مقاله

اینورتر چیست و انواع اینورتر سه فاز و تک فاز؟

DELTA-INVERTER

اینورتر چیست ؟ : این محصول دارای نام های بسیاری است که از جمله آن می توان به درایو، کنترل دور موتور، درایو فرکانس متغیر یا VFD اشاره نمود. اینورتر از نظر معنای لغوی، به معنای مبدل است. اینورتر ها این قابلیت را دارند فرکانس و سطح ولتاژ تولیدی را توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل کرده و برق 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.

A1
اینورترهای IMASTER

درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟

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 درمی 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 و یا کاهش سرعت گردش موتور، سرعت مورد نیاز را فراهم کند.

نام های دیگر درایو فرکانس متغیر (VFD)، درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو AC، میکرو درایو و اینورتر است.

این نوع اینوتر 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 تامین می شود. که با تغییر دادن نسبی فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور، سرعت شفت را کنترل و راه اندازی می کند.

vfd

این نوع اینورتر ها را با نامهای دیگری مانند: درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم و درایو های صنعتی نیز می شناسیم. 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 المان‌هایی گفته می‌شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. 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 می‌توان با استفاده از فیتلرهای 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 می‌دهند معکوس عملی است که یکسوکننده ها انجام می‌دهند. اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی استفاده می شوند، از منبع تغذیه کامپیوتر گرفته تا ابزار بزرگ حمل و نقل فله. 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. درواقع 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 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.

Inverter 2

انواع اینورترها

اینورترها را می‌توان با توجه به شکل موج خروجی، نوع بار خروجی و روش‌های PWM به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد.

انواع اینورترها بر اساس شکل موج خروجی

انواع اینورترها از نظر شکل موج خروجی عبارتند از:

  • اینورترهای موج مربعی
  • اینورترهای شبه‌سینوسی یا اینورترهای سینوسی اصلاح شده
  • اینورترهای سینوسی

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
  • 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 و با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DCرا 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 اين توان تبديل به AC می شود.

Article Inverter 3

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 جهت استفاده در گرمکن القائى استفاده می شود. برای اینکار ابتدا برق اصلی با 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 نهایتا کاهش هزینه مصرف برق را خواهیم داشت.
  • معمولا ادراه 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 اینورتر ها 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 گردد، چون درايو دارای یک بانک خازنی می باشد اين بار راكتيو را جبران می نمايد و تنها بار اكتيو را از شبكه برق مصرف می نمايد، بنابراين جريان مصرفی بسيار كاهش می يابد.
  • در بسياری از كاربردها انرژی زيادی برای راه اندازی لازم است. موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند بنابراين ميزان جريان زيادتری هم در حين كار از شبكه استفاده می كند. چنانجه از اینورتر استفاده شود، اينورتر به صورت كاملا اتوماتيک اين جريان را در حين راه اندازی به مقدار لازم افزايش و در حين كار به مقدار لازم كاهش می دهد، 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 می رسد 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% كاهش يابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲.۵% خواهد بود و اين به مفهوم ۸۷.۵% صرفه جویی در انرژی است.

اینورتر یا درایو تک فاز به سه فاز چیست؟

اینورتر یا درایو صنعتی قابلیت راه اندازی الکتروموتور های 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 کیلو وات (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.

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

electrical motor plaque

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.

vfd parts

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 شود.
  • 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.

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

Inverter Interior Circuit
  • عملکرد مبدل AC به DC

اولین طبقه از درایو فرکانس متغیر یا VFD یا درایو AC، مبدل یا Converter است. مبدل از 6 عدد دیود تشکیل شده که این دیودها اجازه عبور جریان را فقط از یک جهت می دهند. به طور مثال هرگاه 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. با افزودن یک خازن روی باس DC می توانیم ریپل AC ایجاد شده در ولتاژ را حذف کنیم. این 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.

  • 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 برای تولید این موج وجود دارد. استفاده از ترانزیستور،MOSFET و یا استفاده از IGBT. هر کدام از این تجهیزات با سوئیچینگ بسیار سریع تولید شکل موج را انجام می دهند که IGBT سریعترین سوئیچینگ را دارد 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 و این یعنی کمتر از یک چشم به هم زدن.

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 سرنام عبارت Pulse Width Modulation می باشد به معنی مدولاسیون پهنای باند است.

inverter pwm wave

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.

