• مقالات تخصصی

درایوهای کنترل سرعت فن‌ (FCR، FCS، FCP)

برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی و کنترل بهینه سیستم‌های جدید از ترکیب دو روش کنترل تدریجی و کنترل هوشمند استفاده می‌شود. کنترل سرعت فن یا فن‌های کندانسور هم از این قاعده مستثنی نیستند. در گذشته فن‌ها به صورت ON/OFF روشن یا خاموش می‌شدند و در هر بار روشن و خاموش شدن تلفات انرژی زیادی را به همراه داشت. در این شرایط، جریان راه‌اندازی فن باعث افزایش سایز تجهیزات قطع و وصل، تجهیزات حفاظتی و سایز هادی‌ها می‌شود. افزون بر آن، در مجتمع‌های بزرگ صنعتی و تجاری، با افزایش تعداد مصرف‌کنندگان، ضریب بار بسیار نوسانی می‌شود و گاهی در ساعت‌های پیک مصرف منجر به عدم تأمین برق می‌شود و تولید و توزیع برق را نیز با مشکل مواجهه می‌کند.

کنترل فشار در کندانسور

به صورت معمول، در سیستم‌های جدید تهویه و تبرید برای کنترل بهینه فشار داخل کندانسور، از یک حلقه کنترلی فیدیک جهت کنترل فشار مبرد استفاده می‌شود. کنترل فشار مبرد بدان جهت اهمیت دارد که با کاهش فشار مبرد در کندانسور، مخلوطی از گاز و مایع مبرد در آن شکل می‌گیرد، این مخلوط دوفازی Sub cool نامیده می‌شود که نقش مهمی را در یک چرخه یا سیکل تبرید ایفا می‌کند.

اگر فشار مبرد در کندانسور بالا باشد، مشخص می‌شود که بخش زیادی از آن به صورت گاز است و برای تبدیل این گاز داغ و پرفشار به مایع، سرعت فن افزایش ‌می‌یابد. پس می‌توان گفت سرعت فن متناسب با افزایش و کاهش فشار گاز (مبرد)، تغییر می‌کند. با کنترل حجم هوای دمیده شده به کندانسور، می‌توان فشار مبرد را در نقطه‌ای از پیش تنظیم شده (Set Point) حفظ نمود. برای کنترل سرعت فن معمولاً از کنترل‌کننده‌های سرعت استفاده می‌شود که آن را درایو (Drive) می‌نامند. درایوها دارای تکنولوژی متنوعی هستند. معمولاً از یک کنترلر یا PLC، یک سیگنال کنترلی به صورت یک ورودی آنالوگ (معمولاً نوع سیگنال کنترل 0-10 V Dc و یا 4-20mA) به یک درایو اعمال و متناسب با آن سیگنال، درایو سرعت فن را افزایش و یا کاهش می‌دهد.

کنترل سرعت فن‌ها

در گذشته، برای کنترل سرعت فن‌های کندانسور از درایوهای کنترل کننده سرعت با نام Variable Frequency Drive یا به اختصار VFD استفاده می‌شد. از مزایای آن می‌توان کنترل گشتاور، امکان تعریف پروفایل‌های سرعتی مختلف، انجام تنظیمات گسترده و پیچیده، تنظیم شتاب افزایشی و یا کاهشی در شروع و یا پایان حرکت، پیش‌بینی یک یا چند لوپ کنترلیPID مستقل و انواع فانکشن‌های کنترلی و حفاظتی قابل تنظیم در آن‌ها سبب شد در بخش‌های مختلف صنعتی بسیار مورد استفاده قرار گیرند. اما این نوع از درایوها برای کنترل سرعت فن‌ به خصوص فن‌های کندانسور دارای معایبی هستند که عمده آن‌ها به شرح زیر است:

