در ادامه نکات ایزولاسیون در درایوها، در این بخش با ایزولاسیون درایو بیشتر آشنا میشویم.
ایزولاسیون در درایو موتورها
شکل ۳ یک بلوک دیاگرام ساده‌شده را برای یک سیستم درایو موتور سرعت متغیر را نشان می‌دهد.
یک منبع تغذیه ورودی یا شبکه ورودی، معمولاً سه فاز، توان الکتریکی را برای سیستم فراهم میکند. یا شبکه است یا منبع تغذیه است. ولتاژ شبکه به‌طور مثال ۴۰۰ VRMS، ۶۹۰ VRMS یا VRMS ۸۳۰در فرکانس‌های ۵۰ هرتز یا ۶۰ هرتز است. یک مرحله یکسوکننده از دیودهای قدرت ولتاژ ورودی AC را به ریل ولتاژ DC (مثبت دی سی و منفی دی سی) تبدیل میکند. خازن‌های ولتاژ بالای لینک DC هم ریپل ولتاژ سمت یکسوکننده و هم جریان سوئیچینگ سمت اینورتر را فیلتر میکنند. یک ماژول IGBT یا یک بانک IGBT، یک اینورتر سه فاز را تشکیل می‌دهند. MOSFET ها می‌توانند به‌جای IGBT ها استفاده شوند، اگرچه در این سند IGBT ها به‌عنوان‌مثال مورداستفاده قرار می‌گیرند. گیت درایورهای ایزوله، ولتاژ موردنیاز برای روشن کردن و خاموش کردن IGBT را فراهم میکنند. به‌طورمعمول یک ولتاژ gate-emitter 15V برای روشن کردن IGBT استفاده می‌شود و ولتاژ خروجی gate-emitter -8V برای خاموش کردن آن استفاده می‌شود. عناصر اندازه‌گیری جریان و ولتاژ ایزوله، فیدبک جریان و ولتاژ را برای سیستم کنترل حلقه بسته تأمین میکنند.
یک ماژول اینکودر فیدبک موقعیت و سرعت شفت موتور را تأمین میکند.
درایو موتور یک خروجی سه فاز دارد که به موتور الکتریکی وصل شده است. دامنه و فرکانس این سه فاز خروجی بسیار متفاوت از منبع ورودی شبکه است و به‌طور کامل به سرعت و گشتاور خروجی موردنیاز موتور الکتریکی بستگی دارد. به عبارت ساده، این تفاوت این است که چگونه درایور موتور سرعت متغیر قادر به کنترل خروجی مکانیکی موتور بدون نیاز به عناصر مکانیکی مانند چرخ‌دنده یا تسمه است.
یک ماژول کنترل که حاوی ریزپردازنده یا آرایه گیت قابل‌برنامه‌ریزی (FPGA) می‌باشد، دنباله‌ای مناسب از کنترل‌های مدولاسیون پهنای پالس (PWM) را به گیت درایورهای IGBT در فرکانس صحیح فراهم میکند که موج‌های ولتاژ و موج جریان تولیدشده در موتور را کنترل میکند. این شکل موج‌ها سرعت و خروجی گشتاور موتور الکتریکی را کنترل میکند. درایو موتور یک سیستم حلقه بسته است. ماژول کنترل فیدبکی را از مدارهای سنسورهای جریان و ولتاژ دریافت میکند و در برخی از کاربردها فیدبک موقعیت و سرعت دریافت می‌شوند.
ماژول کنترل با بقیه شبکه کنترل (به‌عنوان‌مثال به یک کنترل‌کننده منطقی قابل‌برنامه‌ریزی [PLC]، کامپیوتر یا رابط انسان و ماشین [HMI]) از طریق اینترفیسهای ارتباطی استاندارد مانند RS-485، CAN یا Ethernet صنعتی در ارتباط هست.
ماژول کنترل دارای قطعاتی است که برای انسان‌ها قابل‌دسترسی است، به‌عنوان‌مثال، کانکتورهای ارتباطی و پورت ورودی رابط اینکودر. ایزولاسیون ایمنی کافی بین این قسمت‌های در معرض و مدارهای ولتاژ بالا (مدار متصل به باسهای DC و خطوط تغذیه ورودی) موردنیاز است. این ایزولاسیون را می‌توان از طریق گیت درایورهای ایزوله و تقویت‌کننده‌های جریان و ولتاژ ایزوله به دست آورد. ایزولاسیون بیشتر می‌تواند بین ماژول کنترل و اینترفیسهای ارتباطی برقرار شود اما این در شکل ۳ نشان داده نشده است. خطوط آبی‌رنگ نشان داده شده در شکل ۳ سیگنال‌های ولتاژ پایین یا ایمن هستند که از ولتاژ بالا ایزوله شده‌اند.
شکل ۴ یکی دیگر از پیکربندی‌های ممکن را نشان می‌دهد که در آن ماژول کنترل earth-referenced نیست.
در عوض، آن را به باس DC بایاس می‌کنیم. در این مورد، ایزولاسیون دیجیتال اضافی بین این ماژول کنترل (که به ولتاژ بالا متصل است) و یک کنترل دوم یا ماژول ارتباطی که earth-referenced است ایزولاسیون ایمنی را فراهم میکند. قطعات یا اینترفیسهای قابل‌دسترس انسان بر روی ماژول کنترل دوم قرار می‌گیرند. در این معماری، ایزولاسیون هم در گیت درایورها و هم ماژول سنس جریان و ولتاژ ایزوله نیاز است (نه از منظر ایمنی الکتریکی بلکه برای اهداف کاربردی). در اینجا، ایزولاسیون به ماژول کنترل اول (اشاره به DC-) برای ارتباط با IGBT ها و سنسورها اجازه می‌دهد که مرجع زمین آن‌ها خروجی‌های اینورتر است که ولتاژ بالا را با توجه به DC-bus سویچ میکنند.
ادامه دارد …