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:

Inverter IGBT

روش های کنترلی درایو فرکانس متغیر (ِVFD)

inverter control vfd

انتخاب روش کنترلی مناسب برای راه اندازی الکترو موتورهای القایی باعث می شود موتور گشتاور، راندمان و بازدهی بالایی داشته باشد و در عین حال کمترین خرابی و استهلاک را داشته باشد.

بطور کلی 3 مد کنترلی اصلی برای درایوها تعریف می شود، که با استفاده از آن کار کنترل ولتاژ، دور و گشتاور موتور را انجام می دهند.

  1. مد کنترلی V/F (ولتاژ/فرکانس)
  2. کنترل برداری حلقه باز یا SVC (Sensor less Vector Control)
  3. کنترل برداری حلقه بسته (Close Loop Vector)

همه روش های فوق از مدولاسیون پهنای باند PWM استفاده می کنند.

مد کنترلی ولتاژ/فرکانس

این روش ساده ترین روش کنترل الکتروموتور ها است و همه درایوها این مد کنترلی را پشتیبانی می کنند. در این روش از نسبت بین ولتاژ و فرکانس برای ایجاد شار جهت تامین گشتاور موتور استفاده می شود.

در این روش با کاهش فرکانس از مقدار نامی (معمولا 50 هرتز)، ولتاژ نیز متناسب با آن کاهش پیدا می کند. در مد کنترلری V/F، اندازه زاویه کنترل نمی شود و این موضوع باعث می شود موتور در سرعت های کم ناپایدار عمل کند.

در تصویر زیر چندین الگو از منحنی V/F نشان داده شده است.

vfd v f curve

در اینورترها یک سری الگوی V/F از پیش تعیین شده وجود دارد که اپراتور می تواند بر اساس کاربری که دارد یکی از الگوهای موجود را انتخاب کند و در سطح پیشرفته تر خودش یک الگوی جدید برای درایو تعریف کند. درایو فقط می تواند یک الگوی V/F را اجرا کند.

منحنی V/F تعیین می کند چه ولتاژی بر اساس فرکانس تعریف شده به موتور وارد شود. همانطور که در شکل فوق مشاهده می شود یک الگو با فرکانس دلخواه توسط کاربر انتخاب می شود و هر کدام از الگوها سرعت و گشتاور مشخصی را برای موتور ایجاد می کنند. در این روش ولتاژ و فرکانس با یک شیب ثابت به مقدار تنظیم شده می رسند و کنترلی روی گشتاور موتور نداریم.

این روش بهترین گزینه برای کنترل بارهایی است که گشتاور متغیر دارند مثل پمپ و فن. بکارگیری الگوی V/F برای آنها بهترین انتخاب است و از بروز خطا در درایو جلوگیری می کند و راندمان موتور را افزایش می دهد.

کاربرد مد کنترلی V/F

  1. در کاربردهای فرکانس بالا که نیاز به گشتاور راه اندازی بالایی ندارند مثل ماشین آلات رسیندگی و اسپیندل موتور ها
  2. از بین 3 مد کنترلی نامبرده، این روش تنها روشی است که اجازه می دهد چند موتور همزمان از طریق یک VFD کنترل شوند، به شرطی که روشن و یا متوقف شدن موتورها همزمان باشد و از یک رفرنس سرعت پیروی کنند. اما در وکتور کنترل این امکان وجود ندارد.

محدودیت های مد کنترلی :V/F

  1. هیج فیدبکی از چرخش شفت موتور نداریم.
  2. گشتاور راه اندازی موتور به 150 درصد گشتاور نامی موتور در فرکانس 3 هرتز محدود می شود. اگر چه این گشتاور راه اندازی پایین می تواند یک نقطه ضعف در این روش باشد. اما برای بسیاری از کاربردهای گشتاور متغیر کافی است. در واقع، در هر کاربرد گشتاور متغیر مانند فن و پمپ، از روش کنترل V/F استفاده می شود.
  3. معمولا دقت تنظیم سرعت 2 تا 3 درصد حداکثر فرکانس نامی است، پس برای کاربردهایی با کنترل دقیق مناسب نیست.
  4. در این روش نسبت ولتاژ به فرکانس همیشه حفظ می شود. مثلا اگر ولتاژ 380 ولت باشد و فرکانس 50 هرتز، درصورتیکه فرکانس را به 25 هرتز کاهش دهیم، ولتاژ نیز به همین نسبت کم می شود و به 190 ولت کاهش پیدا می کند. برای فرکانس های زیر 5 هرتز، ولتاژ بسیار کم می شود و در نتیجه گشتاور مناسبی برای بار تامین نشده و موتور زیر بار می ماند. در چنین مواقعی براحتی می توان شفت موتور را با دست متوقف کرد.

