اینورتر چیست؟

 اینورتر چیست و چه کاربردی دارد؟

اینورتر یا مبدل برق دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند. جریان ACتبدیل شده می توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله تراموج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که می‌توان با استفاده از فیتلرهای مخصوص آن را به موج سینوسی تبدیل کرد.

عملی که این مبدل‌ها انجام می‌دهند معکوس عملی است که یکسوکننده‌ها 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. اینورترها معمولا برای تامین جریان ACاز منابع DCمانند برق شهر،پانل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند.

VFDبه نامهاي AFD (درايو فركانس قابل تنظيم) يا VSD (درايو سرعت متغير) نيز خوانده مي‌شود. همچنين به مدارهاي اينورتري كه داراي فركانس و ولتاژ خروجي قابل تغيير باشند درايو الكتريكي گفته مي‌شود. اين درايو بر اين اصل عمل مي‌كند كه سرعت سنكرون يك موتور ACبه فركانس تغذيه آن موتور ACبستگي دارد .

 

 

شرحي بر سيستم VFD

موتورهاي استفاده شده در سيستم VFDمعمولاً سه فاز هستند. سيستم كنترل كننده فركانس به وسيله اپراتور فرمان گرفته و توان ACرا به يك توان ACبا فركانس متغير تبديل مي‌كند.

در اين حالت ابتدا سيگنال ACبه DCتبديل شده و سپس دوباره توسط اينورتر به ACتبديل مي‌شود. ولتاژ اعمال شده طبق مشخصه موتور به اين موتور الكتريكي بايد داراي رابطه زير باشد ( nعدد ثابت )

n=v/f

مثلاً يك موتور با مشخصه عملكرد 460 ولت و فركانس 60 هرتز چنان چه فركانسش به 30 هرتز تغيير كرد مي بايست ولتاژش نيز به 230 ولت كاهش يابد تا ضريب nثابت بماند. براي كنترل اين فرآيند از مدولاسيون معروف PWMاستفاده مي‌شود.

عملكرد واسط اپراتور در سيستم VFD

اپراتور به وسيله يك صفحه كليد و يك صفحه نمايش (LCD) بر كاركرد موتور كنترل دارد. اين كنترلرها معمولاً عبارتند از:

1- استارت و استاپ موتور الكتريكي

2- بر عكس كردن جهت چرخش موتور

3- سوئيچ كردن بين حالت دستي يا حالت اتوماتيك كنترل دور موتور

(چنانچه عمل كنترل قرار باشد از طريق كامپيوتر انجام شود نياز به يكي از پروتكل هاي ارتباط سريال داريم) شروع كار موتور به اين صورت است كه ابتدا به موتور يك ولتاژ همراه با فركانس پائين (مثلاً 2 هرتز) داده مي‌شود تا از شوكهاي اوليه وارده به موتور در هنگام استارت جلوگيري شود. چنانچه موتور به اين صورت استارت نشود در ابتداي كار جريان كشيده شده تا 3 برابر مقدار نامي افزايش مي يابد. يك سيستم VFDبا روش استارت درست مي تواند 150% گشتاور شروع را تنها با كشيدن 150% جريان ايجاد كند. بعد از مرحله استارت، فركانس و ولتاژ توسط اپراتور یا كامپيوتر جهت افزايش سرعت موتور زياد مي‌شود

دیگر كاربردها و مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره كرد :

• نظیم كننده سرعت موتور

• تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به كنتاكتور

• روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی

• كاهش ضربه های مكانیكی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مكانیكی

• حفاظت موتور در مقابل افزایش ولتاژ و جلوگیری از آسیب دیدن موتور

• راه اندازی نرم موتور بدون هیچ گونه ضربه به قسمتهای مكانیكی مثل كوپلینگ ها ، گیر بكس ها ، تسمه ها ، زنجیرها و ... و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت .

• 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 .

• 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

همچنین چون در بسیاری از كاربردها انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند بنابراین میزان جریان زیادتری هم در حین كار از شبكه استفاده می كند .

چنانجه از اینورتر استفاده شود ، اینورتر به صورت كاملا اتوماتیك این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش و در حین كار به مقدار لازم كاهش می دهد ، بنابراین به طور كلی هزینه برق مصرفی كاهش چشم گیری خواهد داشت .

كاهش جریان موتور به صورت اتوماتیك در هنگامی كه بار موتور كم می شود . این قابلیت به غیر از كاهش هزینه برق مصرفی موجب افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد .

امكان استفاده از برق تكفاز 220 ولت به جای سه فاز 380 ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداكثر با توان 3HP ( 2.2kw ). به این معنا كه می توان با برق خانگی یك موتور سه فاز را كاملا به صورت عادی راه اندازی نمود .

قابلیت داشتن دورهای مختلف به صورت حافظه ای .تبدیل یك موتور یك دور به یك موتور چند دور با سرعتهای دلخواه ،امكان ایجاد فشار ثابت در كاربرد پمپها به این ترتیب است كه با تغییر دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه میدارد . به عنوان مثال فشار آب یك مخزن را ثابت نگه می دارد بنابراین در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودكار زیاد می شود و در هنگامی كه آب مصرف نمی گردد دور موتور به صورت خودكار كاهش می یابد . بنابراین دور موتور با مقدار مصرف تغییر می نماید بنابراین آب با فشار ثابت به تمام نقاط می رسد .

