طرز کار اینورتر اشنایدر چگونه است؟

اینورتر چیست؟

اینورتر یا درایو دستگاهی الکترونیکی است که جریان مستقیم برق را به جریان متناوب تبدیل کرده و در فرکانس و ولتاژ خروجی تغییر ایجاد می کند و به این طریق دور موتور الکتریکی را کنترل می کند. استفاده از اینورتر باعث صرفه جویی در مصرف برق می شود، از الکتروموتورها محافظت می کند و طول عمر آن ها را افزایش می دهد. اینورتر ها می توانند دور موتور را از صفر تا چندین برابر دور نامی نوشته شده روی پلاک موتور تغییر دهند. تنظیم دور موتورهای الکتریکی به دلیل منعطف ساختن پروسه های صنعتی بسیار مهم است و در بسیاری از موارد باعث کاهش مصرف انرژی می شود.

بوسیلۀ درایوها، روشن و خاموش شدن موتورهای الکتریکی به صورت کنترل شده امکان پذیر است و این زمان می تواند در کسری از ثانیه انجام گیرد که این قابلیت امکان فرمان پذیری هوشمند و کنترل شده را به الکتروموتور ها می دهد. روشن و خاموش شدن موتورها به صورت نرم و تدریجی توسط اینورترها موجب کم شدن تنش های مکانیکی در کوپلینگ ها و سایر ادوات دوار می شود.

انواع اینورتر

اینورترها و تا حدودی یکسوساز ها نیز به نیمه رساناهای مدرن قدرت وابسته هستند که وظیفه شان کلید زنی و هدایت ولتاژهای بالا و جریان های چند صد آمپری هستند. درایو ها همچنین به ریزپردازنده های قدرتمندی برای کنترل شان نیازمندند. از حدود سه دهه قبل این المان ها با قیمت مناسب و قابلیت اطمینان بالا در اختیار صنایع قرار گرفته اند، در نتیجه درایوها را می توان ادوات صنعتی مدرنی دانست.

در این قسمت سعی داریم به صورت اجمالی انواع اینورتر اشنایدر را توضیح دهیم. درایوهای اشنایدر با نام تجاری آلتیوار ساخته و عرضه شده اند که آلتیوار ۱۱، آلتیوار ۱۲، آلتیوار ۳۱، آلتیوار ۳۱۲، آلتیوار ۲۱۲، آلتیوار ۶۱ و آلتیوار ۷۱ پر مصرفترین آن ها به شمار می آید.اینورتر هوشمند

نسل جدید اینورتر اشنایدر اینورتر هوشمند است. این اینورتر ها قابلیت های زیادی دارند. یکی از ویژگی های جدید این سری اینورتر قابلیت اتصال به شبکه اینترنت اشیا یا IoT یا (Internet of Things) تحت پلتفرم جدیدی در محصولات اشنایدر با نام Ecostruxure است که می تواند با توجه به اطلاعات کل سیستم برق، مدار را کنترل کند.

روش عملکرد اینورتر

سرعت چرخش موتور را می توان با تغییر فرکانس اعمالی به آن کنترل کرد. برای کنترل سرعت موتور، باید فرکانس را تغییر دهیم و ولتاژ اعمالی را نیز به گونه ای کنترل کنیم که شار میدان مغناطیسی در مقدار بهینه خود باقی بماند. تقریبا انواع اینورتر های کنترل دور بر این اساس کار می کنند که تغذیه AC ورودی را دریافت می کنند، با یکسوسازی آن را به برق DC تبدیل می کنند و با استفاده از اینورتر برق DC موجود را به برق AC با فرکانس های دلخواه تبدیل می کنند و به عنوان خروجی تحویل می دهند. اینورتر بخش کلیدی آن فرایند است، به همین دلیل است که به درایو های کنترل دور، اینورتر نیز می گویند. بازدهی موتور اهمیت بسیاری دارد. طبق آخرین استانداردهای اروپا خرید موتور IE1 ممنوع است (کم بازده ترین موتورها)؛ اگر یک موتور IE2 بخرید باید آن را همراه درایو استفاده کنید. با توجه به طول عمر موتورها، هزینه خریدشان درصد کوچکی از هزینه بهره برداری از آن ها ناشی از مصرف انرژی در طول عمرشان است، بنابراین استفاده از موتورهای پربازده تر IE3 و IE4 منطقی تر است. البته در انتخاب موتور این نکته را نیز در نظر داشته باشید که اغلب موتورها هنگامی که نزدیک توان نامی شان کار می کنند بازده بیشتری دارند، بنابراین موتوری انتخاب نکنید که از توان مورد نیاز خیلی بزرگتر باشد.اینورتر تک فاز و سه فاز

اینورتر از لحاظ ورودی، به دو نوع اینورتر تک فاز و سه فاز تقسیم می شود. البته اینورتر از لحاظ شکل موج تولیدی نیز به انواع اینورتر موج مربعی، اینورتر سینوسی اصلاح شده، اینورتر سینوسی خالص، اینورتر متصل به شبکه و اینورتر جدا از شبکه هم تقسیم بندی می شود. در ادامه به برخی از ویژگی های اینورتر می پردازیم:

اینورتر موج مربعی یا Square Wave Inverters

این گونه اینورتر یکی از نامناسب ترین اینورتر است به لحاظ اینکه موج مربعی یکی از بدترین نوع امواج برای اغلب وسایل الکتریکی است. قیمت این اینورتر بسیار ارزان بوده و توان های کمتر از ۵۰۰ وات را تحمل کرده، در نتیجه در مصارف خانگی و صنعتی کاربردی ندارد.

اینورتر سینوسی اصلاح شده یا Modified Sine Wave Inverters

اینورتر سینوسی اصلاح شده یکی از مقرون به صرفه ترین و در عین حال کاربردی ترین اینورترها است. شکل موجی که این نوع اینورتر تولید می کند مابین شکل موج مربعی و شکل موج سینوسی کامل است. این نوع اینورتر علاوه بر قیمت مناسب دارای کارایی بالا هم است، اما بیشتر برای مصارف کوچک و خانگی کاربرد دارد. مانند: رادیو، تلویزیون و …

اینورتر سینوسی خالص یا Pure Sine Wave Inverter

این نوع اینورتر یک موج سینوسی کامل یا خالص را تولید می کند. قیمت این نوع اینورتر نسبت به اینورترهای فوق بیشتر است، اما توانایی راه اندازی انواع وسایل الکتریکی را دارد.

اینورتر متصل به شبکه یا Grid Tie Inverter

این نوع اینورتر برای زمانی توصیه می شود که بنا بر هر دلیلی نمی توانید ارتباط خود را با شبکه برق قطع کنید و یا زمانی که به شبکه برق متصل هستید و از انرژی خورشیدی یا توربین بادی هم برای کاهش دادن میزان برق مصرفی از شبکه استفاده می کنید. در نتیجه، با استفاده از این نوع اینورتر به هر میزان که سیستم خورشیدی یا توربین بادی برق تولید کند، به همان میزان برق مصرفی از شبکه کم شده و در واقع هزینه های مصرفی کاهش می یابد.

طرز کار اینورتر

اینورتر اشنایدر دارای طرز کار جالبی می‌باشد. اولین مرحله مربوط به عملکرد مبدل ای سی به دی سی است.

مبدل شامل 6 دیود است که اجازه عبور جریان را فقط از یک جهت صادر می‌کند. اگر ولتاژ فاز A مثبت باشد ولتاز فاز‌های B, C بسته می‌شوند و ولتاژA باز شده و اجازه ورود می‌یابد. با باز و بسته شدن اینورتر 6 پالس جریان دریافت می‌شود. اینورتری که به این صورت کار کند تحت عنوان اینورتر 6 پالسه خوانده می‌شود. پس از آن نوبت به عملکرد باس می‌رسد. در این قسمت خروجی دی سی دارای رپیل‌های ای سی است. روی باس چند خازن اضافه می‌شوند تا ولتاژ دی سی را صاف کند و ریپل‌های ای سی را جذب نماید. این مورد به مواردی مانند ولتاژ سیستم و بار موتور و میزان امپدانس و سیستم قدرت بستگی دارد.

در نهایت قطعه مدبل دی سی به ای سی با تکنولوژی PWM کار می‌کند. این قسمت می‌تواند موج سینوسی مربعی با ولتاژ و فرکانس دلخواه را تولید نماید. این موج از طریق سه روش تولید می‌شود.

این روش‌های به صورت زیر هستند:

✔️استفاده از ترانزیستور: در این روش 3 ترانزیستور قرار دارد که می‌تواند در هر نیم موج 12 بار ON, OFF شود تا یک خروجی 3 فاز بسازد. فرکانس خروجی به صورت 0 تا 20 هرتز خواهد بود. برخی مدل‌ها تا 400 هرتز نیز تولید می‌کنند.

✔️استفاده از ماسفت: این روش با کمک ماسفت موج سینوسی تولید می‌کند.

✔️استفاده از IGBT: این روش از سریع‌ترین روش‌های تولید موج مربعی است. عملکرد آن از 400 نانو ثانیه تا 500 ثانیه است.

کنترل درایور فرکانس متغیر در واقع روشی برای کنترل و راه اندازی الکتروموتور القایی است. این امر سبب می‌شود موتور گشتاور بازدهی بالایی بیابد.

 3 مدل کنترلی دارد که شامل:

مدل کنترلی ولتاژ / فرکانس: در این روش تمام درایور‌ها به صورت کنترلی پشتیبانی می‌شوند. از نسبت ولتاژ و فرکانس برای تهیه شار گشتاور موتور استفاده می‌شود. از این روش برای فرکانس های بالا که نیاز به گشتاور ندارد استفاده می‌شود.
کنترل برداری حلقه باز: در این روش جریان مغناطیسی اندازه گیری می‌شود و ولتاژ خروجی طبق آن کنترل می‌شود. در این مدل شار و گشتاور موتور به صورت مستقیم مورد بررسی و کنترل قرار می‌گیرد. از این مدل زمانی استفاده می شود که کاربری کاملا سنگین و دارای گشتاور بالا و بدون لرزش باشد. در این روش حداکثر سرعت حدود 0.2 و حداقل سرعت 0.1 هرتز خواهد بود.
کنترل بردای حلقه بسته: این مدل با کمک انکودر تا 200 درصد گشتاور درایور‌ها را کنترل می‌کند. از این مدل برای سنکرون کردن چند موتور استفاده می‌شود. از مزایای آن می‌توان به کاهش اختلال در شبکه برق و کاهش ضربه‌های مکانیکی و تغییر جهت حرکت موتور اشاره نمود.