اینورتر یا درایوهای AC

درایوهای  AC  هم سرعت موتورهای القایی و هم سرعت موتورهای سنکرون را با تنظیم فرکانس تغذیه ی موتور کنترل می کنند. درایوهای AC  با عناوین: درایوهای تنظیم سرعت (ASD) ، درایوهای تنظیم فرکانس(AFD) ، درایوهای فرکانس متغیر (UFD)، درایو سرعت متغیر (VSD) و یا همه مبدلهای فرکانس(FC)  نیز شناخته می شوند.

اولین موتورAC   در سال ۱۸۹۹ طراحی شد. موتورهای AC  با استفاده از القای الکترومغناطیسی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند موتورهای AC  دارای: 

ü      سرعت ثابت، که با فرکانس تغذیه معین می شوند

ü      گشتاور ثابت

می باشند .

قطعا سرعت ثابت در تمامی پروسه ها و کاربردها مناسب نیست و لازم است که بتوان سرعت را متناسب با نیاز تغییر داد.

ماشین آلات صنعتی اغلب با موتورهایی که دارای تجهیزاتی جهت تنظیم سرعت می باشند، کار می کنند. چنین موتورهایی دارای ابعاد بزرگتر و توان های بالاتری نسبت به موارد مشابهی که در دریلهای الکتریکی و مخلوط کن ها به کار می روند دارند. این موتورها معمولا در یک سرعت ثابت به کار می روند. در صورتیکه نیاز به کنترل سرعت باشد از درایو AC ) سرعت متغیر) استفاده می شود. درایوهای AC  در کاربردهای گوناگون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.  به عنوان یک مثال ساده درایوهای AC اغلب همراه با فن ها جهت تنظیم جریان هوا در سیستم های بزرگ گرمایش و هوای مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد جریان آب و مواد شیمیایی در پروسه های صنعتی اغلب، با تنظم سرعت پمپ ها کنترل می شود.

بعلاوه درایو های AC دور متغیر معمولا در کاربردهای پیچیده محیط های نامناسب و سخت نظیر میلهای کاغذ، کندن تونل ، دستگاه های دریل در صنعت نفت و یا معدن نیز مورد استفاده قرار می گیرند .

کنترل پروسه و کاهش مصرف انرژی دو دلیل اولیه برای استفاده از درایوهای  AC می باشد. درایوهای AC در اصل برای کنترل پروسه ساخته شدند ، اما کاهش مصرف انرژی نیز به همان میزان دارای اهمیت است.

ذخیره ی انرژی با استفاده از درایو هایAC :

مصرف انرژی اغلی در درایو های AC کمتر از کاربردهای سرعت ثابت است. پمپ ها و فن ها دارای بیشترین مصرف انرژی می باشند. در صورتیکه یک فن با سرعت ثابت کار کند ممکن است که جریان هوا گاهی اوقات بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد. جریان هوای اضافی را می توان با یک دمپر محدود نمود اما مفیدتر آنست که بتوان جریان هوا را با تنظیم سرعت موتور تنظیم نمود .

تنظیم سرعت بعنوان وسیله ای جهت کنترل پروسه :

موارد زیر فواید کنترل پروسه با استفاده از درایوهای AC می باشند :

* عملکرد هموارتر (Smoother)
* کنترل افزایش شتاب
* سرعتهای مختلف برای هر پروسه
* جبران سازی تغییرات در متغیرهای پروسه
* امکان عملکرد آرام (کند) به منظور  Setup
* تنظیم سرعت تولید
* مکان یابی دقیق
* کنترل گشتاور و یا  Tension

مثال :

درایو AC عملکرد یکنواخت تری در مقایسه با کارکردهای دمپر ثابت دارد. برای مثال در یک ایستگاه انتقال فاضلاب ، فاضلاب از طریق لوله های ، تحت نیروی گرانشی ، به یک چاه منتقل می شود. و از این پخش به پروسه تصفیه پمپ می شود. در صورت استفاده از پمپ های سرعت ثابت، پمپ ها به گونه ای تنظیم می شوند که در صورتیکه مایع داخل چاه به حد بالای مشخصی رسید استارت شده و در صورتیکه سطح آن به حد پایین رسیده استپ شوند. این روشن ، خاموش شدن های پیوسته پمپ ها موجب کشیده شدن جریان الکتریکی بالا هنگام استارت موتور و در نتیجه ایجاد تنشهای گرمایی و الکترومغناطیسی در موتور و تجهیزات کنترل قدرت میگردد. پمپ ها و لوله ها تحت فشارهای مکانیکی و هیدرولیکی قرار می گیرند . پروسه تصفیه فاضلاب دارای مجموعه ای از تنشها در طول انتقال فاضلاب می باشد .

