعث تلفات دی‌الکتریک اضافی و اثر پوستی در المنت‌های گرمایشی (به ویژه هیتر های لوله‌ای با مواد عایق داخل آن، هیتر های کویل شده و غیره) شود که منجر به افزایش دمای واقعی بالاتر از زمانی می‌شود که با فرکانس برق کار می‌کنند. لازم است اطمینان حاصل شود که سیستم دفع حرارت المنت حرارتی (مانند فن) به طور مناسب طراحی شده باشد، در غیر این صورت المنت حرارتی به دلیل گرمای بیش از حد آسیب خواهد دید. نمی‌توان به سادگی فرض کرد که کاهش توان و دما قطعاً ایمنی را تضمین می‌کند!

4. کابل خروجی و سیم کشی

• نوع کابل: باید از کابل‌های شیلددار متقارن استفاده شود (معمولاً ۳ رشته + سیم زمین یا ۳ رشته با شیلد کامل + سیم زمین). شیلد باید در دو انتهای کابل به درایو و بدنه المنت به خوبی زمین شده باشد.
• طول کابل: بهتر است فاصله بین المنت و درایو تا حد امکان کوتاه باشد تا کابل کوتاه تری استفاده شود. کابل طولانی باعث افت ولتاژ، تلفات بیشتر و تداخل امواج الکترومغناطیسی می‌شود.
• سیم کشی مستقل: کابل خروجی درایو باید از خطوط سیگنال (مانند سنسورها و خطوط ارتباطی) دور نگه داشته شود. بهتر است آن را از طریق یک لوله فلزی عبور دهید یا از یک سینی کابل مستقل استفاده کنید. هنگام سیم کشی موازی، فاصله کافی (بیش از 30 سانتی متر) را حفظ کنید.

5. حفاظت ها

• حفاظت اضافه جریان: محافظ الکترونیکی اضافه بار حرارتی که در درایو (برای حفاظت از درایو) تعبیه شده است، باید به درستی تنظیم شود. اما مهمتر از آن، یک فیوز قطع سریع (fast fuse or a suitable circuit breaker) مناسب است که باید برای مدار المنت پیکربندی شود. سرعت محافظت در برابر اتصال کوتاه در داخل درایو ممکن است برای جلوگیری از آسیب فاجعه بار در صورت اتصال کوتاه شدید، کافی نباشد.
• حفاظت دما: سنسورهای دمای قابل اعتماد (مانند ترموکوپل یا مقاومت حرارتی) باید روی بدنه المنت و نقاط اتصال کلیدی نصب شوند و به ترمینال‌های ورودی چند منظوره یک کنترل کننده دمای مستقل یا درایو (در صورت پشتیبانی) متصل شوند تا از تریپ بیش از حد دما “Over Temperature Trip ” جلوگیری شود. این آخرین خط دفاعی در برابر گرمای بیش از حد و سوختن است.
• حفاظت اتصال به زمین: یک سیستم اتصال زمین مناسب بر قرار کنید.

6. حالت های کنترلی و تنظیم پارامترها

• حالت کنترلی: مود V/F جهت کنترل المنت مناسب است. کنترل برداری جهت کنترل المنت مناسب نمی‌باشد.
• بازه فرکانس مرجع: به صورت پیشفرض بازه فرکانسی 0 تا 50 هرتز است که می‌توان با توجه به نیاز پروژه این مقدار را تغییر داد. از کار کردن طولانی مدت در فرکانس‌های بسیار پایین (کمتر از ۵ هرتز) خودداری کنید، زیرا ممکن است منجر به اتلاف گرما بیش از حد شود.

• فرکانس سوئیچینگ: کاهش فرکانس حامل می‌تواند تلفات سوئیچینگ و تولید گرما در درایو را کاهش دهد، اما هارمونیک‌های جریان خروجی و نویز را افزایش می‌دهد. باید بین تلفات، تولید گرما، نویز و اثر فیلتر، تعادل برقرار شود.
• زمان افزایش و کاهش سرعت: روی ۰ ثانیه یا خیلی کوتاه (مثل ۰.۱-۰.۵ ثانیه) تنظیم شود. اینرسی بار گرمایشی فوق‌العاده کم است و نیازی به زمان‌های طولانی شتاب‌گیری و کاهش سرعت نیست.
• نحوه راه اندازی: راه اندازی درایو بسیار نرم است و از جریان هجومی جلوگیری می‌کند.

