دانلود تحقیق سنسور

قطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود.

(استاندارد IEC947-5-2).

ضخامت قطعه 1mm و طول ضلع این مربع در اندازه های زیر می تواند انتخاب شود.

-به اندازه قطر سنسور -سه برابر فاصله سوئیچینگ نامی سنسور 3*Sn ضرایب تصحیح: فاصله سوئیچینگ با کوچکتر شدن ابعاد قطعه استاندارد و یا با بکارگیری فلز دیگری غیر از فولاد ST37 تغییر خواهد کرد.

در جدول زیر ضرایب تصحیح برای فلزات مختلف نشان داده شده است.

ضریب تصحیح (KM) برای فولاد ST37 برابر 1.0 ضریب تصحیح (KM) برای نیکل برابر 0.9 ضریب تصحیح (KM) برای برنج برابر 0.5 ضریب تصحیح (KM) برای مس برابر 0.45 ضریب تصحیح (KM) برای آلومینیوم برابر 0.4 بعنوان مثال هرگاه یک سنسور در مقابل فولاد از فاصله 10mm عمل سوئیچینگ را انجام دهد، همان سنسور در مقابل مس از فاصله 4.5mm عمل خواهد کرد.

فرکانس سوئیچینگ: حداکثر تعداد قطع و وصل یک سنسور در یک ثانیه می باشد.

(بر حسب Hz).

این پارامتر طبق استاندارد DIN EN 50010 با شرایط زیر اندازه گرفته می شود.

فاصله سوئیچینگ (Switching Distance) S: فاصله بین قطعه استاندارد و سطح حساس سنسور به هنگام عمل سوئیچینگ می باشد.

(استاندارد EN 50010) فاصله سوئیچینگ نامی (Nominal Switching Distance) Sn: فاصله ای است که در حالت متعارف و بدون در نظر گرفتن پارامترهای متغیر از قبیل حرارت، ولتاژ تغذیه و غیره تعریف شده است.

فاصله سوئیچینگ موثر (Effective Switching Distance) Sr: فاصله سوئیچینگ تحت شرایط ولتاژ نامی و حرارت 20 درجه سلسیوس می باشد.

در این حالت تلرانسها و پارامترهای متغیر نیز در نظر گرفته شده اند.

0.9Sn فاصله سوئیچینگ مفید (Useful Switching Distance) Su: فاصله ای است که در محدوده حرارت و ولتاژ مجاز، عمل سوئیچینگ انجام می شود.

0.81Sn فاصله سوئیچینگ عملیاتی (Operating Switching Distance) Sa: فاصله ای است که تحت شرایط مجاز، عملکرد سنسور تضمین شده است.

0 هیسترزیس H: فاصله بین نقطه وصل شدن (هنگام نزدیک شدن قطعه به سنسور) و نقطه قطع شدن (هنگام دورشدن قطعه از سنسور) می باشد.

حداکثر این مقدار 10% مقدار نامی می باشد.

(استاندارد EN 60947-5-2) قابلیت تکرار (Repeatability) R: قابلیت تکرار فاصله سوئیچینگ مفید تحت ولتاژ تغذیه V و در شرایط زیر اندازه گیری می شود: حرارت محیط: 23 درجه سلسیوس؛ رطوبت محیط: 50 الی 70 درصد؛ زمان تست: 8 ساعت.

(مقدار تلرانس برای این پارامتر طبق استاندارد EN 60947-5-2 حداکثر +-0.1Sr می باشد.) پایداری حرارتی (Temperature Drift): تغییرات فاصله موثر سوئیچینگ در اثر تغییرات دما طبق استاندارد EN 60947-5-2 و در محدوده دمای 20 درجه سلسیوس زیر صفر تا 60 درجه سلسیوس بالای صفر حداکثر 10% است.

حرارت محیط (Ambient Temperature) Ta: محدوده حرارتی است که در آن محدوده، عملکرد سنسور تضمین شده است.

کلاس حفاظتی: IP67 (DIN 40050).

نحوه نصب سنسورهای القائی: هرگاه دو یا چند سنسور القائی در مجاورت هم و یا در مقابل هم نصب شوند، شرایط زیر باید رعایت شود: الف) نحوه نصب سنسورهای القائی Flush: سنسورهای Flush (Shielded) سنسورهائی هستند که قسمت حساس سنسور توسط پوسته فلزی محصور شده است.

هرگاه دو یا چند عدد از این سنسورها همسطح روی بدنه فلزی دستگاه نصب شوند رعایت فواصل نصب مطابق شکل زیر الزامی می باشد.

ب) نحوه نصب سنسورهای القائی Non-Flush: در سنسورهای Non-Flush (UnShielded) قسمت حساس سنسور خارج از پوسته فلزی آن می باشد.

فاصله سوئیچینگ این نوع سنسورها بیشتر از سنسورهای Flush می باشد.

اما فرکانس سوئیچینگ آن در مقایسه کمتر است.

ج) نحوه نصب سنسورهای القائی در مقابل هم: هر گاه دو سنسور القائی در مقابل هم نصب شوند رعایت فاصله حداقل 6Sn الزامی می باشد.

