اینورتر چیست؟

اینورتر چیست؟

اینورتر (VFD) یا VARIABLE FREQUENCY  DRIVE که به صورت اختصار (VFD ) نامیده می شود نوعی کنترل کننده و راه انداز موتور است. که با تغییر دادن فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور آن را به گردش در می آورد یا آن را راه اندازی میکند. نامهای دیگر برای اینورتر (VFD) یا درایوسرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو AC، میکرودرایو و اینورتر می باشند.

(variable speed drive,adjustable speed drive, adjustable frequency drive, AC drive, microdrive, and inverter.)

فرکانس (هرتز) به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM ) مرتبط است و این یک قانون است. به عبارت دیگر، فرکانس بیشتر باعث گردش سریعتر موتور و افزایش RPM می شود. اگر یک کاربرد نیاز ندارد که موتور در سرعت کامل نامی خود کار کند،اینورتر(VFD ) را می توان جهت کاهش فرکانس و ولتاژ، برای تطبیق با نیازمندی های بار موتور الکتریکی مورد استفاده قرار داد. اگر نیاز به تعقیر سرعت در کاربرد خود دارید،اینورتر(VFD ) به آسانی با افزایش یا کاهش سرعت موتور می تواند موتور را با این نیاز تطبیق دهد.

برای درک بهتر بعضی از مسائل فنی و کاربرد ها در اینورتر مثال هایی با کاربرد و فنون سیستم های لوله کشی زده ایم.

اینورتر چیست و از چه ساختاری تشکیل شده است؟

اینورتر (VFD) چگونه کار می کند؟

سوالی که در نظر بسیاری از دوستان و دانشجویان عزیز هست.

اولین طبقه درایو AC فرکانس متغیر، یا اینورتر (VFD)، کانورتر (مبدل) است. کانورتر شامل ۶ عدد دیود است، که شبیه شیر یک طرفه در سیستم های لوله کشی عمل می کند. این دیودها اجازه می دهند جریان فقط در یک جهت که با پیکان در نماد دیود مشخص شده است جاری شود. برای مثال، هنگامیکه ولتاژ فازA (ولتاژ مشابه با فشار در سیستمهای لوله کشی) مثبت تر از ولتاژ فازهای B یا C است، آنگاه دیود آن باز شده و جریان برقرار می شود. هنگامیکه فاز B مثبت تر از فاز A شود سپس دیود فاز B باز خواهد شد و فاز A بسته می شود. این موضوع برای دیودهایی که در بخش منفی باس قرار دارند نیز برقرار و صادق است. بدینسان، ما با خاموش و روشن شدن هر دیود ۶ پالس جریان را داریم. این روش VFD شش پالس نامیده می شود، که ترکیب استاندارد برای اینورتر (VFD) جریان است.

کانورتر ۶ پالس

برای مثال فرض کنیم که اینورتر (VFD ) در یک سیستم قدرت V ۴۸۰ کار می کند. V۴۸۰ ولتاژ موثر (rms) است. پیک ولتاژ در یک سیستمV۴۸۰ مقدار ۶۷۹ ولت است. همان طور که می بینید، باس dc اینورتر (VFD)دارای یک ولتاژ  dc با ریپل AC است. ولتاژ تقریبا بین V۵۸۰ تا V۶۸۰ نوسان دارد.

باس DC

ما می توانیم با اضافه کردن یک خازن بر روی باس DC از ریپل AC خلاص شویم. یک خازن مانند یک مخزن یا انباره در سیستم لوله کشی عمل می کند. این خازن ریپل AC را جذب کرده و یک ولتاژ صاف تحویل می دهد. ریپل AC بر روی باس DC نوعا کمتر از ۳ ولت است. بنابراین، ولتاژ روی باس DC تقریبا VDC ۶۵۰ می شود  ۶۷۸٫۸)= (یا به عبارت ساده تر)  (

. ولتاژ حقیقی و تعقیرات آن بستگی به عواملی مانند سطح ولتاژ خط AC تغذیه کننده درایو(ولتاژ شبکه) ، سطح تعادل یا عدم تعادل ولتاژ روی سه فاز سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت،و مدل راکتور(چوک) یا فیلتر هارمونیکی  که بر روی درایو قرار گرفته اند، دارد در واقع تمامی این موارد روی ولتاژ لینک dc تاثیر مستقیم دارد .

