اینورتر چیست؟
در این تجهیز معمولا قابلیت تغییر فرکانس و ولتاژ نیز وجود دارد. این محصول دارای نام های بسیاری از جمله درایو، درایو فرکانس متغیر، کنترل دور موتور یا VFD می باشد.
اینورتر یک تجهیز الکترونیکی است که وظیفه آن تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب بوده، لذا به آن مبدل جریان مستقیم به متناوب نیز گفته می شود.
همانطور که گفته شد، وظیفه آن تبدیل جریان DC به AC، کنترل و راه اندازی الکتروموتور می باشد و بین منبع برق و موتور قرار می گیرد. سینا صنعت تامین کننده و عرضه کننده انواع اینورترها می باشد.
انواع اینورتر سه فاز و تک فاز
اینورترها در برق صنعتی، وسایل های خانگی و صنعتی از جمله ماشین لباس شویی، یخچال، آسانسورهای خانگی، پمپ های آب، کولرگازی و غیره که در آنها حرکت وجود دارد به کار برده می شوند و این قابلیت فرکانس و سطح ولتاژ تولیدی را توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل کرده و برق شهری AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز کاربر تامین و تولید می کنند. در نهایت از برق AC تولید شده در خروجی اینورتر می توانیم انواع موتورهای AC سه فاز را کنترل و راه اندازی کنیم.
درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟
درایو فرکانس متغیر (VFD Inverter یا Variable Frequency Drive) نوعی کنترل کننده موتورهای الکتریکی است که با تغییر دادن ولتاژ و فرکانس اعمالی، موتور را با سرعت و ولتاژ مناسب، به گردش در می آورد. در کاربردهایی که نیازی نیست موتور با سرعت کامل خود کار کند، از درایو VFD می توان برای کاهش فرکانس و ولتاژ مطابق با بار روی موتور استفاده کرد. در کاربردهایی که نیاز است سرعت موتور تغییر کند، درایو VFD به راحتی می تواند با افزایش یا کاهش سرعت گردش موتور، سرعت مورد نیاز را فراهم کند.
این نوع اینورتر که به صورت اختصار (VFD) نامیده می شود با کنترل کردن فرکانس برق ورودی AC سبب کنترل دور چرخش الکتروموتور و راه اندازی نرم آن می شود و فرکانس با گردش دور الکتروموتور رابطه مستقیم دارد به این صورت که هر چه فرکانس افزایش یابد سرعت دور الکتروموتور نیز افزایش می یابد. برق DC مورد نیاز اینورتر از برق AC اصلی شهر با ولتاژ 220 ولت و فرکانس 50 هرتز تامین می شود به صورتی که ابتدا برق AC به برق DC و سپس به وسیله اینورتر به برق AC مورد نیاز تبدیل می شود و از آنجایی که سرعت گردش الکتروموتور با فرکانس رابطه مستقیمی دارد با تغییر دادن نسبی فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور، سرعت شفت را کنترل و راه اندازی می کند. AC مخفف ترکیب Alternating Current به معنای جریان متناوب و DC مخفف Direct Current به معنای جریان مستقیم می باشد.
البته اینورتر در علم الکترونیک تعریف دیگری دارد:
المان های موجود در اینورتر (VFD) جریان مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل می کنند (مبدل DC TO AC). موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که می توان با استفاده از فیلترهای مخصوص (سلف و خازن) آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. اینورترها هم به صورت تکفاز و هم سه فاز در بازار موجود می باشند. عملی که این مبدل ها انجام می دهند معکوس عملی است که یکسو کننده ها انجام می دهند (AC TO DC). اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی نظیر منبع تغذیه کامپیوتر تا ابزار بزرگ حمل و نقل هستند. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند پنل های خورشیدی یا باتری استفاده می کنند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا دارد. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد. در واقع اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می شود كه به كمک آن می توان سرعت یك موتور AC سه فاز را كنترل كرد بدون آنكه قدرت و گشتاور موتور كاهش یابد. اینورترها در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند مثلا برای یک موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20 HP استفاده كرد. از نظر ورودی اینورترها به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می گردند. البته خروجی همه آنها سه فاز است. برای اینورترهای با توان بالای 3 اسب بخار فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد. برخی از اینورترهای با توان پایین دارای هشداری مبنی بر عدم استفاده از آنها برای روشن کردن لامپ های فلورسنت معمولی هستند. دلیل هشدار این است که خازن تصحیح توان به صورت موازی با لامپ وصل شده است. با برداشتن خازن مشکل رفع خواهد شد.اينورتر ها از نظر فاز و شكل موج خروجی
