ساختار اینورتر | آشنایی با مدار داخلی اینورتر- مارش شاپ

امروزه با پیشرفت فناوری و افزایش تقاضا برای بهینه‌سازی مصرف انرژی، اینورترها به عنوان اجزای کلیدی در سیستم‌های صنعتی و خانگی شناخته می‌شوند. این دستگاه‌ها با تبدیل جریان متناوب به مستقیم، نقش مهمی در کنترل و تنظیم عملکرد موتورهای الکتریکی ایفا می‌کنند. ساختار پیچیده اینورترها به شکل مؤثری در بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی کمک می‌کنند. در دنیای صنعتی امروزی، درک عمیق از این تکنولوژی و آشنایی با ساختار داخلی مدار اینورتر می‌تواند تأثیر بسزایی بر عملکرد سیستم‌ها و تجهیزات داشته باشد.

فهرست مطالب

ساختار داخلی مدار اینورتر از چه بخش هایی تشکیل شده است؟

ساختار اینورتر از بخش‌های متفاوتی نظیر برد قدرت، بردکنترلی و برد ارتباط با کاربر تشکیل شده است که در ادامه هرکدام مورد بررسی قرار می‌گیرند.

۱. برد قدرت در ساختار داخلی مدار اینورتر

ساختار برد قدرت در ساختار داخلی اینورتر

برد قدرت در ساختار داخلی اینورتر شامل بخش‌های مختلفی است که هریک وظیفه خاص خود را در سیستم کلی ایفا می‌کنند. این بخش‌ها به صورت هماهنگ عمل کرده و عملکرد بهینه اینورتر را تضمین می‌کنند.

یکسوساز (Rectifiers) | یکسوساز سیگنال برق ورودی

بخش یکسوساز سیگنال برق ورودی

بخش یکسوساز سیگنال برق ورودی از تعدادی دیود تشکیل شده است که مسئول یکسوسازی سیگنال ورودی برق شهری هستند. درحالت ورودی سه ‌فاز، اینورتر شش دیود دارد و درحالت تک ‌فاز، چهار دیود مورد استفاده قرار می‌گیرد. پس از ورود برق سینوسی به این بخش سیگنال یکسو می‌شود، اما هنوز ریپل‌هایی وجود دارد که باید با استفاده از المان‌های اضافی حذف شوند. برای اینورترهای سه ‌فاز، ورودی برق با نام‌های R، S و T نمایش داده شده، درحالی که برای اینورترهای تک ‌فاز، ورودی با نام‌های L و N شناخته می‌شود.

پیش شارژ خازن در مدار داخلی اینورتر

بخش پیش شارژ خازن

این بلوک برای کاهش جریان لحظه‌ای ورودی از پل دیود ورودی طراحی شده است. با قرار دادن یک مقاومت در مدار، این بلوک از شارژ ناگهانی خازن لینک DC جلوگیری می‌کند. پس از اینکه خازن به یک مقدار معین شارژ شد، این مقاومت به طور خودکار اتصال کوتاه شده و از مدار خارج می‌شود.
زمانی که خازن جریان‌کشی شده و از طریق مسیر مقاومت شارژ می‌گردد، مقاومت موجود در مسیر گرم می‌شود. با سنس کردن دمای این مقاومت می‌توان به میزان عبور جریان و درنتیجه به وضعیت شارژ خازن پی برد. براساس این اطلاعات تصمیم‌گیری می‌شود که آیا مقاومت باید در مدار باقی بماند یا از مدار خارج شود.

خازن و صافی (DC Bus)

این بخش از یک یا چند خازن تشکیل شده که در مسیر آن یک یا دو سلف نیز وجود دارد. وظیفه این مجموعه قطعات، صاف کردن ولتاژ یکسو شده‌ای است که توسط یکسوساز ورودی تولید می‌شود. این ولتاژ به دلیل وجود ریپل پس از یکسوسازی، نیازمند فیلتر LC است تا بتواند به طور مؤثر صاف شود و برای صاف کردن امواج و به دست آوردن برق DC یکنواخت، یک خازن بین قسمت مثبت و منفی مدار نصب می‌شود.