سنسور چیست؟

سنسور المان حس کننده ای است که کمیتهای فیزیکی مانند فشار، حرارت، رطوبت، دما، و ...

را به کمیتهای الکتریکی پیوسته (آنالوگ) یا غیرپیوسته (دیجیتال) تبدیل می کند.

این سنسورها در انواع دستگاههای اندازه گیری، سیستمهای کنترل آنالوگ و دیجیتال مانند PLC مورد استفاده قرار می گیرند.

عملکرد سنسورها و قابلیت اتصال آنها به دستگاههای مختلف از جمله PLC باعث شده است که سنسور بخشی از اجزای جدا نشدنی دستگاه کنترل اتوماتیک باشد.

سنسورها اطلاعات مختلف از وضعیت اجزای متحرک سیستم را به واحد کنترل ارسال نموده و باعث تغییر وضعیت عملکرد دستگاهها می شوند.

سنسورهای بدون تماس سنسورهای بدون تماس سنسورهائی هستند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آنرا حس کرده و فعال می شوند.

این عمل به نحوی که در شکل زیر نشان داده شده است می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به طبقه ورودی یک سیستم گردد.

کاربرد سنسورها 1-شمارش تولید: سنسورهای القائی، خازنی و نوری 2-کنترل حرکت پارچه و ...: سنسور نوری و خازنی 3-کنترل سطح مخازن: سنسور نوری و خازنی و خازنی کنترل سطح 4-تشخیص پارگی ورق: سنسور نوری 5-کنترل انحراف پارچه: سنسور نوری و خازنی 6-کنترل تردد: سنسور نوری 7-اندازه گیری سرعت: سنسور القائی و خازنی 8-اندازه گیری فاصله قطعه: سنسور القائی آنالوگ مزایای سنسورهای بدون تماس سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالائی برخوردارند، بطوریکه برخی از آنها (سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا 25KHz کار می کنند.

طول عمر زیاد: بدلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد و غبار و ...

دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار: با توجه به عملکرد سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای مختلف با شرایط سخت کاری: سنسورها در محیطهای با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و ...

قابل استفاده می باشند.

عدم ایجاد نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل استفاده از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم (Bouncing Noise) ایجاد نمی شود.

سنسورهای القائی سنسورهای القائی سنسورهای بدون تماس هستند که تنها در مقابل فلزات عکس العمل نشان می دهند و می توانند فرمان مستقیم به رله ها، شیرهای برقی، سیستمهای اندازه گیری و مدارات کنترل الکتریکی (مانند PLC) ارسال نمایند.

اساس کار و ساختمان سنسور های القائی ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی.

قسمت اساسی این سنسورها از یک اسیلاتور با فرکانس بالا تشکیل یافته که می تواند توسط قطعات فلزی تحت تاثیر قرار گیرد.

این اسیلاتور باعث بوجود آمدن میدان الکترومغناطیسی در قسمت حساس سنسور می شود.

نزدیک شدن یک قطعه فلزی باعث بوجود آمدن جریانهای گردابی در قطعه گردیده و این عمل سبب جذب انرژی میدان می شود و در نتیجه دامنه اسیلاتور کاهش می یابد.

از آنجا که طبقه دمدلاتور، آشکارساز دامنه اسیلاتور است در نتیجه کاهش دامنه اسیلاتور توسط این قسمت به طبقه اشمیت تریگر منتقل می شود.

کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.

انتخاب فلومتر مناسب-بخش ۲ و پایانی وجود انواع فلومترهای متعدد، تکنیکهای مختلفی را نیز برای اندازه گیری فلو دربر می گیرد؛ با این توضیح که هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف خاص خویش می باشند.

در حالت کلی برای کمترین عدم قطعیت در اندازه گیری، اندازه گیرهای جابجائی (Displacement) بهترین گزینه هستند.

نوع الکترومغناطیس، بازه فلوی گسترده تری را فراهم می آورند در حالیکه معمولا اندازه گیرهای توربینی بهترین گزینه برای بالاترین تکرارپذیری کوتاه مدت هستند.

با این وجود، لوحه های روزنه دار (Orifice plate) متداولترین اندازه گیری است که در طول تاریخ اندازه گیری فلو مورد استفاده قرار گرفته است.

از جمله ی مفروضات مطرح در انتخاب فلومتر باید به نصب، موقعیت محیطی و اقتصادی بودن کاربری اشاره نمود.

آیا قرار است اندازه گیر به حالت افقی، عمودی یا شیب دار نصب شد؟

آیا جریان فلو، یکطرفه یا دوطرفه خواهد بود؟

چه مزاحمتهائی نظیر زانویی ها و شیرها در مسیر جریان مستقیم یا معکوس فلو وجود خواهد داشت؟

منابع تغذیه در کجا قرار دارند و آیا AC، DC، باتری یا خورشیدی هستند؟

همه اینها بعلاوه فضای دسترس پذیری برای سایز اندازه گیر انتخاب شده و قابلیت وصول خدمات، در زمره فرضیات اساسی نصب هستند.

درجه حفاظت دستگاه بر اساس موقعیت محیطی اندازه گیر، قابل تعیین است.

