این مقاله به بررسی کاربرد اینورتر (درایو فرکانس متغیر) سری GD20 برند INVT در نوار نقاله تردمیل‌های مورد استفاده در سالن‌های ورزشی و بیمارستان‌ها می‌پردازد. در این گزارش، فرآیند عملکرد و الزامات کاربردی تردمیل معرفی شده و پیکربندی و تنظیمات دقیق درایو ارائه گردیده است.
۱. مقدمه
تردمیل دستگاهی است که برای پیاده‌روی یا دویدن در یک مکان ثابت استفاده می‌شود. این دستگاه یکی از تجهیزات رایج در مراکز تناسب اندام و بخش‌های تست‌های پزشکی در بیمارستان‌ها به شمار می‌رود که در آن، تسمه نوار نقاله توسط الکتروموتور کنترل شده و افراد می‌توانند در سرعت‌های مختلف به‌صورت پیوسته بدوند یا پیاده‌روی کنند. علاوه بر این، با استفاده از تجهیزات الکترونیکی جانبی نصب‌شده روی تردمیل، کاربران می‌توانند شرایط مختلف دویدن نظیر زمین هموار، مسیر شیب‌دار یا سرعت متغیر را برای اهداف تمرینی متنوع تجربه کنند.
در گذشته برای تردمیل‌ها اغلب از موتورهای DC زغالی استفاده می‌شد؛ با این حال، نقاط ضعف این موتورها شامل نرخ خرابی بالای زغال و کموتاتور، هزینه‌های سنگین تعمیر و نگهداری و همچنین گشتاور ناکارآمد در سرعت‌های پایین بود. از این رو، بیشتر سازندگان به استفاده از موتورهای AC به همراه درایوهای فرکانس متغیر (VFD) روی آورده‌اند تا معایب موتورهای DC را برطرف سازند.
اینورتر سری GD20 یک مینی اینورتر کنترل برداری جنرال و همه‌منظوره است که به‌عنوان محصولی فشرده با کارایی بالا برای توان‌های پایین بازار طراحی شده است. GD20 از الگوریتم کنترل برداری پیشرفته بین‌المللی بهره می‌برد و علاوه بر تردمیل، در کاربردهایی نظیر ماشین‌آلات پلاستیک، چاپ و بسته‌بندی، تجهیزات حفاظت از محیط زیست، صنایع سرامیک و دستگاه‌های نجاری و چوب‌بری قابل استفاده است.
ویژگی‌های کنترلی شاخص درایو GD20:
- تک‌فاز ۲۲۰ ولت: ۰.۴ کیلووات تا ۲.۲ کیلووات
- سه‌فاز ۳۸۰ ولت: ۰.۷۵ کیلووات تا ۲.۲ کیلووات
- پشتیبانی از نصب دیواری و نصب روی ریل (DIN-Rail)
- کنترل برداری بدون سنسور (Sensorless Vector Control)
- دارای یونیت ترمز داخلی
- مجهز به ترمینال‌های پالس سرعت بالا (HDI/Y1)
- طراحی مینیاتوری: ابعاد کوچک‌تر و صرفه‌جویی در فضای تابلو
- رابط‌های ارتباطی: مجهز به پورت استاندارد RS485، ترمینال‌های ورودی/خروجی متنوع و کی‌پد اکسترنال
- دارای بیش از ۲۵ توابع حفاظتی: حفاظت در برابر اضافه گشتاور، اضافه‌جریان، اضافه‌ولتاژ، افت ولتاژ، گرمای بیش از حد، قطعی فاز و…
۲. بررسی فرآیند عملکرد تردمیل
سیستم کلی تردمیل شامل موارد و ویژگی‌های زیر است:
- در هر تردمیل دو موتور وجود دارد: یکی برای تغییر شیب (Lift) و دیگری برای حرکت تسمه نقاله (Conveyor). تنها موتور نوار نقاله توسط درایو AC سری GD20 کنترل می‌شود.
- درایو ولتاژ پایین GD20 پاسخ آنی نسبت به هر گام روی تسمه، کارکرد نرم و یکنواخت در کل محدوده سرعتی، و گشتاور راه‌اندازی بالایی را فراهم می‌کند.
- فرمان شروع و توقف از طریق میکروکنترلر به ترمینال‌های S1 و 24V ارسال می‌شود و پایه‌های PW و COM اتصال کوتاه می‌گردند؛ همچنین تنظیم فرکانس از طریق ورودی آنالوگ AI2 و COM انجام می‌شود.
