اینورتر چیست؟ راهنمای کامل انواع، کاربرد، نحوه عملکرد، انتخاب و تنظیم اینورتر صنعتی

اینورتر یکی از مهم‌ترین تجهیزات الکترونیکی در سیستم‌های صنعتی و اتوماسیون است که برای کنترل سرعت، گشتاور، جهت چرخش و نحوه راه‌اندازی موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در بسیاری از ماشین‌آلات صنعتی، موتور الکتریکی باید با سرعت ثابت کار نکند. ممکن است در یک فرآیند به سرعت پایین، در مرحله دیگری به سرعت بالا و در زمان دیگری به شتاب‌گیری یا توقف کنترل‌شده نیاز داشته باشیم.

در چنین شرایطی، استفاده از اینورتر می‌تواند کنترل موتور را بسیار دقیق‌تر و انعطاف‌پذیرتر کند.

اینورتر که در منابع انگلیسی با نام‌هایی مانند Variable Frequency Drive، VFD، Variable Speed Drive، VSD، AC Drive و Frequency Converter نیز شناخته می‌شود، بین منبع تغذیه و موتور قرار می‌گیرد و با کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی، شرایط کار موتور را متناسب با نیاز سیستم تنظیم می‌کند. ABB نیز VSD، VFD و AC Drive را نام‌های متداول برای این خانواده از تجهیزات معرفی می‌کند.

در این مقاله از تکنوسعدی، به‌صورت جامع بررسی می‌کنیم که اینورتر چیست، چگونه کار می‌کند، چه انواعی دارد، چگونه برای موتور انتخاب می‌شود، تفاوت کنترل V/f و برداری چیست، اینورتر چه کاربردهایی دارد، چگونه تنظیم می‌شود و هنگام خرید و نصب آن باید به چه نکاتی توجه کرد.

اینورتر چیست؟

اینورتر صنعتی یک تجهیز الکترونیکی برای کنترل موتور است که با تغییر پارامترهای برق ورودی به موتور، امکان کنترل سرعت و گشتاور آن را فراهم می‌کند.

در یک سیستم سنتی، موتور AC معمولاً مستقیماً به شبکه برق متصل می‌شود و در فرکانس شبکه، مثلاً ۵۰ هرتز، کار می‌کند.

اما اینورتر می‌تواند فرکانس خروجی را تغییر دهد.

برای مثال، اگر موتور برای شرایط مشخصی در فرکانس ۵۰ هرتز کار کند، اینورتر می‌تواند با کاهش فرکانس، سرعت موتور را پایین بیاورد.

به همین دلیل، اینورتر نقش مهمی در:

• کنترل سرعت موتور
• کنترل گشتاور
• راه‌اندازی نرم
• توقف کنترل‌شده
• تغییر جهت چرخش
• کاهش جریان راه‌اندازی
• بهینه‌سازی مصرف انرژی
• کنترل فرآیندهای صنعتی

دارد.

Siemens نیز VFD را تجهیزی معرفی می‌کند که با تغییر فرکانس توان الکتریکی اعمال‌شده به موتور AC، سرعت چرخش موتور را کنترل می‌کند.

«انتخاب اینورتر باید بر اساس مشخصات موتور انجام شود. توان، جریان، ولتاژ و نوع کارکرد الکتروموتور از جمله عوامل مهم هستند. برای آشنایی کامل‌تر با مشخصات و انواع موتورها، مقاله الکتروموتور صنعتی را مطالعه کنید.»

اینورتر چگونه کار می‌کند؟

ساختار داخلی یک اینورتر صنعتی را می‌توان به چند بخش اصلی تقسیم کرد:

برق ورودی → یکسوساز → لینک DC → اینورتر → موتور

در مرحله اول، برق AC ورودی توسط یکسوساز به DC تبدیل می‌شود.

سپس ولتاژ DC در بخش DC Link یا باس DC ذخیره و فیلتر می‌شود.

در مرحله بعد، بخش اینورتر با استفاده از کلیدهای الکترونیکی قدرت، این انرژی DC را به یک خروجی AC با ولتاژ و فرکانس کنترل‌شده تبدیل می‌کند.

ABB نیز ساختار VSD را شامل یکسوسازی برق ورودی AC، صاف‌کردن DC توسط خازن‌ها و سپس تبدیل مجدد DC به AC قابل کنترل توضیح می‌دهد.

این فرآیند در کسری از ثانیه و به‌صورت مداوم انجام می‌شود.

کنترلر داخلی اینورتر بر اساس تنظیمات کاربر و شرایط موتور، سیگنال‌های لازم را به بخش قدرت ارسال می‌کند.

اجزای اصلی اینورتر

یک اینورتر صنعتی معمولاً از چند بخش اصلی تشکیل شده است.

یکسوساز

وظیفه یکسوساز تبدیل برق AC ورودی به DC است.

