در این مقاله قصد داریم شما را با مفهوم درایو فرکانس متغییر آشنا کنیم (اینورتر چیست؟) اینورترها مبدل الکترونیکی هستند که جریان مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل می کنند همچنین اینورتر یک دستگاه کنترل موتور است که از سرعت موتورهای القایی AC محافظت و آن را  کنترل می کند. به واسطه اصول اولیه اینورتر ، می دانیم که اینورتر می تواند با خارج کردن فرکانس قابل تنظیم ، سرعت موتور را در طول فرایند شروع و توقف و همچنین در حال کار کنترل کند. همچنین به عنوان درایوهای سرعت متغیر (VSD) ، درایو های با قابلیت تنظیم سرعت (ASD) و اینورتر فرکانس اشاره دارد.

اینورتر چگونه کار می کند؟

اینورترها به دو دسته سه فاز و تکفاز تقسیم می شوند،هر دو اینورتر سه فاز و تک فاز می توانند توان ورودی را برای کنترل سرعت موتورهای القایی AC به فرکانس قابل تنظیم و منبع ولتاژ تبدیل کنند. فرکانس اعمال شده بر موتور AC ، سرعت موتور را براساس رابطه زیر تعیین می کند:

N = 120 x ƒ / p

N = سرعت (دور در دقیقه).

f = فرکانس (هرتز).

p = تعداد قطب های موتور.

شمای فنی اینورتر و موتور

شکل 1:شماتیک اینورتر و موتور AC

به عنوان مثال ، یک موتور چهار قطبی با سرعت 60 هرتز کار می کند. برای محاسبه سرعت می توان این مقادیر را در رابطه مذکور وارد کرد:

N = 120 x 60/4

N = 1800 (دور در دقیقه)

منبع تغذیه از طریق شبکه تأسیسات تأمین می شود (به طور معمول 480 ولت ، 60 هرتز AC) در حالی که یکسو کننده برق AC را به DC تبدیل می کند. فیلتر و باس DC با هم کار می کنند تا توان یکسو شده DC را تأمین کرده و توان  DC نرم و با ریبل پایین را به اینورتر ارائه دهد.(مطابق شکل 1)

شکل موج مدوله شده با عرض پالس PWM

شکل 2: شکل موج مدوله شده با عرض پالس PWM

حالت دوم برق DC از باس DC و فیلتر استفاده می کند و با استفاده از تکنیک مدولاسیون عرض پالس (PWM) که از جریان نیمه هادی های اینورتر در عرض ها و زمان های مختلف سوئیچ می کند ، خروجی را که شبیه به جریان موج AC است ، تغییر می دهد.(مطابق شکل 2)

صرفه جویی در مصرف انرژی با اینورتر

فواید اینورتر بی شمار است و بیشترین میزان صرفه جویی در مصرف انرژی را برای کاربردهای متفاوت ارائه می دهند ، رایج ترین آن استفاده از اینورتر برای پمپ ها و فن ها است. روش قابل تنظیم جریان ، منحنی جریان را تغییر می دهد و به طور چشمگیری نیازهای انرژی را کاهش می دهد.

تجهیزات گریز از مرکز مانند فن ها ، پمپ ها و کمپرسورها مجموعه ای از قوانین وابستگی به سرعت را دنبال می کنند. قوانین وابستگی ، رابطه بین سرعت و متغیرهای جریان ، فشار و توان را تعریف می کنند.

براساس قوانین وابستگی ، جریان به صورت خطی با سرعت تغییر می کند در حالی که فشار متناسب با مربع سرعت(توان دوم سرعت) است. توان مورد نیاز متناسب با مکعب سرعت(توان سوم سرعت) است. حالت دوم از همه مهمتر است ، زیرا اگر سرعت موتور کاهش یابد ، توان توسط توان سوم افت می کند.

نمودار رابطه جریان،فشار و توان اینورتر با سرعت

 

 

شکل 3و 4و 5:نمودارهای  جریان،فشار و توان اینورتر با سرعت

در این مثال موتور با 80٪ سرعت نامی خود کار می کند. این مقدار را می توان در فرمول قوانین وابستگی برای محاسبه توان با این سرعت جدید وارد کرد:

 

HP2 / HP1 = (N2 / N1) 3

(N2 / N1) 3 = (80/100) 3

= 0،512

= 51،2٪

بنابراین ، توان مورد نیاز برای راه اندازی فن با 80٪ سرعت برابر با نیمی از توان نامی است.

