درایو فرکانس-متغیر

درایو فرکانس-متغیر یا (VFD) یا راه‌انداز فرکانس متغیر، سیستمی برای کنترل سرعت موتورهای جریان متناوب است. این درایوها افزون بر کاربرد کنترل سرعت، می‌تواند در سرعت‌های پایین به منحنی‌ِ مشخصهٔ گشتاور-سرعت مطلوبی مشابه موتورهای جریان مستقیم دست یابد، به‌طوری‌که در بسیاری از کاربردها بتوان موتورهای جریان مستقیم را با موتورهای جریان متناوب قفس‌سنجابی جایگزین کرد.

روش کار

از پارامترهای مهم در تعیین سرعت موتورهای جریان‌متناوب، فرکانس ولتاژ ورودی آن‌هاست که درایوهای فرکانس‌متغیر نیز بر همین اساس کار می‌کنند. از آنجایی که با تغییر فرکانس، راکتانس القایی موتور نیز تغییر می‌کند، درایو باید ولتاژ را همگام با فرکانس تنظیم کند.
بیشتر درایوهای فرکانس‌متغیر برای تنظیم فرکانس، نخست برق ورودی را به حالت جریان مستقیم تبدیل می‌کنند و سپس آن را به حالت متناوب با فرکانس دلخواه برمی‌گردانند. اینکه درایو برای تبدیل برق مستقیم به متناوب از چه روشی استفاده کند تا حد زیادی به اندازه و توان موتور بستگی دارد. در درایوهای ارزان‌تر، ولتاژ خروجی معمولاً به شکل مربعی است که برای موتورهای متناوب مشکل خاصی ایجاد نمی‌کند، اما گاهی با استفاده از یک واحد اضافی شکل موج را به حالت پله‌ای درمی‌آورند تا به شکل موج سینوسی نزدیک‌تر شود.

استفاده از بی‌جِی‌تی و اس‌سی‌آر

موتورهایی که تا ۵۰۰ اسب بخار قدرت دارند معمولاً از ترانزیستور برای تبدیل ولتاژ مستقیم به متناوب استفاده می‌کنند، این درحالی‌ست‌ که در قدرت‌های بالاتر از تریستور خاموش‌شونده با گیت یا یکسوساز کنترل‌شده با سیلیکون استفاده می‌شود. در پل یکسوساز نیز یکسوساز کنترل‌شده با سیلیکون به جای دیود به کار می‌رود تا بتوان ولتاژ خروجی یکسوساز را کنترل کرد؛ چراکه با کاهش فرکانس به صورت خودکار زمان آتش اس‌سی‌آر به تأخیر می‌افتد و ولتاژ خروجی کاهش می‌یابد.
از مشکلات این روش این است که استفاده از برشگرهای اس‌سی‌آر در یکسوساز درایو باعث ایجاد هارمونیک در شبکه می‌شود که به نوبهٔ خود می‌تواند موجب گرم‌شدن ترانسفورماتورها و موتورها و عمل‌کردن ناخواستهٔ فیوزها و مدارشکن‌ها شود. همچنین به علت استفاده از حالت اشباع در ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی برای کلیدزنی، پاسخ فرکانسی آن‌ها پایین است.

استفاده از آی‌جی‌بی‌تی و دیود

امروزه بسیاری از درایوهای فرکانس‌متغیر از آی‌جی‌بی‌تی استفاده می‌کنند که دارای امپدانس بالایی هستند و بر خلاف بی‌جی‌تی‌ها با ولتاژ کنترل می‌شوند و این باعث می‌شود پاسخ فرکانسی بالایی داشته باشند. در این نوع از درایوها عموماً به جای استفاده از اس‌سی‌آر از دیود برای یکسوسازی استفاده می‌شود. ولتاژ خروجی با کمک روش پی‌دابلیوام به موتور اعمال خواهد شد. مهمترین مزیت این روش کاهش چشم‌گیر هارمونیک خط و مهمترین عیب آن اعمال ولتاژهای ضربه‌ای حاصل از سرعت بالای کلیدزنی ترانزیستورها (در بازهٔ ۱۶۰۰ ولت) روی موتور است که برخی موتورها تحمل آن را ندارند. همچنین در این روش طول خط بین درایو تا موتور از اهمیت بسزایی برخوردار است و هر چه طول خط کمتر باشد بهتر است.

امکانات و ویژگی‌ها

در این درایوها اغلب روشی برای کنترل میزان جریان موتور در نظر گرفته می‌شود که شامل ترانسفورماتورهای جریان جهت اندازه‌گیری بار موتور می‌شود. تنظیم خودکار سرعت نیز با اندازه‌گیری سرعت موتور و ارسال آن از یک حلقهٔ بازخورد به درایو می‌تواند انجام گیرد. از دیگر امکانات این درایوها کنترل شتاب موتور است که اجازه می‌دهد حتی در حالتی که سرعت موتور روی بیشینه تنظیم شده، افزایش سرعت ناگهانی انجام نگیرد و طی چندین ثانیه رفته‌رفته انجام شود که به‌ویژه برای موتورهایی که بارشان از راه چرخ‌دنده به موتور متصل است مزیت بزرگی محسوب می‌شود. در برخی از انواع این درایوها مدت زمان شتاب‌دهی یا شتاب‌گیری، محدودیت جریان، ولت بر هرتز (افزایش یا کاهش ولتاژ نسبت به فرکانس) و کمینه/بیشینهٔ فرکانس قابل تنظیم هستند.
تنظیمات درایو ممکن است به صورت دیجیتال و با میکروکنترولر یا به صورت آنالوگ و با تنظیم مقاومت‌های متغیر انجام شود.