در درایوهای جدید بلوک جبرانگر لغزش وجود دارد. این بلوک با تغییر بار، فرکانس مرجع را تغییر می دهد لذا سرعت موتور متناسب با بار تنظیم می شود و کنترل بار بهبود پیدا می کند.

مد کنترل برداری حلقه باز (SVC (Sensor less Vector Control

در این روش، جریان مغناطیسی یا همان جریان تولید شده شار توسط ولتاژ اعمالی، اندازه گیری شده و ولتاژ خروجی بر این اساس تنظیم می شود. در روش قبلی ولتاژ بر اساس فرکانس مرجع تنظیم می شد.

در این مد کنترلی، به جای استفاده از درایو به عنوان تولید کننده ولتاژ و فرکانس در یک ست پوینت خاص، سعی می کنیم شار و گشتاور موتور را مستقیما کنترل کرده و آن کنترل را بطور مداوم مورد بازبینی قرار دهیم تا به نقطه تنظیم مورد نظر برسیم.

همانطور که از نام این مد کنترلی (Sensor less) مشخص است در این روش هیچ سنسور خارجی و یا انکودری بر روی شفت موتور نصب نیست و مستقیما فیدبکی از دور موتور نداریم. درون اینورتر ترانس های اندازه گیری جریان (CT) وجود دارد و فیدبک جریانی موتور به این روش خوانده می شود. بنابراین اینورتر با توجه به بلوگ دیاگرام های موجود در سیستم خود و فیدبک جریانی گشتاور و شار مورد نیاز موتور را حدس زده و تامین می کند.

در واقع جریان وارد شده به اینورتر به دو بردار تقسیم می شود که یکی از این جریان ها معرف جریان مولد میدان مغناطیسی (شار) بوده و دیگری میزان گشتاور را تعیین می کند. با استفاده از این دو بردار، اینورتر، مقدار ولتاژ اعمالی به موتور را مشخص می کند. یعنی در این روش بر خلاف روش V/F ولتاژ ثابت در یک فرکانس مشخص روی اینورتر قرار نمی گیرد، بلکه ولتاژ اعمالی در حال تغییر می باشد (جهت جبران کاهش گشتاور ).

با استفاده از این روش می توان برای گشتاور محدودیت اعمال نمود تا از اعمال گشتاور مخرب که باعث آسیب دیدن موتور و یا ماشین می شود، جلوگیری نمود. پس در این روش محاسبات برداری بوده و برخلاف روش قبل که اسکالر بود و فقط مقدار مهم است، در اینجا موقعیت، زاویه و مقدار مهم است. همچنین در این روش الکتروموتور امکان تولید 200 درصد گشتاور نامی خود را در فرکانس 0.3 هرتز دارد.

در مقایسه با مد V/F گشتاور راه اندازی بالاتر و کنترل دقیق تر سرعت در حدود 0.2 درصد حداکثر فرکانس نامی است و سرعت های بسیار کم در 0.1 هرتز را بدون کاهش گشتاور دارد.

نکته مهم در استفاده از مد کنترلی SVC

برای دستیابی به عملکرد بهینه موتور، در این روش درایو حتما باید Auto-Tuning انجام شود، تا پارامترهای موتور جهت انجام محاسبات و اندازه گیری های کنترلی بدست آید. پارامترهایی مثل مقاومت روتور، مقاومت استاتور، جریان بی باری، اندوکتانس مغناطیس شوندگی و غیره.

کاربرد مد کنترلی SVC

کاربری های سنگین و دارای گشتاور راه اندازی بالا که حرکت پیوسته و بدون لرزش موتور مد نظر است و در عین حال بحث موقعیت و کنترل پوزیشن مطرح نیست.

محدودیت مد کنترلی SVC

در این روش به دلیل اینکه نیاز است برای محاسبات برداری گشتاور و شار از جریان موتور فیدبک گرفته شود لذا امکان اتصال یک اینورتر به چندین موتور بصورت همزمان وجود ندارد و در حالت RUN فقط یک موتور می تواند به اینورتر وصل باشد.

