اينورتر

توضیحات

اینورتر چیست و انواع اینورتر سه فاز و تک فاز؟

این محصول دارای نام های بسیاری است که از جمله آن می توان به درایو، کنترل دور موتور، دریایو فرکانس متغیر یا VFD اشاره نمود. اینورتر از نظر معنای لغوی، به معنای مبدل است. اینورتر ها این قابلیت را دارند فرکانس و سطح ولتاژ تولیدی را توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل کرده و برق AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز کاربر تامین و تولید کنند. در نهایت از برق AC تولید شده در خروجی اینورتر می توانیم انواع موتور های AC سه فاز را کنترل و راه اندازی کنیم.

درایو فرکانس متغیر چیست؟

درایو فرکانس متغیر با نام های VFD INVERTER یا VARIABLE FREQUENCY DRIVE نیز شناخته می شود. این نوع اینوتر که به صورت اختصار (VFD) نامیده می شود نوعی کنترل کننده دور و راه انداز موتور هستند و یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است. اینورتر وظیفه کنترل برق را برعهده می گیرد. در اغلب موارد، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است، به طوری که برق DC مورد نیاز اینورتر از برق AC اصلی تامین می شود. که با تغییر دادن نسبی فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور، سرعت شفت را کنترل و راه اندازی می کند.

این نوع اینورتر ها را با نامهای دیگری مانند: درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم و درایو های صنعتی نیز می شناسیم. از آنجا که اینورتر یک عنصر اصلی است، گاهی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود. این محصول این قابلیت را دارد که توسط برق تک فاز موتور های سه فاز تا توان 11 کیلو وات را با برق تک فاز با مصرف بهینه کنترل و راه اندازی کند.

البته اینورتر در علم الکترونیک تعریف دیگری دارد:

مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب یا اینورتر (Inverter) به المان‌هایی گفته می‌شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. هرگونه دستگاهی که برق DC را به برق AC تبدیل کند، اینورتر نامیده می شود (مبدل DC TO AC).

موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که می‌توان با استفاده از فیتلرهای مخصوص (سلف و خازن) آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. اینورترها هم به صورت تکفاز و هم سه فاز در بازار موجود می باشند. عملی که این مبدل ها انجام می‌دهند معکوس عملی است که یکسوکننده ها انجام می‌دهند. اینورترها قطعات متحرک ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی استفاده می شوند، از منبع تغذیه کامپیوتر گرفته تا ابزار بزرگ حمل و نقل فله. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند پانل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد. درواقع  اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می شود كه به كمک آن می توان سرعت یك موتور AC سه فاز را كنترل كرد بدون آنكه قدرت و گشتاور موتور كاهش یابد. اینورترها در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند مثلا برای یک موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20 HP استفاده كرد. از نظر ورودی اینورترها به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می گردند. البته خروجی همه آنها سه فاز است. برای اینورترهای با توان بالای 3 اسب فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد. برخی از اینورتر های با توان پایین دارای هشداری مبنی بر عدم استفاده از آنها برای روشن کردن لامپ های فلورسنت معمولی هستند. دلیل این هشدار این است که خازن تصحیح توان به صورت موازی با لامپ وصل شده است. با برداشتن خازن مشکل رفع خواهد شد.

 

اينورتر ها از نظر فاز و شكل موج خروجی

اينورترها از نظر فاز تبديل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسيم بندی می شوند، همچنين از نظر شكل موج خروجی به چهار نوع زير قابل تقسيم هستند:

• خروجی به شكل موج مربعی
• خروجی به شكل سينوسی اصلاح شده
• خروجی به شكل سينوسی اصلاح شده
• خروجی به شكل سينوسی خالص

کاربرد اینورتر

• انواع پمپ های صنعتی و ساختمانی
• سیستم های آب رسانی بوستر پمپ
• فن های صنعتی
• آسانسور
• انواع جرثقیل های سقفی و تاور کرین های سنگین
• نوار نقاله
• دستگاهای اکسترودر
• انواع ماشین آلات صنایع چاپ
• انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک
• انتقال انرژی به روش HVDC
• درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه
• استفاده در پنل های خورشیدی
• منبع تغذیه
• منابع برق اضطراری
• گرمکن القایی

انتقال انرژی به روش HVDC

در انتقال به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت های زیاد و با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DCرا به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.

درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه

در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه برقی مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی مانند تویوتا Prius استفاده می شود. به طور خاص پیشرفت های مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها به خاطر کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی است. در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور (که در اینجا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.

استفاده در پنل های خورشیدی

پنل های خورشيدی دارای خروجی DC هستند كه با استفاده از اينورترها اين توان تبديل به AC می شود.

