کوادرانت در عملکرد درایو صنعتی به چه معناست؟

درایو در اتوماسیون صنعتی به دستگاهی گفته می‌شود که وظیفه کنترل حرک موتور الکتریکی را برعهده دارد. در واقع درایوها […]

درایو در اتوماسیون صنعتی به دستگاهی گفته می‌شود که وظیفه کنترل حرک موتور الکتریکی را برعهده دارد. در واقع درایوها در صنعت به عنوان راه‌اندازهای سرعت شناخته می‌شوند. این تجهیز در انواع مختلفی با مشخصات فنی متفاوت طراحی و عرضه می‌شود. یکی از مهم‌ترین شاخص‌های عملکرد درایوها، ویژگی کوادرانت (Quadrant Drive) در آن‌ها می‌باشد. در این مقاله سعی نمودیم با زبانی ساده عملکرد کوادرانت و تاثیر آن را در صنعت توضیح دهیم.

مفهوم کوادرانت در اتوماسیون صنعتی

در اتوماسیون صنعتی اصطلاح کوادرانت (Quadrant) اغلب به جهت تحلیل عملکرد و کنترل حرکت موتورهای الکتریکی استفاده می‌شود. در واقع کوادرانت در صنعت یک ابزار تحلیلی مهم جهت درک بهتر رفتار سیستم‌های حرکتی و همچنین روشی برای انتخاب درایو مناسب می‌باشد.

تعریف کوادرانت درایو صنعتی

کوادرانت به یک ناحیه تقسیم شده از یک فضا اشاره دارد، در رابطه با درایوهای صنعتی معمولا محور گشتاور (Torque) را در مقابل محور سرعت (speed) نمایش می‌دهند. در نتیجه این نمودار به چهار کوادرانت تقشیم می‌شود که هر یک از آن‌ها نشان دهنده یک نوع رفتار حرکتی خاص می‌باشند.

کوادرانت اول – حرکت موتور به جلو (Forward Motoring)

با توجه به عکس بالا، در این ناحیه سرعت (Speed) مثبت و گشتاور (Torque) نیز مثبت می‌باشد. این جمله به این معناست که موتور در حال حرکت به سمت جلو است و نیروی محرکه (گشتاور و یا ولتاژ) در همان جهت به آن وارد می‌شود.. در نتیجه موتور انرژی الکتریکی را از درایو گرفته و به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. این حالت عملکرد موتور در ساده‌ترین حالت خود می‌باشد.

مزیت‌ و کاربردهای کوادرانت اول

این نوع درایو به دلیل طراحی ساده و کنترل آسان، نیازی به سخت‌افزار کنترلی پیچیده ندارد. همچنین به دلیل مصرف انرژی مستقیم، باعث بازدهی بالایی در سیستم می‌شود. درایوهای تک کوادرانت فقط توانایی حرکت به جلو و توقف را دارند. به همین علت در صنایع ساده کاربرد بیشتری پیدا کرده‌اند. از جمله صنایع پرکاربرد این درایو می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

نوارنقاله: تسمه‌ای که فقط به سمت جلو حرکت می‌کند.
پمپ صنعتی: مایع سیستم به یک سمت پمپاژ می‌شود.
دستگاه CNC: حرکت خطی محور در جهت جلو است، زمانیکه مشغول برش یا حفاری می‌باشد.

محدودیت‌های عملکرد تک کوادرانت

این نوع درایو تنها در سیستم‌هایی که حرکت به یک جهت دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. و به دلیل عدم توانایی بازگرداندن انرژی ترمز، باعث تلف شدن انرژی نیز می‌شوند.

کوادرانت دوم – ترمز بازتولیدی (Forward Braking)

در این ناحیه سرعت مثبت و گشتاور منفی می‌شود. یعنی سرعت حرکت موتور همچنان رو به جلو است ولی حالا ترمز گرفته است. زمانیکه درایو شروع به کاهش سرعت و یا ترمز گرفتن می‌کند، سیستم کنترل درایو به جای هدر دادن این انرژی به صورت گرما، آن را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و به منبع تغذیه و یا شبکه باز می‌گرداند. به همین دلیل به این عملکرد ترمز بازتولیدی می‌گویند.