• فن‌ها در سرعت‌های کمتر از 30% سرعت نامی به مدت طولانی درایو VFD را نمی‌توان به کار گرفت، چرا که با کاهش بیشتر فرکانس، امپدانس سیم‌پیچ استاتور کاهش یافته و در سیم پیچ استاتور جریان بالایی کشیده خواهد شد و در بلند مدت به معیوب شدن فن منجر می‌شود. همچنین، برای کنترل دقیق فشار مبرد، در بعضی موارد نیاز است در مدت زمان طولانی سرعت فن‌ها کمتر از 30% سرعت نامی آن‌ها باشد که عملا استفاده از درایو VFD را با محدودیت مواجه می‌کند.
• در راهنمای نصب و بهره‌برداری از درایوهای VFD ذکر شده است که به صورت همزمان فقط یک تجهیز موتور دار مانند الکتروموتور، پمپ یا فن باید توسط این درایوها کنترل شود، در صورتی که معمولاً کارکرد فن‌های کندانسور (مخصوصا در چیلرهای بزرگ) به صورت گروهی بوده و نیاز است یک درایو، چندین فن را به صورت همزمان کنترل نماید که در صورت رعایت این توصیه سازندگان، به کارگیری تعداد زیادی VFD مقرون به صرفه نخواهد بود.
• معمولاً فن‌های کندانسور در دور نامی گشتاور بالایی ندارند، لذا درایوهای VFD با داشتن گشتاور ثابت (عدم کنترل گشتاور لحظه ای) پس از رسیدن این نوع از فن‌ها به سرعت نامی، منجر به تلفات ثابت انرژی الکتریکی شود.
• کنترل فن‌های کندانسور با استفاده از درایوهای VFD، منجر به تولید نویز می‌شود.
• وقتی سیگنال کنترلی به صورت ناگهانی کاهش یافته و یا قطع می‌شود، چرخش فن بلافاصه متوقف نمی‌شود و به صورت ژنراتور یک کار خواهد کرد و یک ولتاژ اضافی برگشتی را به درایو و یا شبکه اعمال می‌نماید که معمولاً در درایو ایجاد خطا می‌کند.
• لزوم به استفاده از تهویه اجباری در محل نصب این درایوها در داخل تابلوها

راهکار شرکت کرل در کنترل سرعت فن

شرکت کارا روش صبا دفتر شرکت CAREL در ایران است. این شرکت سری جدیدی از درایوهای مخصوص کنترل سرعت فن از برند CAREL را ارائه می‌نماید. اگر چه شرکت CAREL سری درایوهای VFD را هم تولید می‌نماید، اما نوع دیگری از درایوها تولید می‌کند که مخصوص کنترل فن کندانسور است و در مواردی از نوع تکفاز آن برای کنترل سرعت فن‌های Supply در کولینگ‌های Inrow مراکز داده نیز استفاده می‌شود. این درایوها بر اساس تکنولوژی برش ولتاژ فاز (Phase Cutting) با استفاده از ادوات الکترونیک قدرت(تریستور) کار می‌کنند و از طریق کنترل زاویه آتش متناسب با سیگنال کنترلی ورودی، سطح ولتاژ خروجی تغذیه فن و به تبع آن توان دریافتی فن را کنترل می‌کنند.

با افزایش دامنه سیگنال کنترلی، زاویه آتش افزایش یافته و ولتاژ موثر خروجی درایو نیز افزایش می‌یابد، در نتیجه توان بیشتری به فن ارسال می‌شود و سرعت فن افزایشی می‌شود. به صورت کلی مزایای استقاده از این درایوها را می‌توان به صورت زیر برشمرد:

• راه‌اندازی همزمان چند فن تا سقف جریان نامی هر درایو
• امکان کاهش سرعت فن تا سطح 10% سرعت نامی آن
• تغییر گشتاور نامی متناسب با تغییرات سرعت فن و در نتیجه کاهش مصرف انرژی
• امکان راه‌اندازی نرم و کاهش نویز فن
• قابلیت نصب درایو در فضای آزاد و بدون نیاز به تهویه اجباری (Force Cooling)
• امکان کنترل از طریق انواع سیگنال کنترلی (0-10 VDC ، 4-20 mA، PWM) در مد MAN

• امکان کنترل از طریق Modbus در مد MEM

• نداشتن تنظیمات پیچیده و قابلیت نصب و بهره برداری آسان

محصولات درایو‌ تولید شرکت CAREL در سه دسته کلی و به شرح زیر قابل ارائه هستند:

• درایو فن سه فاز FCR3
• درایو فن تکفاز FCS
• درایو کنترل فن تکفاز FCP کندانسور با قابلیت کنترل مستقل فشار کندانسور از طریق اتصال مستقیم به سنسور فشار و دما

درایو فن سه فاز FCR3

خانواده داریوهای FCR برای کنترل سرعت فن‌های سه فاز مورد استفاده قرار می‌گیرند. تنظیمات آن بسیار ساده بوده و براحتی توسط تکنسین‌ها قابل نصب و بهره‌برداری است.