 

منبع تغذیه

اینورتر برق DC را از منابعی مانند باطری، پانل های خورشیدی و سلول های سوختی به برق AC تبدیل می کند. برق خروجی را می توان به هر ولتاژی که لازم باشد تبدیل کرد.میکرو اینورترها مستقیما جریان را از پانل های خورشیدی به جریان متناوب تبدیل می کند.

منابع برق اضطراری

استفاده از باتری و اینورتر به عنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست. وقتی که برق اصلی مجددا برقرار شد، از یکسو کننده برای شارژ کردن باتری ها استفاده می شود.

گرمکن القایی

از اینورتر ها برای بالا بردن فرکانس برق اصلی جهت استفاده در گرمکن القائى استفاده می شود. برای اینکار ابتدا برق اصلی با به DC تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.

اینورتر چگونه مصرف برق را كاهش می دهد؟

1. اينورتر به صورت هوشمند ميزان بار وارده به موتور را تشخيص داده و متناسب با همان بار، به موتور جريان می دهد و اين جريان در بسياری از مواقع از جريان نامی موتور كمتر است.
2. به دليل آنكه موتور یک بار راكتيو روی شبكه دارد چنانچه از درايو برای راه اندازی و كنترل موتور استفاده گردد، چون درايو دارای یک بانک خازنی می باشد اين بار راكتيو را جبران می نمايد و تنها بار اكتيو را از شبكه برق مصرف می نمايد، بنابراين جريان مصرفی بسيار كاهش می يابد.
3. در بسياری از كاربردها انرژی زيادی برای راه اندازی لازم است. موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند بنابراين ميزان جريان زيادتری هم در حين كار از شبكه استفاده می كند. چنانجه از اینورتر استفاده شود، اينورتر به صورت كاملا اتوماتيک اين جريان را در حين راه اندازی به مقدار لازم افزايش و در حين كار به مقدار لازم كاهش می دهد، بنابراين به طور كلی هزينه برق مصرفی كاهش چشم گيری خواهد داشت.
4. در بسياری از كاربردها به هنگام راه اندازی، موتور جريان بسيار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ايجاد صدماتی به تاسيسات برق رسانی و ساير دستگاه ها می گردد، اين جريان به ۶ برابر جريان نامی موتور می رسد كه بسيار نامطلوب می باشد، چنانچه از اينورتر استفاده شود اين اضافه جريان بسيار اندک خواهد شد (حداکثر 0.2 برابر). به عنوان مثال اگر يک موتور با جريان نامی ۱۰ آمپر كار كند، در هنگام راه اندازی اين جريان به ۶۰ آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر اين جريان حداكثر به ۱۲ آمپر می رسد، كاهش جريان موتور به صورت اتوماتيک در هنگامی كه بار موتور كم می شود. اين قابليت به غير از كاهش هزينه برق مصرفی موجب افزايش طول عمر مفيد موتور خواهد شد.
5. امكان استفاده از برق تكفاز ۲۲۰ ولت به جای سه فاز ۳۸۰ ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداكثر با توان 2.2 کیلووات به اين معنا كه می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را كاملا به صورت عادی راه اندازی نمود.
6. در پمپ ها و فن ها ميزان دبی با سرعت موتور متناسب است، اما توان مصرفی با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به ميزان ۵۰% كاهش يابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲.۵% خواهد بود و اين به مفهوم ۸۷.۵% صرفه جویی در انرژی است.

اینورتر یا درایو تک فاز به سه فاز چیست؟

اینورتر یا درایو صنعتی قابلیت راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز با برق تک فاز را دارا می باشند، که از  جمله مهمترین مزیت های اینورتر یا درایو های صنعتی می باشد. اینورتر و درایوهای تک فاز به سه فاز مناسب کارگاه ها و مکان هایی هستند که بنا به دلایلی دسترسی به برق سه فاز را ندارند.

مزایای اینورتر و درایو تک فاز به سه فاز

• قابلیت راه اندازی موتور سه فاز تا 11 کیلو وات (البته این توانایی در برندهای مختلف درایو متفاوت می باشد).
• قابلیت چپ گرد و راست گرد کردن الکترو موتور
• کاهش ضربه های مکانیکی هنگام استارت اولیه
• جلوگیری از جریان کشی اولیه الکتروموتور
• کاهش صدا و نویز خروجی الکتروموتور (این مزیت مناسب مصرف کنندگان پمپ های خانگی می باشد که همواره از صدای الکتروپمپ ها شکایت دارند).