مكان اتصال انكدر به اینورتر كه باعث می شود دور یك موتور با موتور دیگر یكسان شود .كنترل دور به صورت خودكار در مواردی كه لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر كند . استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و كمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .استفاده از آنها برای كنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد كه مهمترین آنها عبارتند از :

1- عدم نیاز به دستگاههای كنترل دبی مكانیكی.

2- ذخیره انرژی تا 50%

3- نبودن شوك راه اندازی.

4- افزایش عمر مفید قطعات مكانیكی.

از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :

1- فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میكسرها , اكسترودرها , نوارهای نقاله و . . .

2- فعالیتهای توان ثابت مثل كشش و دستگاههای ماشینی.

3- فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.

در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفی با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به میزان 50% كاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم 12.5% خواهد بود و این به مفهوم 87.5% صرفه جویی در انرژی است.

کاربرد های اینورتر

از نظر کاربرد اینورترها به دسته های مختلفی تقسیم می شوند. برای راه اندازی پمپ ها، فن ها،آسانسور،جرثقیل، نوارهای نقاله ، دستگاههای اکسترودر و...... از اینورتراستفاده می شود. برای پمپ و فن از اینورترهای با گشتاور متغیر و برای آسانسورونوار نقاله و جرثقیل از اینورتر با گشتاور ثابت و برای اکسترودرها از اینورتر با فیدبک PGبهره برداری میکنند.دیگر کاربردهای آن به صورت زیر است

منبع تغذیه

اینورتر برق DCرا از منابعی مانند باتری، پانل های خورشیدی، یا سلولهای سوختی به برق ACتبدیل 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 کنند

منابع برق اضطراری

استفاده از باتری و اینورتر بعنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق ACزمانی 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 القائى

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

انتقال انرژی به روش HVDC

در انتقال برق به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد و با تلفات کم)، ابتدا برق ACبه برق DCبا ولتاژ بالا تبدیل شده و به مکان دیگری منتقل می شود. سپس در محل دریافت، به کمک اینورتر آن را به برق ACتبدیل می کنند.

درایو فرکانس متغیر

درایو فرکانس متغیر یا VFDیک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور ACبا کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است. اینورتر وظیفه کنترل برق را بعهده می گیرد. در اغلب موارد ، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است به طوری که برق DCمورد نیاز اینوتر از برق ACاصلی تامین می شود. از آنجا که در اینجا اینورتر یک عنصر اصلی است، بعضی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود.

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

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 Priusاستفاده 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 این جا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.

استفاده در پنلهای خورشیدی

پنلهای خورشیدی دارای خروجی DCهستند که با استفاده از اینورترها این توان تبدیل بهACمی‌شود.انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی: اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می‌شوند همچنین از نظرشکل موج خروجیشان به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.

1-خروجی به شکل موج مربعی

2- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)

3 -خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)

4- خروجی به شکل سینوسی خالص

مناسب برای جوشکارى انواع فولاد و خصوصاً جوشکارى آلومینیوم

در گذشته دستگاههاى جوشکارى بر پایه ترانسفورماتور بوده اند .عملکرد ترانسفورمرها درفرکانس 50 یا 60 هرتز معمولاً نا کارآمد مى باشد . گرماى زیادى در ترانسفورمر تولید شده وترانسفورمر نیز باید نسبتاً بزرگ و سنگین باشد . بخش مهمى از انرژى ، صرف گرم کردن ترانسفورمر و فضاى اطراف آن مىشود . ترانسفورمر قدرت اصلى که با توان 20000 هرتز کار مى کند ، به مراتب بهینه تر وکارآمدتر از انواع 50 هرتزى آن است که این به معناى کوچک شدن قابل توجه ترانسفورمر مى باشد . بعنوان مثال در مقایسه بادستگاههاى رکتیفایر ترانسفورمرى باحدود 100 تا 200 کیلوگرم وزن ، دستگاههاى مشابه اینورترى حدود 8تا 40 کیلوگرم وزن دارند. بنابراین ازمزایاى سبک و قابل حمل بودن دستگاههاى اینورترى لذت خواهید برد .

دیگر برترى دستگاههاى اینورترى ، بهره ورى اقتصادى آنها مى باشد . بعنوان مثال، مقدار جریان اولیه در یک دستگاه اینورترسه فاز با جریان خروجى 200 آمپر، 12 آمپر مى باشد. اما این جریان در مدل هاى ترانسفورمر معمولى حدود 18 آمپر در جریانهاى مشابه است . اگر چه گاهى اوقات در زمینه صرفه جویى در تبدیل سیستم هاى ترانسفورمر به اینورتر اغراق مى شود.

اما میتوان گفت شما بطور سالیانه حداقل % 15 و بسته به سایر شرایط تا % 30 در زمینه نیروى مصرفى ، کاهش هزینه خواهید بسیار یکنواخت و عارى از هرگونه نوسانات DCورودى به دستگاه ، در سیستم اینورترى به یک ACداشت .