در بسیاری از درایوهای متداول از پل دیودی استفاده می‌شود.

این بخش اولین مرحله تبدیل انرژی در اینورتر است.

لینک DC

بعد از یکسوسازی، انرژی وارد بخش DC Link می‌شود.

در این قسمت معمولاً خازن‌ها برای کاهش ریپل و ایجاد باس DC مناسب مورد استفاده قرار می‌گیرند.

Danfoss نیز در مستندات مربوط به هارمونیک‌ها، ساختار رایج درایو را شامل پل یکسوساز، باس DC و بخش اینورتر معرفی می‌کند.

بخش اینورتر قدرت

این قسمت وظیفه تبدیل DC به AC را بر عهده دارد.

در این بخش از نیمه‌هادی‌های قدرت مانند IGBT و در برخی طراحی‌ها فناوری‌های دیگر استفاده می‌شود.

با سوئیچینگ سریع این قطعات، شکل موج مناسب برای تغذیه موتور ایجاد می‌شود.

واحد کنترل

واحد کنترل را می‌توان مغز اینورتر دانست.

این قسمت وظایفی مانند:

• دریافت فرمان سرعت
• دریافت فرمان استارت و توقف
• کنترل جریان
• کنترل فرکانس
• کنترل ولتاژ
• تشخیص خطا
• مدیریت شتاب و کاهش سرعت
• کنترل موتور

را انجام می‌دهد.

در اینورترهای پیشرفته، امکان ارتباط با PLC، شبکه‌های صنعتی و سیستم‌های اتوماسیون نیز وجود دارد.

ارتباط فرکانس و سرعت موتور

یکی از مهم‌ترین مفاهیم هنگام کار با اینورتر، رابطه بین فرکانس و سرعت موتور است.

در موتورهای AC، سرعت میدان مغناطیسی به فرکانس و تعداد قطب‌ها وابسته است.

سرعت سنکرون را می‌توان به‌صورت تقریبی از رابطه زیر محاسبه کرد:

Ns = 120 × f / P

در این رابطه:

Ns سرعت سنکرون بر حسب دور بر دقیقه است.

f فرکانس بر حسب هرتز است.

P تعداد قطب‌های موتور است.

برای مثال، یک موتور چهارقطب در فرکانس ۵۰ هرتز سرعت سنکرون حدود ۱۵۰۰ دور بر دقیقه دارد.

اما سرعت واقعی موتور القایی کمی کمتر از این مقدار است؛ زیرا موتور دارای لغزش است.

Siemens نیز در مستندات خود رابطه بین فرکانس، تعداد قطب‌ها و سرعت موتور را در بحث کنترل V/f توضیح می‌دهد.

«در برخی سیستم‌های انتقال قدرت، ترکیب الکتروموتور، اینورتر و گیربکس می‌تواند امکان کنترل بهتر سرعت و گشتاور را فراهم کند. برای آشنایی با گیربکس‌های صنعتی، راهنمای گیربکس صنعتی NMRV را مطالعه کنید.»

آیا با کاهش فرکانس، سرعت موتور کاهش پیدا می‌کند؟

بله.

یکی از کاربردهای اصلی اینورتر همین موضوع است.

اگر موتور در شرایط مناسب با فرکانس ۵۰ هرتز کار کند، کاهش فرکانس می‌تواند سرعت موتور را کاهش دهد.

برای مثال، در شرایط ایده‌آل:

• ۵۰ هرتز → سرعت نامی
• ۴۰ هرتز → سرعت کمتر
• ۳۰ هرتز → سرعت پایین‌تر
• ۲۰ هرتز → سرعت بسیار پایین‌تر

البته رابطه واقعی به نوع موتور، بار، روش کنترل و تنظیمات اینورتر بستگی دارد.

بنابراین نمی‌توان همیشه گفت کاهش فرکانس دقیقاً به همان نسبت باعث کاهش سرعت محور می‌شود.

اینورتر چه تفاوتی با درایو دارد؟

در بازار ایران، کلمات «اینورتر» و «درایو» اغلب به جای یکدیگر استفاده می‌شوند.

از نظر فنی، Drive اصطلاح گسترده‌تری است.

VFD یا Variable Frequency Drive یکی از انواع سیستم‌های درایو است که عمدتاً برای کنترل موتورهای AC با تغییر فرکانس و ولتاژ استفاده می‌شود.

ABB نیز VSD، VFD و AC Drive را نام‌های متداول یک خانواده از تجهیزات کنترل موتور معرفی می‌کند.

بنابراین در بازار ایران وقتی گفته می‌شود «درایو موتور» یا «اینورتر صنعتی»، در بسیاری از موارد منظور همان VFD است.

انواع اینورتر از نظر ورودی

اینورترها از نظر نوع برق ورودی به مدل‌های مختلفی تقسیم می‌شوند.

اینورتر تک فاز

اینورتر تک‌فاز برای ورودی تک‌فاز طراحی شده است.

در برخی مدل‌ها برق ورودی تک‌فاز دریافت شده و خروجی سه‌فاز برای موتور تولید می‌شود.

این مدل‌ها در کاربردهای سبک و نیمه‌صنعتی بسیار مورد توجه هستند.

اینورتر سه فاز

اینورتر سه‌فاز برای شبکه‌های سه‌فاز صنعتی استفاده می‌شود.

این مدل‌ها در طیف گسترده‌ای از توان‌ها تولید می‌شوند.

کاربردهای رایج آن‌ها شامل:

• پمپ
• فن
• کمپرسور
• نوار نقاله
• ماشین‌آلات صنعتی
• دستگاه‌های CNC
• تجهیزات انتقال مواد
• میکسر
• اکسترودر

است.

اینورتر تک فاز به سه فاز چیست؟

یکی از کاربردهای رایج در بازار، استفاده از برق تک‌فاز برای راه‌اندازی موتور سه‌فاز است.

در این حالت، اینورتر برق تک‌فاز را دریافت کرده و خروجی سه‌فاز ایجاد می‌کند.

اما باید توجه داشت که هر اینورتر تک‌فاز الزاماً برای هر موتور سه‌فازی مناسب نیست.

توان، جریان خروجی، ولتاژ موتور و مشخصات اینورتر باید با یکدیگر تطبیق داشته باشند.

انواع اینورتر از نظر روش کنترل

از نظر روش کنترل موتور، اینورترها را می‌توان به چند گروه تقسیم کرد.

کنترل V/f

یکی از ساده‌ترین و رایج‌ترین روش‌های کنترل موتور، V/f یا Voltage/Frequency است.

در این روش نسبت ولتاژ به فرکانس برای کنترل موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد.

این روش برای بسیاری از کاربردهای عمومی مناسب است.

Siemens نیز V/f را یکی از روش‌های اصلی کنترل موتور معرفی می‌کند و توضیح می‌دهد که در این روش ولتاژ موتور بر اساس نقطه تنظیم سرعت و منحنی مشخصه کنترل می‌شود.

کنترل برداری

در کنترل برداری، کنترل موتور نسبت به V/f پیشرفته‌تر است.

هدف این روش، کنترل دقیق‌تر شار و گشتاور موتور است.

این روش برای کاربردهایی که نیاز به پاسخ دینامیکی بهتر و کنترل گشتاور دقیق‌تر دارند، مناسب‌تر است.

در بسیاری از اینورترهای مدرن، امکان استفاده از Sensorless Vector Control وجود دارد.

برای مثال، Siemens در برخی محصولات جدید خود از V/f و Sensorless Vector Control پشتیبانی می‌کند.

کنترل گشتاور مستقیم

DTC یا Direct Torque Control یکی از فناوری‌های پیشرفته کنترل موتور است.

ABB توضیح می‌دهد که DTC با کنترل مستقیم شار و گشتاور موتور، پاسخ دینامیکی بالایی ایجاد می‌کند.

این فناوری بیشتر در کاربردهای با نیاز عملکردی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اینورتر چه کاربردهایی دارد؟

اینورتر تقریباً در هر جایی که یک موتور الکتریکی نیاز به کنترل داشته باشد می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

از مهم‌ترین کاربردها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• پمپ‌ها
• فن‌ها
• کمپرسورها
• نوار نقاله‌ها
• ماشین‌آلات صنعتی
• دستگاه‌های بسته‌بندی
• میکسرها
• اکسترودرها
• دستگاه‌های CNC
• ماشین‌آلات نساجی
• تجهیزات انتقال مواد
• سیستم‌های تهویه
• دستگاه‌های سنگ‌شکن
• تجهیزات صنعتی مواد غذایی
• سیستم‌های آب و فاضلاب

Siemens نیز کاربرد درایوهای خود را در پمپ‌ها، فن‌ها، سیستم‌های جابه‌جایی، موقعیت‌دهی، پردازش و ماشین‌کاری معرفی می‌کند.

کاربرد اینورتر در پمپ

پمپ‌ها یکی از مهم‌ترین کاربردهای اینورتر هستند.

در یک سیستم ساده ممکن است پمپ همیشه با سرعت ثابت کار کند و دبی با شیر کنترل شود.

اما در بسیاری از سیستم‌ها می‌توان سرعت موتور را با اینورتر تغییر داد و دبی مورد نیاز را بهتر با شرایط فرآیند هماهنگ کرد.

ABB نیز یکی از مزایای VSD را تطبیق سرعت موتور با نیاز واقعی فرآیند معرفی می‌کند.

در برخی کاربردهای پمپاژ، این موضوع می‌تواند باعث کاهش قابل توجه مصرف انرژی شود.

کاربرد اینورتر در فن

در سیستم‌های تهویه، فن ممکن است همیشه به حداکثر سرعت نیاز نداشته باشد.

اگر نیاز جریان هوا کاهش پیدا کند، کاهش سرعت موتور می‌تواند گزینه‌ای مناسب برای کنترل ظرفیت باشد.

به همین دلیل اینورترها در HVAC کاربرد بسیار گسترده‌ای دارند.

Danfoss نیز درایوهای اختصاصی برای فن‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورها ارائه می‌کند.

کاربرد اینورتر در نوار نقاله

در نوار نقاله، کنترل سرعت می‌تواند برای هماهنگ کردن خط تولید اهمیت زیادی داشته باشد.

با استفاده از اینورتر می‌توان:

• سرعت حرکت نوار را تنظیم کرد
• شتاب را کنترل کرد
• توقف نرم ایجاد کرد
• ضربه مکانیکی را کاهش داد
• سرعت خطوط مختلف را هماهنگ کرد

کرد.

در خطوط تولید اتوماتیک، این قابلیت بسیار مهم است.

کاربرد اینورتر در میکسر

میکسرها ممکن است بسته به نوع ماده به سرعت‌های مختلف نیاز داشته باشند.

در این شرایط، اینورتر امکان تغییر سرعت موتور را فراهم می‌کند.

همچنین می‌توان زمان شتاب‌گیری و توقف را تنظیم کرد تا فشار مکانیکی کمتری به سیستم وارد شود.

کاربرد اینورتر در ویبراتور صنعتی

با توجه به اینکه مقاله قبلی ما درباره ویبراتور صنعتی بود، این موضوع برای ساختار سایت تکنوسعدی اهمیت زیادی دارد.

در برخی ویبراتورهای صنعتی که سازنده اجازه استفاده با درایو را داده است، اینورتر می‌تواند برای کنترل سرعت و فرکانس مورد استفاده قرار گیرد.

اما نباید تصور کرد که هر موتور ویبره‌ای را می‌توان بدون بررسی مشخصات به اینورتر متصل کرد.

محدوده فرکانس، سرعت، جریان، نوع موتور و دستورالعمل سازنده باید بررسی شود.

این موضوع در مستندات برخی سازندگان ویبراتور نیز با محدودیت‌های مشخص فرکانس و کنترل سرعت بیان شده است.

مزایای استفاده از اینورتر

استفاده از اینورتر می‌تواند مزایای متعددی داشته باشد.

کنترل سرعت

مهم‌ترین مزیت، امکان تغییر سرعت موتور متناسب با نیاز فرآیند است.

راه‌اندازی نرم

هنگام اتصال مستقیم موتور به شبکه، جریان راه‌اندازی می‌تواند بالا باشد.

اینورتر امکان شتاب‌گیری کنترل‌شده موتور را فراهم می‌کند.

Siemens نیز Soft Start را از قابلیت‌های VFD معرفی می‌کند که می‌تواند جریان‌های لحظه‌ای و تنش‌های مکانیکی را کاهش دهد.

کاهش تنش مکانیکی

اگر موتور به‌صورت ناگهانی به سرعت بالا برسد، به سیستم مکانیکی ضربه وارد می‌شود.

با تنظیم زمان شتاب‌گیری و توقف می‌توان این ضربه را کاهش داد.

کنترل جهت چرخش

بسیاری از اینورترها امکان فرمان مستقیم برای تغییر جهت چرخش موتور را دارند.

حفاظت موتور

اینورترها می‌توانند پارامترهایی مانند جریان، ولتاژ و خطاهای موتور را پایش کنند و در شرایط غیرعادی موتور را متوقف کنند.

البته عملکرد حفاظتی هر مدل متفاوت است و نباید اینورتر را جایگزین کامل تجهیزات حفاظتی مورد نیاز سیستم دانست.

کاهش مصرف انرژی

در کاربردهایی که نیاز فرآیند با سرعت موتور ارتباط دارد، کاهش سرعت می‌تواند باعث کاهش مصرف انرژی شود.

این موضوع به‌ویژه در فن‌ها و پمپ‌ها اهمیت دارد.

ABB تأکید می‌کند که تطبیق سرعت موتور با نیاز واقعی فرآیند می‌تواند موجب صرفه‌جویی انرژی شود.

با این حال، میزان صرفه‌جویی به نوع بار، نقطه کار، موتور، درایو و شرایط واقعی سیستم بستگی دارد.

آیا اینورتر همیشه باعث کاهش مصرف برق می‌شود؟

خیر.

این یکی از باورهای اشتباه درباره اینورتر است.

اینورتر زمانی می‌تواند صرفه‌جویی انرژی قابل توجهی ایجاد کند که امکان کاهش سرعت موتور وجود داشته باشد و نوع بار نیز از این کاهش سرعت سود ببرد.

برای مثال، در بسیاری از کاربردهای فن و پمپ، کاهش سرعت می‌تواند بسیار مؤثر باشد.

اما اگر یک موتور همیشه مجبور باشد با توان و سرعت نزدیک به نامی کار کند، استفاده از اینورتر لزوماً باعث صرفه‌جویی قابل توجه نمی‌شود.

بنابراین باید صرفه‌جویی انرژی را با توجه به پروفایل بار بررسی کرد.

اینورتر و سافت استارتر چه تفاوتی دارند؟

این دو تجهیز هر دو می‌توانند در راه‌اندازی موتور نقش داشته باشند، اما هدف آن‌ها یکسان نیست.

اینورتر:
برای کنترل سرعت و گشتاور موتور در حین کار نیز استفاده می‌شود.

سافت استارتر:
تمرکز اصلی آن روی راه‌اندازی و توقف نرم موتور است.

اگر موتور باید در طول فرآیند با سرعت‌های مختلف کار کند، معمولاً اینورتر گزینه مناسب‌تری است.

اما اگر موتور تقریباً همیشه با سرعت نامی کار می‌کند و فقط به راه‌اندازی نرم نیاز دارید، سافت‌استارتر می‌تواند گزینه مناسب‌تری باشد.

اینورتر و کنتاکتور چه تفاوتی دارند؟

کنتاکتور یک تجهیز سوئیچینگ است.

وظیفه اصلی آن وصل و قطع مدار قدرت است.

اما اینورتر می‌تواند:

• فرکانس را تغییر دهد
• سرعت را کنترل کند
• شتاب را تنظیم کند
• توقف را کنترل کند
• برخی پارامترهای موتور را پایش کند

بنابراین این دو تجهیز جایگزین مستقیم یکدیگر نیستند.

در بسیاری از تابلوهای برق ممکن است هر دو در کنار تجهیزات حفاظتی مورد استفاده قرار گیرند.

چگونه اینورتر مناسب موتور انتخاب کنیم؟

انتخاب اینورتر باید با بررسی مشخصات موتور و کاربرد انجام شود.

مهم‌ترین پارامترها عبارت‌اند از:

توان موتور

ولتاژ موتور

جریان نامی موتور

تعداد فاز

فرکانس

نوع بار

روش کنترل مورد نیاز

شرایط محیطی

نیاز به ترمز

نوع فرمان

نوع نصب

آیا انتخاب اینورتر فقط بر اساس کیلووات موتور است؟

خیر.

این یکی از مهم‌ترین نکات هنگام خرید اینورتر است.

دو موتور با توان یکسان ممکن است جریان نامی متفاوتی داشته باشند.

همچنین یک کاربرد سبک با یک کاربرد سنگین، نیاز یکسانی به اینورتر ندارند.

بنابراین در انتخاب اینورتر باید جریان نامی موتور و جریان خروجی مجاز اینورتر نیز بررسی شود.

اینورتر برای موتور ۱.۵ کیلووات

اگر موتور ۱.۵ کیلووات باشد، در نگاه اول ممکن است تصور شود که یک اینورتر ۱.۵ کیلووات برای آن کافی است.

اما این انتخاب باید با بررسی موارد زیر انجام شود:

• جریان موتور
• ولتاژ
• تک‌فاز یا سه‌فاز بودن
• نوع بار
• شرایط راه‌اندازی
• اضافه‌بار مورد نیاز

برای بارهای سنگین ممکن است اینورتر با ظرفیت جریان بالاتر مورد نیاز باشد.

بنابراین توان موتور فقط نقطه شروع انتخاب است.

اینورتر برای موتور ۳ کیلووات

برای موتور ۳ کیلووات نیز باید مشخصات پلاک موتور بررسی شود.

اگر موتور در یک کاربرد سبک مانند فن کار کند، نیاز آن با یک موتور ۳ کیلووات در کاربرد سنگین مانند نوار نقاله یا میکسر متفاوت است.

به همین دلیل انتخاب اینورتر باید براساس توان و جریان و نوع بار انجام شود.

اینورتر برای موتور سه فاز

در موتورهای سه‌فاز باید موارد زیر بررسی شود:

• ولتاژ نامی
• جریان نامی
• فرکانس
• توان
• نوع اتصال ستاره/مثلث
• تعداد قطب
• سرعت نامی

اطلاعات اصلی معمولاً روی پلاک موتور درج شده است.

پلاک موتور برای انتخاب اینورتر

پلاک موتور یکی از مهم‌ترین منابع اطلاعاتی برای انتخاب اینورتر است.

اطلاعاتی که معمولاً روی پلاک موتور مشاهده می‌شود شامل:

• توان
• ولتاژ
• جریان
• فرکانس
• سرعت
• ضریب توان
• راندمان
• کلاس عایقی
• نوع اتصال
• درجه حفاظت

است.

قبل از خرید اینورتر، عکس پلاک موتور می‌تواند اطلاعات بسیار خوبی برای انتخاب صحیح فراهم کند.

پارامترهای مهم اینورتر

بعد از نصب اینورتر، باید پارامترهای موتور و سیستم در آن تنظیم شوند.

برخی از مهم‌ترین پارامترها عبارت‌اند از:

• ولتاژ موتور
• جریان موتور
• فرکانس موتور
• توان موتور
• سرعت موتور
• زمان شتاب‌گیری
• زمان کاهش سرعت
• حداقل فرکانس
• حداکثر فرکانس
• نوع فرمان
• نوع مرجع سرعت
• جهت چرخش

در برخی اینورترهای پیشرفته، تنظیمات بسیار گسترده‌تری نیز وجود دارد.

شتاب‌گیری و کاهش سرعت در اینورتر

اینورتر معمولاً اجازه می‌دهد زمان افزایش سرعت و کاهش سرعت تعیین شود.

مثلاً اگر زمان شتاب‌گیری خیلی کوتاه انتخاب شود، موتور ممکن است جریان بیشتری بکشد یا در برخی کاربردها باعث ایجاد خطا شود.

اگر زمان شتاب‌گیری بیش از حد طولانی باشد، عملکرد ماشین ممکن است کند شود.

بنابراین این پارامتر باید با توجه به بار و فرآیند تنظیم شود.

ترمز در اینورتر چیست؟

در برخی کاربردها، فقط توقف موتور کافی نیست؛ بلکه باید موتور سریع و کنترل‌شده متوقف شود.

برای این کاربردها، اینورتر می‌تواند از روش‌های مختلف ترمز پشتیبانی کند.

یکی از روش‌های شناخته‌شده، استفاده از مقاومت ترمز است.

برخی اینورترها واحد ترمز داخلی دارند و برخی دیگر برای این کار به تجهیزات خارجی نیاز دارند.

برای مثال، Siemens در برخی مدل‌های SINAMICS قابلیت اتصال مقاومت ترمز و واحد ترمز را ارائه می‌کند.

انتخاب مقاومت ترمز باید مطابق مشخصات همان درایو انجام شود.

هارمونیک در اینورتر چیست؟

یکی از موضوعات مهم در سیستم‌های دارای VFD، هارمونیک‌ها هستند.

به دلیل عملکرد غیرخطی یکسوساز ورودی، جریان ورودی VFD الزاماً شکل سینوسی ایده‌آل ندارد.

Danfoss توضیح می‌دهد که یکسوساز دیودی رایج در VFD می‌تواند جریان ورودی غیرسینوسی و اعوجاج هارمونیکی ایجاد کند.

هارمونیک‌ها در سیستم‌های بزرگ می‌توانند مشکلاتی مانند:

• افزایش تلفات
• گرم شدن تجهیزات
• تأثیر بر تجهیزات دیگر
• کاهش کیفیت توان
• افزایش جریان برخی هادی‌ها

ایجاد کنند.

در چنین شرایطی ممکن است استفاده از:

• چوک ورودی
• راکتور
• فیلتر هارمونیک
• درایوهای Low Harmonic

مورد نیاز باشد.

EMI و نویز الکترومغناطیسی در اینورتر

اینورتر به دلیل سوئیچینگ سریع نیمه‌هادی‌های قدرت می‌تواند نویز الکترومغناطیسی ایجاد کند.

اگر سیم‌کشی، اتصال زمین، شیلد کابل و فیلترها به‌درستی انتخاب نشوند، ممکن است روی تجهیزات کنترلی تأثیر بگذارد.

به همین دلیل در نصب صنعتی باید موارد زیر رعایت شوند:

• کابل مناسب موتور
• اتصال زمین مناسب
• مسیر کابل قدرت و کنترل
• شیلدینگ مناسب
• رعایت دستورالعمل سازنده

در پروژه‌های صنعتی حساس، EMC باید از مرحله طراحی مورد توجه قرار گیرد.

فاصله اینورتر تا موتور چقدر باید باشد؟

یک عدد ثابت برای تمام اینورترها و موتورها وجود ندارد.

طول کابل موتور می‌تواند روی مواردی مانند:

• انعکاس موج
• ولتاژ پیک
• EMI
• جریان نشتی
• عملکرد موتور

تأثیر داشته باشد.

بنابراین حداکثر طول کابل باید از مستندات سازنده اینورتر و موتور بررسی شود.

در کابل‌های طولانی ممکن است استفاده از فیلتر خروجی یا راکتور موتور مورد نیاز باشد.

آیا هر موتوری را می‌توان با اینورتر راه‌اندازی کرد؟

خیر.

باید مشخص شود موتور برای کار با درایو مناسب است یا خیر.

به‌ویژه در سرعت‌های پایین، شرایط خنک‌کاری موتور ممکن است تغییر کند.

در موتورهای دارای فن خنک‌کننده متصل به شفت، کاهش سرعت باعث کاهش سرعت فن نیز می‌شود.

در نتیجه ممکن است در بارهای سنگین و سرعت پایین، خنک‌کاری کافی نباشد.

برای چنین شرایطی گاهی موتور با فن مستقل یا طراحی مناسب برای VFD انتخاب می‌شود.

اینورتر در سرعت پایین چه مشکلی دارد؟

یکی از موارد مهم، خنک‌کاری موتور است.

وقتی سرعت موتور کاهش پیدا می‌کند، اگر فن خنک‌کننده روی همان شفت باشد، جریان هوای تولیدشده نیز کاهش می‌یابد.

در نتیجه موتور ممکن است در سرعت پایین و گشتاور بالا گرم شود.

بنابراین کارکرد طولانی‌مدت در دور پایین باید با توجه به مشخصات موتور و منحنی بار بررسی شود.

نکات نصب اینورتر

محل نصب اینورتر باید شرایط مناسبی داشته باشد.

از جمله:

• تهویه مناسب
• دمای محیط مجاز
• جلوگیری از رطوبت
• جلوگیری از گردوغبار بیش از حد
• فاصله مناسب اطراف دستگاه
• دسترسی مناسب برای سرویس
• رعایت دستورالعمل نصب سازنده

اینورترهای صنعتی دارای تجهیزات الکترونیکی حساس هستند و گرما یکی از عوامل مهم در کاهش عمر قطعات الکترونیکی است.

نگهداری اینورتر

نگهداری صحیح می‌تواند عمر درایو را افزایش دهد.

مواردی که بهتر است در برنامه سرویس بررسی شوند عبارت‌اند از:

• تمیزی فیلترها
• وضعیت فن خنک‌کننده
• دمای کاری
• اتصالات
• کابل‌ها
• ترمینال‌ها
• کدهای خطا
• وضعیت خازن‌های DC Link
• گردوغبار
• عملکرد سیستم تهویه

Rockwell Automation نیز در آموزش‌های رسمی خود، برنامه‌ریزی، نگهداری، تشخیص خطا و پاسخ به آلارم‌های VFD را از موضوعات مهم آموزش درایو معرفی می‌کند.

خطاهای رایج اینورتر

اینورترها ممکن است در شرایط مختلف با Fault مواجه شوند.

برخی خطاهای متداول شامل:

• اضافه جریان
• اضافه ولتاژ
• افت ولتاژ
• افزایش دما
• اضافه بار
• خطای اتصال زمین
• خطای موتور
• خطای ارتباطی

هستند.

اما کد خطا بین برندهای مختلف متفاوت است.

بنابراین برای عیب‌یابی باید همیشه کد خطا را با دفترچه همان مدل تطبیق داد.

علت اضافه جریان اینورتر چیست؟

اضافه جریان می‌تواند دلایل مختلفی داشته باشد.

برای مثال:

• گیرپاژ مکانیکی
• بار بیش از حد
• شتاب‌گیری خیلی سریع
• اتصال کوتاه
• تنظیم نادرست پارامترها
• خرابی موتور
• انتخاب نامناسب اینورتر

قبل از تعویض اینورتر باید علت اصلی مشکل مشخص شود.

علت اضافه ولتاژ اینورتر چیست؟

در زمان کاهش سرعت، انرژی مکانیکی بار می‌تواند به سمت درایو بازگردد.

این موضوع در برخی کاربردها باعث افزایش ولتاژ DC Bus می‌شود.

اگر این انرژی کنترل نشود، ممکن است درایو با خطای Overvoltage متوقف شود.

در کاربردهای دارای بار اینرسی زیاد یا توقف سریع، ممکن است استفاده از مقاومت ترمز یا روش مناسب ترمز مورد نیاز باشد.

تفاوت اینورتر صنعتی و اینورتر خانگی

واژه «اینورتر» در بازار برای تجهیزات مختلفی استفاده می‌شود.

اینورتر صنعتی که موضوع این مقاله است، معمولاً برای کنترل موتورهای الکتریکی و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما در حوزه برق خورشیدی، UPS و تجهیزات خانگی نیز اصطلاح اینورتر استفاده می‌شود.

بنابراین هنگام خرید باید مشخص شود منظور از اینورتر، درایو کنترل موتور است یا یک مبدل برق برای کاربرد دیگری.

جدول مقایسه روش‌های کنترل اینورتر

این جدول یک مقایسه کلی است و مشخصات واقعی هر روش به طراحی و برند درایو بستگی دارد.

جدول راهنمای انتخاب اینورتر

اشتباهات رایج هنگام خرید اینورتر

یکی از رایج‌ترین اشتباهات، انتخاب اینورتر صرفاً بر اساس توان موتور است.

اشتباه دیگر، بی‌توجهی به جریان نامی است.

همچنین گاهی فروشنده یا مصرف‌کننده فقط به برند توجه می‌کند و نوع بار را در نظر نمی‌گیرد.

از اشتباهات دیگر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• انتخاب اینورتر بدون بررسی پلاک موتور
• بی‌توجهی به نوع بار
• انتخاب ظرفیت پایین برای بار سنگین
• نصب در محیط نامناسب
• رعایت نکردن فاصله تهویه
• استفاده از کابل نامناسب
• تنظیم نادرست شتاب و کاهش سرعت
• اتصال موتور بدون بررسی ولتاژ
• استفاده از فرکانس خارج از محدوده مجاز
• بی‌توجهی به هارمونیک‌ها
• استفاده از مقاومت ترمز نامناسب

اینورتر مناسب پمپ، فن و کمپرسور

برای کاربردهایی مانند پمپ و فن، اینورتر باید متناسب با ماهیت بار انتخاب شود.

برخی درایوها به‌صورت اختصاصی برای HVAC طراحی شده‌اند و امکاناتی برای فن، پمپ و کمپرسور دارند.

برای نمونه، Danfoss درایو FC 101 را برای کاربردهای HVAC و کنترل فن، پمپ و کمپرسور معرفی می‌کند.

در مقابل، برای نوار نقاله یا میکسر ممکن است نیاز به ظرفیت اضافه‌بار و روش کنترل متفاوتی وجود داشته باشد.

اینورتر مناسب نوار نقاله

نوار نقاله معمولاً در زمان راه‌اندازی نیاز به گشتاور مناسبی دارد.

اگر بار روی نوار سنگین باشد، انتخاب یک اینورتر صرفاً بر اساس توان موتور ممکن است کافی نباشد.

در این کاربرد باید:

• گشتاور راه‌اندازی
• اضافه‌بار
• زمان شتاب
• سرعت کاری
• ترمز
• اینرسی سیستم

بررسی شود.

اینورتر مناسب جرثقیل

کاربردهای بالابری و جرثقیل از کاربردهای حساس هستند.

در این سیستم‌ها کنترل گشتاور، ترمز و ایمنی اهمیت بسیار بالایی دارد.

بنابراین نباید از یک اینورتر عمومی بدون بررسی قابلیت‌های مناسب برای بالابری استفاده کرد.

در چنین کاربردهایی معمولاً باید از درایو و سیستم ترمز متناسب با طراحی جرثقیل استفاده شود.

اینورتر مناسب الکتروموتور چیست؟

اینورتر مناسب باید از نظر:

• ولتاژ
• جریان
• توان
• فرکانس
• تعداد فاز
• نوع بار
• روش کنترل
• اضافه‌بار

با موتور و کاربرد هماهنگ باشد.

به همین دلیل اگر قصد خرید اینورتر دارید، بهترین اطلاعات برای شروع انتخاب، عکس پلاک موتور + نوع دستگاه + کاربرد موتور است.

جمع‌بندی

اینورتر یا VFD یکی از مهم‌ترین تجهیزات کنترل موتور در صنعت مدرن است.

این دستگاه با تبدیل برق AC به DC و سپس تولید برق AC با فرکانس و ولتاژ قابل کنترل، امکان تنظیم سرعت و گشتاور موتور را فراهم می‌کند.

از اینورتر می‌توان در پمپ‌ها، فن‌ها، کمپرسورها، نوار نقاله‌ها، میکسرها، ماشین‌آلات صنعتی، تجهیزات انتقال مواد و بسیاری از سیستم‌های اتوماسیون استفاده کرد.

مهم‌ترین مزیت اینورتر، تنها تغییر سرعت موتور نیست؛ بلکه امکان راه‌اندازی نرم، کنترل شتاب و توقف، کنترل گشتاور، تغییر جهت، حفاظت و در برخی کاربردها کاهش مصرف انرژی نیز فراهم می‌شود.

با این حال، انتخاب اینورتر نباید صرفاً براساس توان موتور انجام شود.

مشخصات پلاک موتور، جریان نامی، نوع بار، شرایط راه‌اندازی، روش کنترل، نیاز به ترمز، شرایط محیطی و طول کابل همگی باید در انتخاب نهایی مورد توجه قرار گیرند.

برای کاربردهای ساده، کنترل V/f ممکن است کافی باشد؛ اما در کاربردهایی که به کنترل دقیق‌تر سرعت و گشتاور نیاز دارند، روش‌های برداری و فناوری‌های پیشرفته‌تر می‌توانند انتخاب مناسب‌تری باشند. Siemens و ABB هر دو روش‌های مختلف کنترل موتور را در محصولات و مستندات فنی خود پوشش می‌دهند.

بنابراین یک اینورتر مناسب، اینورتری نیست که صرفاً «توان بیشتری» داشته باشد؛ بلکه باید متناسب با موتور، بار و فرآیند انتخاب شده باشد.