اينورترها از نظر فاز تبديل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسيم بندی می شوند، همچنين از نظر شكل موج خروجی به چهار نوع زير قابل تقسيم هستند:
خروجی به شكل موج مربعی
خروجی به شكل سينوسی اصلاح شده یا شبه سینوسی MSW
خروجی به شكل سينوسی خالص PSW
کاربرد اینورتر
اینورتر یا درایو فرکانس متغیر، برای راه اندازی و کنترل دور موتور در بخش های مختلف صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. مانند:
انواع پمپ های صنعتی و ساختمانی
سیستم های آب رسانی بوستر پمپ
فن های صنعتی مثل فن کوره، فن گلخانه، فن تهویه، فن کولینگ تاور، فن تونل و غیره
بلوئر
آسانسور
اسپیندل موتور در دستگاه های CNC چوب و فرزکاری
ماشین آلات خم و برش
ماشین آلات جوشکاری
انواع جرثقیل های سقفی و تاور کرین های سنگین
نوار نقاله
دستگاهای اکسترودر
انواع ماشین آلات صنایع چاپ
ماشین آلات بسته بندی
انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک
پارکینگ های طبقاتی
انتقال انرژی به روش HVDC
درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه برقی
استفاده در پنل های خورشیدی
منبع تغذیه
منابع برق اضطراری
گرمکن القایی
انتقال انرژی به روش HVDC
در انتقال به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت های زیاد با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.
درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه
در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه برقی مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی مانند تویوتا Prius استفاده می شود. به طور خاص پیشرفت های مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها به خاطر کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی است. در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور (که در اینجا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.
استفاده در پنل های خورشیدی
پنل های خورشيدی دارای خروجی DC هستند كه با استفاده از اينورترها نور خورشید را دریافت و ذخیره می کنند و اين توان تبديل به AC می شود.
منبع تغذیه
اینورتر برق DC را از منابعی مانند باطری، پانل های خورشیدی و سلول های سوختی به برق AC تبدیل می کند. برق خروجی را می توان به هر ولتاژی که لازم باشد تبدیل کرد. میکرو اینورترها مستقیما جریان را از پانل های خورشیدی به جریان متناوب تبدیل می کند.
منابع برق اضطراری
استفاده از باتری و اینورتر به عنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست. وقتی که برق اصلی مجددا برقرار شد، از یکسو کننده برای شارژ کردن باتری ها استفاده می شود.
گرمکن القایی
از اینورترها برای بالا بردن فرکانس برق اصلی در گرمکن القائى استفاده می شود که این امر سبب ایجاد گرما در فلزات و فرایند سفت و نرم شدن آنها را به همراه دارد. برای این کار ابتدا برق اصلی AC را به DC تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.
اینورتر چگونه مصرف برق را كاهش می دهد؟
اينورتر به صورت هوشمند ميزان بار وارده به موتور را تشخيص داده و متناسب با همان بار، به موتور جريان می دهد و اين جريان در بسياری از مواقع از جريان نامی موتور كمتر است. بنابراین موتور به میزان مصرف از شبکه جریان می کشد و در نهایت کاهش هزینه مصرف برق را خواهیم داشت.
معمولا اداره برق، مصرف کننده را به دلیل مصرف بار راکتیو از شبکه برق سراسری جریمه می کند، که این موضوع عموما با نصب بانک خازنی در کارخانجات مرتفع می شود. از آنجا که موتورهای القایی یکی از مصرف کنندگان اصلی بار راکتیو هستند، می توان با استفاده از اینورترها این مشکل را برطرف نمود. اینورترها در درون خود دارای بانک خازنی هستند و بنابراین مصرف بار راکتیو موتور را جبران می کنند و موتور در نهایت فقط مصرف کننده بار اکتیو از شبکه برق خواهد بود، لذا شامل جریمه نمی شود و نیاز به نصب بانک خازنی خارجی نخواهد داشت.
به دليل آنكه موتور یک بار راكتيو روی شبكه دارد چنانچه از درايو برای راه اندازی و كنترل موتور استفاده شود، به دلیل وجود یک بانک خازنی اين بار راكتيو جبران شده و تنها بار اكتيو مورد نظر را از شبكه برق مصرف می کند و سبب جبران افت ولتاژ و کاهش جريان مصرفی می گردد.
