کاربرد تجهیزات کنترل دور موتورهای الکتریکی در آسانسور

 

تجهیزات کنترل دور موتورهای الکتریکی یا همان درایوها کاربردهای گوناگونی را در پیش روی مهندسین ، طراحان و نیز صنعت گران قرار داده اند.

توانایی این تجهیزات در کنترل دو شاخصه بسیار مهم موتورها که همان سرعت و گشتاور می باشند باعث جایگزینی موفق ایشان با روش ها و ابزار قدیمی تر شده است.

موتورهای قفس سنجابی و نیز موتورهای نوین مغناطیس دائم با برخورداری از توانایی های درایوها، جایگاه ویژه و نیز گستره کاربرد بیش از پیش را در صنعت به خود اختصاص داده اند.

از آنجمله کاربری های مهم می توان  بالا بردن و پائین آوردن بار را برای درایوهای فرکانس متغییر نام برد، که البته ارزش این را دارد تا نگاهی از نزدیک به این کاربرد مهم اینورترها بیاندازیم.

هنگامیکه شما چیزی را بلند می کنید، واضح است که کار انجام می دهید و هنگامیکه چیزی را پایین می آورید، اگر از ترمز و یا از اصطکاک زیاد بهره نبرید، پس شما انرژی حاصل از بار را دریافت می کنید، که این بازتولید نامیده می شود.

بسیار واضح است که با چنین رویدادی باید برای بسیاری از کاربردها در خصوص انرژی برگشتی از موتور الکتریکی تصمیم بگیریم.

در عمل نیاز به انتخاب یک ترمز با مقاومت اهمی مناسب بر مبنای سایز درایو، دوره کاری و دیگر موضوعات فنی است که باید در هر طرح  بررسی گردند.

موتور یا ژنراتور

در خصوص کاربری آسانسور نکته جالب توجه وزنه است ، همانطور که می دانیم  بسیاری از آسانسورها دارای وزنه تعادل می باشند، آنها لزوماَ در حالت هایی که ما انتظار داریم موتوری یا ژنراتوری ( بازتولیدی ) کار نخواهند کرد. بعنوان نمونه:

بالا کشیدن اتاق ( کابین ) خالی ( بدون سرنشین ) احتمالا در حالت ژنراتوری انجام خواهد شد. به شکل شماره یک دقت کنید.

کارکرد چهار ربع

آسانسورها بالا و پایین می روند، پر از مسافر و یا بدون آنها. این یعنی درایوهم باید راستگرد وهم چپگرد بچرخد که هر دو حالت موتوری و ژنراتوری به وقوع می پیوندد.

این حالت را عملکرد چهار ربع می نامند.

جرثقیل ها هم تاحدودی به این عملکرد نزدیک می باشند، حالت پائین بردن قلاب یا بار حالت ژنراتوری دارد و حالت موتوری در هنگام بالا کشیدن رخ می دهد

بنابراین جرثقیل ها به اصطلاح ” دو ربع” کار میکنند.

در شکل شماره یک حالت ” چهارربع ” یک آسانسور نشان داده شده است

شکل شماره یک

ترمز حالت ژنراتوری درایو یا همان ترمز داینامیک، سرعت آسانسور را کنترل می کند اما برای ایستادن و توقف در موقعیت مشخص نیاز به ترمز جداگانه الکترومکانیکی    می باشد.

ترمز داینامیک و الکترومغناطیسی

این ترمزها عالباَ توسط درایو و از طریق یکی از رله های خروجی کنترل می شوند.

عمومآ ترمزهای الکترومغناطیسی با تاخیر آزاد می شوند تا فرصت ایجاد جریان مغناطیس کنندگی و شکل گیری گشتاور در موتور را فراهم آورند.

بدین طریق اطمینان از عدم سقوط بار پس از رها سازی ترمز در حین افزایش گشتاور موتور تامین می گردد.

مشابه این عمل در هنگام توقف موتور نیز انجام می شود و پیش از توقف کامل ترمز الکترومغناطیسی درگیر می گردد.

پارامترهای درایو اجازه تنظیم این زمان ها را میسر کرده اند.

روش ” ایجاد گشتاور”

در برخی درایوها، پیش از اینکه ترمز آزاد گردد، گشتاورموتور سنجیده می شود و باید به یک مقدار مشخص برسد که مشخصاَ مقداری از قبل تنظیم شده است.

این روش به ” ایجاد گشتاور” شناخته می شود.

بخاطر داشته باشید که اگر از رله برای کنترل ترمز الکترومکانیکی استفاده می کنید به یک کنتاکتور جداگانه ای که به این رله فرمان داده دهد احتیاج است چراکه ترمز دارای اندوکتاسیون ( مقاومت سلفی ) بسیار بالایی است و این باعث آسیب به رله درایو در اتصال مستقیم خواهد شد.

همچنان که از مطالب بالا آشکار است، کنترل موتور هنگامیکه ترمز رها می شود  می تواند چالش برانگیز گردد.

چرا که تا پیش از اینکه بار توسط موتور حس گردد و شروع به چرخش کند، مشخص نیست که آیا بار موتوری است یا ژنراتوری.

انکودر و درایو وکتور کنترل

آسانسور می تواند پر باشد ( با تمایل به سقوط ) یا خالی ( با تمایل به صعود بعلت وزنه تعادل ) لذا اگر آسانسور حتی کمی سقوط  پیش از بالا رفتن را نشان دهد مطمئناَ برای مسافرین خوشایند و قابل قبول نخواهد بود.

اغلب از یک انکودر برای کاهش این حالت استفاده می شود.

انکودر سنسوری کوچک است که در پشت موتور و بر روی شفت آن نصب می گردد.