بیشترین استفاده درایوهای تک فاز به سه فاز برای کاربری پمپ های خانگی هست زیرا اکثر منازل به برق سه فاز دسترسی ندارند، به این دلیل بهترین گزینه برای کنترل دور الکتروپمپ و نصب سنسورها جهت سطح سنجی میزان آب رسیده به طبقات مختلف استفاده از درایو تک فاز به سه فاز می باشد.

در زمان خرید اینورتر تک فاز به سه فاز به چه نکاتی باید توجه نمود؟

• قبل از همه چیز باید به این نکته توجه کرد که درایو های تکفاز به سه فاز، شامل یک ورودی 220 ولت می باشند و دارای سه خروجی 220 ولت می باشند که به اشتباه در بازار گفته می شود دارای خروجی 380 ولت هستند که باعث اشتباه بسیاری از خریداران می گردد.
• حتما باید سربندی الکتروموتور روی حالت 220 ولت مثلث قرار بگیرد و اینکه الکتروموتور این قابلیت را داشته باشد.
• پلاک الکتروموتور ی که اینورتر می خواهد روی آن نصب شود حتما باید خوانده شود و مورد بررسی قرار بگیرد.
• برق مجموعه ایی که اینورتر تکفاز به سه فاز می خواهد درآن قرار بگیرد از جهت بررسی آمپر جریان حتما بازدید شود.

در زیر به بررسی یک پلاک الکتروموتور می پردازیم:

ساختار اینورتور

همانطور که در تصویر مشاهده می کنید، اینورتر ها دارای سه جز اصلی می باشند.

• قسمت یک سو ساز برق شهر: تبدیل برق شهر AC به ولتاژ DC (High Voltage) (مبدل AC TO DC)
• صافی خازنی: کاهش ریپل برق ورودی
• قسمت سویچینگ قدرت (IGBT): برای تولید پالس PWM سرعت بالا (مبدل DC TO AC)

مهم ترین قطعه در اینورتر ها IGBT ها هستند. کلمه IGBT مخفف عبارت Insulated-gate Bipolar Transistor می باشد. IGBT ها همان ترانزیستور های دو قطبی گیت عایق هستند و جز دسته نیمه هادی ها به شمار می آیند که سرعت سوییچ فوق العاده بالایی دارند و در کاربرد های کلید زنی سرعت بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

در اینورتر از IGBT ها برای تولید فرکانس های مختلف استفاده می کنیم مطابق شکل زیر:

مزایای استفاده از اینورتر نسبت به روش راه اندازی مستقیم

1. كاهش انرژی مصرفی و لذا كاهش هزینه برق، كاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور، امكان تغییر سرعت موتور، امكان تغییر جهت حركت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امكان كار موتور در شرایطی كه ولتاژ ورودی متغیر است، امكان كنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی كردن حركت.
2. کاهش اختلالات در شبکه برق
3. کاهش ضربه های مکانیکی
4. طولانی شدن عمر مفید موتور
5. امکان افزایش سرعت موتور تا 20 درصد سرعت نامی
6. امکان کنترل سرعت و گشتاور موتور به صورت دقیق و کامل
7. امکان تغییر جهت حرکت موتور
8. امکان تغییر زمان صعود و نزول ACC & DCC از 0.1 تا 6000 ثانیه
9. امکان کنترل نحوه استوپ شدن موتور
10. امکان داشتن اضافه بار (در حد توان موتور)
11. راه اندازی موتور سه فاز تا 11 کیلوات توسط برق تک فاز
12. راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مكانیكی مثل كوپلینگها، گیربكسها، تسمه ها، زنجیرها و غیره و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت.
13. حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بیشتر شود، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به كاربر پیام اضافه بار نشان می دهد.
14. جلوگیری از گرم كردن و در نهایت سوختن موتور در كابرد هایی كه موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود.
15. در بسیاری از كاربردها به هنگام راه اندازی ،‌موتور جریان بسیار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ایجاد صدماتی به تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد. این جریان به 8 برابر جریان نامی موتور می رسد كه بسیار نا مطلوب می باشد.

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندك خواهد شد (حداكثر 0.2 برابر) به عنوان مثال اگر یك موتور با جریان نامی 10 آمپر كار كند در هنگام راه اندازی این جریان به 80 آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداكثر به 12 آمپر می رسد.

مقایسه انواع روش های راه اندازی الکتروموتور سه فاز

نتیجه: استفاده از اینورتر بهترین روش برای راه اندازی و کنترل دور موتور های سه فاز است.

