اینورتر و یا درایو چیست؟
اینورتر که با نام‌های AC درایو، درایو با سرعت متغیر، درایو با فرکانس متغیر، کنترل دور موتور و VFD نیز شناخته می‌شود، تقریبا در تمام صنایع کاربرد دارد. دلیل این نام گذاری، کنترل سرعت گردش یک موتور AC است. اینورتر موتور یکی از انواع پرکاربرد اینورتر است، همانطور که از نامش پیداست، مختص استفاده در الکتروموتورهاست. به این نوع اینورترها، مبدل سه فاز به تکفاز و مبدل تک فاز به سه فاز هم گفته می‌شود.
اصطلاح اینورتر به معنای معکوس کننده است و برای وسیله‌ای به کار برده می‌شود که جریان مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل میکند.
اینورتر صنعتی وظیفه کنترل دور الکتروموتور را دارد. اینورتر به VFD که مخفف Variable Frequency Drive و VSD که مخفف Variable Speed Drive است، معروف است. وظیفه اینورتر دقیقا مقابل وظیفه‌ی یک سو کننده است یعنی جریان DC را به AC تبدیل میکند. یکسو کننده‌ها از اتصال چندین دیود تشکیل شده‌اند که الکتریسیته را به یک جهت هدایت می‌کنند و اجازه نمی‌دهند به جهت مخالف برگردند.
به طور کلی، موتورهای الکتریکی نقش به سزایی در زندگی روزمره ما انسان‌ها دارند. شاید تاکنون نسبت به آنها کاملا بی‌توجه بوده‌اید، یا شاید هم از اینکه چه تعداد از آنها با چه کاربردهایی مورد استفاده‌ی شما قرار گرفته‌اند، اطلاع دارید. عدم آگاهی از چگونگی کنترل موتور می‌تواند به معنای اتلاف فراوان انرژی باشد؛ در صورتی که تمام تلاش ما در صنعت، جلوگیری از هدر رفتن انرژی است. روشی برای کنترل این موتورها که علاوه بر صرفه جویی در مصرف انرژی، سبب بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود، استفاده از اینورتر است.
تفاوت اینورتر و درایور و یک سو کننده
گاها اینورتر و درایو به عنوان یک محصول شناخته می‌شوند؛ در صورتی که این دو یکی نیستند اما وظایف کاملا مشابهی انجام می‌دهند.
تفاوت اول اینکه اینورترها قطعات محرک ندارند، درست برعکس درایوها دارای تعدادی قطعه محرک در داخل خود می‌باشند. تفاوت دوم بین اینورترها و درایوهای صنعتی این است که در اینورترها تنها ولتاژ و توان خروجی قابل مشخص کردن می‌باشد. در حالی‌که در درایوهای صنعتی با تنظیم دستی ولتاژ، فرکانس و توان ورودی، می‌توان مقادیر خروجی دستگاه‌ها بصورت دلخواه مشخص کرد. و در نهایت تفاوت اصلی و عمده بین اینورترها و درایوهای صنعتی این است که، اینورترها تنها معکوس کننده جریان برق از DC به AC می‌باشند، درحالی‌که درایوهای صنعتی با استفاده از همین معکوس و یکسو کردن جریان برق به کنترل دور موتور دستگاه‌های صنعتی و الکتروموتورها می‌پردازد.
یکسو کننده، دقیقا برعکس اینورتر، جریان AC را به DC تبدیل میکند. در داخل بعضی وسیله‌ها، استفاده‌ی همزمان از هر دوی اینورتر و یک‌سوکننده رایج است به این صورت که یک‌سوکننده ابتدا جریان AC را به جریان DC تبدیل کرده و سپس این جریان توسط اینورتر به AC تبدیل می‌شود.
برق یک فاز و سه فاز
در برق تکفاز، یک اتصال از سوی ژنراتور و در نتیجه یک موج سینوسی به همراه یک گپ بزرگ داریم و در برق سه فاز، سه موج سینوسی با گپ کم داریم. فازها در واقع سیم پیچی‌هایی هستند که نسبت به سیم پیچی‌های کناری خود زاویه‌ی ۱۲۰ درجه دارند. ورودی اینورتر به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شود، اما همه‌ی اینورترها خروجی سه فاز دارند. برای اینورتر موتورهای بالای ۳ اسب از اینورتر سه فاز استفاده می‌شود و هر اسب بخار، ۷۴۵.۶ وات است.
در نتیجه اینورترها در انواع تک فاز و سه فاز موجود هستند و به آنها اینورتر تک فاز به سه فاز و اینورتر سه فاز به سه فاز نیز گفته می‌شود.
اجزای اینورتر موتور
بخش‌های اصلی یک اینورتر شامل موارد زیر است:
- کنترل
- مدار اصلی
- منبع تغذیه
بخش کنترل خود به سه قسمت؛ برد کنترل(محل پردازش سیگنال های ورودی به درایو، مغز سیستم)، ترمینال برد (اعمال کنترلی مثل اتصال سنسور به درایو، کم و زیاد کردن دور موتور) و کی پد (انجام تنظیمات) است.
مدار اصلی پیچیده‌ترین قسمت اینورتر است که تبدیلات ولتاژ هم در این محل انجام می‌گیرد و تمام سوئیچ‌های igbt و لینک dc هم در این محل قرار دارند.
برای وصل لامپ AC با جریان DC، چهار عدد سوئیچ مورد نیاز است که می‌تواند IGBT، DIODE و یا MOSFET باشد.
