چرا از اینورتر در دستگاه های صنعتی استفاده می کنیم؟

انواع اینورتر سه فاز و تک فاز

تعمیر اینورتر: اینورتر ها در وسایل های خانگی و صنعتی من جمله ماشین لباس شویی، یخچال، آسانسور های 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 کنند. در نهایت از برق AC تولید شده در خروجی اینورتر می توانیم انواع موتور های AC سه فاز را کنترل و راه اندازی کنیم.

 فیلم معرفی اینورتر و اجزاء و نحوه کار با اینورتر

(لطفا پیش از خرید، جهت آشنایی هرچه بیشتر با اینورتر، این فیلم را مشاهده نمایید.)

درایو فرکانس متغیر (VFD Inverter یا Variable Frequency Drive) نوعی کنترل کننده موتور های 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 نوعی کنترل کننده دور و راه انداز موتور هستند و یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است. اینورتر وظیفه کنترل برق را برعهده می گیرد. در اغلب موارد، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است، به طوری که 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 آن جایی که سرعت گردش الکتروموتور با فرکانس رابطه مستقیمی دارد که با تغییر دادن نسبی فرکانس و ولتاژ اعمال شده به ، 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.

از آنجا که اینورتر یک عنصر اصلی است، گاهی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود. این محصول این قابلیت را دارد که توسط برق تک فاز موتور های سه فاز تا توان 11 کیلو وات را با برق تک فاز با مصرف بهینه کنترل و راه اندازی کند.

البته اینورتر در علم الکترونیک تعریف دیگری دارد:

مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب یا اینورتر (Inverter) به المان هایی گفته می شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند. هرگونه دستگاهی که برق DC را به برق AC تبدیل کند، اینورتر نامیده می شود (مبدل DC TO AC).

موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که می توان با استفاده از فیلتر های 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 منبغ تغذیه کامپیوتر تا ابزار بزرگ حمل و نقل را شامل می شوند. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند پانل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است. 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 اینورتر های با توان پایین دارای هشداری مبنی بر عدم استفاده از آنها برای روشن کردن لامپ های فلورسنت معمولی هستند. دلیل این 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:

 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:

انتقال انرژی به روش HVDC

در انتقال به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت های زیاد و 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 اینورتر ها 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 آن ها را به همراه دارد. برای اینکار 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؟

 تفاوت اینورتر و درایو

درایو ها توانایی تنظیم ولتاژ و فرکانس و توان ورودی به علاوه مقادیر خروجی را برعهده دارند در صورتی که اینورتر ها فقط ولتاژ و توان خروجی را تغییر می دهند. در اینورترها عمل معکوس کننده جریان مستقیم به متناوب اتفاق می افتد ولی در درایو ها 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 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

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؟

در عکس زیر یک نمونه پلاک موتور 3 فاز که دارای سربندی مثلث 220 ولت می باشد، نشان داده شده است:

  اجزای درایو فرکانس متغیر و نحوه عملکرد آن

تصویر زیر، یک نمونه بلوک دیاگرام از درایو فرکانس متغیر یا همان درایو کنترل دور موتور می باشد. اجزای تشکیل دهنده درایو بطور کلی در این شکل نشان داده شده است.

همانطور که در تصویر مشاهده می کنید، اینورتر ها دارای سه جز اصلی می باشند.

در ادامه جزئیات نحوه عملکرد یک درایو فرکانس متغیر از لحظه ورود برق AC سه فاز، توضیح داده می شود:

اولین طبقه از درایو فرکانس متغیر یا VFD یا درایو AC ، مبدل یا Converter است. مبدل 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.

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 و یا هرگونه فیلتر یا راکتور درایو بستگی دارد.

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.

PWM عبارت Pulse Width Modulation به معنی مدولاسیون پهنای باند است.

تکنیک مدولاسیون پهنای پالس یا PWM، روشی است که در آن با تغییر زمان روشن/خاموش شدن پالس، برای ایجاد سیگنال آنالوگ متغیر، عرض پالس خروجی را تغییر می دهند. تکنیک PWM بدون در نظر گرفتن بار می تواند ولتاژ های خروجی ثابت از 110 تا 230 ولت جریان متناوب را تولید کند. لازم به ذرکر است که در این تکنیک عرض سیگنال تغییر ولی فرکانس ثابت می ماند.

همانطور که در شکل فوق می بینید فرکانس حامل یا Carrier Frequency (موج مثلثی آبی رنگ)، فرکانس سوئیچینگIGBT های اینورتر است که معمولا از 2 تا 16 کیلوهرتز می باشد.

فرکانس مرجع یا Reference Frequency (موج سینوسی قرمز رنگ)، از ولتاژ ورودی درایو نمونه برداری می کند تا در خروجی درایو شکل موج سینوسی داشته باشیم که معمولا از 0 تا 5 ولت می باشد.

در نهایت درایو با مقایسه فرکانس مرجع و فرکانس حامل، پالس خروجی (سیاه رنگ) ایجاد می شود.

در اینورتر از IGBT ها برای تولید فرکانس های مختلف استفاده می کنیم مطابق شکل زیر: