این محصول دارای نام های بسیاری است که از جمله آن می توان به درایو، کنترل دور موتور، دریایو فرکانس متغیر یا VFD اشاره نمود. اینورتر از نظر معنای لغوی، به معنای مبدل است. اینورتر ها این قابلیت را دارند فرکانس و سطح ولتاژ تولیدی را توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل کرده و برق AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز کاربر تامین و تولید کنند. در نهایت از برق AC تولید شده در خروجی اینورتر می توانیم انواع موتور های AC سه فاز را کنترل و راه اندازی کنیم.
درایو فرکانس متغیر (VFD Inverter یا Variable Frequency Drive) نوعی کنترل کننده موتور های الکتریکی است که با تغییر دادن ولتاژ و فرکانس اعمالی، موتور را با سرعت و ولتاژ مناسب، به گردش درمی آورد. در کاربردهایی که نیازی نیست موتور با سرعت کامل خود کار کند، از درایو VFD می توان برای کاهش فرکانس و ولتاژ مطابق با بار روی موتور استفاده کرد. در کاربردهایی که نیاز است سرعت موتور تغییر کند، درایو VFD به راحتی می تواند با افزایش و یا کاهش سرعت گردش موتور، سرعت مورد نیاز را فراهم کند.
نام های دیگر درایو فرکانس متغیر (VFD)، درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم، درایو AC، میکرو درایو و اینورتر است.
این نوع اینوتر که به صورت اختصار (VFD) نامیده می شود نوعی کنترل کننده دور و راه انداز موتور هستند و یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است. اینورتر وظیفه کنترل برق را برعهده می گیرد. در اغلب موارد، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است، به طوری که برق DC مورد نیاز اینورتر از برق AC اصلی تامین می شود. که با تغییر دادن نسبی فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور، سرعت شفت را کنترل و راه اندازی می کند.
این نوع اینورتر ها را با نامهای دیگری مانند: درایو سرعت متغیر، درایو سرعت قابل تنظیم، درایو فرکانس قابل تنظیم و درایو های صنعتی نیز می شناسیم. از آنجا که اینورتر یک عنصر اصلی است، گاهی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود. این محصول این قابلیت را دارد که توسط برق تک فاز موتور های سه فاز تا توان 11 کیلو وات را با برق تک فاز با مصرف بهینه کنترل و راه اندازی کند.
البته اینورتر در علم الکترونیک تعریف دیگری دارد:
مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب یا اینورتر (Inverter) به المانهایی گفته میشود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل میکند. هرگونه دستگاهی که برق DC را به برق AC تبدیل کند، اینورتر نامیده می شود (مبدل DC TO AC).
موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که میتوان با استفاده از فیتلرهای مخصوص (سلف و خازن) آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. اینورترها هم به صورت تکفاز و هم سه فاز در بازار موجود می باشند. عملی که این مبدل ها انجام میدهند معکوس عملی است که یکسوکننده ها 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 فله. اینورترها معمولا برای تامین جریان AC از منابع DC مانند پانل های خورشیدی یا باتری مورد استفاده قرار می گیرند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد. درواقع اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می شود كه به كمک آن می توان سرعت یك موتور AC سه فاز را كنترل كرد بدون آنكه قدرت و گشتاور موتور كاهش یابد. اینورترها در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند مثلا برای یک موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20 HP استفاده كرد. 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 3 اسب فقط از ورودی سه فاز استفاده می گردد. برخی از اینورتر های با توان پایین دارای هشداری مبنی بر عدم استفاده از آنها برای روشن کردن لامپ های فلورسنت معمولی هستند. دلیل این هشدار این است که خازن تصحیح توان به صورت موازی با لامپ وصل شده است. با برداشتن خازن مشکل رفع خواهد شد.