خازن و صافی در مدار داخلی اینورتر

این خازن مانند یک مخزن ذخیره‌سازی عمل می‌کند. زمانی که الکترون‌های اضافی وجود داشته باشند، خازن آن‌ها را جذب کرده و در مواقعی که الکترون‌ها کاهش می‌یابند، الکترون‌ها را به مدار تزریق می‌کند. به این ترتیب خازن موج‌های DC ناهموار را صاف می‌کند و نتیجه آن ایجاد یک سیگنال صاف و تمیز است که بر روی صفحه اسیلوسکوپ قابل مشاهده می‌شود.

سوئیچینگ‌ خروجی

بلوک سوئیچینگ خروجی عمدتاً از ۶ عدد IGBT تشکیل شده است که مسئول سوئیچ کردن سیگنال DC می‌شوند. خروجی این مجموعه سیگنالی از نوع PWM تولید می‌کند که نمایانگر یک سیگنال سینوسی است. این سیگنال PWM از طریق ترمینال‌های U، V و W به موتور منتقل می‌شود.
با تغییر میزان روشن و خاموش بودن هریک از IGBTها، دامنه سیگنال سینوسی خروجی تنظیم می‌شود. فرکانس ولتاژ خروجی نیز براساس سیکل تکرار PWM مشخص می‌گردد. یکی از ویژگی‌های کلیدی در این سیگنال PWM، فرکانس کریر یا پالس‌های مربعی است که برای تولید این سیگنال به‌کار می‌رود.

بخش ترمز در ساختار اینورتر

بخش ترمز در ساختار داخلی اینورتر

این قسمت شامل یک مقاومت و یک المان سوئیچ‌کننده مانند IGBT است. زمانی که موتور با یک سرعت مشخص درحال حرکت بوده و نیاز به کاهش سرعت دارد، موتور از حالت مصرف‌کننده به تولیدکننده انرژی الکتریکی تغییر وضعیت می‌دهد و ولتاژ روی باس DC افزایش پیدا می‌کند. اگر این افزایش ولتاژ کنترل نشود، ممکن است به خازن باس DC و برخی قطعات دیگر مانند IGBT آسیب برساند.
برای جلوگیری از این مشکل باید افزایش ولتاژ را با استفاده از یک مقاومت به نام مقاومت ترمز جبران کنید. مقاومت ترمز از یک سو به باس DC و از سوی دیگر به IGBT ترمز متصل می‌شود. با سوئیچ کردن IGBT با دیوتی سایکل مشخص، می‌توان این افزایش ولتاژ را مدیریت و از آسیب به سیستم جلوگیری کرد.

۲. برد کنترلی در اینورتر

برد کنترل یکی از اجزای حیاتی مدار داخلی اینورتر است که به عنوان واسطی بین کاربر و برد قدرت عمل می‌کند. درواقع برد کنترل درایو اینورتر از سه قسمت اصلی زیر تشکیل شده است:

CPU

این بخش شامل یک میکروکنترلر است که با تمامی قسمت‌های اینورتر ارتباط برقرار می‌کند. با استفاده از این ریزپردازنده می‌توانید دور موتور را کنترل کرده و همچنین دستورات مربوط به چپ‌گرد یا راست‌گرد بودن موتور و زمان روشن و خاموش شدن آن را صادر کنید. این قابلیت‌ها به شما امکان می‌دهد تا عملکرد موتور را به دقت مدیریت کرده و به نیازهای خاص کاربرد خود پاسخ بدهید.

ورودی و خروجی های آنالوگ یا دیجیتال

این بخش شامل مجموعه‌ای از ترمینال‌هاست که امکان برقراری ارتباط بین ورودی و خروجی را با میکروکنترلر فراهم می‌سازد. این ترمینال‌ها ورودی‌ها را به سیگنال‌های قابل فهم برای میکروکنترلر تبدیل می‌کنند. همچنین، می‌توانید از سیگنال‌های آنالوگ برای کنترل فرکانس خروجی، به عبارت دیگر سرعت موتور استفاده کنید. به‌ عنوان مثال، یک پتانسیومتر می‌تواند برای تنظیم و تغییر فرکانس خروجی به‌کار برود و به شما اجازه می‌دهد تا به دقت کنترل کنید که موتور با چه سرعتی کار کند.

شبکه مدباس

شما می‌توانید از اینورتر در یک شبکه مدباس استفاده کنید تا فرامین کنترلی از بخش‌های مختلف شبکه به اینورتر منتقل شوند. این قابلیت به شما امکان می‌دهد تا کنترل‌های لازم را از واحدهای کنترلی دیگر دریافت کرده و عملیات را بهینه کنید. علاوه‌بر این، استفاده از یک HMI (رابط انسان و ماشین) برای کنترل درایو نیز امکان‌پذیر است. با اینکار کاربران می‌توانند به راحتی تنظیمات و پارامترهای مربوط به عملکرد اینورتر را مشاهده و تغییر بدهند. این سیستم‌ها به شما کمک می‌کنند تا کنترل دقیق‌تری بر روی فرآیندهای صنعتی داشته باشید و درنتیجه بهره‌وری و کارایی سیستم را افزایش بدهید.

۳. برد ارتباط با کاربر

برد ارتباط با کاربر یکی از اجزای کلیدی مدار داخلی اینورتر است که به شما اجازه می‌دهد دستورات خود را برروی درایو موتور اعمال کنید. معمولا درایوها دارای یک کی‌پد و نمایشگر هستند، اما بهتر است که کی‌پد به صورت جداشونده روی اینورتر نصب شود. این طراحی به اپراتور این امکان را می‌دهد که کی‌پد را به راحتی برروی تابلو نصب کرده و با استفاده از یک کابل آن‌را به اینورتر متصل کند. این ویژگی کنترل عملکرد دستگاه را برای اپراتور بسیار انعطاف‌پذیرتر می‌کند.

نقش حیاتی اینورتر ها در بهینه‌ سازی انرژی

اینورترها نقش حیاتی در بهینه‌سازی مصرف انرژی و کنترل فرآیندهای صنعتی دارند. ساختار پیچیده آن‌ها شامل اجزای مختلف مانند برد قدرت، برد کنترلی و بخش‌های ارتباطی، به عملکرد مؤثر و پایدار سیستم‌ها کمک می‌کند. درک دقیق عملکرد هریک از این اجزا می‌تواند به بهبود کارایی، کاهش هزینه‌ها و افزایش عمر تجهیزات منجر شود.
با پیشرفت فناوری، انتخاب و استفاده از اینورترهای مناسب اهمیت بیشتری پیدا کرده و می‌تواند تأثیر زیادی بر بهره‌وری و عملکرد کلی سیستم‌ها داشته باشد. برای کسب اطلاعات بیشتر و دسترسی به انواع اینورترها و تجهیزات مرتبط، از مارش شاپ کمک بگیرید.

سوالات متداول

ساختار داخلی اینورتر سبک کار و سنگین کار چه فرقی با هم دارند؟

این فرق عمدتا ناشی از اجزای مدار قدرت است. در اینورترهای سنگین کار، قطعات مورد استفاده در مدار قدرت معمولا در رنجی بالاتر از نیازهای اساسی اینورتر انتخاب می‌شوند. این امر به افزایش کارایی و قابلیت اطمینان در شرایط کاری سخت کمک می‌کند.

شناخت مدار داخلی اینورتر چه مزایایی به همراه دارد؟

ممکن است تصور کنید که آگاهی از مدار داخلی اینورتر برای افرادی که در صنعت فعالیت می‌کنند ضروری نیست؛ اما فهمیدن نحوه عملکرد یک درایو می‌تواند به شما کمک کند تا به ‌راحتی آن‌را راه‌اندازی کرده و ورودی و خروجی‌های صحیحی به آن متصل کنید. علاوه‌بر این، این دانش در زمینه تعمیر و نگهداری اینورتر نیز بسیار مفید خواهد بود.

ساختار داخلی درایو از چند بخش اصلی تشکیل شده است؟

از سه بخش اصلی برد قدرت، برد فرمان و برد ارتباط با کاربر

لینک DC چیست؟

لینک DC درواقع شامل خازن‌هاست که به عنوان رابط بین دو بخش یکسوساز و اینورتر عمل می‌کند. وظیفه این لینک تولید یک سیگنال DC یکنواخت و بدون ریپل است.

یکسوساز چه وظیفه ای دارد؟

یکسوساز وظیفه تبدیل جریان متناوب به جریان مستقیم را برعهده دارد. همچنین، با مسدود کردن نیم‌سیکل‌های منفی، امکان استفاده از جریان مستقیم برای تأمین انرژی تجهیزات و دستگاه‌های الکتریکی را فراهم می‌کند.

ساختار مدار داخلی اینورتر و نحوه عملکرد آن