پاسخ به پرسشهائی نظیر آیا در محیط ماده خورنده وجود دارد؟

آیا باید بهداشتی باشد؟

آیا امکان اشتعال وجود دارد؟

ما را به درجات حفاظتی همچون IP65 یا IP68 خواهد رساند.

برای عملیات در محیطهای خطرناک، ایمنی ذاتی (Intrinsic Safety: IS) و تائیدیه ضدانفجار بودن برای دستگاه نیز لازم است.

مسائل اقتصادی اندازه گیری فلو، موضوعی فراتر از صرفا بهای خرید دستگاه است.

مواردی در نصب همچون نگهدارنده های مکانیکی و الکتریکی، چمبرها، کاهش دهنده ها و pipework جریان مستقیم و معکوس و در عملیات، هزینه های پمپاژ و مصرف برق بعلاوه مسائل نگهداری باید در زمره هزینه ها، مد نظر قرار گیرند.

قابلیت اطمینان اندازه گیر نیز پارامتری است که در بلندمدت، دارای تاثیر چشم گیر بر روی هزینه و بهره وری می باشد.

سنسورقطعه استاندارد: یک قطعه مربعی شکل از فولاد ST37 است که از آن بمنظور تست فاصله سوئیچینگ استفاده می شود.

0.9Snسنسور چیست؟

اساس کار و ساختمان سنسورهای القائی ساختمان این سنسورها از چهار طبقه تشکیل می شود: اسیلاتور، دمدولاتور، اشمیت تریگر، تقویت خروجی.

کاهش دامنه اسیلاتور باعث فعال شدن خروجی اشمیت تریگر گردیده و این قسمت نیز به نوبه خود باعث تحریک طبقه خروجی می شود.انتخاب فلومتر مناسب-بخش ۲ و پایانیوجود انواع فلومترهای متعدد، تکنیکهای مختلفی را نیز برای اندازه گیری فلو دربر می گیرد؛ با این توضیح که هر کدام دارای نقاط قوت و ضعف خاص خویش می باشند.

قابلیت اطمینان اندازه گیر نیز پارامتری است که در بلندمدت، دارای تاثیر چشم گیر بر روی هزینه و بهره وری می باشد.انتخاب فلومتر مناسب (۱)دکتر بریان فرانکلین، مدیر محصولات فلو در ABB، نکات اساسی ای که در هنگام انتخاب یک فلومتر برای کاربردی خاص باید در نظر گرفت را تشریح کرده است.

از آنجائیکه عمده سودآوری یک کارخانه به دقت و قابلیت اطمینان اندازه گیری فلو بستگی دارد، ضروری است که انتخاب بر اساس دانش و مهارتهای دائما مرورشده و با گستره وسیع انجام گردد.

انتخاب یک اندازه گیر، صرفا با معیار هزینه، ممکن است دارای سودمندی کوتاه مدت باشد اما در درازمدت مسائل و مشکلاتی را به بار خواهد آورد.

هرچند آشکارا هزینه مهم می نماید اما بایستی، با دید از بالا، بین هزینه و قابلیتهای سازندگان یک بده بستان بهینه برقرار نمود.

با بیش از 100 طراحی مختلف که کلا 12 اصل عملکردی را پوشش می دهند، انتخاب دستگاه بهینه برای کاربرد خاص، کاری بس عظیم و دشوار می نماید.

هر فلومتر از هر گونه ای، دارای نقاط قوت و ضعف منحصر به خویش می باشد، جدا از اینکه طرحهای متعددی نیز به همان مشخصات موجود هستند.

به آن اضافه کنید این حقیقت را که حوزه های کاربردی که قبلا ناممکن می نمود هم اکنون بواسطه تکنیکهای ساخت جدید گشوده شده اند و شگفت آور اینکه بسیاری از کاربران از دست یافتن به بهترین گزینه ای که نیازهای آنها را برآورده سازد وامانده اند.

در حالیکه میلیونها فلومتر، فلوی هر نوع جریان سیال یا پودر قابل تصور را بر پایه تکنولوژیهای قدیمی نظیر اختلاف فشار و سطح، اندازه گیری می کنند شاهد کاربردهای روزافزونی هستیم که به نوع جدید اندازه گیرها نظیر الکترومغناطیس، جرم کوریولیس، لیزرها و غیره نیاز دارند.

بیشتر از 1000 سازنده مختلف در سراسر دنیا برای رفع این نیازها با هم در رقابت هستند.

گستره آنها از شرکتهای چندملیتی نظیر ABB گرفته تا کمپانیهای کوچک که به بازار محلی و یا کاربردهای خاص می پردازند توسعه یافته است.

با این همه تکنولوژیها، طراحیها، سازندگان و نیازهای کاربردی مختلف، انتخاب فلومتر مناسب که نیازهای کاربردی، نصب، شرایط محیطی و اقتصادی خاص را برآورده سازد رفته رفته مشکلتر میشود.

بنابراین قبل از اینکه خریدار خود را درگیر وسعت بیکران اطلاعاتی کند که پایه و اساس انتخاب وی را شکل خواهد داد بهتر است این سوال را از خود بپرسد آیا اصلاً به فلومتر نیاز است یا نه؟

در بسیاری از کاربردهای صنعتی، تنها قصد این است که آیا سیال در لوله آرام حرکت میکند یا سریع سا اصلاً جریان سیالی وجود دارد یا نه؟

به سهولت برای این کاربردها، نشانگرهای فلو با قیمتی در حدود یک چندم فلومترهای ساده در دسترس هستند.