- فرکانس GD20 بر اساس محاسبات سرعت (کیلومتر بر ساعت) و دور موتور (RPM) تعیین شده و توسط ولتاژ مرجع اعمال‌شده به ورودی آنالوگ مشخص می‌گردد.
۳. اطلاعات محل پروژه و پیکربندی درایو
نمونه اول: شرکت Health and Fitness در بمبئی
مجموعه Health and Fitness در سال ۲۰۰۰ تأسیس شده و یکی از تولیدکنندگان، تأمین‌کنندگان و صادرکنندگان معتبر تجهیزات ورزشی و بدنسازی است که فضایی در حدود ۱۵۰۰ فوت مربع دارد و ظرفیت تولید آن ماهانه حدود ۴۰ دستگاه است.
جدول زیر بخشی از کاربردها و مدل‌های اینورتر INVT مورد استفاده در این پروژه را نشان می‌دهد:
| ردیف | کاربرد | ولتاژ | توان نامی | مدل اینورتر INVT |
|---|---|---|---|---|
| ۱ | تردمیل (بیمارستانی) | 230V | 1.5kW | GD20-1R5G-S2 |
| ۲ | تردمیل (باشگاهی) | 230V | 2.2kW | GD20-2R2G-S2 |
جدول تنظیمات پارامترهای اینورتر GD20:
| کد پارامتر | نام پارامتر | توضیحات و بازه | مقدار تنظیمی |
|---|---|---|---|
| P00.00 | حالت کنترلی (Control Mode) | 0: کنترل V/F 1: کنترل برداری بدون سنسور (SVC) 2: کنترل گشتاور | 1 |
| P00.01 | مرجع فرمان حرکت (Run Command) | 0: کی‌پد 1: ترمینال‌های کنترلی 2: شبکه و ارتباطات | 1 |
| P00.03 | حداکثر فرکانس (Max Frequency) | 10.00 الی 400.00 هرتز | 110.00Hz |
| P00.04 | حد بالای فرکانس (Upper Frequency Limit) | P00.05 الی P00.03 | 110.00Hz |
| P00.06 | مرجع تنظیم فرکانس A | 0: کی‌پد 1: ورودی AI1 2: ورودی AI2 3: پالس HDI 4: پی‌ال‌سی ساده 5: سرعت چندپله‌ای | 2 |
| P00.11 | زمان شتاب‌گیری 0 (Acceleration Time) | 0.1 الی 3600.0 ثانیه | 5.0s |
| P00.12 | زمان توقف 0 (Deceleration Time) | 0.1 الی 3600.0 ثانیه | 5.0s |
| P00.14 | تنظیم فرکانس حامل (Carrier Frequency) | 1.0 الی 15.0 کیلوهرتز | 15kHz |
| P02.01 | توان نامی موتور | 0.4 الی 900.0 کیلووات | 3.7 |
| P02.02 | فرکانس نامی موتور | 0.01Hz الی P00.03 | 50.00Hz |
| P02.03 | سرعت نامی موتور | 0 الی 36000 دور بر دقیقه | 960 |
| P02.04 | ولتاژ نامی موتور | 0 الی 800 ولت | 415 |
| P02.05 | جریان نامی موتور | 0.8 الی 6000.0 آمپر | 8.8 |
| P03.00 | ضریب تناسبی حلقه سرعت ASR Kp1 | 0 الی 100 | 10 |
| P03.03 | ضریب تناسبی حلقه سرعت ASR Kp2 | 0 الی 100 | 10 |
| P05.01 | عملکرد ترمینال S1 | 1: چرخش راست‌گرد (Forward) | 1 |
| P05.02 | عملکرد ترمینال S2 | 2: چرخش چپ‌گرد (Reverse) | 2 |
| P05.39 | حد بالای ورودی آنالوگ AI2 | بازه تنظیمی: P05.37 الی 10.00 ولت | 5 |
| P08.40 | انتخاب مودولاسیون PWM | 0: مد PWM نوع ۱ (مدولاسیون سه‌فاز و دوفاز) 1: مد PWM نوع ۲ (مدولاسیون سه‌فاز) | 000 |
پس از اعمال و ذخیره پارامترها طبق جدول فوق، درایو GD20 به مدت بیش از ۳ ماه با عملکرد کاملاً پایدار در حال کار است.
۴. نتیجه‌گیری
تجربه میدانی و تست‌های عملی نشان داد که اینورترهای سری GD20 برند INVT از پایداری فوق‌العاده و عملکرد کنترلی بسیار مطلوبی در کاربردهای مرتبط با تردمیل برخوردار هستند و تاکنون تولیدکنندگان اصلی تجهیزات (OEM) رضایت کاملی از کارایی این درایو داشته‌اند.