آشنایی با اینورتر (درایو AC یا VFD)

شاید بدون توجه به آنها رد شده باشید یا شاید دقیقاً بدانید که چه تعداد از آنها وجود دارد، در هر صورت موتورهای الکتریکی نقش مهمی در زندگی روزمره ما ایفا می کنند که اکثر ما از آن بی اطلاعیم، اما آنها حرکت می کنند و اکثر چیزهایی را که ما برای کسب و کار و لذت نیاز داریم، اجرا می کنند.

همه این موتورها برق مصرف می کنند، بنابراین برای تامین گشتاور یا سرعت مورد نیاز به مقدار انرژی مربوطه نیاز دارند. اگر گشتاور یا سرعت خیلی زیاد یا کم باشد، از کنترل های مکانیکی برای کنترل خروجی استفاده می شود. سرعت موتور باید دقیقاً مطابق با آنچه فرآیند مورد نیاز است مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت نتیجه ناکارآمدی با مقدار زیادی مواد و انرژی است.

ندانستن نحوه کنترل موتورها می تواند به معنای هدر رفتن انرژی زیادی باشد که برای هیچ تجارتی خوب نیست. روشی برای کنترل این موتورها که نه تنها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی می شود، بلکه بهره وری را بهبود می بخشد و هزینه های نگهداری را کاهش می دهد، استفاده از اینورتر (Inverter) است.

اینورتر چه کاری انجام می دهد؟

اینورترها (Inverters)، درایوهای AC یا VFD (درایو فرکانس متغیر) نیز نامیده می شوند. آنها دستگاه های الکترونیکی هستند که می توانند DC (جریان مستقیم) را به AC (جریان متناوب) تبدیل کنند. همچنین وظیفه کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را بر عهده دارد.

اینورتر ها با نام های درایوهای AC، درایوهای سرعت متغیر (VSD) یا درایوهای فرکانس متغیر (VFD) نیز شناخته می شوند، اما اصطلاح صحیح مبدل فرکانس (frequency converter) است. آنها بین منبع برق و موتور قرار می گیرند. برق از منبع برق به درایو می رود. سپس درایو قدرت را تنظیم می کند که سپس به موتور تغذیه می شود. در داخل درایو، برق ورودی از طریق یک یکسوساز اجرا می شود که برق AC ورودی را به برق DC تبدیل می کند.

سپس برق DC به خازن های داخل درایو وارد می شود تا شکل موج الکتریکی را صاف کند که یک منبع تغذیه تمیز برای مرحله بعدی فراهم می کند. سپس برق از یک خازن به یک اینورتر می رسد که برق DC را به توان AC خروجی که به موتور می رود تغییر می دهد. این مرحله به درایو اجازه می دهد تا فرکانس و ولتاژی را که به موتور عرضه می شود بر اساس نیازهای فرآیند فعلی شما تنظیم کند. این بدان معناست که برق متناوب با سرعت یا گشتاور مورد نیاز اجرا می شود. به همین دلیل است که می توانید با استفاده از درایوهای AC ما مقدار زیادی پول پس انداز کنید.

موتورهای الکتریکی در اکثر وسایلی که ما برای انجام کارهایی مانند وسایل الکترونیکی کوچک، حمل و نقل و لوازم اداری استفاده می کنیم، یافت می شوند. این موتورها برای کار کردن به برق نیاز دارند. تطبیق سرعت موتور با فرآیند مورد نیاز برای جلوگیری از اتلاف انرژی ضروری است. در کارخانه ها، انرژی و مواد هدر رفته می تواند کسب و کار را در معرض خطر قرار دهد، بنابراین از اینورترها برای کنترل موتورهای الکتریکی استفاده می شود که بهره وری را افزایش می دهد و در مصرف انرژی صرفه جویی می کند.

 

عملکرد اینورتر در مدار کنترل

یک درایو AC بین منبع تغذیه و موتور الکتریکی کار می کند. برق به درایو AC می رود و آن را تنظیم می کند. سپس قدرت تنظیم شده به موتور ارسال می شود.

یک درایو AC از یک واحد یکسو کننده، یک مدار میانی DC و یک مدار تبدیل معکوس تشکیل شده است. واحد یکسو کننده داخل درایو AC می تواند یک طرفه یا دو طرفه باشد. اولی می تواند موتور را با گرفتن انرژی از شبکه الکتریکی شتاب داده و راه اندازی کند. یکسو کننده دو طرفه می تواند انرژی چرخش مکانیکی را از موتور گرفته و به سیستم الکتریکی بازگرداند. یک مدار DC توان الکتریکی را برای استفاده واحد تبدیل معکوس ذخیره می کند.

قبل از اینکه برق تنظیم شده توسط موتور دریافت شود، در داخل درایو AC فرآیندی را طی می کند. برق ورودی به واحد یکسو کننده می رود و ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل می شود. مدار میانی DC ولتاژ DC را صاف می کند. سپس در مدار تبدیل معکوس جریان می یابد تا ولتاژ DC را دوباره به ولتاژ AC تبدیل کند.

این فرآیند به درایو AC اجازه می دهد تا فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور را بسته به نیاز فرآیند تنظیم کند. هنگامی که ولتاژ خروجی در فرکانس بالاتری باشد سرعت موتور افزایش می یابد. این بدان معنی است که سرعت موتور را می توان از طریق رابط اپراتور کنترل کرد.

مزایای درایو AC

1. صرفه جویی در انرژی

کاربردهای فن و پمپ به طور قابل توجهی از درایوهای AC سود می برند. درایوهای AC برتر از دمپرها و کنترل های روشن/خاموش هستند که استفاده از آنها می تواند با کنترل چرخش موتور، مصرف انرژی را 20 تا 50 درصد کاهش دهد. این اتفاق شبیه کاهش سرعت ماشین است. به جای استفاده از ترمزهای ماشین، می توان با ملایم کردن فشار پدال گاز، سرعت خودرو را کاهش داد.

 

2. Soft Starter

یک درایو AC موتور را با ارائه توان در فرکانس پایین راه اندازی می کند. فرکانس و سرعت موتور را به تدریج افزایش می دهد تا به سرعت مورد نظر برسد. اپراتورها می توانند شتاب و کاهش سرعت را در هر زمان تنظیم کنند که برای پله برقی ها و تسمه نقاله ایده آل است تا از ریزش بار جلوگیری شود.

 

3. جریان شروع کنترل شده

برای راه اندازی موتور، هفت تا هشت برابر جریان تمام بار موتور AC طول می کشد. درایو AC جریان راه اندازی را کاهش می دهد و در نتیجه موتور کمتری به عقب می پیچد و این باعث افزایش عمر موتور می شود.

 

4. کاهش اختلالات خط برق

راه اندازی یک موتور AC در سراسر خط می تواند تخلیه عظیمی را در سیستم توزیع برق ایجاد کند و باعث کاهش ولتاژ شود. تجهیزات حساس مانند رایانه ها و حسگرها با روشن شدن یک موتور بزرگ خاموش می شوند. درایو AC این کاهش ولتاژ را با حذف برق از موتور به جای خاموش شدن از بین می برد.

 

5. به راحتی جهت چرخش را تغییر می دهد

درایوهای AC می توانند عملیات شروع و توقف مکرر را انجام دهند. برای تغییر جهت چرخش پس از تغییر فرمان چرخش فقط به جریان کمی نیاز دارد. میکسرهای پایه می توانند خروجی مناسبی را به عنوان جهت چرخش تولید کنند و تعداد دورها را می توان با درایو اینورتر کنترل کرد.

 

6. نصب ساده

درایوهای AC از قبل برنامه ریزی شده اند. قدرت کنترل لوازم جانبی، خطوط ارتباطی و لید‌های موتور از قبل سیم‌کشی شده‌اند. پیمانکار فقط باید خط را به منبع تغذیه ای که درایو AC را تامین می کند، وصل کند.

 

7. حد گشتاور قابل تنظیم

درایوهای AC با کنترل دقیق گشتاور می توانند از موتورها در برابر آسیب محافظت کنند. به عنوان مثال، در یک دستگاه jam، موتور به چرخش خود ادامه می دهد تا زمانی که دستگاه overload باز شود. یک درایو AC را می توان طوری تنظیم کرد که مقدار گشتاور اعمال شده به موتور را محدود کند تا از حد مجاز گشتاور بیشتر نشود.

 

8. حذف اجزای محرک مکانیکی

یک درایو AC می تواند سرعت کم یا زیاد مورد نیاز بار را بدون دستگاه ها و گیربکس های افزایش یا کاهش سرعت ارائه دهد. این عمل باعث صرفه جویی در هزینه های تعمیر و نگهداری و نیازهای فضای کف می شود.

تقسیم بندی اینورتر : ولتاژ پایین و متوسط

درایوهای AC به دو دسته ولتاژ پایین (LV) و ولتاژ متوسط (MV) طبقه بندی می شوند. در تهیه درایوهای AC، عوامل مختلفی باید در نظر گرفته شود.

یک درایو LV دارای خروجی 240 تا 600 ولت جریان متناوب (VAC) است. آنها معمولا در تسمه نقاله، کمپرسورها و پمپ ها استفاده می شوند. از آنجایی که درایوهای LV استرس کمتری به موتور وارد می کنند، حداقل تعمیر و نگهداری مورد نیاز است. همچنین انرژی کمتری مصرف می کند. یک درایو LV فرکانس بالا و عملکرد بهتر موتور در ولتاژ پایین تولید می‌کند و در نتیجه هزینه تولید را کاهش می‌دهد.

از طرف دیگر، ولتاژ پایین جریان بیشتری ایجاد می کند. اگر درایوهای LV با ماشین‌های اسب بخار بالا (HP) استفاده شود، گرمای بیشتری تولید می‌کند و دمای اتاق را افزایش می‌دهد. جریان بیشتر به معنای گرمای تولید شده بیشتر است. نصب دریچه ها و تهویه مطبوع اضافی ضروری است.

موتورهای الکتریکی عظیم و چند مگاواتی در نیروگاه ها و کارخانه های فرآوری فلزات از درایوهای MV استفاده می کنند. آنها خروجی 4160 VAC دارند اما می توانند تا 69000 VAC بروند. آنها برای دستیابی به ولتاژ خروجی بالا به ولتاژ ورودی بالایی نیاز دارند. از نظر هزینه، درایوهای MV به بریکرها و ترانسفورماتورهای بزرگتر و گران قیمت نیاز دارند. آنها از نظر فیزیکی در مقایسه با درایوهای LV بزرگتر هستند. درایوهای MV نیز بر خلاف درایوهای LV که می توانند توسط تیم تعمیر و نگهداری برق داخلی نگهداری شوند، تحت نظارت یک مهندس OEM تحت تعمیر و نگهداری منظم قرار می گیرند.

 

جمع بندی

تمامی صنایع و تولیدکنندگان به طور معمول در تلاش برای صرفه جویی در مصرف انرژی هستند. این امر باعث توسعه اینورترها در ماشین آلات و برای وسایل صنعتی شده است. اینورترها مخفی و در اتاق هایی با تهویه مناسب نگهداری می شوند. با این وجود، آنها نقش مهمی در صرفه جویی در انرژی دارند. توانایی کنترل دقیق دستگاه های اداری بسته به تقاضا می تواند مصرف انرژی و ضایعات تولید را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.