اینورتر چیست ؟ چه کاربردهایی دارد؟

معنی اینورتر چیست ؟

ممکن است سوال خیلی از افراد این باشد که معنی اینورتر چیست و چرا از آن استفاده می کنند؟ واژه Inverter در زبان انگلیسی، به معنی وارون گر و در اصطلاح مبدل جریان مستقیم به متناوب است. در جواب سوال اینورتر چیست، بهتر است برای درک بهتر موضوع، انواع کاربری های آن را بشناسید. کاربرد INVERTER بسیار متنوع و فراوان است. تقریبا در هر کجا که نیاز به تبدیل جریان DC به AC باشد، اینورتور در آن نقش اساسی دارد. به عنوان مثال برای تبدیل برق تولیدی صفحه‌های خورشیدی، باتری، دستگاه جوش، کولرهای گازی، ماشین لباسشویی و غیره، از این نوع مبدل برای کاهش مصرف برق استفاده می‌کنند. 

نوع دیگری از این نوع دستگاه‌ها هستند که کارکردشان قدری متفاوت است و سرعت موتورهای جریان متناوب را کنترل می‌کنند. در بالا می‌توانید عکس اینورتر را بببینید! به این نوع دستگاه‌ها، درایو کنترل دور موتور می‌گویند. در این مقاله مقصود ما درواقع توضیح درایو و یا همان کنترل دور موتور است که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم. پس با ما همراه باشید. 

کنترل دور موتور یا درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟

کنترل دور موتور و یا درایو فرکانس متغیر (VFD) نوعی کنترل کننده موتور است که با تغییر فرکانس و ولتاژ، حرکت موتور الکتریکی  را کنترل می کند. VFD مخفف عبارت Variable Frequency Drive است. این دستگاه با نام‌های دیگری در صنعت شناخته می شود که عبارتند از: VFD یا درایو قابل تنظیم با فرکانس، FC، درایو سرعت متغیر، درایو تنظیم کننده سرعت، درایو AC و کنترلر دور.

فرکانس (با واحد هرتز) به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM) مرتبط است. به عبارت دیگر، هرچه فرکانس بیشتر باشد، سرعت (RPM) بالاتر می‌رود. اگر نیازی نباشد تا موتور الکتریکی یک دستگاه با حداکثر سرعت کار کند، در این شرایط می توان از درایو برای کاهش فرکانس و ولتاژ اعمالی به موتور به جهت کاهش دور موتور الکتریکی استفاده کرد. درایو می‌تواند متناسب با نیاز دستگاه به تغییر سرعت، به سادگی سرعت موتور را کم یا زیاد کند.

تفاوت اینورتر و درایو چیست؟

همانطور که در بالا توضیح داده شد معنی Inverter تبدیل برق DC به AC است. کاربرد این تبدیل در تجهیزات مختلف برای تولید برق AC است. اما درایو از مجموعه رکتیفایر و اینورتور تشکیل شده است. بدین معنی که ابتدا برق AC را به DC تبدیل می کند و در انتها برق DC را دوباره به AC برمی گرداند. در اصل دستگاه کنترل دور موتور که شامل هر دو تبدیل است درایو نام دارد اما در صنعت این دستگاه به واسطه داشتن مدارات اینورتور داخلی اینورتر هم خطاب می شود.

فرکانس (با واحد هرتز) به طور مستقیم با سرعت موتور (RPM) مرتبط است. به عبارت دیگر، هرچه فرکانس بیشتر باشد، سرعت (RPM) بالاتر می‌رود. اگر نیازی نباشد تا موتور الکتریکی یک دستگاه با حداکثر سرعت کار کند، در این شرایط می‌توان از درایو برای کاهش فرکانس و ولتاژ اعمالی به موتور به جهت کاهش دور موتور الکتریکی استفاده کرد. کنترلر دور موتور می‌تواند متناسب با نیاز دستگاه به تغییر سرعت، به سادگی سرعت موتور را کم یا زیاد کند.

عملکرد اینورتر چیست و چگونه کار می‌کند؟

برای اینکه بفهمیم عملکرد اینورتر چیست و چگونه کار می کند، باید تمام مراحل و طرز کار این دستگاه را بدانیم. اولین مرحله از شروع کار کنترل دور موتور به هنگام راه اندازی، تبدیل جریان AC به DC است. مبدل درایو AC، از شش عدد دیود بصورت پل (پل دیود) تشکیل شده که عملکرد آنها شبیه شیرهای چک در سیستم لوله کشی است.

دیودها اجازه می‌دهند جریان برق فقط در یک جهت جریان یابد. به عنوان مثال، هرگاه ولتاژ فاز A (ولتاژ مشابه فشار در سیستم‌های لوله‌کشی) مثبت‌تر از ولتاژ فاز B یا C باشد، آن دیود باز می‌شود و به جریان اجازه عبور می‌دهد. هنگامی که فاز B نسبت به فاز A مثبت‌تر می‌شود، دیود فاز B باز می‌شود و دیود فاز A بسته می‌شود. همین امر برای 3 دیود در سمت منفی نیز صادق است. بنابراین، با باز و بسته شدن هر دیود، شش “پالس” جریان دریافت می‌کنیم. این “VFD شش پالسی” نامیده می‌شود که پیکربندی استاندارد برای درایوهای فرکانس متغیر سه فاز فعلی است.

مطلب مرتبط: خطاهای اینورتر ال اس IG5A + روش برطرف کردن آنها

فرض کنید درایو بر روی یک سیستم برق 480 ولت کار می کند. امتیاز 480 ولت “rms” یا ریشه میانگین مربع است. پیک ها در سیستم 480 ولت 679 ولت هستند. همانطور که می بینید، باس DC درایو دارای ولتاژ DC با ریپل AC است. ولتاژ تقریباً بین 580 تا 680 ولت است.

ما می‌توانیم با اضافه کردن یک خازن از شر ریپل‌های AC در باس DC خلاص شویم. یک خازن به روشی شبیه به یک مخزن یا باتری در یک سیستم لوله کشی عمل می‌کند. این خازن امواج AC را جذب می‌کند و یک ولتاژ DC صاف را ارائه می‌دهد. ریپل‌های AC در باس DC معمولا کمتر از 3 ولت است. بنابراین، ولتاژ در باس DC “تقریبا” 650VDC می‌شود. ولتاژ واقعی به سطح ولتاژ خط AC تغذیه کننده درایو، سطح عدم تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت و هر راکتور یا فیلتر هارمونیک روی درایو بستگی دارد.

پل دیودی که AC به DC را تبدیل می‌کند، اغلب به عنوان مبدل شناخته می شود. مبدلی که DC را به AC تبدیل می‌کند نیز یک مبدل است، اما برای تمایز آن از مبدل دیود، معمولاً “INVERTER” نامیده می شود.

در صنعت رایج شده است که به هر مبدل DC به AC به عنوان یک “INVERTER” اشاره شود. به همین خاطر بسیاری از دستگاه ها که از این فناوری در آنها استفاده می شود با همین نام معرفی می شود همانند دستگاه های جوش، کولر گازی، یخچال، اینورتر پانل خورشیدی و …. .

وقتی یکی از کلیدهای بالایی درایو را می‌بندیم، آن فاز موتور به باس مثبت DC متصل می‌شود و ولتاژ آن فاز مثبت می‌شود. وقتی یکی از کلیدهای پایین مبدل را می‌بندیم، آن فاز به باس منفی DC متصل می‌شود و منفی می‌شود. بنابراین، ما می‌توانیم کاری کنیم که هر فاز روی موتور به میل خود مثبت یا منفی شود و می‌توانیم هر فرکانسی را که می‌خواهیم تولید کنیم. بنابراین، می‌توانیم هر فازی را مثبت، منفی یا صفر کنیم.

توجه داشته باشید که خروجی VFD به شکل موج مربعی است. درایو فرکانس متغییر خروجی سینوسی تولید نمی‌کند. این شکل موج مربعی انتخاب خوبی برای کاربردهای عمومی نیست، اما برای یک موتور کاملاً مناسب است.

اگر بخواهیم فرکانس موتور را به 30 هرتز کاهش دهیم، به سادگی می‌توانیم سرعت سوچینگ ترانزیستورهای خروجی درایو را کاهش دهیم. در صورتی که فرکانس را به 30 هرتز کاهش دهیم، برای حفظ نسبت V/Hz باید ولتاژ را به 240 ولت نیز کاهش دهیم. با توجه به اینکه تنها ولتاژی که داریم 650 VDC است، چگونه می توان ولتاژ را کاهش دهیم؟

این مدولاسیون عرض پالس یا PWM نامیده می‌شود. تصور کنید که می‌توانیم فشار را در یک خط  لوله آب با باز و بسته کردن شی با سرعت بالا کنترل کنیم. در حالی که این برای سیستم‌های لوله کشی کاربردی نخواهد بود؛ اما برای درایو بسیار خوب عمل می‌کند. توجه داشته باشید که در نیم سیکل اول، ولتاژ نیمی از زمان وصل و نیمی از زمان قطع است. بنابراین، ولتاژ متوسط نصف 480 ولت یا 240 ولت است. با قطع و وصل خروجی بصورت پالسی، می‌توانیم به هر ولتاژ متوسطی در خروجی درایو دست یابیم.

کاربرد اینورتر در صنعت چیست؟

هدف استفاده از درایو، کنترل و تغییر سرعت موتور به منظور بهینه سازی عملکرد ماشین آلات صنعتی و خطوط تولید است. همچنین راه اندازی و توقف نرم سبب کاهش تنش‌های مکانیکی دستگاه و پایین آمدن استهلاک آنها می‌شود. کاهش مصرف برق در کارخانجات با بهینه کردن دور موتورها میسر می‌شود؛ بنابراین فواید استفاده از درایو کنترل دور بسیار تصمیم گیری برای استفاده از آن را راحت‌تر کرده است.

کلیه صنایع تولیدی و خطوط تولیدی مانند صنایع نفت گاز، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع بافندگی، صنایع معدنی، کارخانجات گچ و سیمان و غیره در واحدهای تولید خود از درایو فرکانس متغییر استفاده می‌کنند.