طرز کار انواع اینورتر صنعتی

اینورتر چیست؟

اینورتر یا درایو دستگاهی الکترونیکی است که جریان مستقیم برق را به جریان متناوب تبدیل کرده و در فرکانس و ولتاژ خروجی تغییر ایجاد می کند و به این طریق دور موتور الکتریکی را کنترل می کند. استفاده از اینورتر باعث صرفه جویی در مصرف برق می شود، از الکتروموتورها محافظت می کند و طول عمر آن ها را افزایش می دهد. اینورتر ها می توانند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی نوشته شده روی پلاک موتور تغییر دهند. تنظیم دور موتورهای الکتریکی به دلیل منعطف ساختن پروسه های صنعتی بسیار مهم است و در بسیاری از موارد باعث کاهش مصرف انرژی می شود.

بوسیلۀ درایوها، روشن و خاموش شدن موتورهای الکتریکی به صورت کنترل شده امکان پذیر است و این زمان می تواند در کسری از ثانیه انجام گیرد که این قابلیت امکان فرمان پذیری هوشمند و کنترل شده را به الکتروموتور ها می دهد. روشن و خاموش شدن موتورها به صورت نرم و تدریجی توسط اینورترها موجب کم شدن تنش های مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر ادوات دوار می شود.

انواع اینورتر

اینورترها و تا حدودی یکسوساز ها نیز به نیمه رساناهای مدرن قدرت وابسته هستند که وظیفه شان کلید زنی و هدایت ولتاژهای بالا و جریان های چند صد آمپری هستند. درایو ها همچنین به ریزپردازنده های قدرتمندی برای کنترل شان نیازمندند. از حدود سه دهه قبل این المان ها با قیمت مناسب و قابلیت اطمینان بالا در اختیار صنایع قرار گرفته اند، در نتیجه درایوها را می توان ادوات صنعتی مدرنی دانست.

در این قسمت سعی داریم به صورت اجمالی انواع اینورتر اشنایدر را توضیح دهیم. درایوهای اشنایدر با نام تجاری آلتیوار ساخته و عرضه شده اند که آلتیوار ۱۱، آلتیوار ۱۲، آلتیوار ۳۱، آلتیوار ۳۱۲، آلتیوار ۲۱۲، آلتیوار ۶۱ و آلتیوار ۷۱ پر مصرفترین آن ها به شمار می آید.

اینورتر هوشمند

نسل جدید اینورتر اشنایدر اینورتر هوشمند است. این اینورتر ها قابلیت های زیادی دارند. یکی از ویژگی های جدید این سری اینورتر قابلیت اتصال به شبکه اینترنت اشیا یا IoT یا (Internet of Things) تحت پلتفرم جدیدی در محصولات اشنایدر با نام Ecostruxure است که می تواند با توجه به اطلاعات کل سیستم برق، مدار را کنترل کند.

روش عملکرد اینورتر

سرعت چرخش موتور را می توان با تغییر فرکانس اعمالی به آن کنترل کرد. برای کنترل سرعت موتور، باید فرکانس را تغییر دهیم و ولتاژ اعمالی را نیز به گونه ای کنترل کنیم که شار میدان مغناطیسی در مقدار بهینه خود باقی بماند. تقریبا انواع اینورتر های کنترل دور بر این اساس کار می کنند که تغذیه AC ورودی را دریافت می کنند، با یکسوسازی آن را به برق DC تبدیل می کنند و با استفاده از اینورتر برق DC موجود را به برق AC با فرکانس های دلخواه تبدیل می کنند و به عنوان خروجی تحویل می دهند. اینورتر بخش کلیدی آن فرایند است، به همین دلیل است که به درایو های کنترل دور، اینورتر نیز می گویند.

بازدهی موتور اهمیت بسیاری دارد. طبق آخرین استانداردهای اروپا خرید موتور IE1 ممنوع است (کم بازده ترین موتورها)؛ اگر یک موتور IE2 بخرید باید آن را همراه درایو استفاده کنید. با توجه به طول عمر موتورها، هزینه خریدشان درصد کوچکی از هزینه بهره برداری از آن ها ناشی از مصرف انرژی در طول عمرشان است، بنابراین استفاده از موتورهای پربازده تر IE3 و IE4 منطقی تر است. البته در انتخاب موتور این نکته را نیز در نظر داشته باشید که اغلب موتورها هنگامی که نزدیک توان نامی شان کار می کنند بازده بیشتری دارند، بنابراین موتوری انتخاب نکنید که از توان مورد نیاز خیلی بزرگتر باشد.

شکل زیر ساختار داخلی اینورتر را نشان می دهد. یکی از المان های تشکیل دهنده درایو یکسو ساز است که از شش دیود یکسو کننده تشکیل شده است و ورودی AC را به DC تبدیل می کند و توسط لینک DC که یک خازن است به اینورتر انتقال می دهد. ماژول اصلی درایو، اینورتر است. اینورتر از شش ترانزیستور دوقطبی با درگاه عایقی یا به اختصار IGBT تشکیل شده است. IGBT به عنوان کلید های قدرت بسیار سریع عمل می کنند.