اگر محدوده های بالا یا پائین مورد نیاز بودند، میتوان از میکروسویچها بهره برد بگونه ای که حتی برای موارد پیچیده تر نظیر نمایش 10 درصد فلو، میتوان از خرید فلومتر اجتناب کرد.

بسیاری از لوله کشی ها تغییراتی در مقطع یا خمش دارند که قابل تبدیل به یک ونتوری ساده یا اندازه گیر فلو با خریدن یک ترانسمیتر فشار تفاضلی و قراردادن توپی های فشار در نقاط مناسب است.

اگر کالیبراسیونی باید تحت آن شرایط انجام گردد، دقت معقولی حدود 5 درصد، قابل دستیابی است.

هر جائی که به دقت بیشتر نیاز است یا از سیگنال اندازه گیری شده در کنترل یک پروسه استفاده خواهد شد، متعاقبا زحمت و مشکلات بیشتری را در انتخاب اندازه گیر باید متحمل شد.

نقطه آغازین این است که اصول کارکردی مختلف چه ارجحیتی بر یکدیگر دارند.

مفهومی که در استاندارد بریتانیایی 7405 نهفته است و به دسته بندی ساده و مناسب انواع مختلف فلومترها می پردازد.

فی الواقع BS 7405 تنها استاندارد انتخاب اندازه گیر در عالم است.

در این استاندارد فلومترهای لوله کشی بسته به 10 گروه اصلی تقسیم بندی شده است؛ بعلاوه دو گروه اضافی برای اندازه گیری جامدات و کانالهای باز.

این مهم است که بدانیم عملکرد فلومتر تحت شرایط پروسه لزوما بازتاب دهنده همان داده ای که در کالیبراسیون تحت شرایط مرجع بدست آمده است نخواهد بود.

تمام فلومترها از سیالی که اندازه گیری می کنند و شیوه ای که نصب شده اند تاثیر می پذیرند.

دستیابی به خطای تخمینی اندازه گیری بهتر از 1% به یک انتخاب دقیق و محتاطانه نیازمند است.

بهترین عددی که سازندگان، حتی تحت شرایط پایدار مرجع به آن دست یافته اند بهتر از 0.1% نیست.

بنابراین حواستان به این موضوع باشد که خواسته دقت کمتر از 0.1% را نداشته باشید.VFDها چگونه کار میکنند؟

(۲ و پایانی(مبدلهای اولیه از یکسوسازهای کنترلشده سیلیکونی (Silicon Controlled Rectifier: SCR) برای تغییر حالت روشن/خاموش بمنظور تولید خروجی استفاده میکردند.

بعدها ترانزیستورهای دوقطبی جایگزین SCRها شدند.

از آنجائیکه سرعت برانگیختگی دوقطبیها خیلی بیشتر است ماحصل استفاده از آنها، بهبود خروجی و کاهش هارمونیکها بود.

ورود ترانزیستورهای دوقطبی با گیت عایقدار (Insulated Gate Bipolar Transistor: IGBT) خیز به جلوی بزرگی را منجر گردید.

امروزه آنها استاندارد درایوهای PWM هستند که هم جایگزین SCRها و هم ترانزیستورهای دوقطبی شدهاند.

با تغییر حالت روشن/خاموش گذرگاه DC در فاصلههای زمانی مشخص، IGBTها به مبدل اجازه میدهند که پالس خروجی با پهنا و فاصله بینابین متفاوت ساخته شود.

مرکز کنترل درایو، زمان روشن یا خاموش بودن IGBTها را تنظیم میکند.

این زمانسنجی، ولتاژ و فرکانس خروجی را تعیین میکند.

فرکانس حامل (یا فرکانس سویچینگ) عبارتی است که به سرعت این تغییر حالت روشن/خاموش اطلاق میگردد.

هرچه فرکانس تغییر حالت بالاتر باشد به همان میزان تفکیکپذیری و دقت بیشتری در هر پالس ولتاژ خواهیم داشت.

درایوهای قدیمی مبتنی بر SCR دارای دقتی تا 500 بار در ثانیه بودند در حالیکه سرعت تغییر حالت انواع IGBTها به 4000 بار در ثانیه میرسد.

آیا هیچ جنبه منفیای در این سویچینگها وجود دارد؟

بازده پائین است و اتلاف توان بصورت گرما ظاهر میگردد.

بهمین دلیل است که درایوهای امروزی در مقایسه با انواع قدیمی دارای انبارههای حرارتی (Heat Sink) بزرگتری هستند و نیاز به جریان کافی هوا، ضروریتر بنظر میرسد.

تکامل تدریجی درایو از سال 1990 به بعد سازندگان مختلف درایو بر روی کوچکتر کردن اندازه محصولاتشان تمرکز کردند.

این پیشرفت به گونهای بود که محصول جدید یک سازنده باندازه یک سوم آخرین محصول قبلیاش بود.

