راهنمای محاسبه توان اینورتر و تحلیل جریان ورودی و خروجی

محاسبه توان اینورتر یکی از فاکتورهای مهم در نحوه انتخاب اینورتر مناسب برای موتور و سایر تجهیزات الکتریکی به شمار می‌آید. این فرآیند تأثیر مستقیمی بر کارکرد، کارایی انرژی و طول عمر دستگاه دارد. توان اینورتر باید به گونه‌ای انتخاب شود که با توان مصرفی بار (به صورت وات یا کیلووات)، نوع بار (القایی یا مقاومتی) و شرایط کاری مانند اضافه‌بار و راه‌اندازی موتورهای الکتریکی هماهنگ باشد.

انجام محاسبات دقیق در انتخاب توان اینورتر می‌تواند به پیشگیری از مشکلاتی مانند خرابی زودرس، افت ولتاژ و افزایش غیرضروری مصرف انرژی کمک کند. در این مقاله، گام‌به‌گام به بررسی روش محاسبه توان اینورتر خواهیم پرداخت تا شما بتوانید انتخابی بهینه و متناسب با نیازهای خود داشته باشید. غفلت از این محاسبات می‌تواند آسیب‌های جدی به دستگاه و اینورتر وارد کند و هزینه‌های بالایی را به همراه داشته باشد. با ما همراه باشید تا نکات کلیدی این فرآیند را مورد بررسی قرار دهیم.

توان اینورتر چیست؟

توان خروجی یک اینورتر به عنوان حاصل‌ضرب ولتاژ و جریان خروجی تعریف می‌شود. به همین ترتیب، توان ورودی نیز از ضرب ولتاژ و جریان ورودی به دست می‌آید و می‌تواند بر عملکرد موتور تأثیرگذار باشد. اگر به درستی پلاک موتور را بررسی کنید، متوجه یک ضریب توان خواهید شد که نشان‌دهنده رابطه بین توان اکتیو و توان ظاهری است و در واقع تأثیر زیادی بر کارایی موتور دارد.
هنگام خرید درایو کنترل دور موتور، توجه به این ضریب توان بسیار مهم است، چرا که انتخاب درست درایو می‌تواند به شما کمک کند تا بیشترین کارایی را از سیستم خود دریافت کنید. به یاد داشته باشید که دانستن این مشخصه می‌تواند به شما در انتخاب هوشمندانه‌تر کمک کند.

جهت سفارش یا استعلام قیمت درایو زیمنس و درایو abb تماس بگیرید. (۰۲۱۹۱۰۹۹۲۲۰)

چرا محاسبه توان اینورتر اهمیت دارد؟

برای محاسبه توان اینورتر، باید مفاهیم اولیه‌ای مانند توان مصرفی بار (که معمولا به صورت وات یا کیلووات اندازه‌گیری می‌شود)، ضریب توان، نوع بار (القایی یا مقاومتی) و راندمان اینورتر را در نظر گرفت. توان نامی اینورتر باید حداقل برابر با توان مورد نیاز دستگاه‌ها باشد تا عملکردی مطمئن فراهم شود. در شرایطی که بار القایی وجود دارد، مانند موتورهای الکتریکی، به علت نیاز به جریان بالا در لحظه راه‌اندازی، اینورتر باید توانایی تحمل اضافه‌بار (حدوداً ۱.۵ تا ۲ برابر توان موتور) را داشته باشد. همچنین، ولتاژ و فرکانس خروجی اینورتر باید به گونه‌ای تنظیم گردد که با نیازهای دستگاه‌ها تطابق داشته باشد تا از بروز افت عملکرد یا آسیب به تجهیزات جلوگیری شود.

روش‌های محاسبه توان اینورتر

برای محاسبه توان اینورتر، روش‌های مختلفی وجود دارد که هر کدام به نوع خاصی از توان اشاره دارند. در اینجا به بررسی سه نوع رایج از این توان‌ها پرداخته می‌شود:

۱- توان ظاهری SM

توان ظاهری یکی از معیارهای کلیدی در انتخاب اینورتر است و نشان می‌دهد چه میزان انرژی به موتور از طریق درایو منتقل می‌شود. برای محاسبه این توان، به ولتاژ و جریان نیاز داریم و فرمول آن به شرح زیر است:

SM = (ولتاژ × جریان × رادیکال ۳) ÷ ۱۰۰۰

این توان به واحد کیلوولت‌آمپر اندازه‌گیری می‌شود و به شما کمک می‌کند تا اینورتر مناسب برای کاربردهایی با گشتاور ثابت یا متغیر را انتخاب کنید.

۲- توان PM

توان PM نوع دیگری از توان است که می‌تواند بازدهی سیستم را نشان دهد. برای محاسبه این نوع توان به توان ظاهری (SM) نیاز داریم. فرمول محاسبه توان PM به صورت زیر است:

PM = SM × بهره‌وری موتور× cos(φ)

این مقدار می‌تواند اطلاعات دقیقی در خصوص عملکرد سیستم و میزان بهره‌وری آن ارائه دهد.
با این روش‌ها، انتخاب درست اینورتر و سنجش دقیق توان آن، به شما کمک می‌کند تا از عملکرد بهینه و کارآمد بهره‌برداری کنید.

۳- محاسبه توان اینورتر در حالت کلی

طبق توضیحات گفته شده در مقاله کاربرد اینورتر صنعتی توضیح دادیم که اینورتر دستگاهی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. برای محاسبه توان اینورتر، باید حداکثر مقدار توان الکتریکی که از منبع DC گرفته می‌شود، در نظر گرفته شود. برای انجام این محاسبه، مراحل زیر را دنبال کنید:
۱. میزان مصرف برق موتور را پیدا کنید که معمولاً بر روی پلاک موتور درج شده است (بر حسب وات)
۲. توان مورد نیاز را در عدد ۱.۲۵ ضرب کنید تا خروجی ایمن اینورتر به دست آید.
۳. نتیجه حاصل را به نزدیک‌ترین عدد بزرگتر گرد کنید.
۴. ضریب توان اینورتر را از دفترچه راهنمای آن بدست آورید. در بعضی مدل‌ها ممکن است به جای ضریب توان، از بازده یا کارایی استفاده شده باشد.
۵. ضریب توان به دست آمده را در نتیجه مرحله ۲ ضرب کنید تا توان اینورتر محاسبه شود.
توجه داشته باشید که در این روش، توان به دست آمده در مرحله ۵ باید بیشتر از خروجی ایمن محاسبه شده در مرحله ۲ باشد. در غیر این صورت، اینورتر انتخابی برای موتور شما مناسب نخواهد بود.

مراحل محاسبه توان مورد نیاز اینورتر

گام اول: محاسبه توان مصرفی تجهیزات متصل

اولین قدم در انتخاب اینورتر مناسب، محاسبه توان مصرفی دستگاه‌های متصل است. اصولا این توان بر روی پلاک مشخصات دستگاه‌ها قرار دارد و به صورت وات (W) یا کیلووات (kW)تعریف می شود. اگر توان دستگاه را به صورت آمپر (A) و ولتاژ (V) دارید، می‌توانید با استفاده از فرمول P = V × I × PF، توان را محاسبه کنید که در آن PF (ضریب توان) است و معمولا بین ۰.۸ تا ۱ قرار دارد. دقت در این مرحله از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است، زیرا اشتباه در محاسبه می‌تواند به انتخاب اینورتر با توان نامناسب منجر شود.

گام دوم: در نظر گرفتن ضریب اطمینان و اضافه‌بار

بعد از تعیین توان مصرفی تجهیزات، باید ضریب اطمینان و اضافه‌بار را در محاسبات وارد کنید. در دستگاه‌های القایی مانند موتورها، هنگام راه‌اندازی، جریان اولیه به طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و ممکن است تا ۱.۵ تا ۲ برابر توان نامی موتور برسد. به منظور جلوگیری از آسیب به اینورتر و جلوگیری از عملکرد نادرست، باید توان اینورتر را حداقل ۱.۵ برابر توان نامی بار مشخص کرد. این ضریب اطمینان نه تنها از افت ولتاژ و خاموشی ناگهانی جلوگیری می‌کند، بلکه عمر مفید اینورتر را نیز افزایش می‌دهد.

گام سوم: محاسبه جریان و ولتاژ مورد نیاز

در مرحله آخر نیاز به محاسبه جریان و ولتاژ مورد نیاز اینورتر است. برای اطمینان از عملکرد دستگاه شما در صورتیکه با برق تک‌فاز (۲۲۰ ولت) یا سه‌فاز (۳۸۰ ولت) کار می‌کنند، باید اینورتری که مناسب برای آن‌ها باشد را انتخاب کنید. برای محاسبه جریان مورد نیاز، می‌توانید از فرمول P = V × I × PF استفاده کرده و اطمینان حاصل کنید که جریان خروجی اینورتر برابر یا بیشتر از مقدار محاسبه‌شده باشد. همچنین، باید به فرکانس کاری (Hz) و نوع بار (مقاومتی یا القایی) توجه ویژه داشته باشید. در نهایت، انتخاب اینورتر با توان مناسب و راندمان بالا، عملکرد بهینه و ایمن سیستم شما را تضمین خواهد کرد.

چرا جریان خروجی اینورتر ممکن است بیشتر از جریان ورودی باشد؟

گاهی اوقات مشاهده می‌شود که جریان خروجی اینورتر بیشتر از جریان ورودی است. این موضوع به دلیل کارکرد خاص اینورترها اتفاق می‌افتد. در حالی که انتظار می‌رود جریان خروجی کمتر از ورودی باشد، به دلیل بازده کمتر از ۱۰۰٪، در برخی شرایط ممکن است جریان خروجی بیشتر از ورودی مشاهده شود. ادر ادامه این مقاله به بررسی دلایل این پدیده و موقعیت‌هایی می‌پردازد که در آن‌ها جریان خروجی اینورتر بیشتر از جریان ورودی است.

نقش توان راکتیو و عملکرد درایوها در موتورهای الکتریکی

موتورها به‌طور طبیعی با ضریب توان تاخیری (PF) فعالیت می‌کنند، یعنی انرژی راکتیو (VAR) مصرف می‌کنند. وقتی موتور به شبکه برق متصل می‌شود، این شبکه انرژی راکتیو مورد نیاز برای عملکرد موتور را تامین می‌کند. این انرژی برای تولید میدان مغناطیسی دوار در استاتور موتور استفاده می‌شود و به‌طور مستقیم به تولید کار مفید (وات) کمک نمی‌کند. زمانی که یک درایو فرکانس متغیر (VFD) نصب می‌شود، سیستم برق به سه قسمت مجزا تقسیم می‌شود:

1. یکسوکننده ورودی – تبدیل جریان متناوب (AC) به جریان مستقیم (DC).
2. ذخیره‌سازی انرژی DC در خازن‌ها.
3. معکوس‌کننده خروجی – تبدیل دوباره DC به AC.

در چنین شرایطی، وقتی موتور به اینورتر درایو متصل می‌شود، عملاً از شبکه برق جدا می‌گردد. به این معنی که تامین توان راکتیو مورد نیاز برای عملکرد موتور، دیگر بر عهده شبکه نیست و باید توسط خود درایو انجام شود. توان راکتیو مورد نیاز برای مغناطیس کردن سیم‌پیچ‌های موتور معمولاً ثابت باقی می‌ماند و به‌ندرت تغییر می‌کند. از سوی دیگر، قدرت واقعی لازم برای راه‌اندازی موتور بستگی به سرعت آن دارد. به‌طور کلی، هرچه گشتاور کاهش یابد، جریان کمتری برای راه‌اندازی موتور نیاز خواهد بود. در نهایت، توان کلی وارد شده به درایو باید با توان خروجی آن مقایسه شود، به‌جز توان هدر رفته در عملیات درایو. مقایسه ساده جریان ورودی و خروجی نمی‌تواند تصویر دقیقی از عملکرد سیستم به ما بدهد.

جریان اجزا در اینورتر

• جریان ورودی اینورتر: جریان ورودی اینورتر از شبکه برق تنها یک جزء اصلی به نام جریان واقعی داردکه مسئول تولید گشتاور یا کار مفید (وات) است.

Iinputvfd=Ir

• جریان خروجی اینورتر: جریان خروجی از اینورتر به موتور شامل دو بخش اصلی زیر است:
  • جریان واقعی (Ir) که مسئول تولید گشتاور یا کار مفید (وات) است.
  • جریان راکتیو (Iq) که برای ایجاد میدان مغناطیسی در موتور ضروری است (VAR).

مجموع جریان خروجی (Ioutputvfd) از درایو به‌صورت جذر مجموع مجذورهای جریان واقعی (Ir) و جریان راکتیو (Iq) محاسبه می‌شود:

Ioutputvfd=√(I2r+I2q)

• جریان واقعی (Ir) توسط شبکه برق تامین می‌شود.
• جریان راکتیو (Iq) توسط خازن باس DC در داخل اینورتر تامین می‌شود.
از این معادله می‌توان فهمید که جریان خروجی اینورتر ممکن است بزرگتر از جریان ورودی آن باشد. در سیستم‌های کوچک‌تر، این تفاوت در اندازه جریان ممکن است چندان محسوس نباشد، اما در درایوهای بزرگ‌تر، این تفاوت بیشتر نمایان خواهد شد.

محاسبه جریان ورودی و خروجی اینورتر

برای محاسبه جریان خروجی اینورتر، اگر ضریب توان موتور و گشتاور بار (یا KW) را بدانیم، می‌توانیم جریان خروجی را با دقت مناسبی تخمین بزنیم. به‌عنوان مثال، در یک درایو ۳۷ کیلوواتی، مشخصات جریان به‌صورت زیر است:
• جریان خروجی پیوسته: ۷۲ آمپر
• جریان ورودی: ۵۸ آمپر
این تفاوت در جریان ورودی و خروجی ممکن است سوالاتی را به همراه داشته باشد. دلیل این تفاوت چیست؟ آیا اینورتر جریان باقیمانده را خودش تولید می‌کند؟ نه، قطعاً اینطور نیست. اینورترها مبدل هستند، نه ژنراتور. آنها انرژی را از شبکه برق دریافت کرده و آن را به فرکانس‌های مختلف تبدیل می‌کنند، اما توان اضافی تولید نمی‌کنند. بنابراین، نمی‌توان از اینورتر انتظار داشت که جریان اضافی را به‌طور معجزه‌آسا تولید کند.
این تفاوت در جریان، در واقع به نحوه ترکیب جریان واقعی و راکتیو و نحوه تبدیل و ذخیره‌سازی انرژی در سیستم‌های اینورتر مربوط می‌شود. درایوهای مدرن از تکنیک‌های بهینه‌سازی برای مدیریت این تفاوت استفاده می‌کنند، که ممکن است در برندهای مختلف مشابه باشد.

پاسخ اصلی در عملکرد خازن‌های موجود در درایوها نهفته است. همانطور که می‌دانیم، هر اینورتر دارای یک لینک DC است که از مجموعه‌ای از خازن‌ها تشکیل می‌شود. این خازن‌ها وظیفه صاف کردن و تصفیه امواج ورودی DC تبدیل‌شده را بر عهده دارند. علاوه بر این، آن‌ها در سیستم‌های برق صنعتی نیز یکی از ارکان اصلی به شمار می‌آیند و نقش بسیار حیاتی دارند.

محاسبه و فرمول جریان فعال در اینورترها

مقدار توان راکتیو مصرفی توسط بارهای القایی مانند موتورهای القایی باید جبران شود. اما این سوال مطرح می‌شود که چرا جریان خروجی درایو بیشتر از جریان ورودی آن است؟ برای روشن‌تر شدن این موضوع، بیایید یک محاسبه ساده انجام دهیم. فرض کنید یک موتور ۳۷ کیلوواتی با جریان ۷۲ آمپر به اینورتر ۳۷ کیلوواتی متصل باشد. همچنین ضریب توان موتور برابر با ۰.۸ است. برای محاسبه بخش جریان فعال، از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

Iactive=I×cosⱷ=۷۲×۰.۸=58A

این موتور در مجموع ۷۲ آمپر جریان ظاهری مصرف می‌کند. از این مقدار، حدود ۵۸ آمپر به تولید توان واقعی (فعال) اختصاص دارد که باید توسط شبکه تأمین شود.
بنابراین، درایو فقط به برق واقعی معادل ۵۸ آمپر در ورودی خود نیاز دارد. مقدار باقی‌مانده، که مربوط به مدار القایی مغناطیسی موتور است، توسط خازن‌های لینک DC جبران می‌شود. این مقدار را می‌توان با استفاده از قوانین ضریب توان به راحتی محاسبه کرد:

Ireactive=I×sinⱷ=۷۲×۰.۶=42A

تصویر زیر نمای کلی از جریان‌های مختلف درگیر در این فرآیند را نمایش می‌دهد.

جبران توان راکتیو و تاثیر خازن‌ها در درایوها

خازن‌ها توان راکتیو را تولید نمی‌کنند، بلکه آن را جبران می‌کنند. اینورتر یا خازن‌ها توان راکتیو تولید نمی‌کنند، مشابه توان اکتیو. درایوها به عنوان مبدل عمل کرده و فقط جریان را در چرخه‌های AC جابه‌جا می‌کنند. خازن‌ها در نیمه اول نیم‌چرخه توان راکتیو تولید کرده و در نیمه دوم مصرف می‌کنند، در حالی که سلف‌ها این کار را برعکس انجام می‌دهند. بنابراین، تعاملات خازن‌ها و موتورها باعث جبران توان راکتیو می‌شود.
همچنین، جریان خروجی بیشتر از ورودی معمولاً در درایوهایی با خازن‌های پلی‌پروپیلن مشاهده می‌شود که هارمونیک کمتری به شبکه وارد می‌کنند. این در حالی است که بیشتر اینورترها با خازن‌های الکترولیتی ارزان‌تر تولید می‌شوند که هارمونیک‌های بیشتری تولید کرده و جریان ورودی بیشتری به همراه دارند. هارمونیک‌ها باید در محاسبات تأثیرگذار در نظر گرفته شوند.

سخن نهایی

جریان ورودی و خروجی اینورتر بخش مهمی از فرآیند محاسبه توان است. در انتخاب اینورتر مناسب، توجه به تفاوت جریان ورودی و خروجی اهمیت دارد. در برخی شرایط، جریان خروجی اینورتر ممکن است بیشتر از جریان ورودی باشد، که این به دلیل ترکیب جریان واقعی و راکتیو است. جریان واقعی توسط شبکه برق تأمین می‌شود و جریان راکتیو توسط خازن‌ها در داخل اینورتر جبران می‌شود. این امر معمولاً در سیستم‌های با بارهای القایی مانند موتورهای الکتریکی دیده می‌شود. در نتیجه، هنگام محاسبه جریان ورودی و خروجی اینورتر، باید عواملی مانند ضریب توان، نوع بار، و ویژگی‌های خاص سیستم (مثل توان راکتیو و عملکرد خازن‌ها) را در نظر گرفت. این تحلیل دقیق باعث انتخاب اینورتر مناسب با جریان ورودی و خروجی صحیح و عملکرد بهینه می‌شود.

سوالات متداول جریان ورودی و خروجی اینورتر

چرا محاسبه توان اینورتر مهم است؟

محاسبه توان اینورتر مهم است زیرا انتخاب توان مناسب باعث کارایی بهینه، افزایش عمر دستگاه و جلوگیری از مشکلاتی مانند خرابی زودرس و افت ولتاژ می‌شود.

چه عواملی بر توان ورودی و خروجی اینورتر تأثیر می‌گذارند؟

توان ورودی و خروجی اینورتر تحت تأثیر ضریب توان، نوع بار (القایی یا مقاومتی)، و شرایط کارکرد مانند اضافه‌بار و ولتاژ و فرکانس خروجی قرار دارد.

چرا جریان خروجی اینورتر ممکن است بیشتر از جریان ورودی باشد؟

جریان خروجی ممکن است بیشتر از ورودی به دلیل ترکیب جریان واقعی و راکتیو باشد. در واقع، جریان راکتیو توسط خازن‌ها جبران می‌شود که موجب افزایش جریان خروجی می‌شود.

چگونه توان راکتیو در اینورترها جبران می‌شود؟

توان راکتیو در اینورترها توسط خازن‌ها جبران می‌شود. خازن‌ها توان راکتیو را تولید نمی‌کنند بلکه آن را در چرخه‌های AC جبران می‌کنند، به‌ویژه در بارهای القایی مانند موتورهای الکتریکی.

برای محاسبه جریان ورودی و خروجی اینورتر، چه عواملی را باید در نظر بگیریم؟

برای محاسبه جریان ورودی و خروجی اینورتر باید به توان مصرفی دستگاه، ضریب توان موتور، نوع بار، فرکانس کاری و ولتاژ ورودی توجه داشته باشیم.

کاربران محتواهای زیر را نیز خوانده اند...

راهنمای جامع نصب و راه اندازی اینورتر درایو چوک اینورتر چیست و انواع آن کدامند کاربرد مقاومت ترمز درایو اینورتر چیست؟ اینورتر چیست و چه کاربردی در تابلو برق دارد؟ مزایا و معایب اینورتر (inverter) انکودر چیست|بررسی انواع انکودر اتوماسیون صنعتی چیست و چه کاربردی دارد بررسی سیستم های کنترل صنعتی و نقش آن در اتوماسیون