مد کنترل برداری حلقه بسته (Close Loop Vector Control)

این روش همانند مد کنترلی حلقه باز است با این تفاوت که از انکودر استفاده شده و فیدبک از موقعیت و سرعت شفت موتور در دسترس است.

در این حالت و با استفاده از انکودر تا 200 درصد گشتاور نامی در سرعت 0 در دسترس خواهد بود و در صورت پشتیبانی درایو از پوزیشن کنترل می توانیم مانند درایوهای سرو کنترل موقعیت داشته باشیم. در این حالت می توان مثل سروو موتور، در سرعت 0، مد SERVO ON را اجرا کرد و شفت موتور را قفل نگه داشت.

کاربرد مد کنترل برداری حلقه بسته

  1. از قابلیت نگه داشتن شفت در فرکانس صفر (قفل شفت)، می توان در جرثقیل ها، بالابرها و آسانسورها استفاده کرد.
  2. می توان از این مد برای سنکرون کردن چند موتور با دقت بالا استفاده کرد.
  3. در مد کنترل برداری حلقه بسته، امکان کنترل مستقیم گشتاور و انجام کارهایی مثل Tension Control در صنایع ریسندگی و دستگاه های وایندر، صنایع چاپ و بسته بندی و صنایع تولید کاغذ و وایندرهای کاغذ استفاده کرد.
  4. فیدبک انکودر امکان پاسخگویی به سرعت بیش از 50 هرتز را دارد و دارای بالاترین دامنه کنترل سرعت 1:1500 است یعنی در فرکانس 0.033 هرتز می تواند کار کند.
مزایای استفاده از اینورتر نسبت به روش راه اندازی مستقیم
  1. كاهش انرژی مصرفی و لذا كاهش هزینه برق، كاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور، امكان تغییر سرعت موتور، امكان تغییر جهت حركت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امكان كار موتور در شرایطی كه ولتاژ ورودی متغیر است، امكان كنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی كردن حركت.
  2. کاهش اختلالات در شبکه برق
  3. کاهش ضربه های مکانیکی
  4. طولانی شدن عمر مفید موتور
  5. امکان افزایش سرعت موتور تا 20 درصد سرعت نامی
  6. امکان کنترل سرعت و گشتاور موتور به صورت دقیق و کامل
  7. امکان تغییر جهت حرکت موتور
  8. امکان تغییر زمان صعود و نزول ACC & DCC از 0.1 تا 6000 ثانیه
  9. امکان کنترل نحوه استوپ شدن موتور
  10. امکان داشتن اضافه بار (در حد توان موتور)
  11. راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مكانیكی مثل كوپلینگها، گیربكسها، تسمه ها، زنجیرها و غیره و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت.
  12. حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بیشتر شود، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به كاربر پیام اضافه بار نشان می دهد.
  13. جلوگیری از گرم كردن و در نهایت سوختن موتور در كابرد هایی كه موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود.
  14. در بسیاری از كاربردها به هنگام راه اندازی ،‌موتور جریان بسیار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ایجاد صدماتی به تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد. این جریان به 8 برابر جریان نامی موتور می رسد كه بسیار نا مطلوب می باشد.

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندك خواهد شد (حداكثر 0.2 برابر) به عنوان مثال اگر یك موتور با جریان نامی 10 آمپر كار كند در هنگام راه اندازی این جریان به 80 آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداكثر به 12 آمپر می رسد.

انواع اینورتر از لحاظ ولتاژ ورودی و خروجی

Single Phase Inverter
اینورتر ورودی تک فاز، خروجی تک فاز
Three Phase Inverter
اینورتر ورودی تک فاز، خروجی سه فاز 220 ولت
Three Phase Input and Output Inverter
اینورتر سه فاز ورودی، خروجی سه فاز 380 ولت

توجه: 99 درصد نیاز و استفاده صنعت کنترل دور موتور های سه فاز است، به این علت اینکه موتور های تک فاز در کیلووات های یکسان گرانتر از موتور های سه فاز هستند و علاوه بر نداشتن صرفه اقتصادی دارای معایبی هم هستند.

به همین دلیل عملا اینورتر های خروجی تک فاز خیلی کمتر و محدود تر موجود می شوند و مورد استفاده قرار نمی گیرند.