در بسياری از كاربردهای صنایع مختلف با توجه به این که مصرف انرژی زيادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند تا بتواند این میزان انرژی را جبران کند و این امر سبب شده که جريان زيادتری در حين كار از شبكه استفاده شود و به دلیل استفاده از اینورتر این جریان، به صورت كاملا اتوماتيک به مقدار لازم افزايش و در حين كار به مقدار لازم كاهش می یابد، بنابراين به طور كلی هزينه برق مصرفی كاهش چشم گيری خواهد داشت.
در بسياری از كاربردها به هنگام راه اندازی، موتور جريان بسيار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ايجاد صدماتی به تاسيسات برق رسانی و ساير دستگاه ها می گردد، اين جريان به ۶ برابر جريان نامی موتور می رسد كه بسيار نامطلوب می باشد، چنانچه از اينورتر استفاده شود اين اضافه جريان بسيار اندک خواهد شد (حداکثر 0.2 برابر). به عنوان مثال اگر يک موتور با جريان نامی ۱۰ آمپر كار كند، در هنگام راه اندازی اين جريان به ۶۰ آمپر و در صورت استفاده از اینورتر اين جريان حداكثر به ۱۲ آمپر می رسد، كاهش جريان موتور به صورت اتوماتيک در هنگامی كه بار موتور كم می شود. اين قابليت به غير از كاهش هزينه برق مصرفی موجب افزايش طول عمر مفيد موتور خواهد شد.
امكان استفاده از برق تكفاز ۲۲۰ ولت به جای سه فاز ۳۸۰ ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداكثر با توان 4 کیلووات به اين معنا كه می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را كاملا به صورت عادی راه اندازی نمود.
در پمپ ها و فن ها ميزان دبی با سرعت موتور متناسب است، اما توان مصرفی با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به ميزان ۵۰ درصد كاهش يابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲.۵ درصد خواهد بود و اين به مفهوم ۸۷.۵ درصد صرفه جویی در انرژی است.
تفاوت اینورتر و درایو
درایوها توانایی تنظیم ولتاژ، فرکانس و توان ورودی به علاوه مقادیر خروجی را برعهده دارند در صورتی که اینورترها فقط ولتاژ و توان خروجی را تغییر می دهند. در اینورترها عمل معکوس کننده جریان مستقیم به متناوب اتفاق می افتد ولی در درایوها علاوه بر این عمل، یکسو سازی جریان نیز انجام شده که سبب تنظیم کنترل دور موتور می شود و همچنین در اینورتر ها برعکس درایو ها هیچ گونه قطعات متحرکی وجود ندارد.
اینورتر یا درایو تک فاز به سه فاز چیست؟
اینورتر یا درایو صنعتی قابلیت راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز با برق تک فاز را دارا می باشند، که از جمله مهمترین مزیت های اینورتر یا درایو های صنعتی می باشد. اینورتر و درایوهای تک فاز به سه فاز مناسب کارگاه ها و مکان هایی هستند که بنا به دلایلی دسترسی به برق سه فاز را ندارند.
مزایای اینورتر و درایو تک فاز به سه فاز
قابلیت راه اندازی موتور سه فاز تا 4 کیلووات (البته این توانایی در برندهای مختلف درایو متفاوت می باشد).
قابلیت چپ گرد و راست گرد کردن الکتروموتور
کاهش ضربه های مکانیکی هنگام استارت اولیه
جلوگیری از جریان کشی اولیه الکتروموتور
کاهش صدا و نویز خروجی الکتروموتور (این مزیت مناسب مصرف کنندگان پمپ های خانگی می باشد که همواره از صدای الکتروپمپ ها شکایت دارند).
بیشترین استفاده درایوهای تک فاز به سه فاز برای کاربری پمپ های خانگی هست زیرا اکثر منازل به برق سه فاز دسترسی ندارند، به این دلیل بهترین گزینه برای کنترل دور الکتروپمپ و نصب سنسورها جهت سطح سنجی میزان آب رسیده به طبقات مختلف استفاده از درایو تک فاز به سه فاز می باشد.
در زمان خرید اینورتر تک فاز به سه فاز به چه نکاتی باید توجه نمود؟
قبل از هر چیز باید به این موضوع توجه کرد که ورودی اینورتر تکفاز به سه فاز، ولتاژ تکفاز 220 ولت بوده و خروجی آن 3 فاز 220 ولت می باشد. بعضا به اشتباه تصور می کنند که می توان از این مدل اینورتر خروجی 3 فاز 380 ولت دریافت کرد که اشتباه است، لذا پلاک الکتروموتور سه فاز قبل از خرید اینورتر باید مورد بررسی قرار بگیرد. سربندی موتور حتما باید مثلث 220 ولت باشد.
حتما باید سربندی الکتروموتور روی حالت 220 ولت مثلث قرار بگیرد و اینکه الکتروموتور این قابلیت را داشته باشد.