نمودارهای فشار و توان اینورتر بر حسب جریان

شکل 6و7:نمودارهای فشار و توان اینورتر بر حسب جریان

مزایا و معایب اینورتر چیست؟

مزایای اینورتر :

  1. کنترل سرعت تا بالاتر از 100 هرتز (دو برابر سرعت نامی موتور)
  2. هماهنگ سازی عملیات چندموتوره.
  3. سرعت رابط ثابت برای کاربرد سیم پیچ.
  4. سافت استارت (راه اندازی نرم)
  5. شیب راه اندازی و شیب توقف نرم
  6. روش های توقف متعدد
  7. تغییر جهت موتور
  8. کاهش هارمونیک ها
  9. افزایش ضریب توان
  10. کنترل از راه دور
  11. و مهمترین مزیت صرفه اقتصادی

سرعت موتور الکتریکی AC از یک مقدار ثابت توسط فرکانس شبکه و تعداد قطب های موجود در سیم پیچ استاتور تعیین می شود. در اصل ، فقط در صورت نیاز به تنظیم سرعت موتور از یک اینورتر استفاده می کنید. این کار با تنظیم فرکانس خروجی اینورتر انجام می شود. شما می توانید فرکانس (در نهایت سرعت) را از حدود 10٪ به 200٪ تغییر دهید.

 

چندین برنامه وجود دارد که می توانند از این سرعت متغیر بهره مند شوند:

  • همگام سازی سرعت خطی برای جبران تغییرات سرعت به دلیل مشکلات حلقه
  • شروع و توقف نرم عناصر بسیار سنگین (استفاده از رمپ سرعت تاخیری از 0 تا 100٪ برای شروع و 100٪ تا 0٪ برای توقف)
  • با تزریق ناگهانی DC (فرکانس صفر هرتز) می توانید از اینورتر به عنوان ترمز الکتریکی موتور استفاده کنید.
  • این لیست تا زمانی که تصور کنید می تواند ادامه داشته باشد …

علاوه بر این ، حتی اگر احتیاج داشته باشید که موتور شما همیشه در سرعت اسمی راه اندازی شود، اگر فرکانس شبکه خیلی پایدار نباشد ، ممکن است از اینورتر با فرکانس اسمی ثابت (50 یا 60 هرتز) استفاده کنید تا بدون در نظر گرفتن فرکانس شبکه ، سرعت ثابت را تضمین کنید.

با وجود این واقعیت که اینورترها مقدار زیادی هارمونیک و گرما ایجاد می کنند ، اگر فواید اقتصادی قابل توجهی نداشتند به این اندازه مورد استفاده و محبوبیت قرار نمی گرفتند.

 

از نظر الکتریکی ، اینورترها با ضریب توان بالا کار می کنند. هر کلاس از موتورهای القایی معمولاً از ضریب توان پایینی در نصف  و سه چهارم بار (75%تا 85%) برخوردار هستند. این در واقع باعث کاهش عمر موتور می شود ، زیرا افزایش غیرضروری جریان باعث گرمایش بیش از حد عایق سیم پیچ می شود. اینورترها با راه اندازی بار در فرکانس پایین تر از فرکانس اصلی این مشکل را حل می کنند.

مزایای اقتصادی اینورتر چیست؟

بارزترین دلیل برای خرید اینورتر ، کنترل سرعت است. که معمولاً برای فرآیند ، بهره برداری و منافع اقتصادی انجام می شود. یکی از مزایای اقتصادی ، کاهش تعمیر ونگهداری در هنگام استفاده از اینورتر است ، به خصوص عدم نیاز به تعمیر جاروبک های کربنی موتور DC یا گیربکس های کنترل سرعت مکانیکی . بارزترین مزایای اقتصادی اینورتر چیست؟ در پمپ ها و فن ها اتفاق می افتد. توانی که یک پمپ یا فن مصرف می کند به طور مستقیم با مکعب سرعت متناسب است. این بدان معناست که اگر یک اپراتور بتواند فن را با 80٪ سرعت کامل راه اندازی کند، از نظر تئوری 51٪ از توان بار کامل را استفاده کرده است.

 

اینورترها همچنین مشخصه های استارت موتور را بهینه می کنند. اینورترها موتورها را با سرعت کامل و با کشیدن تنها 100٪ تا 150٪ آمپرهای بار کامل (FLA) به ارمغان می آورند. این توانایی برای شروع در FLA معمولی بسیار مهم است اگر منبع تغذیه نتواند به طور معمول شش برابر FLA در طول خط ، یا حتی 350٪ دستگاه شروع نرم افزار FLA را تحمل کند. اینورترها این کار را با مدیریت شار مغناطیسی یک موتور القایی انجام می دهند. شار مغناطیسی مستقیماً متناسب با ولتاژ و برعکس متناسب با فرکانس است. با ثابت نگه داشتن شار ، جریان ورودی از درجه FLA موتور فراتر نمی رود و گشتاور کامل حفظ می شود. این یک پیشرفت چشمگیر در یک شروع نرم است که مشکلات افت ولتاژ قابل توجهی دارد و نمی تواند تحت بار کامل شروع شود.