حال می توان یک IGBT از بالا و دیگری از پاین را آتش کرد تا جریان بین هر دو اتصال از اتصالات موتور جاری شود. برای روشن کردن IGBT (به معنی کلیدزنی آن) تنها کافی است چند ولت به درگاه (گیت) آن اعمال شود. با روشن شدن آن، IGBT در جهت فلش روی آن هدایت می کند و بدین شکل می توان جهت جریان مثبت یا منفی را به سمت موتور ایجاد کرد. بدین شکل می توان از DC برق AC ساخت.

آنچه که اهمیت دارد این است که هیچگاه نباید دو IGBT که دقیقا بالای یکدیگر قرار دارند همزمان روشن شوند چرا که این کار موجب اتصال کوتاه دو سر لینک DC می شود. به جای آن، اگه بتوان با دقت IGBT ها را با نظم خاصی روشن و خاموش کرد، می توانیم جریان سه فاز را برای سیم پیچ های موتور فراهم کنیم. اگر بازه زمانی روشن و خاموش ماندن IGBT ها را تغییر دهیم، می توان جریان تزریقی به موتور را کنترل کرد. این بدین دلیل است که از آنجا که جریان موتور خیلی سریع تغییر نمی کند، با تغییر بازه زمانی روشن ماندن IGBT ها می توانیم یک موج جریان سینوسی با فرکانس دلخواه پدید آورد. این کنترل جریان منجر به کنترل سرعت موتور می شود و با همین روش می توان ولتاژ اعمالی به موتور را که روی میدان مغناطیسی تاثیرگذار است، کنترل کرد.

اینورتر تک فاز و سه فاز

      اینورتر از لحاظ ورودی، به دو نوع اینورتر تک فاز و سه فاز تقسیم می شود. البته اینورتر از لحاظ شکل موج تولیدی نیز به انواع اینورتر موج مربعی، اینورتر سینوسی اصلاح شده، اینورتر سینوسی خالص، اینورتر متصل به شبکه و اینورتر جدا از شبکه هم تقسیم بندی می شود. در ادامه به برخی از ویژگی های اینورتر می پردازیم:

• • اینورتر موج مربعی یا Square Wave Inverters

      این گونه اینورتر یکی از نامناسب ترین اینورتر است به لحاظ اینکه موج مربعی یکی از بدترین نوع امواج برای اغلب وسایل الکتریکی است. قیمت این اینورتر بسیار ارزان بوده و توان های کمتر از ۵۰۰ وات را تحمل کرده، در نتیجه در مصارف خانگی و صنعتی کاربردی ندارد.

• • اینورتر سینوسی اصلاح شده یا Modified Sine Wave Inverters

       اینورتر سینوسی اصلاح شده یکی از مقرون به صرفه ترین و در عین حال کاربردی ترین اینورترها است. شکل موجی که این نوع اینورتر تولید می کند مابین شکل موج مربعی و شکل موج سینوسی کامل است. این نوع اینورتر علاوه بر قیمت مناسب دارای کارایی بالا هم است، اما بیشتر برای مصارف کوچک و خانگی کاربرد دارد. مانند: رادیو، تلویزیون و …

• • اینورتر سینوسی خالص یا Pure Sine Wave Inverter

       این نوع اینورتر یک موج سینوسی کامل یا خالص را تولید می کند. قیمت این نوع اینورتر نسبت به اینورترهای فوق بیشتر است، اما توانایی راه اندازی انواع وسایل الکتریکی را دارد.

• • اینورتر متصل به شبکه یا Grid Tie Inverter

     این نوع اینورتر برای زمانی توصیه می شود که بنا بر هر دلیلی نمی توانید ارتباط خود را با شبکه برق قطع کنید و یا زمانی که به شبکه برق متصل هستید و از انرژی خورشیدی یا توربین بادی هم برای کاهش دادن میزان برق مصرفی از شبکه استفاده می کنید. در نتیجه، با استفاده از این نوع اینورتر به هر میزان که سیستم خورشیدی یا توربین بادی برق تولید کند، به همان میزان برق مصرفی از شبکه کم شده و در واقع هزینه های مصرفی کاهش می یابد.

• • اینورتر جدا از شبکه یا Off Grid Inverter

     در این حالت قابلیت اتصال به شبکه برق وجود ندارد و اینورتر به شبکه متصل نمی شود. در این نوع اینورترها برق ذخیره شده در باتری از ولتاژ مستقیم به ولتاژ متناوب تبدیل می شود تا بتوان برای وسایل برقی استفاده نمود. برای نمونه از باتری اتومبیل در مکان هایی که برق وجود ندارد (مانند باغ یا طبیعت گردی) می توان برای تغذیه اینورتر جدا از شبکه استفاده نمود و برق متناوب یا AC برای راه اندازی ابزار و روشنایی مانند دریل و لامپ مهتابی تهیه کرد. به طور کلی، می توان گفت هر چقدر شکل تبدیل در اینورتر ها سینوسی تر باشد، مناسب تر هستند.

جدول معرفی درایوهای اشنایدر الکتریک