در موتور ۳ فاز برای تبدیل جریان DC به AC، برای تبدیل کلیدها (ON/OFF) از IGBT ها استفاده می‌کنیم که دو به دو جفت شده و متصل می‌شوند تا اجازه‌ی عبور جریان به آنها داده بشود و موتور جریان AC را تجربه کند.
اگر از نزدیک به IGBT ها نگاه بیندازیم، متوجه میشویم که در هر سیکل، چندین بار IGBTها قطع و وصل می‌شوند که به آن مدولاسیون پالس گفته می‌شود. کنترلر به ما می‌گه که اتصال IGBTها، چقدر در طی هر سگمنت، به طول انجامیده است.
پالس‌ها به شکل سگمنت روی نمودار نمایش داده می‌شوند، هر چه مدت زمان اتصال IGBT ها بیشتر باشد، عرض سگمنت‌ها نیز بیشتر است. میانگین توان میان دو سگمنت متوالی با خط نمایش داده می‌شود. زمانی که تمام این خطوط به هم متصل شوند، ما یک موج مربعی داریم که تقریبی از موج سینوسی است.
کنترلر می‌تواند مدت زمان اتصال IGBT ها را تنظیم کند، همچنین قادر است فرکانس و طول موج را کاهش و افزایش دهد تا سرعت گشتاور و جهت موتور را کنترل کند.
اینورتر موتور چطور کار میکند؟
برق AC قابل ذخیره سازی نیست بنابراین به DC تبدیل شده و در باتری ذخیره می‌شود. هر زمان که به برق AC نیاز بود، از جریان DC ذخیره شده استفاده کرده و آن را توسط اینورتر به جریان AC تبدیل می‌کنیم. واحد سرعت گردش موتور دور بر دقیقه است و با افزایش فرکانس و ولتاژ، سرعت گردش موتور نیز افزایش می‌یابد. اینورترها بین منبع برق و موتور قرار می‌گیرند و کنترل و تنظیم دور موتور توسط اینورترها انجام می‌شود. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند باتری مورد استفاده قرار می‌گیرند. نسبت ولتاژ به فرکانس باید ثابت بماند وگرنه کار موتور دچار اختلال می‌شود.
خروجی اینورتر الکترو موتور به‌صورت شکل موج مربعی PWMاست. تکنیک PWM برای تبدیل موج مربعی به موج سینوسی به کار برده می‌شود. موج مربعی تقریبی از موج سینوسی است، علت شنیده شدن نویز هنگام کار کردن فن الکتریکی یا سایر وسایلی که تغذیه‌ی آنها موج مربعی است همین موضوع است.
وظیفه اینورتر دریافت ولتاژ سینوسی شبکه با فرکانس HZ50 و تبدیل آن به موج سینوسی با فرکانس دلخواه در خروجی است. اما اینورتر چگونه این تبدیل فرکانس را امکان پذیر میکند؟ این فرآیند نیازمند سه ماژول اصلی است: پل یکسو ساز در ورودی، لینک DC در قسمت میانی و ماژول اینورتر IGBT در خروجی.
اینورتر چگونه کار میکند؟
- در مرحله اول شکل موج ولتاژ ورودی را مشاهده می‌کنید. اگر شبکه فشار ضعیف رایج در ایران که یک موج سینوسی vAC400 و Hz50 است، به عنوان تغذیه به ورودی اینورتر متصل شود. در سر راه ورودی و قبل از رسیدن به پل دیودی (یک سو ساز)، اجزای مختلفی می‌توانند قرار داشته باشند. برخی سازندگان، وَریستورهای کوچکی در این مسیر قرار می‌دهند تا درایو در برابر اضافه ولتاژهای جزئی بتواند تا حدودی از خود محافظت کند. به هرحال این موج سینوسی پس از عبور از اجزای فرعی درایو، به اولین ماژول اصلی یعنی پل دیودی میرسد.
- پل دیودی وظیفه یکسوسازی را بر عهده دارد. یکسوساز (Rectifier) یا کانورتر (Converter) سایر نام‌هایی است که به این ماژول داده می‌شود. یکسوسازی به معنی تبدیل موج متناوب AC به موج مستقیم DC است. یکسو سازی اصطلاحا به وسیله‌ی بُرش زدن موج ورودی توسط دیودها امکان پذیر می‌شود، در نتیجه همانطور که در شکل موج شماره ۲ مشاهده می‌کنید، موج DC به دست آمده در خروجی پل دیودی غیر یکنواخت است. این در حالی است که IGBT ها به عنوان ماژول خارجی اینورتر، نیازمند یک موج DC صاف و یکنواخت هستند تا بتوانند به صورت مناسب عمل کنند.
مزایای استفاده از اینورتر
- کاهش انرژی مصرفی و لذا کاهش هزینه برق
- کاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور
- امکان تغییر سرعت موتور، امکان تغییر جهت حرکت موتور
- داشتن حفاظت در برابر اضافه بار
- امکان کار موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی متغیر است
- امکان کنترل سرعت و گشتاور از راه دور
- ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور
- برنامه ریزی کردن حرکت
- راه اندازی و توقف های پیدرپی و مداوم
- راه اندازی بسیار ساده تر موتور
- جریان راه اندازی کمتر نسبت به راه اندازی از طریق مدارات رله کنتاکتوری
- کاهش تنش های الکتریکی (به دلیل راه اندازی و توقف نرم) و در پی آن کاهش تنش های مکانیکی و این خود باعث کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری می شود
- اضافه شدن امکانات نرم افزاری برای مدیریت عملکرد کنترل دور
- عمر مفید بالا برای موتور در صورت استفاده از درایو برای راه اندازی
بسیار مفید و جالب بود
ممنون از شما