بررسی مشخصات اینورتر تک به سه

Inverter Nameplate One to Three Phase
پلاک اینورتر تک فاز به سه فاز

همانطور که زیر تصویر پلاک مشخص است، ورودی این اینورتر به صورت سه فاز 220 ولت و خروجی آن هم سه فاز 220 ولت است. استاندارد سه فاز 220 ولت در کشورهای اروپایی و یک سری کشورهای آسیایی وجود دارد، یعنی اختلاف پتانسیل خطی بین فاز ها 220 ولت است. اما این استاندارد در ایران وجود ندارد و بین فاز و نول در شبکه برق ایران 220 ولت اختلاف پتانسیل داریم. اختلاف پتانسیل سه فاز ایران 380 ولت است.

بنابراین زمانی که روی پلاک اینورتر یا دستگاهی ذکر شده سه فاز 220 ولت، در ایران باید با برق تک فاز راه اندازی شود.

توجه: در اینورتر های تک فاز به سه فاز برای راه اندازی دستگاه با برق تک فاز کافیست به پایه های R&S یا S&T یا R&T فاز و نول را متصل کنیم.

Inverter Stands
  • پایه های R,S,T: برق ورودی
  • پایه های U,V,W: اتصال به موتور
  • پایه های B1, B2, VDC+-: اتصال مقاومت و خط DC اینورتر

از اینورتر تک به سه برای راه اندازی موتور های آسنکرون سه فاز با پلاک 380/220 استفاده می کنیم.

توجه داشته باشید که برای راه اندازی موتور 380/220 با اینورتر تک به سه، سربندی موتور باید در حالت مثلث قرار گیرد. در غیر این صورت موتور به درستی و با نیرو کامل راه اندازی نمی شود.

اما برای راه اندازی این گونه موتور ها با برق مستقیم سربندی باید روی حالت ستاره قرار گیرد. در غیر این صورت موتور آسیب جدی می بیند.

بررسی مشخصات اینورتر سه به سه

Inverter Nameplate Three to Three Phase

پلاک اینورتر سه به سه

از اینورتر سه به سه برای راه اندازی موتور های آسنکرون سه فاز با پلاک 660/380 استفاده می کنیم. توجه داشته باشید که برای راه اندازی موتور 660/380 با اینورتر، برای اینکه موتور با ماکزیمم توان خود کار کند باید سربندی موتور باید در حالت مثلث قرار گیرد. ولی اگر سربندی را روی حالت ستاره ببندید هم آسیبی به موتور وارد نمی شود بلکه موتور با یک سوم قدرت قبلی کار می کند. نکته بالا برای راه اندازی این گونه موتور ها با برق مستقیم هم صدق می کند.

نتیجه گیری مهم: موتور با پلاک 660/380 را به هیچ وجه نمی توان با اینورتر تک فاز به سه فاز راه اندازی کرد.

نکات مهم در انتخاب و خرید درایو فرکانس متغیر

قبل از بررسی و جستجو و انتخاب درایو های فرکانس متغیر، بهتر است اطلاعات اولیه ای از موتور داشته باشید. که این اطلاعات در پلاک هر موتور وجود دارد و باید هنگام انتخاب درایو VFD در نظر بگیرید.