اينورترها از نظر فاز تبديل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسيم بندی می شوند، همچنين از نظر شكل موج خروجی به چهار نوع زير قابل تقسيم هستند:
خروجی به شكل موج مربعی
خروجی به شكل سينوسی اصلاح شده
خروجی به شكل سينوسی اصلاح شده
خروجی به شكل سينوسی خالص
اینورتر یا درایو فرکانس متغیر، برای راه اندازی و کنترل دور موتور در بخش های مختلف صنایع مورد استفاده قرار می گیرد. مانند:
انواع پمپ های صنعتی و ساختمانی
سیستم های آب رسانی بوستر پمپ
فن های صنعتی مثل فن کوره، فن گلخانه، فن تهویه، فن کولینگ تاور، فن تونل و غیره
بلوئر
آسانسور
اسپیندل موتور در دستگاه های CNC چوب و فرزکاری
ماشین آلات خم و برش
ماشین آلات جوشکاری
انواع جرثقیل های سقفی و تاور کرین های سنگین
نوار نقاله
دستگاهای اکسترودر
انواع ماشین آلات صنایع چاپ
ماشین آلات بسته بندی
انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک
پارکینگ های طبقاتی
انتقال انرژی به روش HVDC
درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه
استفاده در پنل های خورشیدی
منبع تغذیه
منابع برق اضطراری
گرمکن القایی
انتقال انرژی به روش HVDC
در انتقال به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت های زیاد و با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DCرا به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.
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 Prius استفاده 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 اینجا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.
استفاده در پنل های خورشیدی
پنل های خورشيدی دارای خروجی DC هستند كه با استفاده از اينورترها اين توان تبديل به AC می شود.
منبع تغذیه
اینورتر برق DC را از منابعی مانند باطری، پانل های خورشیدی و سلول های سوختی به برق AC تبدیل 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 کند.
منابع برق اضطراری
استفاده از باتری و اینورتر به عنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی 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 القایی
از اینورتر ها برای بالا بردن فرکانس برق اصلی جهت استفاده در گرمکن القائى استفاده می شود. برای اینکار ابتدا برق اصلی با به DC تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.
اينورتر به صورت هوشمند ميزان بار وارده به موتور را تشخيص داده و متناسب با همان بار، به موتور جريان می دهد و اين جريان در بسياری از مواقع از جريان نامی موتور كمتر است. بنابراین موتور به میزان مصرف از شبکه جریان می کشد و نهایتا کاهش هزینه مصرف برق را خواهیم داشت.
معمولا ادراه برق، مصرف کننده را به دلیل مصرف بار راکتیو از شبکه برق سراسری جریمه می کند، که این موضوع عموما با نصب بانک خازنی در کارخانجات مرتفع می شود. از آنجا که موتورهای القایی یکی از مصرف کنندگان اصلی بار راکتیو هستند، می توان با استفاده از اینورتر ها این مشکل را برطرف نمود. اینورترها در درون خود دارای بانک خازنی هستند و بنابراین مصرف بار راکتیو موتور را جبران می کنند و موتور در نهایت فقط مصرف کننده بار اکتیو از شبکه برق خواهد بود، لذا شامل جریمه نمی شود و نیاز به نصب بانک خازنی خارجی نخواهد داشت.
به دليل آنكه موتور یک بار راكتيو روی شبكه دارد چنانچه از درايو برای راه اندازی و كنترل موتور استفاده گردد، چون درايو دارای یک بانک خازنی می باشد اين بار راكتيو را جبران می نمايد و تنها بار اكتيو را از شبكه برق مصرف می نمايد، بنابراين جريان مصرفی بسيار كاهش می يابد.
در بسياری از كاربردها انرژی زيادی برای راه اندازی لازم است. موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند بنابراين ميزان جريان زيادتری هم در حين كار از شبكه استفاده می كند. چنانجه از اینورتر استفاده شود، اينورتر به صورت كاملا اتوماتيک اين جريان را در حين راه اندازی به مقدار لازم افزايش و در حين كار به مقدار لازم كاهش می دهد، بنابراين به طور كلی هزينه برق مصرفی كاهش چشم گيری خواهد داشت.
در بسياری از كاربردها به هنگام راه اندازی، موتور جريان بسيار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ايجاد صدماتی به تاسيسات برق رسانی و ساير دستگاه ها می گردد، اين جريان به ۶ برابر جريان نامی موتور می رسد كه بسيار نامطلوب می باشد، چنانچه از اينورتر استفاده شود اين اضافه جريان بسيار اندک خواهد شد (حداکثر 0.2 برابر). به عنوان مثال اگر يک موتور با جريان نامی ۱۰ آمپر كار كند، در هنگام راه اندازی اين جريان به ۶۰ آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر اين جريان حداكثر به ۱۲ آمپر می رسد، كاهش جريان موتور به صورت اتوماتيک در هنگامی كه بار موتور كم می شود. اين قابليت به غير از كاهش هزينه برق مصرفی موجب افزايش طول عمر مفيد موتور خواهد شد.
امكان استفاده از برق تكفاز ۲۲۰ ولت به جای سه فاز ۳۸۰ ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداكثر با توان 4 کیلووات به اين معنا كه می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را كاملا به صورت عادی راه اندازی نمود.
در پمپ ها و فن ها ميزان دبی با سرعت موتور متناسب است، اما توان مصرفی با مكعب سرعت تناسب دارد. مثلاً اگر دور موتور به ميزان ۵۰% كاهش يابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲.۵% خواهد بود و اين به مفهوم ۸۷.۵% صرفه جویی در انرژی است.
اینورتر یا درایو صنعتی قابلیت راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز با برق تک فاز را دارا می باشند، که از جمله مهمترین مزیت های اینورتر یا درایو های صنعتی می باشد. اینورتر و درایوهای تک فاز به سه فاز مناسب کارگاه ها و مکان هایی هستند که بنا به دلایلی دسترسی به برق سه فاز را ندارند.
قابلیت راه اندازی موتور سه فاز تا 4 کیلو وات (البته این توانایی در برندهای مختلف درایو متفاوت می باشد).
قابلیت چپ گرد و راست گرد کردن الکتروموتور
کاهش ضربه های مکانیکی هنگام استارت اولیه
جلوگیری از جریان کشی اولیه الکتروموتور
کاهش صدا و نویز خروجی الکتروموتور (این مزیت مناسب مصرف کنندگان پمپ های خانگی می باشد که همواره از صدای الکتروپمپ ها شکایت دارند).
بیشترین استفاده درایوهای تک فاز به سه فاز برای کاربری پمپ های خانگی هست زیرا اکثر منازل به برق سه فاز دسترسی ندارند، به این دلیل بهترین گزینه برای کنترل دور الکتروپمپ و نصب سنسورها جهت سطح سنجی میزان آب رسیده به طبقات مختلف استفاده از درایو تک فاز به سه فاز می باشد.
قبل از هر چیز باید به این موضوع توجه کرد که ورودی اینورتر تکفاز به سه فاز، ولتاژ تکفاز 220 ولت بوده و خروجی آن 3 فاز 220 ولت می باشد. بعضا به اشتباه تصور می کنند که می توان از این مدل اینورتر خروجی 3 فاز 380 ولت دریافت کرد که اشتباه است، لذا پلاک الکتروموتور سه فاز قبل از خرید اینورتر باید مورد بررسی قرار بگیرد. سربندی موتور حتما باید مثلث 220 ولت باشد.
حتما باید سربندی الکتروموتور روی حالت 220 ولت مثلث قرار بگیرد و اینکه الکتروموتور این قابلیت را داشته باشد.
پلاک الکتروموتور که اینورتر می خواهد روی آن نصب شود حتما باید خوانده شود و مورد بررسی قرار بگیرد.
برق مجموعه ایی که اینورتر تکفاز به سه فاز می خواهد در آن قرار بگیرد از جهت بررسی آمپر جریان حتما بازدید شود.
در عکس زیر یک نمونه پلاک موتور 3 فاز که دارای سربندی مثلث 220 ولت می باشد، نشان داده شده است:
تصویر زیر، یک نمونه بلوک دیاگرام از درایو فرکانس متغیر یا همان درایو کنترل دور موتور می باشد. اجزای تشکیل دهنده درایو بطور کلی در این شکل نشان داده شده است.
همانطور که در تصویر مشاهده می کنید، اینورتر ها دارای سه جز اصلی می باشند.
بخش مبدل یا کانورتر: برق ورودی 3 فاز متناوب به این بخش از درایو وارد شده و تبدیل به شکل موج DC می شود.
صافی خازنی یا باس DC: شکل موج DC تولید شده وارد این بخش شده و ریپل های آن حذف می شود و تبدیل به یک موج DC تقریبا صاف می شود.
بخش اینورتر: در این قسمت با استفاده از مدارات سوئیچینگ فرکانس بالا و تکنیک PWM، برق DC تبدیل به یک شکل موج سینوسی مربعی می شود.
در ادامه جزئیات نحوه عملکرد یک درایو فرکانس متغیر از لحظه ورود برق AC سه فاز، توضیح داده می شود:
عملکرد مبدل AC به DC
اولین طبقه از درایو فرکانس متغیر یا VFD یا درایو AC، مبدل یا Converter است. مبدل از 6 عدد دیود تشکیل شده که این دیودها اجازه عبور جریان را فقط از یک جهت می دهند. به طور مثال هرگاه ولتاژ فاز A مثبت تر از ولتاژ فاز های B و C شود، دیود فاز A باز شده و اجازه عبور جریان را می دهد. هنگامی که ولتاژ فاز B مثبت تر از A شود، دیود فاز آن باز شده و دیود فاز A بسته می شود. همین امر برای سه دیودی که سمت منفی باس DC هستند نیز صادق است. بنابراین با باز و بسته شدن هر دیود 6 پالس جریان دریافت می کنیم. به اینورترهایی که به این روش کار می کنند اینورترهای 6 پالسه گفته می شود و متداول ترین نوع اینورترها هستند.
عملکرد باس DC
همانطور که در تصویر مشاهده می شود، خروجی DC دارای ریپل های AC می باشد. با افزودن یک خازن روی باس DC می توانیم ریپل AC ایجاد شده در ولتاژ را حذف کنیم. این خازن ریپل AC را جذب کرده و ولتاژ DC صاف ایجاد می کند. برای درایوهایی که ولتاژ ورودی موثر (RMS) آنها 480 ولت می باشد، ریپل AC در باس DC معمولا کمتر از 3 ولت است بنابراین ولتاژ باس DC تقریبا 650 ولت می شود. البته ولتاژ واقعی به عواملی مانند سطح ولتاژ خط AC تغذیه درایو، سطح عدم تعادل ولتاژ در سیستم قدرت، بار موتور، امپدانس سیستم قدرت و یا هرگونه فیلتر یا راکتور درایو بستگی دارد.
عملکرد اینورتر یا مبدل DC به AC
در این بخش ولتاژ DC تولید شده در درایو با استفاده از تکنولوژی PWM، به شکل موج سینوسی مربعی با ولتاژ و فرکانس دلخواه و مناسب فرآیند تولید می شود. سه روش برای تولید این موج وجود دارد. استفاده از ترانزیستور،MOSFET و یا استفاده از IGBT. هر کدام از این تجهیزات با سوئیچینگ بسیار سریع تولید شکل موج را انجام می دهند که IGBT سریعترین سوئیچینگ را دارد و اینورترهایی که برای این بخش از عملکرد خود از IGBT استفاده می کنند، بهترین عملکرد را نسبت به مدل های دیگر دارند.IGBT ها در کمتر از 400 نانوثانیه روشن و کمتر از 500 نانوثانیه خاموش می شوند و این یعنی کمتر از یک چشم به هم زدن.
در حالت ترانزیستوری 3 جفت ترانزیستور وجود دارد که در هر نیم موج 12 بار ON و OFF می کند تا یک خروجی 3 فاز بسازد. یکی از جفت ترانزیستورها به باس مثبت DC و یکی به باس منفی DC متصل می شود تا شکل موج کامل ساخته شود. فرکانس خروجی معمولا 0 تا 20 هرتز است که بعضی اینورترها خروجی تا 400 هرتز را نیز ساپورت می کنند.