این خانواده از درایوها دارای IP55 بوده و در پنج رنج جریانی ارائه می‌گردند. سری درایوهای FCR قابلیت کنترل از طریق پرتکل مدباس را هم دارند. اما با تنظیمات ساده و قرار دادن آن در مد MAN می‌توان با انتخاب نوع سیگنال‌ کنترلی از نوع ولتاژی 0-10 VDC  یا از نوع جریانی 0-20mA و یا سیگنال کنترلی PWM (با دامنه5V ) توسط تنظیمات دیپ سوئیچ، نوع سیگنال کنترلی را مشخص نمود.

در این درایو می‌توان مقدار ماکزیمم و مینیمم (Cut-OFF ) خروجی را با استفاده از دو عدد پتریمر تعریف نمود. این سری از درایوها قابلیت‌های متنوع دیگری هم دارند که در مبحثی مجزا به آن پرداخته خواهد شد. برای دریافت اطلاعات بیشتر می‌توانید به سایت کرل مراجعه فرمایید.

درایو فن تک فاز FCS

این درایوهای فن تک فاز برای کنترل فن‌های Supply در کولینگ‌های اینرو (Inrow) بسیار مناسب هستند. نصب و بهره‌برداری از این درایو بسیار ساده است و امکان تست دستی فن‌ها با وجود یک عدد ولتاژ +10 VDC مرجع به همراه یک عدد پتانسیونمتر در این تجهیز وجود دارد.

این درایوهای تکفاز در سه رنج جریانی در دسترس هستند. نوع سیگنال ورودی کنترلی آن فقط از نوع ولتاژی و با دامنه 0 -10V DC است. این درایو قابلیت کنترل از طریق مدباس را ندارد.

درایوهای تکفاز با سیگنال کنترلی PWM هم شامل سه رنج جریانی به شرح زیر قابل انتخاب است.

درایو کنترل فن تکفاز FCP با قابلیت کنترل مستقل کندانسور

در مواقعی که یک کارفرما نیاز دارد یک واحد کندانسور با یک عدد و یا گروه فن تکفاز را به صورت مستقل فشار کندانسور و به تبع آن سرعت فن را به صورت تدریجی(Modulating)، راه‌حل FCP گزینه مناسبی است و این امکان را دارد تا سنسور دما و فشار را مستقیما از کندانسور خوانده و سرعت فن یا فنهای کندانسور را مدیریت نماید. همچنین درایو FCP به نحوی طراحی شده استکه می‌توان آنرا در محیط بیرون (Out Door) به کار گرفت.

این راه‌حل می‌تواند حداکثر دو گروه فن تکفاز را با توجه به ماکزیمم رنج جریانی و برای دو مدار سیکل تبرید به صورت مستقیم کنترل نماید. این کنترلر در سه مد کار ی قابل تنظیم است. اولین مد کاری مستقل (Stand alone) است. در مد Stand alone با نصب سنسورها و تنظیم ساده پارامترها با استفاده از دیپ سوئیچ‌ها و تریمرها موجود بر روی برد کنترلی، نصب و بهره‌برداری از FCP را ساده می‌نماید. کنترل فشار کاندنسور می‌تواند از طریق سنسور دما (NTC) یا فشار (Ratiometric) باشد.

مد دوم کاری Slave mode است که در این مد FCP در نقش یک درایو عمل خواهد کرد و با دریافت یک سیگنال کنترلی ولتاژی 0-10 VDC از یک تجهیز کنترلی خارجی، سرعت فن یا یک گروه از فن‌های تکفاز را (با در نظر گرفتن محدودیت جریانی درایو) کنترل می‌نماید.

مد سوم کاری، کنترل درایو از طریق یک ارتباط سریال(Modbus) در ارتباط با یک تجهیز کنترلی بعنوان کنترل کننده اصلی است.

در صوت به کارگیری FCR به صورت Stand alone، درایو FCP دارای عمگرهای دیگری هم است به شرح زیر می‌توان از آن نام برد:

 Cut- Off-

 Speed up-

 Output saturation-

 Outside temperature compensation-

 PI Control-

 Direct/Reverse control-

 Phase control function-

 External alarm management-