  • توان خروجی (کیلووات یا اسب بخار): اولین معیاری که باید به آن توجه کنیم همخوانی توان درایو و موتور است، اگرچه دانستن جریان مصرفی FLA موتور مهمترین عامل انتخاب است، اما توان مصرفی موتور هم امکان جستجوی درایو متناسب با بار و کاربرد آن را به ما می دهد.
  • آمپر بار کامل (FLA): مهمترین و قابل اطمینان ترین روش برای انتخاب اینورتر، در نظر گرفتن جریان مصرفی ماکزیمم یا Full Load Amps موتور است. استفاده از FLA موتور به جای توان خروجی موتور روش مناسبی برای انتخاب VFD است. FLA موتور را با جریان نامی درایو مقایسه کنید و درایو را با جریان کمی بالاتر از جریان موتور انتخاب کنید. این موضوع برای بارهای گشتاور ثابت و بارهایی که به سختی راه اندازی می شود مهم است.
  • ولتاژ: ولتاژ موتور و ولتاژ درایو باید با ولتاژ محل کار شما مطابقت داشته باشد. برای ولتاژ سه فاز در ایران 380 ولت تا 690 ولت است. برای درایو های ورودی تک فاز باید به چند نکته توجه کرد، در موتور با توان 3 اسب و کمتر از درایو با ولتاژ ورودی تک فاز 230 ولت و جریان کمتر از 10 آمپر استفاده می کنیم و در توان های بالاتر از 3 اسب از درایو های سه فاز استفاده می کنیم. یک قاعده کلی برای محاسبه جریان در درایو تک فاز FLA استفاده از درایو با جریان نامی دو برابر جریان FLA موتور است. به عنوان مثال: اگر موتور شما یک موتور با توان 10 اسب و جریان بار کامل، 28 آمپر است، درایو باید با FLA یا جریان نامی، 56 آمپر و توان 20 اسب انتخاب شود.
  • سرعت و فرکانس: قانون کلی این است که نباید موتور در سرعتی کمتر از 20% حداکثر سرعت مجاز و همچنین بیشتر از 20% سرعت مجاز کار کند. زیرا این عمل باعث گرم شدن موتور و آسیب دیدن به موتور می شود.
  • نوع بار (گشتاور متغیر یا ثابت)
  • دامنه سرعت
  • مد کنترلی
  • ابعاد و اندازه
چرا از درایو فرکانس متغیر یا VFD استفاده می کنیم؟
  1. صرفه جویی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه برق

در یک کاربری که نیاز به کار در سرعت کامل موتور نیست، می توان با کنترل دور موتور توسط یک درایو هزینه ها را کاهش داد. درایوهای VFD این امکان را به شما می دهند که سرعت موتور و تجهیزات متصل به آن را با میزان بار آن مطابقت داد. با توجه به آنکه الکتروموتور ها بیش از 60 درصد انرژی مصرفی در صنعت را برعهده دارند، نصب درایوها می تواند تا 70 درصد از مصرف انرژی بکاهد.

  1. افزایش تولید با کنترل دقیق فرآیند

با کارکرد موتور در موثرترین سرعت برای کاربردهای مورد نیاز شما، اشتباهات کمتری رخ می دهد و میزان تولیدات افزایش می یابد بنابراین درآمد شرکت شما بیشتر می شود. با نصب در کانوایر ها و تسمه ها شوک ناگهانی هنگام راه اندازی حذف می شود.

  1. افزایش طول عمر تجهیزات و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری

به دلیل کنترل بهینه VFD ها روی فرکانس و ولتاژ موتور، حفاظت بیشتری از موتور به هنگام اضافه بار، اضافه ولتاژ و یا کم بودن ولتاژ و غیره را انجام می دهند. در هنگام راه اندازی موتور با VFD، موتور در معرض شوک قرار نمی گیرد و راه اندازی نرم می شود و تسمه ها و جعبه دنده ها دچار فرسایش نمی شوند.

تجهیزات جانبی اینورتر

inverter accessories

جهت رعایت استاندارهای بین المللی و بهره وری بهتر از اینورترها، اینورترها باید به صورت استاندارد نصب شوند و در صورت نیاز باید از لوازم جانبی آن هم استفاده کرد، که شامل موارد زیر می باشد:

  • چوک ورودی
  • چوک خروجی
  • فیلتر ورودی
  • فیلتر خروجی
  • مقاومت ترمز
  • یونیت یا چاپر ترمز

چوک ورودی

چوک یا راکتور ورودی در اینورتر (Line Reactor)، یکی از ملزومات جانبی درایو فرکانس متغیر VFD است.

چوک ها از یک بوبین سیم پیچی شده تشکیل شده اند که با عبور جریان از آن یک میدان مغناطیسی را بوجود می آورند. این میدان مغناطیسی افزایش جریان را محدود می کند، بنابراین هارمونیک ها را کاهش می دهد و از درایو در برابر امواج بلند و هارمونی های THDI و THDV محافظت می کند. نصب و انتخاب درست چوک می تواند سطح هارمونیک را 30 تا 50 درصد کاهش دهد.