انواع اینورتر از لحاظ ولتاژ ورودی و خروجی

اینورتر ورودی تک فاز، خروجی تک فاز

اینورتر ورودی تک فاز، خروجی سه فاز 220 ولت

اینورتر سه فاز ورودی، خروجی سه فاز 380 ولت

توجه: 99 درصد نیاز و استفاده صنعت کنترل دور موتور های سه فاز است، به این علت اینکه موتور های تک فاز در کیلووات های یکسان گرانتر از موتور های سه فاز هستند و علاوه بر نداشتن صرفه اقتصادی دارای معایبی هم هستند.

به همین دلیل عملا اینورتر های خروجی تک فاز خیلی کمتر و محدود تر موجود می شوند و مورد استفاده قرار نمی گیرند.

بررسی مشخصات اینورتر تک به سه

پلاک اینورتر تک فاز به سه فاز

همانطور که زیر تصویر پلاک مشخص است، ورودی این اینورتر به صورت سه فاز 220 ولت و خروجی آن هم سه فاز 220 ولت است. استاندارد سه فاز 220 ولت در کشورهای اروپایی و یک سری کشورهای آسیایی وجود دارد، یعنی اختلاف پتانسیل خطی بین فاز ها 220 ولت است. اما این استاندارد در ایران وجود ندارد و بین فاز و نول در شبکه برق ایران 220 ولت  اختلاف پتانسیل داریم. اختلاف پتانسیل سه فاز ایران 380 ولت است.

بنابراین زمانی که روی پلاک اینورتر یا دستگاهی ذکر شده سه فاز 220 ولت، در ایران باید با برق تک فاز راه اندازی شود.

توجه: در اینورتر های تک فاز به سه فاز برای راه اندازی دستگاه با برق تک فاز کافیست به پایه های R&S یا S&T یا R&T فاز و نول را متصل کنیم.

• پایه های R,S,T: برق ورودی
• پایه های U,V,W: اتصال به موتور
• پایه های B1, B2, VDC+-: اتصال مقاومت و خط DC اینورتر

از اینورتر تک به سه برای راه اندازی موتور های آسنکرون سه فاز با پلاک 380/220 استفاده می کنیم.

توجه داشته باشید که برای راه اندازی موتور 380/220 با اینورتر تک به سه، سربندی موتور باید در حالت مثلث قرار گیرد. در غیر این صورت موتور به درستی و با نیرو کامل راه اندازی نمی شود.

اما برای راه اندازی این گونه موتور ها با برق مستقیم سربندی باید روی حالت ستاره قرار گیرد. در غیر این صورت موتور آسیب جدی می بیند.

بررسی مشخصات اینورتر سه به سه

پلاک اینورتر سه به سه

از اینورتر سه به سه برای راه اندازی موتور های آسنکرون سه فاز با پلاک 660/380 استفاده می کنیم. توجه داشته باشید که برای راه اندازی موتور 660/380 با اینورتر، برای اینکه موتور با ماکزیمم توان خود کار کند باید سربندی موتور باید در حالت مثلث قرار گیرد. ولی اگر سربندی را روی حالت ستاره ببندید هم آسیبی به موتور وارد نمی شود بلکه موتور با یک سوم قدرت قبلی کار می کند. نکته بالا برای راه اندازی این گونه موتور ها با برق مستقیم هم صدق می کند.

نتیجه گیری مهم: موتور با پلاک 660/380 را به هیچ وجه نمی توان با اینورتر تک فاز به سه فاز راه اندازی کرد.

نحوه انتخاب اینورتر یا درایو صنعتی

در هنگام خرید درایو صنعتی یا اینورتر صنعتی باید نکاتی توجه کرد که در زیر به بررسی آنها می پردازیم:

• نوع کاربری سبک یا سنگین بودن اینورتر بنا به نوع عملکرد الکتروموتور
• دقت در کیلو وات و جریان مورد نیاز الکتروموتور برای انتخاب اینورتر مورد نیاز
• بررسی برق ورودی به اینورتر از جهت انتخاب سه فاز یا تک فاز بودن اینورتر
• نوع کاربری الکتروموتور (پمپ، فن، بالابر و غیره)
• دمای محیطی
• هرچه دمای محیطی که اینورتر یا درایو در آن قرار دارد افزایش یابد توان اینورتر کاهش می یابد.
• ارتفاع از سطح دریا
• هرچه سطح ارتفاع محیطی که اینورتر  در آن قرار می گیرد بالا برود توان اینورتر کاهش می یابد.
• جریان الکتروموتور

به طور کلی در انتخاب درایو یا اینورتر، معمولا درایو را یک توان بالاتر از توان الکتروموتور انتخاب می کنند که کسری ها و افت توان ناشی از عوامل بالا را جبران کنند ولی باز هم می توان با یک انتخاب مناسب در مدل و سایز اینورتر یا درایو کنترل دور، اقتصادی ترین و فنی ترین انتخاب را داشت.