مزیت و کاربردهای کوادرانت دوم

این نوع درایو با عملکرد بازتولیدی خود تاثیر بسزایی در افزایش بهره‌وری انرژی دارند. همچنین به دلیل اتلاف حرارتی کمتر، پروژه نیاز کمتری به سیستم‌های خنک‌کننده دارد. این درایوها با کنترل دقیق‌تر سیستم‌های حساس باعث کاهش مصرف انرژی و همچنین افزایش طول عمر تجهیزات مکانیکی می‌شوند. درایوهایی با قابلیت عملکرد دو کوادرانت، کاربردهای بسیاری در صنایع مختلف دارند از جمه این کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود.

دستگاه CNC: زمانیکه محور حرکت رو به جلو باشد و نیاز به توقف سریع دارد، در این صورت انرژی جنبشی به برق تبدیل می‌شود.
آسانسور: زمانیکه آسانسور در حال پایین آمدن بدون بار می‌باشد. وزنه تعادل باعث بالا رفتن کابین می‌شود و موتور برای کنترل آن ترمز می‌گیرد.

محدودیت‌های عملکرد دو کوادرانت

این نوع درایو نیاز بیشتر و پیچیده‌تری به کنترل دستگاه دارد. درواقع برای سیستم باید از سنسورهای دقیق، فیلتر مناسب و الگوریتم کنترلی قوی‌تری استفاده نمود. از طرفی پیاده‌سازی این نوع درایو در سیستم، هزینه بیشتری نسب به نصب ترمز مقاومتی و ساده دارد.

با توجه به نکات گفته شده، دقت در تنظیم پارامترهای اینوتر و راه‌اندازی صحیح آن، تاثیر بسیاری در عملکرد صحیح و حتی بهبود عملکرد درایو دارد. در نتیجه کسب آموزش درایو، نحوه راه‌اندازی و نصب آن جزء حیاتی‌ترین مراحل یک سیستم صنعتی می‌باشد.

کوادرانت سوم – حرکت معکوس (Reverse Motoring)

با توجه به عکس بالا در این ناحیه سرعت (یا جریان) منفی و گشتاور (یا ولتاژ) نیز منفی می‌باشد. این حالت نشان‌دهنده حرکت موتور به جهت معکوس می‌باشد. حرکت موتور مثلا به عقب و گشتاور نیز به همان جهت به آن وارد می‌شود. این نوع عملکرد باعث ایجاد و یا حفظ حرکت معکوس می‌شود. در واقع درایو در این حالت موتور را در جهت معکوس به چرخش درمی‌آورد و انرژی الکتریکی تبدیل به انرژی مکانیکی می‌شود.

مزیت و کاربردهای کوادرانت سوم

عملکرد سه کوادرانت در صنایع پیچیده که نیاز به عملکردی ایمن در شرایط اضطراری دارند، بسیار حائز اهمیت است. درایو در این حالت قابلیت کنترل کامل در حرکت معکوس را دارد. و همچنین با حذف گیربکس مکانیکی، شاهد افزایش انعطاف‌پذیری در عملکرد ماشین‌آلات سیستم می‌شویم. در ادامه به کاربردهای این نوع درایو می‌پردازیم.

نوارنقاله معکوس: هنگام حرکت تسمه دستگاه به سمت عقب، در واقع از این نوع عملکرد درایو استفاده می‌کند.
ماشین CNC: بازگشت محور پس از انجام برش نیز درایو از این حالت عملکرد استفاده می‌کند.

محدودیت‌های عملکرد سه کوادرانت

جهت بهره‌مندی از این نوع عملکرد، نیاز به استفاده از درایوهای دو و یا چهار کوادرانت داریم. در این حالت به این دلیل که کاهش سرعت و ترمزگیری توسط درایو انجام نمی‌شود، امکان بازتولیدی انرژی الکتریکی وجود ندارد. همچنین مسیر جریان باید به صورت الکتریکی کنترل شود. به همین دلیل می‌توان از پل تایریستوری به جهت کنترل بهتر استفاده نمود. همچنین در برخی سیستم‌ها به حفاظت‌های بیشتری در برابر اتصال معکوس نیازمند می‌باشند.

جهت دریافت خدمات عیب‌یابی و تعمیر درایو می‌توانید با شماره‌های 09197872789 و 87700210-021 مجموعه نیک صنعت تماس حاصل فرمایید.

کوادرانت چهارم – ترمز معکوس (Reverse Braking)

در این ناحیه سرعت منفی و گشتاور مثبت می‌باشد. حرکت موتور به جهت معکوس است و درایو در حال کاهش سرعت و یا ترمزگیری می‌باشد. در واقع درایو با اعمال نیروی مثبت سعی در کاهش سرعت سیستم دارد. در این نوع عملکرد، سیستم انرژی جنبشی حاصل از ترمزگیری را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در صورت وجود تجهیزات مناسب امکان ذخیره‌سازی این انرژی وجود دارد.

مزیت و کاربردهای کوادرانت چهارم

در درایوهایی با امکان عملکرد چهار کوادرانت، شاهد کنترل نرم و دقیق در هنگام توقف معکوس در سیستم هستیم. همچنین با ترمزگیری توسط درایو باعث افزایش طول عمر ترمزهای مکانیکی سیستم می‌شود. در این نوع درایو مانند حالت دو کوادرانت در صورت بازیابی انرژی الکتریکی، باعث صرفه‌جویی در مصرف انرژی نیز می‌شوند. در ادامه به کاربردهای این نوع درایو می‌پردازیم.

آسانسور: زمانیکه آسانسور در جهت بالا حرکت می‌کند و نیاز به توقف آرام دارد.
دستگاه CNC: محور دستگاه در حال بازگشت مسیر خود می‌باشد و نیاز به توقف نرم دارد.

محدودیت‌های عملکرد چهار کوادرانت

جهت بهره‌مندی از این نوع عملکرد باید از درایو چهار کوادرانت استفاده نمود و درایوهای معمولی و یا دو کوادرانت توانایی اجرای این عملکرد را ندارند. همچنین جهت ذخیره‌سازی انرژی نیاز به نصب واحد مدیریت انرژی برگشتی (DC Link) می‌باشند. در این نوع درایو نیاز به سیستم کنترل با توانایی تشخیص سریع تغییر جهت و آماده ورود به حالت بازتولید، می‌باشد. از طرفی در این نوع سیستم پیچیدگی‌های بیشتری در طراحی و تنظیم سخت‌افزار و نرم‌افزار درایو وجود دارد. و با توجه به امکان برگشت انرژی الکتریکی، درایو نیاز به حفاظت دقیق‌تر و پیشرفته‌تری در برابر اضافه ولتاژ دارد.

درایو چهار کوادرانت

درایو با عملکرد چهار کوادرانت توانایی حرکت در دو جهت را دارد. با خرید اینورتر چهار کوادرانت، امکان تولید و جذب توان را در دو جهت حرکت و همچنین کنترل نرم در زمان توقف و یا تغییر جهت حرکت را در سیستم صنعتی فراهم می‌کنید. این ویژگی پیشرفته درایوهای چهار کوادرانت، قابلیتی بسیار ضروری در صنایع پویا، دقیق و رفت و برگشتی می‌باشد.

کوادرانت	سرعت	گشتاور	نوع عملکرد	توضیح
1	مثبت	مثبت	حرکت رو به جلو (Forward Motoring)	موتور در جهت مستقیم حرکت می‌کند و انرژی از درایو به موتور داده می‌شود.
2	مثبت	منفی	ترمز رو به جلو (Forward Braking)	موتور هنوز در حال حرکت رو به جلو است، اما درایو در حال ترمز گرفتن و بازگرداندن انرژی است.
3	منفی	منفی	حرکت معکوس (Reverse Motoring)	موتور در جهت معکوس می‌چرخد و درایو انرژی لازم برای این حرکت را تأمین می‌کند.
4	منفی	مثبت	ترمز معکوس (Reverse Braking)	موتور در حال حرکت معکوس است، ولی درایو با ترمز گرفتن، انرژی را بازمی‌گیرد.