دو نوع چوک ورودی (راکتور ورودی) در درایوهای فرکانس متغیر (VFD) استفاده می شود:

  • راکتورهای AC: هنگامی که یک چوک AC (راکتور AC) بین سیستم قدرت (برق ورودی) و درایو قرار می گیرد، به عنوان چوک ورودی AC شناخته می شود.
  • راکتورهای DC: هنگامی که یک چوک DC به DC Link درایو فرکانس متغیر جا داده شود، به عنوان چوک ورودی DC شناخته می شود. نصب چوک DC در اینورترهای بالای 15 کیلووات اجباری است.

از آنجایی که هر دو چوک ورودی AC و DC هارمونیک ها را کاهش می دهند، بهتر است از هر دو نوع استفاده کرد. با توجه به محل قرارگیری چوک های ورودی AC، از درایو فرکانس متغیر VFD حفاظت کاملی دارند.

inverter input reactor

مزایای استفاده از چوک ورودی

  • جلوگیری از بوجود آمدن لغزش اضافه ولتاژ
  • بالا بردن قابلیت اطمینان
  • افزایش طول عمر درایو
  • بهبود دادن توان کل درایو
  • کاهش لغزش آزار دهنده

کاربرهای چوک AC

  • پمپ های نفت و گاز
  • میدان های آبیاری
  • تصفیه آب
  • HVAC
  • صنایع فولاد
  • خمیر / کاغذ
  • براده برداری
  • اکسترودر ها

چوک خروجی اینورتر

چوک یا راکتور خروجی اینورتر (Load Reactor) نامیده می شوند.بین خروجی درایو و موتور قرار می گیرند.

اینورتر و موتور با چوک ورودی و چوک خروجی

vfd output reactor

مزایای استفاده از چوک خروجی

  • کاهش دمای موتور
  • کاهش نویز و سر و صدای موتور
  • حفاظت از اینورتر در برابر اتصال کوتاه
  • در مواقعی که فاصله اینورتر و موتور طولانی است که باعث صدمه دیدن موتور می شود، از چوک خروجی استفاده می کنیم.
  • افزایش بازدهی موتور
  • افزایش طول عمر موتور
  • کاهش جریان نشتی
  • افزایش عمر عایق موتور

فیلتر EMC ورودی

فیلترهای ورودی EMC، انتقال نویز الکترومغناطیسی بین درایو و برق ورودی را کاهش می دهند. در مواردی که سطح فیلترینگ بالاتری نیاز باشد، می توان فیلتر EMC خارجی را به درایو با فیلتر یا بدون فیلتر داخلی اضافه کرد.

فیلتر EMC خروجی

این نوع فیلتر ها در خروجی درایوها برای افزایش طول عمر موتورها و محافظت از آنها در برابر خرابی عایق و ولتاژ برگشتی به موتور استفاده می شود. از این فیلترهای خروجی باید در کاربردهایی که فاصله بین موتور و درایو زیاد بوده و طول کابل بیشتر از 30 متر است، استفاده شود.

مقاومت ترمز

مقاومتی که به مدار واسط DC متصل می شود تا انرژی الکتریکی که از سمت موتور به اینورتر برای ترمز دینامیکی برگردانده شده را مصرف کند، مقاومت این انرژی موتور را جذب کرده و به صورت گرما تلف می کند و نهایتا باعث توقف موتور می شوند. به این مقاومت، مقاومت ترمز دینامیکی گفته می شود.

انواع مقاومت ترمز شامل موارد زیر است:

  • مقاومت ترمز سرامیکی
inverter ceramic brake resistance
  • مقاومت ترمز آلومینیومی
inverter aluminum brake resistance

مقدار اهم و توان مقاومت ترمز در منوال یا دفترچه راهنمای هر اینورتر وجود دارد، اما نکته قابل توجه این است که در توان های بالا اینورتر ها یونیت ترمز داخلی ندارند و علاوه بر مقاومت ترمز، یونیت ترمز هم باید تهیه شود.

کاربرد مقاومت ترمز

  • تاور کرین
  • جرثقیل
  • پله برقی
  • سانتریفیوژ
  • فن
  • نوار نقاله

و تجهیزاتی که نیاز به توقف و تغییر جهت گردش سریع دارند.

امیدواریم مقاله اینورت چیست ، برای شما مفید بوده باشد .

بازگشت به لیست

1 نظر در “اینورتر چیست و انواع اینورتر سه فاز و تک فاز؟

  1. محمد علی جوادزاده گفت:

    سلام ، خسته نباشید
    ممنون از مقاله جامع و مفیدتون
    موفق باشید

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *