صاعقه گیر اکتیو آذرخش

اینورتر چیست و چه کاربردی دارد؟

اینورتر یا مبدل برق دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند.

جریان AC تبدیل شده می توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله ترانسفورماتورهای مناسب و مدارها کنترل می شود.

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.

کنترلر موتور میتواند به صورت دستی یا اتوماتیک یک موتور را راه اندازی یا متوقف کند ، رو به جلو یا عقب (راست گرد چپ گرد ) حرکت دهد.

و یا با سرعت و گشتاور تنظیم شده ای به حرکت در آورده و در مقابل اضافه بار و فالتها محافظت کند.

دامنه استفاده از کنترلر موتور بسته به کاربردهای مختلف از مصارف معمول نظیر کامپیوتر ، ماشین فاکس ، سیستمهای گرمایش و سرمایش تا مصارف صنعتی پیچیده مانند خطوط تولید روباتیک میتواند باشد .

درایو ها در کاربردهای مختلف مانند سیستمهای سروو یا کنترل کننده دور موتور با فیدبک در الکتروموتورهای AC و DC استفاده میگردد.

درایوها دور موتور میتوانند دور موتور را به صورت پیوسته از صفر تا چندین برابر دور نامی تغییر دهند.

تنظیم دور در الکتروموتورها علاوه بر کاربردهای فراوان در پروسه های صنعتی ، منجر به صرفه جوئی مصرف انرژی هم میگردد.

علاوه بر آن درایوها در راه اندازی موتور جریان شروع کار و استارت موتور از شبکه را به میزان زیادی کاهش میدهند.

بطوریکه این جریان خیلی کمتر از جریان اسمی موتور است.

درایوها میتوانند موتور را بطور نرم و کاملا کنترل شده استارت و استپ نمایند.

زمان استارت و استپ را میتوان بدقت تنظیم نمود به صورتی که این زمان کسری از ثانیه و یا صدها دقیقه باشد.

امروزه کاربردهای بسیاری برای استفاده از درایو در صنعت اتوماسیون میتوان نام برد از ماشینهای CNC ، موتورهای آسانسور ، نوار نقاله گرفته کنترل یک ولو

توانائی درایو در استارت و استپ نرم و کنترل دور موتور موجب کاهش قابل ملاحظه تنشهای مکانیکی در کوپلینگها در تمامی ادوات دوار متصل به هم میگردد.

در زیر به دو نمونه از پر مصرف ترین انواع کنترلرهای موتور اشاره می گردد :

کنترل دور موتورهای AC یا AC Variable frequency drives

کنترل دور موتورهای DC یا DC motor speed or torque controls

درایو های AC  دور متغیر (کنترل دور موتورهای AC)

درایو های AC  دور متغیر ، سیستمهای کنترل سرعت موتور های AC می باشند .

درایو های AC هم سرعت موتور های القایی و هم سرعت موتور های سنکرون را با تنظیم فرکانس تغذیه ی موتور کنترل می کنند .

درایو های AC با عناوین:

درایو های تنظیم سرعت (ASD) ،

یا درایوهای تنظیم فرکانس (AFD) ،

یا درایوهای فرکانس متغیر(UFD)،

یا درایو  سرعت متغیر (VSD)

و یا همه مبدلهای فرکانس (FC)  نیز شناخته می شوند .

اولین موتور AC در سال ۱۸۹۹ طراحی  شد.

موتور های AC با استفاده از القای الکترومغناطیسی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند.

 قطعا سرعت ثابت در تمامی پروسه ها وکاربردها مناسب نیست و لازم است که بتوان سرعت را متناسب با نیاز تغییر داد .

ماشین آلات صنعتی اغلب با موتور های که دارای تجهیزاتی جهت تنظیم سرعت می با شند، کار می کنند .

چنین موتور هایی دارای ابعاد بزرگتر و توان های بالاتری نسبت به موارد مشابهی که در دریلهای الکتریکی و مخلوط کنها بکار می روند دارند .

این موتور ها معمولا در یک سرعت ثابت به کار می روند.

در صورتیکه نیاز به کنترل سرعت باشند از درایو AC (سرعت متغیر) استفاده می شود  .

درایوهای AC در کاربرد های گوناگون صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند.

بعنوان یک مثال ساده درایو های AC  اغلب همراه با فنها جهت تنظیم جریان هوا در سیستم های بزرگ گرمایش و هوای مطبوع مورد استفاده قرار می گیرد جریان آب و مواد شیمیایی در پروسه های صنعتی اغلب، با تنظم سرعت پمپها کنترل می شود .

بعلاوه درایو های AC دور متغیر معمولادر کاربردهای پیچیده محیط های نامناسب و سخت نظیر:

میلهای کاغذ،

کندن تونل ،

دستگاه های دریل در صنعت نفت و یا معدن نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

کنترل پروسه و کاهش مصرف انرژی دو دلیل اولیه برای استفاده از درایوهای AC می باشد.

درایوهای AC در اصل برای کنترل پروسه ساخته شدند ، اما کاهش مصرف انرژی نیز به همان میزان دارای اهمیت است

 ذخیره ی انرژی با استفاده از درایو های AC :

مصرف انرژی اغلی در درایو های AC کمتر از کاربردهای سرعت ثابت است.

پمپها و فنها دارای بیشترین مصرف انرژی می باشند.

در صورتیکه یک فن با سرعت ثابت کار کند ممکن است که جریان هوا گاهی اوقات بیشتر از مقدار مورد نیاز باشد.

جریان هوای اضافی را می توان با یک دمپر محدود نمود اما مفیدتر آنست که بتوان جریان هوا را با تنظیم سرعت موتور ، تنظیم نمود.

تنظیم سرعت بعنوان وسیله ای جهت کنترل پروسه :

موارد زیر فواید کنترل پروسه با استفاده از درایوهای AC می باشند :

مثال :

درایو AC عملکرد یکنواخت تری در مقایسه با کارکردهای دمر ثابت دارد.

برای مثال در یک ایستگاه انتقال فاضلاب ، فاضلاب از طریق لوله های ، تحت نیروی گرانشی ، به یک چاه منتقل می شود.

و از این پخش به پروسه تصفیه پمپ می شود.

در صورت استفاده از پمپهای سرعت ثابت ، پمپها به گونه ای تنظیم می شوند که در صورتیکه مایع داخل چاه به حد بالای مشخصی رسید استارت شده و در صورتیکه سطح آن به حد پایین رسیده استپ شوند.

این روشن ، خاموش شدنهای پیوسته پمپها موجب کشیده شدن جریان الکتریکی بالا هنگام استارت موتور و در نتیجه ایجاد تنشهای گرمایی و الکترو مغناطیسی در موتور و تجهیزات کنترل قدرت میگردد.

پمپها و لوله ها تحت فشارهای مکانیکی و هیدرولیکی قرار می گیرند .

پروسه تصفیه  فاضلاب دارای مجموعه ای از تنشها در طول انتقال فاضلاب می باشد .

در صورت استفاده از درایوهای AC ، پمپها بصورت پیوسته کار می کنند و سرعت آنها با افزایش سطح مایع در چاه افزوده می شود.

بدین ترتیب جریان ورودی با جریان خروجی متناسب گشته و پروسه بصورت یکنواخت انجام می گیرد.

کاربردهای اینورتر

بحثی که همیشه در الکترونیک صنعتی مطرح بوده و هست تبدیل یک ولتاژ dc به یک ولتاژ ac است.

به سیستمی که این تبدیل را برای ما انجام می دهد اینورتر گفته می‌شود.

اینورترها دارای رنج وسیعی از کاربردهای مختلف هستند که تعدادی از انها را ذکر می کنیم:

۱- یک خط ولتاژ AC:

خیلی از مواقع دسترسی به یک منبع dc مثل باتری وجود دارد. ولی یک خط ولتاژ AC مورد نیاز است مثل اتومبیل

۲- منابع تغذیه بدون وقفه (UPS):

در انواع مختلف UPS ها جهت تبدیل توان باتری ها به یک توان AC به اینورترها نیاز داریم.

۳- کوره های القایی:

اینورترها جهت تبدیل یک توان AC با فرکانس پائین به یک توان AC با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند.

این ولتاژ فرکانس بالا در کوره های القایی مورد استفاده دارد.

به این ترتیب که ابتدا توان AC را به DC یکسو کرده و سپس توسط اینورتر به توان AC فرکانس بالا تبدیل می‌کنند.

۴- در سیستم انتقال توان HVDC:

در این سیستم انتقال توان الکتریکی ، ابتدا توان AC به DC تبدیل می‌شود.

این توان DC با ولتاژ بسیار بالا به وسیله خطوط انتقال به مقصد می رسد.

در محل گیرنده، این توان DC دوباره به مقدار AC تبدیل می‌شود.

۵- درایورهای فرکانس متغیر:

یک درایو فرکانس متغیر، سرعت عملکرد یک موتور AC را به کمک کنترل کردن ولتاژو فرکانس به صورت همزمان تنظیم می‌کند.

۶- استفاده در پنلهای خورشیدی:

پنلهای خورشیدی دارای خروجی DC هستند که با استفاده از اینورترها این توان تبدیل به AC می‌شود.

انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی:

اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می‌شوند.

همچنین از نظرشکل موج خروجیشان به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.

۱- خروجی به شکل موج مربعی

۲- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)

۳- خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)

۴- خروجی به شکل سینوسی خالص شکلهای زیر دو نوع سینوسی اصلاح شده را نشان می دهند.

مقدمه ای بر طراحی اینورترها:

در این قسمت یک سری از مطالب پایه مربوط به طراحی اینورترها را بیان می کنیم.

اگر شکل زیر بلوک دیاگرام یک اینورتر باشد چنانچه از تلفات اینورتر صرفنظر کنیم وتوان ورودی را با خروجی برابر بگیریم رابطه زیر را خواهیم داشت.

Vin*Iin=Vout*Iout

پس اگر یک ولتاژ خروجی  ۲۲۰ ولت با توان ۴۰۰ وات نیاز داشته باشیم باید بدانیم که در ورودی یک ولتاژ مثلاً ۱۲ ولت با جریان ۳۴ آمپر نیاز داریم.

باید توجه داشت که اگر ولتاژ ورودی dc با باتری تامین می‌شود باتری تا چه مدت کارایی خواهد داشت.

مورد دوم بازدهی یک اینورتر است که عبارت است از نسبت توان خروجی به توان ورودی بر حسب درصد که در اینورترهای با طراحی خوب نزدیک ۹۰% است.

بازده بیشتر به مواردی چون:

تعداد المانهای سوئیچ کننده ،

نوع المانهای سوئیچ کننده،

روش سوئیچ کردن (مثلاً pwm یا spwm)

مرغوبیت ترانسها و سیم پیچهای به کار رفته

و نوع فیلترهای مورد استفاده در اینورتر  بستگی دارد.

مورد دیگر شکل موج خروجی یک اینورتر است.

همانطور که می دانیم یک شکل موج مربعی پریودیک دارای یک سری هارمونی است.

مانند شکل زیر هارمونیکهای فرعی (دارای رتبه) دارای دامنه کمتر و فرکانس بیشتری هستند و یکی از هارمونیکها که به نام اصلی یا پایه خوانده می‌شود دارای فرکانسی برابر فرکانس شکل موج مربعی است.

جهت آنالیز فوریه این شکل موج مقداری به نام THD تعریف می‌شود که برابر است با:

مسلم است که هر چه مقدار THD کمتر باشد کیفیت شکل موج خروجی اینورتر بیشتر است.

جهت بهبود کیفیت شکل موج خروجی اینورتر می‌توان از فیلترها استفاده کرد و در واقع هارمونیک اصلی را از میان دیگر هارمونیکها جدا نمود.

ساده ترین مداری که می‌توان برای یک اینورتر فرض کرد شکل زیر است.

با تغییر وضعیت سوئیچ پالسهایی در اولیه ایجاد می‌شود که پس از تقویت در ثانویه ترانس نمایان می‌شوند.

می‌توان به جای سوئیچ از دو ترانزیستور یا IGBT استفاده کرد و به وسیله یک مدار پالس دهنده (مثل مدار بی استابل ۵۵۵) آنها را به ترتیب پالس دهی کرد.

به این دلیل اینکه در این روش دامنه هارمونیکهای فرعی نزدیک به دامنه هارمونیک اصلی است مقدار THD افزایش یافته و کیفیت شکل موج خروجی کاهش می یابد.

 کارایی اینورتر:

اینورتر یک وسیله بسیار کار آمد ومفید برای کنترل موتورهای متناوب می باشد.

قبل ازاینکه اینورترها بصورت گسترده وارد بازار شوند ، سازندگان ماشین آلات مشکلات خیلی زیادی برای کنترل سرعت موتورها داشتند.

اینکار با گیربکسهای دور متغیر انجام می شد.

که آن هم از نظر مقدار تغییرسرعت و هم از نظر حجم خود گیربکس محدودیت زیادی برای سازندگان به همراه داشت.

با نصب یک اینورتر برای یک موتور متناوب ، تمام پارامترهای موتور (جریان ، گشتاور ، ولتاژ و فرکانس) قابل کنترل می باشد.

همچنین حفاظت موتور بصورت عالی توسط اینورتر انجام می شود.

کار عمومی و اصلی اینورتر تغییر سرعت چرخش موتور می باشد که این کار را با استفاده از روشهای پیشرفته ساخت موج سینوسی (مدولاسیون پهنای باند) انجام می دهد.

در کنار کار اصلی ، اینورتر امکانات دیگری را در اختیار ما قرار می دهد از جمله :

۱-تغییر شیب برای روشن شدن و خاموش شدن موتور که باعث حفاظت موتور می شود.

۲- امکان روشن ، خاموش کردن و تغییر سرعت از روی کیپد یا ترمینال یا از راه دور با فرمان سریال.

۳- امکان برنامه ریزی اینورتر بدن نیاز به کنترلر خارجی.

۴ –امکان کنترل گشتاور بعنوان فیدبک بار موتور برای حذف فیدبکهای دیگر.

اینورترها قابلیت رجنریتیو داشته و در صورت نیاز به پایین آوردن سریع سرعت ، امکان برگشت انرژی از موتور به شبکه وجود دارد.

اینورتر (Inverter) یا مبدل برق دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند.

جریان AC تبدیل شده می توانند بر اساس نیاز در هر ولتاژ و فرکانسی باشد که بوسیله ترانسفورماتورهای مناسب و مدارها کنترل می شود.

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 که به کمک آن می توان سرعت یک موتور AC سه فاز را کنترل کرد بدون آنکه قدرت و گشتاور موتور کاهش یابد.

اینورترها در ظرفیتهای مختلف ساخته می شوند مثلاً برای یک موتور با توان ۲۰ اسب بخار باید از اینورتر ۲۰ HP استفاده کرد.

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 ۳ 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 لامپهای 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.

ویژگی های اینورتر

کاهش انرژی مصرفی و لذا کاهش هزینه برق،

کاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور ،

امکان تغییر سرعت موتور،

امکان تغییر جهت حرکت موتور،

داشتن حفاظت در برابر اضافه بار،

امکان کار موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی متغیر است،

امکان کنترل از راه دور،

ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور،

برنامه ریزی کردن حرکت.

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 از مواقع از جریان نامی موتور کمتر است.

دستگاهی الکترونیکی است که بوسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد.

دیگر کاربردها و مزایای آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :

**تنظیم کننده سرعت موتور (کنترل دور)

**تغیر دهنده جهت دور به راحتی و بدون نیاز به کنتاکتور

**روشن و خاموش نمودن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی

**کاهش ضربه های مکانیکی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مکانیکی

**حفاظت موتور در مقابل افزایش ولتاژ و جلوگیری از آسیب دیدن موتور

راه اندازی نرم موتور بدون هیچگونه ضربه به قسمتهای مکانیکی مثل:

کوپلینگها ،

گیر بکسها ،

تسمه ها ،

زنجیرها و … و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مکانیکی را به دنبال خواهد داشت .

حفاظت موتور در برابر اضافه بار؛ در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول مجاز بیشتر شود ، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به کاربر پیام اضافه بار نشان می دهد .

جلوگیری از گرم کردن و در نهایت سوختن موتور در کابرد هایی که موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود

همچنین چون در بسیاری از کاربر دها انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می کنند بنابراین میزان جریان زیادتری هم در حین کار از شبکه استفاده می کند .

چنانجه از اینورتر استفاده شود ، اینورتر به صورت کاملا اتوماتیک این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش و در حین کار به مقدار لازم کاهش می دهد.

بنابراین به طور کلی هزینه برق مصرفی کاهش چشم گیری خواهد داشت .

در بسیاری از کاربردها به هنگام راه اندازی ،‌موتور جریان بسیار بالایی از شبکه می کشد و موجب کاهش ولتاژ شبکه و ایجاد صدماتی به تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد .

این جریان به ۶ برابر جریان نامی موتور می رسد که بسیار نا مطلوب می باشد .

چنانچه از اینورتر استفاده شود این اضافه جریان بسیار اندک خواهد شد ( حداکثر ۰٫۲ برابر ) .

به عنوان مثال:

اگر یک موتور با جریان نامی ۱۰آمپر کار کند در هنگام راه اندازی این جریان به ۶۰آمپر می رسد و در صورت استفاده از اینورتر این جریان حداکثر به ۱۲آمپر می رسد .

کاهش جریان موتور به صورت اتوماتیک در هنگامی که بار موتور کم می شود .

این قابلیت به غیر از کاهش هزینه برق مصرفی موجب افزایش طول عمر مفید موتور خواهد شد .

امکان استفاده از برق تکفاز ۲۲۰ ولت به جای سه فاز ۳۸۰ ولت برای راه اندازی موتور سه فاز حداکثر با توان ۳HP ( 2.2kw ).

به این معنا که می توان با برق خانگی یک موتور سه فاز را کاملا به صورت عادی راه اندازی نمود .

قابلیت داشتن دورهای مختلف به صورت حافظه ای .

تبدیل یک موتور یک دور به یک موتور چند دور با سرعتهای دلخواه ،امکان ایجاد فشار ثابت در کاربرد پمپها به این ترتیب است که با تغییر دور موتور فشار مورد نظر را ثابت نگه میدارد .

به عنوان مثال:

فشار آب یک مخزن را ثابت نگه می دارد بنابراین در هنگام مصرف آب دور موتور به صورت خودکار زیاد می شود و در هنگامی که آب مصرف نمی گردد دور موتور به صورت خودکار کاهش می یابد .

بنابراین دور موتور با مقدار مصرف تغییر می نماید بنابراین آب با فشار ثابت به تمام نقاط می رسد .

مکان اتصال انکدر به اینورتر که باعث می شود دور یک موتور با موتور دیگر یکسان شود .

کنترل دور به صورت خودکار در مواردی که لازم است دور موتور بسته به میزان محصول تولید شده تغییر کند .

استفاده از اینورترها بر روی پمپ و فن و کمپرسورها در طی سال های اخیر بسیار گسترش یافته است .

استفاده از آنها برای کنترل دور موتورها مزایای زیادی دارد که مهمترین آنها عبارتند از :

۱- عدم نیاز به دستگاههای کنترل دبی مکانیکی.

۲- ذخیره انرژی تا ۵۰%

۳- نبودن شوک راه اندازی.

۴- افزایش عمر مفید قطعات مکانیکی.

از اینورترها در سه ناحیه استفاده می گردد :

۱- فعالیتهای گشتاور ثابت مثل میکسرها , اکسترودرها , نوارهای نقاله و . . .

۲- فعالیتهای توان ثابت مثل کشش و دستگاههای ماشینی.

۳- فعالیتهای گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.

در پمپها و فنها میزان دبی با سرعت موتور متناسب است.

اما توان مصرفی با مکعب سرعت تناسب دارد.

مثلاً اگر دور موتور به میزان ۵۰% کاهش یابد آنگاه توان مصرفی لازم ۱۲٫۵% خواهد بود و این به مفهوم ۸۷٫۵% صرفه جویی در انرژی است.