تنظیم توان: از طریق تنظیم فرکانس خروجی انجام می‌شود. ( با استفاده از حالت V/F )

توجه

نیاز است تا موارد ذکر شده در ادامه را نیز در نظر بگیرید:

1. خروجی درایو، پالس با دامنه 540± ولت و فرکانس سوئیچینگ بین 1 تا 16 کیلو هرتز است.
2. درایو برای بارهای مقاومتی مناسب نیست.
3. المنت فقط یک مقاومت ساده نیست بلکه سلف پارازیتی و غیره دارد.
4. Rise Time پالس 1 کیلو هرتز موجب صدمه به المنت شود.
5. فرکانس قطع و وصل المنت در حد هرتز است.

با توجه به موارد بالا پیشنهاد می‌شود تا به جای درایو از SCR Power Controller استفاده شود.

راه اندازی المنت با استفاده از SCR Power Controller

SCR: یکسوساز های سیلیکونی کنترل شده، دستگاه هایی هستند که برای سوئیچینگ توان الکتریکی طراحی شده اند. این دستگاه ها از تریستورها، ترایاک ها و یک مدار کنترل تشکیل می‌شوند. از آنجایی که این دستگاه ها هیچ قطعه متحرکی ندارند، می توانند بار های الکتریکی را در عرض میلی ثانیه و میلیون ها بار سوئیچ کنند.

امروزه در فرآیندهای صنعتی مختلف به ویژه در تجهیزاتی که به فرآیند گرمایشی نیاز دارند، به طور گسترده ای از کنترل کننده توان SCR استفاده می کنند.

مزایای کنترل کننده توان SCR:

1. قابلیت اطمینان و طول عمر بالا: بزرگترین مزیت این کنترل کننده ها، دوام و طول عمر بالای آن ها است. دستگاه های SCR شامل هیچ قطعه متحرکی که عامل سایش و خرابی باشد، نیستند. این دستگاه ها تنها نیاز به تمیز و خنک نگه داشته شدن دارند تا سالیان سال عملکرد قابل اعتمادی داشته باشند.
2. پاسخ دهی بسیار سریع: نسبت به رله های الکترومکانیکی که به طور ساده عمل می‌کنند، کنترل کننده های SCR پاسخ سریع تر و دقت بالاتری دارند. این سرعت بالا برای بارهایی که نیاز به پاسخ دهی سریع دارند بسیار مفید است و اثرات منفی تغییرات در بار یا ولتاژ منبع را از بین می برد. این ویژگی موجب افزایش عمر المنت های گرمایی می‌شود.
3. پارامتر های قابل انتخاب برای کنترل توان: این کنترل کننده ها امکان تنظیم پارامتر هایی مانند جریان، ولتاژ، توان خروجی، ولتاژ میانگین بار و غیره را فراهم می‌کنند.
4. دقت بالا: این کنترل کننده ها قادرند توان، جریان یا ولتاژ را از صفر تا 100% با دقت بالا تثبیت و کنترل کنند.

عملکرد کنترل کننده توان SCR:

SCR ها تنها در یک جهت جریان را عبور می‌دهند، به همین دلیل دو SCR به صورت موازی معکوس به هم متصل می‌شوند تا هم در نیم سیکل مثبت و هم در نیم سیکل منفی جریان AC عبور کند. این اتصال به عنوان یک سوئیچ AC عمل می‌کند.

• عملکرد SCR: SCRها توسط گیت کنترل می‌شوند. وقتی که SCR1 روشن می‌شود، جریان AC نیم سیکل مثبت عبور می‌کند و وقتی که SCR2 روشن می‌شود، جریان AC  نیم سیکل منفی عبور می‌کند.
• سوئیچ های AC: یک کنترل کننده توان SCR ممکن است یک ، دو یا سه سوئیچ AC داشته باشد که بستگی به تعداد فاز های کنترل شده دارد.