حالا این موضوع چه نفعی برای کاربر نهائی دارد؟

هرچه مجموعه درایو کوچکتر باشد، نصب آن نزدیک موتور راحتتر است.

درازای سیمهای اتصال در طول عمر موتوری که از درایو استفاده میکند بسیار حائز اهمیت است.

بطور کلی بهتر است که درایو به موتور نزدیکتر باشد.

زمانیکه طول سیمهای اتصال به 300 متر میرسد اثر بازتاب (Echo Effect) (که آشکار شدن آن در آن درازا طبیعی و ذاتی است) ظاهر گردیده و مشکلات عدیدهای را باعث میگردد.

این اثر انرژی مفرطی بر سیمپیچ اول موتور وارد میکند و خرابی زودرس را حاصل میآورد.

راهحلهای به غیر از نزدیک کردن درایو به موتور نیز عمدتاً پرهزینه هستند.

انواع درایوهای امروزی از نظر ضریب قدرت (Power-factor-corrected) و هارمونیکها (Harmonics-corrected) تصحیح شده هستند.

در گذشته، برای وضعیتهائی که هارمونیک بالا بود درایو 12-پالس را جایگزین 6-پالس میکردند؛ بر اساس این منطق که تعداد ادوات سویچینگ (IGBTها) را همان تعداد پالسها تعیین میکند.

با استفاده از درایوهای هارمونیک-تصحیح شده، طراح میتواند تعداد ادوات سویچینگ را نادیده گرفته و به سادگی، تنها نوع درایو را مشخص کند.

نصب درایوهای الکتریکی قدیمی، همواره مقولهای مشکلزا و پردردسر بوده است.

VFDهای امروزی دارای رابط کاربری شهودی و قابلیتهای بیشماری هستند که حتی یک تازهکار نیز میتواند نصب درایو را به راحتی و با سرعت انجام دهد.

تعمیر و نگهداری درایو VFDهای امروزی مجهز به قابلیتهای خودتشخیصی، بازبینی، اخطار و ارتباط هستند.

از این قرار زیر نظر داشتن وضعیت و کارائی درایو بطور خودکار امکانپذیر است.

تعمیر و نگهداری، سوای این بازبینی شامل تمیز و خشک نگهداشتن درایو و تامین هوای خنککننده کافی نیز میشود.

شرط احتیاط این است که مانند تمام تجهیزات الکتریکی، حفاظت در برابر تغییر ناگهانی ولتاژ و جریان، اتصال زمین مناسب و نظارت بر توان انجام گردد.

تئوری موتورها، درایوها و جریان متناوب: هر موتور از دو بخش اساسی تشکیل شده است: استاتور (بخش ثابت و ایستا) و روتور (بخش متحرک و چرخان).

در بدنه استاتور، از قطعات آهنربا استفاده شده است و آرایش آنها بصورت جفت قطبهای مغناطیسی نظیر به نظیر با پلاریته مخالف است.

سرعت پایه چرخش روتور (شفت) وابسته به تعداد قطبها و فرکانس توان ورودی بعلاوه پارامتری بنام لغزش (Slip) است.

لغزش تفاوت بین موقعیت روتور و میدان مغناطیسی است و همواره روتور سعی در رسیدن به آن را دارد.

لغزش همان عامل چرخش موتور است.

سرعت پایه موتور از فرمول روبرو قابل محاسبه است: فرکانس ضربدر 120 تقسیم بر تعداد قطبها.

سرعت چرخش یک موتور 4 قطبه، RPM 1800 است و اگر تعداد قطبها دو برابر شود به RPM 900 تقلیل مییابد.

همچنین در یک موتور 6 قطبه سرعت چرخش برابر RPM 1200 است.

تغییر قطبها به تنهائی، قابلیت تنظیم سرعت بسیار محدودی را حاصل میآورد و برای اِعمال آن نیز نیاز به تعویض استاتور و سیمپیچی مجدد موتور است که مقولهای بسیار پرهزینه و ناپخته است.

بنابراین تغییر فرکانس بعنوان تنها گزینه برای تغییر سرعت موتور باقی میماند.

با این اوصاف، گشتاور موتور چه تغییری میکند؟

میدانیم که مقدار گشتاوری که یک موتور تامین میکند به نسبت ولتاژ به فرکانس (V/Hz) بستگی دارد.

در یک موتور القائی با تغذیه 480 ولت 60 هرتز، این نسبت برابر 8 است.

هرگاه که VFD فرکانس خروجیاش را تغییر میدهد این نسبت تغییر میکند و منحنی گشتاور جدیدی حاصل میآید.VFDها چگونه کار میکنند؟

(۱)درایو فرکانس متغیر (Variable Frequency Drive: VFD) یک از شگفتیهای قابل تحسین امروز است.

با خواندن این مقاله به ارزش واقعی آنها پی خواهید برد.

ضمناً با مباحثی همچون PWN، SCR، ترانزیستورهای دوقطبی و IGBT نیز آشنا خواهید شد.

سرعت چرخش یک موتور 4 قطبه، RPM 1800 است؛ اما کاربردهائی که از موتورها استفاده میکنند به سرعتهای متفاوتی نیاز دارند.