با چرخش شفت، یک دیسک، که در میانه انکودر قرار دارد به چرخش در می آید و شکاف های روی دیسک اجازه عبور نور حاصل از یک ال ای دی را به صورت چشمک زن از یک سو به سوی دیگر که یک سنسور ( حسگر ) نوری قرار دارد را می دهد.

لذا زنجیره ای از پالس ها تولید می گردد که میزان آن با سرعت موتور متناسب است.

اگر دو سری شکاف و سنسور نوری استفاده شود، جهت چرخش می تواند از اختلاف مکانی بین ایندو شکاف مشخص گردد.

تعداد شکاف ها متغییر است بعنوان نمونه ۱۰۲۴ در هر دور . شکل شماره دو چکونگی کارکرد انکودر را نشان می دهد.

شکل شماره دو

اگر انکودر به درایو وصل گردد و درایو ورودی مناسب خواندن سیگنال و توانایی تفسیر آن را نیز داشته باشد، هر گونه لغزشی پس از آزادسازی ترمز را میتواند درک کرده و مطابق بدان به آن پاسخ دهد.

علاوه براین ادامه پایش سیگنال برای کنترل دقیق تر سرعت استفاده خواهد شد.

به همین علت تا این اواخر انکودرها از تجهیزات استاندارد آسانسورها و جرثقیل ها محسوب می شدند.

هرچند پیشرفت های فنی اخیر درروش  کنترل برداری موتور،  کارایی درایوهای وکتور کنترل را به سطحی مشابه سیستم های دارای کنترل با انکودر رسانده است .

با ساماندهی حرکت و توقف درایو، بالا بردن و پائین آوردن بار بسیار سرراست خواهد شد.

احتیاج به رعایت موارد ایمنی وجود دارد و در جرثقیل های بزرگ عملکردهای دیگر همچون خنثی سازی تاب خوردن بار و نیز حرکت های طولی و جابجایی ها نیز در این سیستم ها تنظیم خواهند شد.

البته اینها همگی با هم باعث پیچیده شدن ماشین و نیز احتیاج به استفاده از درایوهای بازتولید کننده با توان بالا خواهند داشت.

نیازهای اضطراری

آسانسورها کمی مشکل تر هستند، شما باید نرمی، ایمنی حرکت و توفق آسانسور در خطایی چند میلیمتری از سطح طبقه مورد نظر را تنظیم کنید.

و نیز موضوعات ایمنی و عملگرهای اضطراری هم هستند  که باید در نظر گرفته شوند.

این عملگرها و پارامترها در درایوهای استاندارد نیز در دسترس می باشند،  کاربر     می تواند از آنها برای تنظیم درایو استفاده کند اما بسیاری از تولید کنندگان، درایوهای مخصوص با نرم افزار و سخت افزار مناسب برای برآورد این نیازها را می سازند تا الزامات تنظیمی را به روشنی به کاربر یاد آوری کند.

برای مثال، برای جلوگیری از حرکت ناگهانی کابین آسانسور در زمان سرعت گیری یا کاهش سرعت، منحنی  “ S “ برای حرکت و توقف نرم بعنوان از پیش تعریف شده در اینگونه درایوها در نظر گرفته شده اند اما در درایوهای استاندارد نیاز به انتخاب مابین منحنی بدون سیب نرم S و شیب نرم S شکل توسط کاربر می باشد.

در برخی درایوهای وکتور کنترل امکان افزودن آپشن انکودر برای استفاده از انکودر نیز وجود دارد تا بعنوان سنسور کمکی بر دقت و اطمینان درایو بیافزاید.

آسانسورهای مدرن با موتورهای مغناطیس دائم بدون گیربکس چند قطبی بزرگ کار می کنند بنابراین درایوهایی برای کار با اینگونه موتورها نیز طراحی شده اند.

شکل شماره ۳ منحنی “ S “  را نشان می دهد.

از دیگر تجهیزات افزودنی می توان،  کنترل کنتاکتور خروجی و یا تنظیم کننده سطح دقیق طبقه را نام برد. مهمترین نیاز یک سیستم آسانسور عملگرهای اضطراری آن      می باشد.

اگر برق قطع شود، آسانسور باید بتواند تا طبقه بعدی حرکت کند و تخلیه را امکان پذیر سازد.

این مهم می تواند دست یافتنی باشد، مثلا، یک باتری ۲۴ ولتی برای زنده نگه داشتن درایو تا ایستادن آسانسور به آهستگی بکار می رود البته سخت افزار درایو برای انجام آن به تغییرات قابل توجهی نیاز دارد.

راه حل دیگر اتصال یک منبع تغذیه بدون توقف یا UPS می باشد که ولتاژ ۲۳۰ ولت درایو را برای زمان کوتاهی تامین کند، با تغییرات کوچکی در طراحی، یک درایو ۴۰۰ ولت را می توان برای عملکرد اضطراری با منبع تغذیه UPS آماده کرد.

با هر دو روش ، کابین آسانسور به آهستگی تا طبقه بعدی منتقل می شود و مسافرین آنرا به سمت راهروهای تاریک به صورت ایمن، ترک خواهند کرد.

و آخرین نکته ، برنامه ای که کنترل آمد و شد آسانسورها را مدیریت می کند بسیار پیچیده است.

برای نمونه یک سیستم با شش عدد آسانسور را تصور کنید که از طبقات مختلف فراخوانده می شوند، بالا و پائین می روند، و باید اولویت های درخواست را درک کند و از این دست موارد که خوشبختانه این وظیفه تامین کننده آسانسور است تا چنین برنامه ای ارا محیا سازد و نه مهندس درایو.

 

ترجمه و تالیف

هانی ادیب آزاد

مدیر فنی شرکت ویستا جم صنعت

آذرماه ۹۶