حالت های کنترل:

1.حالت روشن و خاموش (on/off): این ساده ترین روش کنترل است که دقیقا عملکرد یک رله الکترومکانیکی را تقلید می‌کند. وقتی سیگنال فرمان اعمال می‌شود، دستگاه روشن و جریان عبور می‌کند و به محض قطع شدن سیگنال فرمان، دستگاه خاموش می‌شود به عبارت دیگر، بعد از تثبیت جریان، افت ولتاژ کمی در دو سر تریستور ایجاد می شود که این ولتاژ مسدود معکوس در حدود 10 میکروثانیه ایجاد شده و ولتاژ مستقیم برای روشن کردن تریستور تا پالس بعدی گیت اثری نخواهد داشت. در واقع این مشخصه برای کاربردهای کلیدزنی کم سرعت بسیار مناسب می باشد.

2.کنترل آتش صفر (zero-firing): این روش شبیه به حالت on/off است، اما از کنترل تناسبی (Proportional Control) استفاده می‌کند. در این حالت سیکل های روشن و خاموش AC متناسب با نیاز تغییر می‌کند تا ولتاژ به طور ثابت به بار اعمال شود

3.کنترل فاز آتش (phase-firing): این حالت کنترل بسیار دقیق تری را فراهم می‌کند و مانند یک دیمر نوری عمل می‌کند. در این روش، پالس های گیت به SCR ها داده می‌شود، اما هر SCR تنها برای بخشی از نیم سیکل خود روشن می‌شود، که این امکان را می‌دهد که ولتاژ به طور پیوسته و دقیق تر به بار اعمال شود.

انواع بارهای متصل به کنترل کننده های توان SCR

1. بارهای مقاومتی: این بارها مقاومت ثابت دارند.
2. بارهای القایی: بارهای القایی مانند ترانسفورماتورها می‌توانند باعث جریان های زیاد در زمان آتش صفر شوند.

برترین مزیت کنترل کننده توان SCR

با توجه به سرعت مناسب و عملکرد دقیق کنترلرهای SCR، عمر طولانی تری برای المنت های گرمایی ایجاد می‌شود. این موضوع به دلیل کاهش نوسانات دمایی در المنت ها است، که باعث کاهش انبساط و انقباض آن می شود. در مقابل، رله های الکترومکانیکی معمولا هر 10 تا 20 ثانیه سوئیچ می‌کنند که این امر می‌تواند باعث کاهش عمر المنت ها شود. این تریستورها به دلیل هزینه کم، راندمان بالا، مقاوم بودن و کارایی در ولتاژ و جریان زیاد، مناسب برای کار در فرکانس های 50 یا 60 هرتز هستند.

جدول بررسی درایو و کنترل کننده SCR

نتیجه گیری:

کنترل کننده های SCR مناسب ترین روش جهت راه اندازی و کنترل المنت ها می‌باشند. این تجهیزات بیشتر برای بارهای مقاومتی و فرآیندهایی که نیاز به تنظیم دقیق سرعت یا گشتاور ندارند، مناسب هستند. این کنترل کننده ها برای بارهای مقاومتی که تغییرات کمی در مقاومت دارند و بارهای با جریان هجومی زیاد بهتر عمل می‌کنند.

درایو های فرکانس متغیر برای بارهای القایی که نیاز به کنترل دقیق سرعت و گشتاور دارند، مانند موتورهای صنعتی، بسیار مناسب تر هستند. این درایو ها می‌توانند مصرف انرژی را بهینه کنند و از هدر رفت آن جلوگیری نمایند. همچنین برای بارهای القایی (مانند موتورها) که به جریان هجومی حساس هستند، درایو بهترین انتخاب است. به دلیل موارد ذکر شده در بالا، درایو گزینه مناسبی جهت راه اندازی المنت نمی‌باشد.

پشتیبانی

در صورت نیاز و بروز هر گونه مشکل، با واحد فنی شرکت پتواز تماس حاصل فرمایید.

شماره تماس و پیام رسان های پشتیبانی واحد فنی : 09045952007

سپاس از همراهی شما

واحد پشتیبانی فنی و خدمات پس از فروش

شرکت یکسوسازان توان پتواز