بعنوان مثال در یک سیستم تسمه-نقاله درایو غلطکها در RPM 100 میچرخند در حالیکه یک فن خنکی از کوچک به RPM 2200 برای کارکردن نیاز دارد.

چطور یک نفر میتواند سرعت چرخش بار را کنترل کند؟

با یک درایو موتور.

تا اواسط دهه 1960 چیزی در مورد تغییر سرعت بار بدون استفاده از درایو مکانیکی در خروجی موتور شنیده نشده بود.

ساختمان یک نوع از آنها از دو قرقره با اندازه متفاوت که توسط یک تسمه به یکدیگر متصل شده اند تشکیل شده است.

نسبت قطر این دو قرقره بهم، مقدار تغییر سرعت بار را معین میکند.

بدینسان امکان تغییر سرعت با تعویض یک قرقره فراهم می آید.

نوع دیگر آنها درایوهای دندهای هستند که از همان اساس پیروی میکنند با این تفاوت که مجموعه حاصل کوچکتر و مقاومتر است.

با این حال درایوهای مکانیکی تغییرات پلهای محدودی را در سرعت فراهم و باعث بهبود بازده نیز نمیشوند.

با چنین آرایشی، موتور در سرعت نهائی کار خواهد کرد و حق انتخاب کاربر محدود به سرعت بالا، متوسط، پائین و موتور خاموش خواهد بود.

درایو الکتریکی درایوهای الکتریکی (قابل استفاده برای موتورهای AC و DC) به جای خروجی موتور، ورودی آنرا کنترل میکنند.

ضمن اینکه یک درایو الکتریکی با کاهش توان ورودی به موتور بهره بازدهی خالص را تولید میکند.

نحوه کار درایوهای AC، تغییر فرکانس (و ولتاژ) ورودی موتور است.

چنین درایوی میتواند سرعت، جهت و توان موتور را کنترل کند همچنین بطور محدودی نیز میتواند گشتاور را تحت کنترل داشته باشد.

یک درایو مکانیکی با تضریب (Multiplication) مکانیکی خروجی میتواند گشتاور موتور را افزایش دهد اما یک درایو الکتریکی نمیتواند گشتاور را از آن چیزی که موتور تولید میکند بیشتر کند.

در میان انواع درایو AC، VFD (درایو فرکانس متغیر)، متداولترین است.

دانستن اینکه چگونه یک VFD فرکانس را تغییر میدهد و چگونه بر روی عملکرد موتور تاثیر میگذارد عامل مهمی در انتخاب، نصب، برپائی و تعمیر و نگهداری درایو است.

مدولاسیون پهنای باند در میان الگوهای مختلف VFD، مدولاسیون پهنای پالس (Pulse Width Modulation: PWM) متداولترین است.

در تمام درایوهای PWM به موارد ذیل بر میخوریم: مبدل داخلی.

شش دیود با آرایش پل کلاسیک مبدل AC/DC، تبدیل AC به DC را انجام میدهند.

گذرگاه DC: این بخش، سیگنال DC تولید شده توسط مبدل را پالایش میکند.

گذرگاه، شامل یک القاگر و یک خازن است که RC حاصل، ریپلهای شکل موج را کاهش میدهد.

مسلم است که هرچه DC هموارتر باشد همانقدر مطلوبتر است.

همچنین دامنه ولتاژ گذرگاه DC، حاصلضرب ولتاژ خط در 1.414 است.

مبدل.

این بخش، DC حاصل را دوباره به AC تبدیل میکند.

بنظر میرسد سه گانه تبدیل، پالایش و تبدیل دوباره، یک فرایند اتلافی است چرا که هم ورودی سیستم AC است و هم خروجی آن؛ هر چند که، ولتاژ AC خروجی در ولتاژ و فرکانس متفاوت باشد.سنسورهای مورد استفاده برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفتسنسورهائی که برای اندازه گیری ارتعاشات نسبی شفت در یک ماشین در حال کار بکار برده میشوند، بایستی برخی الزامات را برآورده سازند؛ زیرا آنها بایستی حرکات سطح شفت دوار را اندازه گیری نمایند.

این الزامات عبارتند از: اندازه گیری مقدار ارتعاش بصورت غیرتماسی عدم تاثیرپذیری از روغن یا واسطه های دیگر بین سنسور و سطح اندازه گیری محدوده اندازه گیری وسیع و خطی با وضوح بالا نصب و تنظیم و کالیبراسیون ساده از انواع سنسورهای موجود (سنسورهای خازنی، القائی و جریان گردابی)، نوع جریان گردابی بعلت دارابودن برخی ویژگیها، در سطح وسیعی در دنیا استفاده میشود.

تجربیات حاصل از استفاده عملی، باعث استاندارد شدن سنسورها و مشخصات آنها در سطح وسیع شده است.

روش جریان گردابی (Eddy-Current Method) اساس عملکرد در روش جریان گردابی بدین صورت است که میدان مغناطیسی تولید شده در اطراف یک سیم پیچ در اثر عبور جریان متناوب الکتریکی، باعث القاء جریانهای گردابی در ماده رسانای نزدیک سیم پیچ میگردد.

