اینورتر یا درایو چیست؟

تفاوت الکتروموتورهای DC و AC

در سال های اخیر، موتور AC بطور فزاینده ای در محدوده ی معینی از صنعت متداول شده است. اکثر تمایلات به موتورهای AC حداقل در قسمت برتری مزیت آن نسبت به موتورهای DC ناشی میگردد. موتور AC کوچکتر است و لذا ارزانتر از موتور DC معادل قدرت  اسب آن می باشد . بطور کلی موتور AC از نظر نگهداری نسبت به موتور DC هزینه کمتری دارد. در موتور القایی ، کاهش تعمیر ونگهداری ناشی از فقدان ارتباط مکانیکی بین روتور و استاتور است. این ویژگی ها باعث افزایش اطمینان در هنگام استفاده می باشد. لازم به ذکر است موتور با حلقه های لغزان ، جرقه های کمتری تولیذ می نمایند و لذا نگهداری آنها از موتورهائی که از طریق مکانیک کموتاسیون را انجام میدهند ساده تر هستند

همچنین موتورهای AC می توانند در سرعت های بالاتری کار کنند، اکثر موتور های ِDC با سیم پیچ میدان همه منظوره دارای سرعت بالای حدود 2500rpm هستند. یک موتور القایی AC قابل مقایسه, دارای یک سرعت بالای دوبرابر می باشد.

کنترل سرعت موتورهای AC

در موتور های AC با تغییر فرکانس ولتاژ اعمال شده به میدان استاتور، سرعت می تواند در موتور AC تغییر کند. گرچه این نوع کنترل  سرعت سال ها شناخته شده بود اما تا اختراع تریستور اقتصادی نبود. برای کنترل دور موتور های AC از روش هایی استفاده می شود که برخی به شرح زیر می باشد:

  • تغییر قطب های سیم بندی (مثلا موتور دالاندر یا موتور دو سیم پیچه): در این حالت، برای تغییر دور و بر اساس فرمول ns=120f/p که p برابر تعداد بود، با تغییر تعداد قطب ها در سیم پیچی موتور، به دورهای مختلف می رسیدند اما مقدار دور همیشه چند عدد محدود بود و در صورت نیاز به یک سرعت خاص، دیگر این روش ناکارآمد بود.
  • تغییر ولتاز ورودی: با تغییر ولتاژ خط می توان سرعت موتور را کنترل کرد. با استفاده از این روش فقط در بازه ولتاژی محدودی می توان کنترل سرعت داشت، زیرا به دلیل مسایل عایقی ، نمی توان ولتاژ را از مقدار نامی خود بیشتر کردو همچنین کاهش زیاد ولتاژ نیز اثرات نامطلوبی روی موتور دارد و نیز با کاهش ولتاژ، گشتاور نیز کاهش یافته و ممکن است موتور زیر بار کم بیاورد و متوقف شود.
  • تغییر فرکانس: طبق فرمول قبل می توان از تغییر فرکانس استفاده کرد. اما کنترل سرعت AC با تغییر فرکانس مشکلاتی را برای موور به وجود می آورد که عمده ترین آن گرم شدن هسته استاتور به علت افزایش فرکانس بیشتر از حد نامی می باشد.

معایب روش های قبل باعث شد که متخصصان به فکر روش بهتری برای جایگزین کردن باشند، بنابراین روش کنترل همزمان فرکانس و ولتاژ به وجود آمد. در این روش با استفاده از اینورتر به طور همزمان، فرکانس و ولتاژ کنترل می شود تا علاوه بر تغییر دور موتور، گشتاور موتور ثابت بماند.

با استفاده از این اینورتر، دسترسی به سرعت های مختلف بسیار آسان است. از سرعت بسیار پایین و حتی چند برابر سرعت نامی.

بنابراین، محدودیتی که در موتورهای دالاندار و یا موتورهای دو سیم پیچه وجود ندارد و هر تعداد دوری که مورد نیاز باشد، با تغییر فرکانس خروجی اینورتر قابل دسترسی است.

برخی از مزایای اینورترها :

1)گشتاور راه اندازی بالا :

علاوه بر کنترل دور موتور های AC استفاده از اینورتر ها مزایای بسیاری را بهمراه دارد که از جمله می توان به گشتار راه اندازی بالا اشاره کرد. اینورترها در هنگام راه اندازی می توانند گشتاور بالایی را به اعمال نمایند و بنابراین، موتور می تواند در زیر بارهای زیاد نیز راه اندازی می شود.

2)جریان راه اندازی پایین:

موتورهای الکتریکی AC  در هنگام راه اندازی، جریان بسیار بالایی از شبکه می کشند که این امر موجب کاهش ولتاژ شبکه و ایجاد صدمات به تاسیس برق رسانی و نیز خود موتور می شود. این جریان گاهی به 6 برابر می رسد. با استفاده از اینورتر، جریان راه اندازی بسیار پایین تری خواهیم داشت که حداکثر به 1/2 برابر جریان خواهد رسید.

3)استارت و استپ نرم :

یکی دیگر از مزایای اینورتر، استارت و استپ نرم است. با توجه به این که شیب افزایش سرعت بعد از استارت و نیز شیب کاهش سرعت بعد از فرمان استپ قابل تنظیم است، موتور با یک شیب ملایم از سرعت صفر به سرعت نامی رسیده و بعد از فرمان استپ، کاهش سرعت از سرعت نامی به صفر را با یک شیب ملایم دیگر طی خواهد کرد. بنابراین در این حالت شوک های راه اندازی و توقف را نخواهیم داشت.

4)کاهش انرژی مصرفی :

اینورتر ها در بسیاری از کاربردها با استفاده از روش های زیر، انرژی مصرفی و در نهایت هزینه برق را کاهش میدهند.

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

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 مواقع، از جریان نامی موتور کمتر است.

گاهی به دلیل اینکه در بسیاری از کاربردها به انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است، موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می کنند بنابراین، میزان جریان زیادی هم در حین کار از شبکه دریافت می کند.

چنانچه از اینورتر استفاده شود، اینورتر به صورت کاملاً اتوماتیک این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش داده و در حین کار به مقدار لازم کاهش میدهد. بنابراین، دیگر نیازی نیست که از موتوری با توان بالاتر استفاده شود.

کاهش جریان راه اندازی که به آن اشاره شد، علاوه بر بالابردن عمر مفید موتور، به کاهش انرژی مصرفی نیز کمک میکند.

اینورترها مزایای دیگری نیز دارند که در بین آنها می توان به امکان تغییر جهت موتور، داشتن حفاظت در برابر اضافه بار ، امکان کار موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی متغیر است، امکان کنترل از راه دور، برنامه ریزی خرید برای حرکت و … اشاره کرد.

اساس کار اینورترها

از آنجایی که اساس کار تمام اینورترها تبدیل ولتاژ AC به DC به یکدیگر در چند مرحله می باشد .لازم است به طور مختصر روش های متداول را بررسی کنیم :

  • مبدل AC به DC یا یکسو سازها:

مبدل AC به DC یا یکسوزها اولین طبقه از اینورترها را تشکیل میدهند که روش های مختلفی برای کار وجود دارد و ما مهمترین آنها را بررسی میکنیم

  • یکسوساز پل سه فاز به کمک دیود: شکل زیر یکسوز ساز تمام موج را نمایش میدهد که ولتاژ خروجی آن دارای شش پالس است شماره دیودها به ترتیب تقدم هایش است و هر یک برای 120 درجه هدایت میکنند. ترتیب هدایت دیودها 2 و 1-3و 2-4و 3-5و 1-6 است، آن جفتی از دیودها که ما بین آن خطوطی از منبع قرار دارند که بالاترین مقدار ولتاژ خط به خط لحظه ای دارند، هدایت خواهند کرد.
  • یکسو کننده های کنترل شده تریستوری: یکسوزساز های دیودی توانایی تنظیم ولتاژهای مختلف را ندارند به همین خاطر در ساخت این مدل یکسوسازها از تریستور استفاده میشود. در این روش با تنظیم زاویه آتش و یا تاخیر تریستورها میتوان ولتاژ خروجی را تنظیم کرد.

مبدل AC به DC یا اینورتر: وظیفه اینورتر تغییر ولتاژ ورودی DC به ولتاژ خروجی AC متقارن در دامنه و فرکانس مورد نظرمی باشد. ولتاژ خروجی می تواند در یک فرکانس ثابت یا متغیر دارای دامنه ثابت یا متغیر باشد. ولتاژ خروجی متغیر با تغییر ولتاژ ورودی dc و نگه داشتن ضریب تقویت اینورتر بصورت ثابت می تواند به دست آید.از طرف دیگر اگر ولتاژ ورودی dc ثابت و غیر قابل کنترل باشد،می توان ولتاژ خروجی متغیر را با تغییر ضریب تقویت اینورتر به دست آورد که معمولا با کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) در اینورتر انجام میشود.

اینورتر ها بطور وسیع در کاربردهای صنعتی (مثل موتورهای ac با سرعت متغیر، کوره های القایی، منبع تغذیه اضطراری، و منبع تغذیه غیر قابل قطع UPS) بکار میرود.

  • پل اینورتر سه فاز: سه اینورتر پل (یا نیمه پل) تک فاز میتوانند بطور موازی برای تشکیل اینورتر سه فاز بهم متصل گردند. سیگنال های گیت اینورترهای تک فاز باید نسبت بهم 120 درجه تاخیر داشته باشند تا ولتاژهای متقارن سه فاز ایجاد گردد. سیم پیچ های اولیه ترانسفورباید از یکدیگر مجزا (ایزوله) باشند در صورتیکه سیم پیچ های ثانویه می توانند بشکل مثلث یا ستاره بهم متصل شوند. معمولا برای حذف هارمونیهای مضرب سه (n=3,6,9,…) در ولتاژهای خروجی ثانویه ترانسفورماتور را ستاره میبندند. برای اینکار به یه ترانسفورماتور تک فاز، 12 ترانریستور و 12 دیود نیاز است. اگر ولتاژهای خروجی اینورترهای تک فاز از نظر دامنه و فرکانس متقارن نباشد، ولتاژهای خروجی سه فاز متقارن نخواهد بود.

خروجی سه فاز را میتوان از شش ترانزیستور و شش دیود مانند شکل بالا به دست آورد. وقتی ترانزیستور اول روشن شود، ترمینال فاز مشترک به ترمینال مثبت ولتاژ dc ورودی وصل می شود.

روش انتخاب درایو:

در انتخاب یک درایو مهمترین مشخصه ها کدامند:

با توجه به اینکه درایوهای الکتریکی در شرایط مختلف کاربرد فراوانی دارند ولی جهت عملکرد صحیح و کارایی بهتر در انتخاب درایو باید رعایت شود :

  • مشخص شدن نوع بار
  • فن
  • پمپ
  • نقاله ها و سیستم جابه جایی مواد
  • کاربردهای گشتاور ثابت
  • راه اندازی سریع
  • جرثقیل ها

2)ولتاژ شبکه

3) دمای محیط

4) مدت زمان اضافه بار

5) ارتفاع از سطح دریا

6) مدت زمان کاهش سرعت

7)دقت سیستم

8) رنج سرعت موتور

مهمترین پارامترهایی که باید در درایو تنظیم شود:

  • پارامترهای موتور که عبارتند از : توان موتور، جریان بی باری، جریان با بار کم، فرکانس موتور، ولتاژ موتور، ضریب توان موتور، مقادیر مقاومت
  • روش کنترل موتور:

2-1) ولتاژ و فرکانس متغیر

2-2) برداری

2-3)گشتاور متغیر

2-4) بدون سنسور

2-5) کنترل گشتاور مستقیم

3)تنظیم حفاظت های درایو:

3-1) اضافه سرعت

3-2) اضافه بار

3-3) اضافه جریان

3-4) محدودیت گشتاور

3-5) حفاظت حرارتی موتور

4)تنظیمات رفرنسهای داخلی

2-4) تنظیم پارامترهای رفرنس سرعت

4-2)تنظیم پارامترهای زمان افزایش سرعت

4-3) تنظیم پارامترهای زمان کاهش سرعت

4-4) تنطیم پارامترهای zero Speed

  • تنظیمات دقیق کنترل
  • تنظیم آفست
  • تنظیم پی آی دی کنترل ها
  • تنظیم آنالوگ های خروجی
  • تنظیم دیجیتال های خروجی

کنترل سرعت موتور به وسیله درایو به چند صورت میتواند انجام بگیرد:

  • توسط کیپد
  • کنترل دیجیتال
  • کنترل آنالوگ
  • کنترل پتانسیومتر
  • کنترل توسط سیستم پروفی باس
  • توسط پی سی
  • کنترل توسط جاگ

 

استخراج مشخصات فنی درایوها ازروی پلاک درایو امکان پذیر می باشد.هر درایو دارای یک کدشناسایی است که ازروی آن می توان تجهیز را شناسایی ومشخص نمود. مطابق جدول زیر:

انواع روش های راه اندازی اینورتر:

درایوها ازروشهای مختلفی کنترل می شوند که باتوجه به درخواست بهره بردار وشرایط محیط، انتخاب وطراحی می شود.

  • کنترل از طریق صفحه نمایشگر (control panel)
  • کنترل ازطریق نرم افزار DriveWindow
  • کنترل ازطریق آنالوگهای ورودی
  • کنترل ازطریق دیجیتالهای ورودی
  • کنترل ازطریق شبکه
  • PROFIBUS

CANBUS