مبدل پل دیود که در ورودی اینورتر است ولتاژ AC را به DC تبدیل می کند. بعضی اوقات دربعضی از منابع آموزشی تنها با عنوان کانورتر شناخته می شود. مبدلی که ولتاژ DC را به ولتاژ AC بر می گرداند نیز یک کانورتر است، اما برای تمایز دادن از مبدل دیودی، با عنوان اینورتر یا (IGBT) شناخته می شود. در صنایع متداول شده است که هر مبدلی که DC را به AC تبدیل می کند به عنوان اینورتر شناخته می شود.

توجه کنید که در اینورتر VFD فوق، سوئیچهای نشان داده شده در عمل، ترانزیستور هستند.

نصب چوک روی لینک DC یک استاندارد و یک اجبار است مخصوصا در اینورتر هایی با توان بالای ۱۵ کیلووات

حتما در زمان خرید یک اینورتر (VFD) این نکته را مد نظر قرار دهید.اگر در حال استفاده از اینورتری در سیستم خود هستید و اینورترفوق چوک یا همان فیلتر لینک DC را ندارد به فکر نصب آن برای حفاظت از اینورتر و افزایش طول عمر آن باشید.

وقتی ما یکی از کلیدهای بالایی اینورتر را می بندیم، فازی از موتور که به آن متصل است به مثبت باس DC متصل می گردد و ولتاژ مثبت روی آن فاز می افتد و هنگامی که یکی از کلیدهای پایینی را در اینورتر می بندیم، فاز به منفی باس  DC  متصل شده و ولتاژ آن منفی می شود. بدین سان، ما می توانیم هر فازی را که می خواهیم مثبت یا منفی کنیم و بدین ترتیب فرکانس مورد نظر خود را تولید نماییم. ما می توانیم هر فاز را مثبت، منفی یا صفر کنیم.

موج سینوسی آبی رنگ تنها برای مقایسه نشان داده شده است. درایو در حالت واقعی این موج سینوسی را تولید نمی کند.

توجه کنید که خروجی اینورتر یک موج مستطیل شکل است توجه داشته باشید اینورترها خروجی سینوسی تولید نمی کنند. این شکل موج مربعی انتخاب خوبی برای سیستم توزیع توان نیست، اما برای استفاده در موتور کاملا مناسب است.

اگر ما بخواهیم فرکانس موتور را به Hz ۳۰ کاهش دهیم، آنگاه ما به راحتی خروجی اینورتر را خیلی آهسته تر سوئیچ زنی می کنیم. اما، اگر مافرکانس را به Hz ۳۰ کاهش دهیم، آنگاه به منظور ثابت نگه داشتن نسبت V/Hz بایستی ولتاژ را به V ۲۴۰ کاهش دهیم. ( به تئوری درایو V/F ثابت مراجعه کنید).

شما با نصب چوک خروجی میتوانید کمی ۳۰% شکل موج خروجی را به سمت سینوسی صوق دهید و با اضافه کردن فیلتر سینوسی به عنوان طبقه دوم فیلتر در خروجی اینورتر شکل موج اینورتر خود را تا ۹۰% سینوسی کنید.

چگونه ما می توانیم ولتاژ خروجی را کاهش دهیم در حالی که تنها ولتاژی که داریم ولتاژ باس VDC۶۵۰ است؟

این کار مدولاسیون پهنای پالس (PWM) نامیده می شود. تصور کنید که ما بتوانیم فشار آب مسیر را با باز و بسته کردن بسیار سریع شیر موجود، کنترل کنیم. در حالیکه انجام این کار در سیستم های لوله کشی عملی نخواهد بود، به خوبی در مورد اینورتر (VFD) ها به کار گرفته می شود. توجه کنید در طی نیم سیکل اول، در نصف زمانهای یک سیکل ولتاژ را در خروجی داریم و در نیم سیکل دیگر ولتاژی نداریم. ازاین رو، متوسط ولتاژ خروجیV ۲۴۰ ، معادل نصف ولتاژ باس تغذیه V ۴۸۰ است. با کنترل پالسهای خروجی، می توانیم هر ولتاژ متوسطی که بخواهیم بر روی خروجیاینورتر (VFD) ایجاد کنیم و این معجزه اینورتر است در واقع شما با در دست داشتن یک اینورتر با تغذیه ورودی V400 میتوانید موتوری با ولتاژ نامی V200 ولت را راه اندازی کنید.