خاصیت جریانهای گردابی، ربودن انرژی سیم پیچ از طریق میدان مغناطیسی تولید شده میباشد.

هر چه ماده رسانا چگالتر باشد یا میدان مغناطیسی بیشتری روی ماده اثر کند (یعنی ماده نزدیکتر به سیم پیچ باشد)، تبادل انرژی قویتر خواهد بود.

اثر فوق خود را با افت در دامنه ولتاژ بخش اوسیلاتور (نوسان ساز) نشان میدهد.

سپس این اثر به سیگنال قابل اندازه گیری نرمال متناسب با فاصله بین سیم پیچ و ماده رسانا تبدیل میشود (بطور مثال 8 میلی ولت بر میکرومتر) مزایا: با هر ماده رسانای الکتریکی میتواند بکار برده شود.

از واسطه های غیرالکتریکی مثل روغن، آب و غیره متاثر نمیشود.

تعویض سنسور بدون کالیبراسیون مجدد میسر است.

تاثیرپذیری کمی از خاصیت مغناطیسی باقیمانده در شفت دارد.

معایب: اندازه گیریها میتوانند از ساختار مواد شفت که هموژن نیستند متاثر شوند.

به این موضوع Electronical Runout گفته میشود.

مشخصات: خواص مکانیکی و الکتریکی مجموعه اندازه گیری جریان گردابی بطور جامع در استاندارد API670 تشریح شده است.

این استاندارد بصورت بین المللی برای ارزیابی این نوع اندازه گیری بکار برده میشود.

سایر نیازمندیها در استاندارد DIN45670 تشریح شده اند.

در حال حاضر دو فرق اساسی در ساختمان سنسورهای جریان گردابی وجود دارد: سیستم اندازه گیری با مجموعه ای متشکل از تجهیزات جداگانه، شامل سنسور بهمراه کابل، کابل اضافی و نوسان ساز (شکل 52-3) سنسوری که با کابل و نوسان ساز بصورت یکپارچه ساخته شده است.

عمدتاً سیستم اندازه گیری با مجموعه تجهیزات جداگانه، برای اندازه گیری و مونیتورینگ ارتعاشات نسبی شفت ماشینها بطور دائمی استفاده میشود.

هرگونه تغییری در طول هر یک از کابلها، باعث تغییر در خواص الکتریکی میگردد (ظرفیت و مقاومت).

به این دلیل مجموعه کابلها و نوسان ساز بصورت یک جا توسط سازنده کالیبره شده و انجام تغییرات بعدی ممکن نیست.

معمولا اندازه طول کلی کابل بین سنسور و نوسان ساز 5 متر میباشد.

در سیستم یکپارچه، مدار نوسان ساز و سیم پیچ در داخل بدنه یک پیچ M 10x1 ساخته میشوند.

در این حالت افزایش طول کابل مهم نبوده و نصب کابل بطور قابل ملاحظه ای آسان میباشد.

تغذیه لازم برای سنسور و سیگنال اندازه گیری شده هر دو با استفاده از کابل استانداردی که میتواند تا 1000 متر طول داشته باشد، منتقل میگردد.

مشخصات اندازه گیری: مشخصات اندازه گیری جریان گردابی با مشخصات - محدوده فرکانسی، محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل - تشریح میشوند.

محدوده فرکانسی: معمولاً محدوده فرکانسی در روش اندازه گیری جریان گردابی بین صفر تا 1000 هرتز میباشد.

فرکانس صفر هرتز به وضعیت ساکن شفت مربوط است.

حد بالائی فرکانس یعنی 1000 هرتز امکان اندازه گیری ارتعاشاتی که ضرایبی از سرعت کاری روتور میباشند را فراهم میسازد.

محدوده اندازه گیری جابجائی خطی و ضریب تبدیل: هر دو مشخصه فوق از منحنی تبدیل قابل محاسبه میباشند.

منحنی تبدیل، رابطه بین ولتاژ خروجی اسیلاتور و فاصله بین سنسور و سطح اندازه گیری را نشان میدهد.

در منحنی تبدیل، این رابطه در فاصله 0.4 تا 2.9 میلیمتر با چشم غیرمسلح بشکل خطی دیده میشود.

با این حال برای ارزیابی دقیق چشم غیرمسلح کافی نمیباشد.

شکل 57-3 میزان خطی بودن و انحراف منحنی تبدیل U(s) از حالت بهینه خطی G(s) در کل محدوده اندازه گیری را نشان میدهد.سنسورهای مورد استفاده در عیب یابی ماشین آلات دوار(2)سنسور ارتعاشی شتاب سنج نسبت هماهنگی سیستم جرم-فنر، در سنسورهای شتاب سنج بسیار بالاست.

یعنی این سنسور در فرکانسهای زیر فرکانس طبیعی خود کار میکند.

از خاصیت پیزوالکتریکی کوارتز برای تبدیل حرکات مکانیکی استفاده میشود.

خاصیت پیزوالکتریک باعث شارژ الکتریکی در انتهای کریستالی که تحت نیروی فشار یا کشش است میگردد.

شارژ الکتریکی، حاصل جابجائی مولکولهای قطبی در کریستال میباشد.

شکل 17-3 ساختمان یک سنسور شتاب سنج از نوع فشاری را نشان میدهد.

در این نوع سنسور دیسکهای سرامیکی پیزوالکتریک توسط یک جرم تماسی، بارگذاری اولیه (Preload) میشوند.

با این ترکیب، دیسکهای سرامیکی پیزوالکتریک نقش فنر را در سیستم جرم و فنر ایفاء میکنند.

اگر این دیسکها در معرض ارتعاش واقع گردند، جرم تماسی، نیروی متناوبی را روی دیسکها اعمال میکند که بر اثر وجود خاصیت پیزوالکتریک، بار الکتریکی در دیسکها تولید میگردد.

مقدار بار الکتریکی تولید شده متناسب با مقدار شتاب ارتعاش است.

این بار الکتریکی بوسیله یک تقویت کننده تعبیه شده، به ولتاژ الکتریکی تبدیل میگردد.

تشدیدهای فرکانس بالا در این سنسورها بدلیل ترکیب ساختاری آنها، اتفاق می افتد.

این فرکانس در شتاب سنجهائی که عمدتا در صنایع کاربرد دارند، در حدود 35 کیلوهرتز است که حد بالای فرکانس کاری مجاز، تقریبا 20 کیلوهرتز و حد پائین تقریبا 1 کیلوهرتز میباشد.

در سنسورهای شتاب سنج نیاز به مدار خطی کننده نمی باشد، در دستگاه عیب یاب، سیگنال خروجی متناسب با شتاب سنسور، با عمل انتگرال گیری به سیگنال سرعت ارتعاشی و با عمل انتگرال گیری مجدد به سیگنال جابجائی ارتعاشی (اگر نیاز باشد) تبدیل میگردد.

طریقه اندازه گیری با سنسور شتاب سنج، با روشی که در اندازه گیری با سنسور سرعت بیان گردید، یکسان است.

یعنی اندازه گیری میتواند با استفاده از پروب، نگه دارنده مغناطیسی یا بستن با پیچ انجام گردد.

نگه داری سنسور بوسیله دست در حالت کلی ساده ترین و سریعترین روش میباشد.

بایستی توجه کرد که بعلت امکان وجود تشدید در محل تماس بین نوک پروب وسطح نقطه اندازه گیری، محدوده فرکانسی مفید و قابل استفاده در سنسور محدود میباشد.

(شکل 22-3).

در طول مدت انجام اندازه گیری، نگه داری سنسور در جهت مستقیم مهم است و حرکت دادن سنسور موجب بروز خطا در نتایج اندازه گیری میگردد.

اگر قرار است اندازه گیریها مرتبا انجام گردند، توصیه میشود یک سوراخ کوچک یا یک نشان برای قرار دادن نوک پروب ایجاد گردد.

این امر به شما کمک میکند تا مطمئن شوید اندازه گیریها در هر نوبت دقیقاً در یک نقطه انجام میگردند.

نصب کردن سنسور با یک نگه دارنده مغناطیسی بر خلاف روش نگه داری با دست، نصب کردن سنسور با یک نگه دارنده مغناطیسی روی نقطه اندازه گیری، محدوده فرکانسی قابل استفاده وسیعی را فراهم می سازدو حرکت کردن سنسور در طول مدت اندازه گیری منتفی میباشد.

عمل نصب سنسور تقریباً سریعتر از روش نگه داری با دست میباشد.

با این حال، سطح نقطه اندازه گیری بایستی طبیعتا مغناطیس پذیر بوده و نیز عاری از هر گونه کثافت، روغن یا گریس باشد.

شکل 20-3 یک نمونه سنسور ارتعاشی شتاب سنج را با نگه دارنده مغناطیسی نشام میدهد.

نصب سنسور به کمک پیچ از نظر فنی بهترین روش برای نصب سنسور، پیچ کردن آن در محل اندازه گیری است.

اما از این روش به ندرت برای اندازه گیری ارتعاش مطلق یاتاقان استفاده میشود.

محدوده فرکانسی قابل استفاده وسیع و قابلیت خوب اندازه گیری مجدد از مزایای این روش محسوب میشود.

عیب این روش آن است که برای هر نقطه بایستی یک پیچ یا واسطه مناسب تهیه گردد.

این بدین معناست که در روش فوق زمان بیشتری نسبت به نگه داری با دست یا آهنربا، جهت اندازه گیری صرف میشود.

شکل 21-3 سه روش ممکن برای پیچ کردن سنسور روی محل مورد نظر را نشان میدهد.

اتصال دهنده های آسان و سریع، بطور نمونه انواع پروبها، عموما در عمل مورد قبول نمیباشند.

معایب بسیار مهم این نوع روشهای نصب عبارتند از: کاهش قابل توجه در محدوده فرکانسی قابل استفاده بعلت فرکانس تشدید ناشی از ترکیب میله فنری با جرم سنسورتضعیف قابلیت اندازه گیریها در مدت زمان طولانی بعلت تغییر در رفتار دینامیکی مجموعه نگه دارنده سنسور در اثر استهلاک و سایش شکل 22-3 خلاصه ای از مزایا و معایب و محدوده فرکانسی قابل استفاده در روشهای متداول نصب سنسور را نشان میدهد.