پلاک الکتروموتور که اینورتر می خواهد روی آن نصب شود حتما باید خوانده شود و مورد بررسی قرار بگیرد.
برق مجموعه ایی که اینورتر تکفاز به سه فاز می خواهد در آن قرار بگیرد از جهت بررسی آمپر جریان حتما بازدید شود.
حتما باید فرکانس الکتروموتور با اینورتر همخوانی داشته باشد اگه فرکانس آن ها با هم متفاوت باشد امکان سوختن موتور وجود دارد.
اجزای درایو فرکانس متغیر و نحوه عملکرد آن
همانطور که در تصویر مشاهده می کنید، اینورتر ها دارای سه جز اصلی می باشند.
بخش مبدل یا کانورتر: برق ورودی 3 فاز متناوب به این بخش از درایو وارد شده و تبدیل به شکل موج DC می شود.
صافی خازنی یا باس DC: شکل موج DC تولید شده وارد این بخش شده و ریپل های آن حذف می شود و تبدیل به یک موج DC تقریبا صاف می گردد.
بخش اینورتر: در این قسمت با استفاده از مدارات سوئیچینگ فرکانس بالا و تکنیک PWM، برق DC تبدیل به یک شکل موج سینوسی مربعی می شود.
عملکرد مبدل AC به DC
اولین طبقه از درایو فرکانس متغیر یا VFD یا درایو AC ، مبدل یا Converter (یکسو کننده) است که از 6 عدد دیود تشکیل شده که وظیفه یکسو سازی را برعهده دارند و اجازه عبور جریان را فقط از یک جهت می دهند. به طور مثال هر گاه ولتاژ فاز A مثبت تر از ولتاژ فاز های B و C شود، دیود فاز A باز شده و اجازه عبور جریان را می دهد. هنگامی که ولتاژ فاز B مثبت تر از A شود، دیود فاز آن باز شده و دیود فاز A بسته می شود. همین امر برای سه دیودی که سمت منفی باس DC هستند نیز صادق است. بنابراین با باز و بسته شدن هر دیود 6 پالس جریان دریافت می کنیم. به اینورترهایی که به این روش کار می کنند اینورترهای 6 پالسه گفته می شود و متداول ترین نوع اینورترها هستند.
عملکرد باس DC
همانطور که در تصویر مشاهده می شود، خروجی DC دارای ریپل های AC می باشد. در باس DC خازن هایی وجود دارد که وظیفه صاف کردن موج و حذف ریپل ها را بر عهده دارد. خازن ریپل AC را جذب کرده و ولتاژ DC صاف ایجاد می کند. برای درایوهایی که ولتاژ ورودی موثر (RMS) آنها 480 ولت می باشد، ریپل AC در باس DC معمولا کمتر از 3 ولت است بنابراین ولتاژ باس DC تقریبا 650 ولت می شود. البته ولتاژ واقعی به عواملی مانند سطح ولتاژ خط AC تغذیه درایو، سطح عدم تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت یا هر گونه فیلتر یا راکتور درایو بستگی دارد.
عملکرد اینورتر یا مبدل DC به AC
در این بخش ولتاژ DC تولید شده در درایو با استفاده از تکنولوژی PWM ، به شکل موج سینوسی مربعی با ولتاژ و فرکانس دلخواه و مناسب فرآیند تولید می شود. سه روش تولید این موج. عبارتند از استفاده از ترانزیستور،MOSFET یا IGBTها می باشد. IGBT با سوئیچینگ بسیار سریع با قطع و وصل کردن کلید، تولید پالس های مربعی شکل را انجام می دهند و اینورترهایی که برای این بخش از عملکرد خود از IGBT استفاده می کنند، بهترین عملکرد را نسبت به مدل های دیگر دارند. IGBT ها در کمتر از 400 نانوثانیه روشن و کمتر از 500 نانوثانیه خاموش می شوند که کمتر از یک چشم بر هم زدن است.
در حالت ترانزیستوری 3 جفت ترانزیستور وجود دارد که در هر نیم موج 12 بار ON و OFF می کند تا یک خروجی 3 فاز بسازد. یکی از جفت ترانزیستورها به باس مثبت DC و یکی به باس منفی DC متصل می شود تا شکل موج کامل ساخته شود. فرکانس خروجی معمولا 0 تا 20 هرتز است که بعضی اینورترها خروجی تا 400 هرتز را نیز ساپورت می کنند.
موج PWM چیست؟
PWM عبارت Pulse Width Modulation به معنی مدولاسیون پهنای باند است.