اشکال زیر را مشاهده کنید تا ببینید ساختارو قسمت های مختلف یک اینورتر(VFD) چه شکلی دارند :

ساختارو قسمت های مختلف یک اینورتر (VFD)

 

۲–ساختارو قسمت های مختلف یک اینورترVFD

چرا باید از یک اینورتر(VFD) استفاده کنم؟

آیا به اینورتر یا سافت استارتر در دستگاه خود نیاز داریم؟

مصرف انرژی را کاهش داده و در هزینه های انرژی صرفه جویی می کند

اگر شما یک کاربری دارید، نیاز به کار در سرعت کامل ندارد. آنگاه، شما می توانید هزینه های انرژی خود را با کنترل موتور توسط یک اینورتر (VFD) کاهش دهید. این یکی از مزایای درایوهای فرکانس متغیر است  VFDها به شما اجازه می دهند که سرعت تجهیزات گردان متصل به موتور را با توجه به نیازمندی بار منطبق کنید. روش دیگری برای این کار وجود ندارد.

امروزه بیش از ۶۵ درصد توان مصرفی در شبکه مربوط به مصارف الکتروموتورها است. بهینه سازی سیستمهای کنترل موتور با نصب کردن و یا ارتقای اینورتر (VFD) ها می تواند مصرف انرژی در تاسیسات شما را به میزان ۷۰ درصد کاهش دهد. علاوه بر این، استفاده از اینورتر (VFD) ها کیفیت محصولات تولیدی شما را افزایش داده و هزینه های تولید محصول را کاهش می دهد. ترکیب مشوقهای مالیاتی مربوط به کاهش مصرفانرژی و تخفیف شرکت برق، می تواند باعث بازگشت سرمایه خیلی کوتاه مدت ۶ ماهه شود.

افزایش تولید محصول از طریق کنترل دقیق ترفرآیند.

با بهره برداری از موتورها در بهینه ترین سرعت ، اشتباهات کمتری رخ خواهد داد و در نتیجه سطح تولید افزایش خواهد یافت که درآمد بالاتری را برای شرکت شما به همراه خواهد داشت. شما با حذف تکان های شدید از روی تسمه نقاله و تسمه در زمان راه اندازی ، اجازه توان عملیاتی بالا را به موتور می دهید.شما موتور آسیابی را فرض کنید که با اینورتر راه اندازی میشود…راه اندازی فوق العاده نرم و بدون ضربه این روش راه اندازی باعث طول عمر تسمه ها..بلبرینگ ها و حتی باعث طول عمر شدید تیغه های آسیاب میشود و حتی میتوان پا را فراتر گذاشت و با اجرای الگوریتمی مبنی بر افزایش سرعت به نصبت بار ورودی در واقع اپراتور اسیاب هرچه بار بیشتری درون دهانه آساب بریزد توان و دور موتور به صورت اتوماتیک افزایش پیدا خواهد کرد.

افزایش عمر تجهیزات و کاهش زمان نگهداری

اگر این تجهیزات توسط اینورتر (VFD) ها با حصول اطمینان از بهینه بودن سرعت کاربردی موتور، کنترل شود، تجهیزات شما عمر بیشتری خواهند کرد و زمان خرابی آنها به دلیل تعمیرات کمتر خواهد شد. بدلیل کنترل بهینه فرکانس و ولتاژ موتور اینورتر (VFD) ، حفاظت بهتری برای موتور شما در مقابل مسائلی مانند اضافه بار الکترو حرارتی، حفاظت فاز، تحت ولتاژ، اضافه ولتاژ، و غیره ارائه می دهد. هنگامی که شما شروع به راه اندازی یک بار در اینورتر (VFD) می کنید، نباید موتور یا بارگردان را درمعرض شوک فوری شروع کار قرار دهید بلکه می توانید به نرمی شروع نموده و در نتیجه سایش تسمه، چرخ دنده و بلبرینگ را از بین ببرید. این همچنین یک راه عالی برای کاهش یا از بین بردن صدای تق تق آب ناشی از بستن سریع جریان است، چرا که ما می توانیم شیب هموار و یکنواختی از افزایش و کاهش در سرعت را داشته باشیم.

با تشکر.