در صورت استفاده از درایوهای AC ، پمپ ها به صورت پیوسته کار می کنند و سرعت آنها با افزایش سطح مایع در چاه افزوده می شود. بدین ترتیب جریان ورودی با جریان خروجی متناسب گشته و پروسه بصورت یکنواخت انجام می گیرد .

سیستم های مدرن راه اندازی و کنترل

معمولا” سیستم های مدرن راه اندازی و کنترل را سیستم های محرکه می گویند. اساسا” سه روش برای اصلاح بازده انرژی با تعویض موتور و سیستم های محرکه وجود دارد .

۱- موتورهای با بازده بالا ، این نام کلی موتورهای الکتریکی است که برای تقلیل تلفات موتور طراحی شده اند .

۲- کنترل کننده های موتور : برخی اوقات بعنوان کنترل کننده های ولتاژ یا راه انداز ملایم دارای راندمان انرژی بالا شناخته شده اند .

۳- سیستم های با دور متغیر که به طور گسترده در سه طبقه بندی قرار می گیرند. هدف ، تنظیم سرعت بار مطابق برخی پارامترهای اندازه گیری شده می باشد. این سیستم ها از مواد زیر تشکیل شده اند :

محرکه های دور متغیر الکترونیکی : که به VSDمعروف اند و انواع مختلفی دارند. این دستگاهها برای تطبیق الکترونیکی سرعت موتور و برق ورودی به آن تا ( حد نیاز بار ) موتور کار می کنند. بنابراین تلفات آهن و سایر تلفات تا حداقل مقدارشان کاهش می دهند .

موتورهای با دور متغیر : این موتور ها شامل موتورهای دور متغیر مرسوم ، و موتورهای دو سرعته و نیز شامل موتورهای جدید « آخرین فن آوری » می شوند. در این موتورها از قابلیت مدرن کنترل الکترونیکی برای گسترش کاربرد موتورهائی که قبلا” توسط کنترل کننده های مرسوم الکترومکانیکی کنترل می شدند استفاده می شود .

محرکه های الکترومکانیکی : موتورهای دور ثابت که با کنترل های مکانیکی یا الکترومکانیکی جهت تغییر سرعت سیستم راه اندازی شده بکار می برند .

کنترل کننده های موتور ، VSDها ( جعبه سیاه های الکترونیکی ) هستند که جایگزین راه اندازهای مرسوم الکترومکانیکی موتورها می شوند و عمدتا” با قرار گرفتن در مجاورت این موتورها از لحاظ فیزیکی می توانند بزرگتر از راه اندازهائی باشند که جایشان را می گیرند اما معمولا” بازبینی و تعویض آنها آسان است .

موتورهای مناسب برای کنترل « VSD» ها   :

نوع  VSDرا که می توان مورد استفاده قرار داد به نوع موتور نصب شده بستگی دارد. دو نوع اصلی در موتورهای جریان متناوب وجود دارند ، موتورهای آسنکرون و سنکرون . هر دوی این موتورها را می توان با VSDهای الکترونیکی کنترل نمود .

درایو دور متغیر یا کنترل VSD برای موتورهای القایی

با افزایش کاربرد موتورهای القایی در صنعت بحث کنترل این موتورها اهمیت ویژه های پیدا کرده است. درایو الکتریی در موتورهای الکتریکی عبارت است سیستمی که سرعت و گشتاور یک موتور الکتریکی را کنترل می‌کند. درایو VFD یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس تغذیه اعمال شده به موتور الکتریکی است .

VFD به نامهای AFD (درایو فرکانس قابل تنظیم) یا VSD (درایو سرعت متغیر) نیز خوانده می‌شود. همچنین به مدارهای اینورتری که دارای فرکانس و ولتاژ خروجی قابل تغییر باشند درایو الکتریکی گفته می‌شود. این درایو بر این اصل عمل می‌کند که سرعت سنکرون یک موتور AC به فرکانس تغذیه آن موتور AC بستگی دارد و همچنین بر اساس رابطه زیر به تعداد قطبهای آن موتور .

در این رابطه RPM تعداد دور بر دقیقه، f فرکانس منبع تغذیه و p تعداد قطبهای موتور است. عملکرد موتورهای سنکرون طبق رابطه فوق است و در موتورهای القایی سرعت رتور کمی کمتر از این سرعت سنکرون است. به طور مثال در یک موتور ۶۰ هرتز با تعداد قطب ۴، دور سنکرون برابر ۱۸۰۰، RPM است. برای یک موتور القایی تحت بار کامل این سرعت حدود RPM1750 است (اختلاف به دلیل وجود لغزش در موتور است)
شرحی بر سیستم VFD: موتورهای استفاده شده در سیتم VFD معمولاً سه فاز هستند. شکل زیر بلوکی از این سیستم را نشان داده است. سیستم کنترل کننده فرکانس به وسیله اپراتور فرمان گرفته و توان AC را به یک توان AC با فرکانس متغیر تبدیل می‌کند .

معمولاً سیستم کنترل کننده فرکانس به صورت شکل زیر است .

در این حالت ابتدا سیگنال AC به DC تبدیل شده و سپس دوباره توسط اینورتر به AC تبدیل می‌شود. ولتاژ اعمال شده طبق مشخصه موتور به این موتور الکتریکی باید دارای رابطه زیر باشد که n عدد ثابتی است .
n=v/f
مثلاً یک موتور با مشخصه عملکرد ۴۶۰ ولت و فرکانس ۶۰ هرتز چنانچه فرکانسش به ۳۰ هرتز تغییر کرد می بایست ولتاژش نیز به ۲۳۰ ولت کاهش یابد تا ضریب n ثابت بماند. برای کنترل این فرآیند از مدولاسیون معروف PWM به صورت شکل زیر استفاده می‌شود .

همانطور که مشخص است با تغییر فرکانس پالسهای PWM میزان ولتاژ موثر شکل موج نیز تغییر خواهد کرد .

عملکرد واسط اپراتور در سیستم VFD: اپراتور به وسیله یک صفحه کلید و یک صفحه نمایش (LCD) بر کارکرد موتور کنترل دارد. این کنترلرها معمولاً عبارتند از :
۱- استارت و استاپ موتور الکتریکی
۲- بر عکس کردن جهت چرخش موتور
۳- سوئیچ کردن بین حالت دستی یا حالت اتوماتیک کنترل دور موتور
(چنانچه عمل کنترل قرار باشد از طریق کامپیوتر انجام شود نیاز به یکی از پروتکل های ارتباط سریال داریم) شروع کار موتور به این صورت است که ابتدا به موتور یک ولتاژ همراه با فرکانس پائین (مثلاً ۲ هرتز) داده می‌شود تا از شوکهای اولیه وارده به موتور در هنگام استارت جلوگیری شود. چنانچه موتور به این صورت استارت نشود در ابتدای کار جریان کشیده شده تا ۳ برابر مقدار نامی افزایش می یابد. یک سیستم VFD با روش استارت درست می تواند ۱۵۰% گشتاور شروع را تنها با کشیدن ۱۵۰% جریان ایجاد کند. بعد از مرحله استارت، فرکانس و ولتاژ توسط اپراتور یا کامپیوتر جهت افزایش سرعت موتور زیاد می‌شود .

بنابراین باهم به پاسخ چند سوال توجه می کنیم :

اینورتر چیست؟

– اینورتریا درایو AC به دستگاهی گفته می شود که به کمک آن می توان سرعت یک موتور AC سه فاز را کنترل کرد بدون آنکه قدرت و گشتاور موتور کاهش یابد. اینورترها در ظرفیتهای مختلف ساخته می شوند مثلاً برای یک موتور با توان ۲۰ اسب بخار باید از اینورتر ۲۰ HP استفاده کرد .

انواع اینورتر از نظر ورودی کدامند؟

– 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 ۳ اسب فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد .

انواع اینورترها از نظر کاربرد کدامند؟

– 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 PG بهره برداری میکنند .

مزایای استفاده از اینورترها چیست؟

– کاهش انرژی مصرفی و لذا کاهش هزینه برق، کاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور ، امکان تغییر سرعت موتور، امکان تغییر جهت حرکت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار، امکان کار موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی متغیر است، امکان کنترل از راه دور، ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور، برنامه ریزی کردن حرکت .

اینورتر چگونه مصرف برق را کاهش می دهد؟

– اینورتر به صورت هوشمند میزان بار وارده به موتور را تشخیص داده و متناسب با همان بار، به موتور جریان می دهد و این جریان در بسیاری از مواقع از جریان نامی موتور کمتر است .

معرفی درایو یا اینورتر

دستگاهی الکترونیکی است که بوسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد . از دیگر کاربردها و مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :

تنظیم کننده سرعت موتور (کنترل دور)

تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به کنتاکتور

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

کاهش ضربه های مکانیکی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مکانیکی

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

راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مکانیکی مثل کوپلینگها ، گیربکسها ، تسمه ها ، زنجیرها و … و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مکانیکی 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 کاربر پیام اضافه بار نشان می دهد .

جلوگیری از گرم کردن و در نهایت سوختن موتور در کابرد هایی که موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود .

کاهش هزینه برق مصرفی :

به دلیل آنکه موتور یک بار راکتیو روی شبکه دارد چنانچه از درایو برای راه اندازی و کنترل موتور استفاده گردد چون درایو دارای یک بانک خازنی می باشد این بار ر-اکتیو را جبران می نماید و تنها بار اکتیو را از شبکه برق مصرف می نماید ، بنابراین جریان مصرفی بسیار کاهش می یابد .

همچنین چون در بسیاری از کاربردها انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می کنند بنابراین میزان جریان زیادتری هم در حین کار از شبکه استفاده می کند .

چنانجه از اینورتر استفاده شود ، اینورتر به صورت کاملا اتوماتیک این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش و در حین کار به مقدار لازم کاهش می دهد ، بنابراین به طور کلی هزینه برق مصرفی کاهش چشم گیری خواهد داشت .

کاهش جریان راه اندازی :

در بسیاری از کاربردها به هنگام راه اندازی ،‌موتور جریان بسیار بالایی از شبکه می کشد و موجب کاهش ولتاژ شبکه و ایجاد صدماتی به تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد . این جریان به ۶ برابر جریان نامی موتور می رسد که بسیار نامطلوب می باشد .

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندک خواهد شد ) حداکثر ۰٫۲ برابر ) به عنوان مثال اگر یک موتور با جریان نامی ۱۰آمپر کار کند در هنگام راه اندازی این جریان به ۶۰آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداکثر به ۱۲آمپر می رسد .

کاهش جریان موتور به صورت اتوماتیک در هنگامی که بار موتور کم می شود . این قابلیت به غیر از کاهش هزینه برق مصرفی موجب افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد .

امکان استفاده از برق تکفاز ۲۲۰ ولت به جای سه فاز ۳۸۰ ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداکثر با توان 3HP 2.2kw)  ) به این معنا که می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را کاملا به صورت عادی راه اندازی نمود .

قابلیت داشتن دورهای مختلف به صورت حافظه ای، تبدیل یک موتور یک دور به یک موتور چند دور با سرعتهای دلخواه

امکان ایجاد فشار ثابت در کاربرد پمپ ها :

به این ترتیب که با تغییر دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه می دارد . به عنوان مثال فشار آب یک مخزن را ثابت نگه می دارد بنابراین در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودکار زیاد می شود و در هنگامی که آب مصرف نمی گردد دور موتور به صورت خودکار کاهش می یابد . بنابراین دور موتور با مقدار مصرف تغییر می نماید بنابراین آب با فشار ثابت به تمام نقاط می رسد .

مکان اتصال انکدر به اینورتر که باعث می شود دور یک موتور با موتور دیگر یکسان شود .

کنترل دور به صورت خودکار در مواردی که لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر کند .

علمی :

استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و کمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .

استفاده از آنها برای کنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد که مهمترین آنها عبارتند از :

۱-  عدم نیاز به دستگاههای کنترل دبی مکانیکی .

۲-  ذخیره انرژی تا ۸۰ %

۳-  نبودن شوک راه اندازی .

۴-   افزایش عمر مفید قطعات مکانیکی .

از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :

۱-  فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میکسرها , اکسترودرها , نوارهای نقاله و . . .

۲-  فعالیتهای توان ثابت مثل کشش و دستگاههای ماشینی .

۳-  فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ .

در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است. اما توان مصرفی با مکعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به میزان ۵۰% کاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم  ۱۲٫۵% خواهد بود و این به مفهوم ۸۷٫۵%  صرفه جویی در انرژی است

» نمایندگی فروش اینورترهای توان بالا KNP از 30kw تا 160kw (با تایید آب و فاضلاب استان اصفهان، جهت چاه های آب)

- نمایندگی فروش اینورترهای شیلین از 0.75kw تا 90kw