قابلیتهای دیگر اینورتر چیست؟

یکی دیگر از جنبه های مفید بالقوه اینورترها در شکل زیر نشان داده شده است ، که خروجی یک اینورتر، گشتاور ثابت را نشان می دهد. به دو منطقه ، گشتاور ثابت و اسب بخار ثابت توجه کنید. اینورتر شار را تنظیم می کند تا جریان ثابت باشد. هنگامی که اینورتر از فرکانس نامی سیستم بالاتر می رود ، ولتاژ به دلیل محدودیت های فیزیکی سیستم نمی تواند افزایش یابد. از آنجا که ولتاژ استاتیک است – و فرکانس در حال افزایش است – شار مجبور به کاهش می شود. وقتی این اتفاق بیفتد ، جریان و گشتاور نیز مجبور به کاهش می شوند. به این روش تضعیف میدان گفته می شود. این مورد لزوما پدیده خوبی نیست ، اما در صورت نیاز به نیروی بار گشتاور جزئی بالاتر از سرعت نامبرده ، می تواند مفید باشد. علاوه بر این قابلیت ، اینورترها همچنین می توانند به هر شکلی از توان ورودی اعم از AC تک فاز ، AC سه فاز یا DC استفاده کنند. درایوهای با فرکانس متغیر که از منبع DC تغذیه می شوند ، همچنان یک بار AC را بدون یکسو کننده داخلی تغذیه می کنند.

اینورترها همچنین کاربردهای دیگری در شبکه برق دارند. یک نمونه کلاسیک از این یک مولد القایی مضاعف است که در آن اینورتر می تواند یک فرکانس ثابت و سیگنال ولتاژ را از ورودی با سرعت متغیر (فرکانس) بیرون بکشد. این مورد معمولاً در توربین های بادی و سایر پروژه های کوچک تولید برق آبی وجود دارد که به شبکه برق وصل می شوند. منابع انرژی تجدید پذیر دیگر ، مانند سلول های فتوولتائیک ، می توانند از اینورترها استفاده کنند تا قبل از اتصال به شبکه برق ، به عنوان یک اینورتر عمل کنند ، اگرچه اینورترها با فناوری تقویت نیروی باک ، متداول تر هستند. در حالی که بسیاری از کاربردهای بالقوه برای اینورترها در شبکه برق تجاری وجود دارد ، که مبحث آن خارج از محدوده این مقاله هستند.

 

به طور خلاصه ، هرگاه بار دارای گشتاور متغیر یا سرعت متغیر باشد ، باید یک اینورتر در نظر گرفته شود. اگر یک موتور بزرگ با افت ولتاژ ، گشتاور یا جریان ورودی در هنگام راه اندازی مشکل داشته باشد ، ممکن است یک درایو با فرکانس متغیر در نظر گرفته شود. با وجور اینکه درایوهای فرکانس متغیر بدون شک مشکلات زیادی را حل کرده و موجب صرفه جویی قابل توجهی در انرژی می شوند ، گرمای تولید شده توسط آنها نیز باید از بین برود و هارمونیک های تولید شده توسط آنها باید کاهش یابد.

معایب اینورتر چیست؟:

حتی یک اینورتر به تنهایی در یک سایت کوچک می تواند باعث ایجاد مشکلات هارمونیک شود ، اما در اکثر موارد در صورت پیروی از توصیه های سازندگان درایو ها ، کنترل هارمونیک ها آسان است. و این کار بسیار مهم است. دستور العمل را بخوانید و هر توصیه ای را که سازنده به شما می کند عمل کنید. همچنین به تنظیمات نصب اولیه در سایت مورد نظر دقت نمایید تا اطمینان حاصل شود که همه چیز همانطور که باید باشد و به سیستم اتصال به زمین خود توجه ویژه ای داشته باشید ، اشکال در این بخش منجر به مشکلات الکتریکی متعددی می گردد.

اینورتر ها برای سرعت متغیر مناسب هستند ، در کنترل پمپ آب توسط اینورتر ، از این برای حفظ فشار پایدار استفاده می شود ، واریانس های موجود در ولتاژ و فرکانس خط را برطرف می کنند. برخی از معایب آن این است که اگر فرکانس بوسترپمپ را به کمتر از 30 هرتز کاهش دهید ، بیشتر پمپ ها فشار آب نخواهند داشت ، مگر اینکه پمپ پیستونی داشته باشید ، زیرا موتور را کم می کنید ، اسب بخار را از دست می دهید و موتور بیشتر گرم می شود. برای توان بهینه ، هنگامی که شما در نزدیکی فرکانس طراحی شده موتور حرکت می کنید بسیار کارآمد است ، اما با دور شدن از آن فرکانس ، سرعت آن کاهش می یابد.

و یکی از معایب این است که اگر از اینورتر های زیادی در یک تاسیسات استفاده کنید ، مقداری هارمونیک در خطوط برقی خواهید داشت که می تواند باعث آسیب به تجهیزات الکترونیکی حساس و ضریب توان شود ، برای تصحیح این مقادیر، یک فیلتر خط باید بر روی پست الکترونیکی شما نصب شود.برای خرید اینورتر و راهنمایی در زمینه راه اندازی و نصب اینورتر می توانید با کارشناسان ما در نمایندگی فروش اینورتر تماس برقرار کنید.