اینورتر فرکانس (درایو فرکانس متغیر، VFD) یک دستگاه کنترل توان است که از فناوری تبدیل فرکانس و میکروالکترونیک برای کنترل موتورهای AC با تغییر فرکانس منبع تغذیه موتور استفاده می کند. اینورتر فرکانس عمدتاً شامل یکسو کننده (AC به DC)، فیلتر، اینورتر (DC به AC)، واحد ترمز، واحد محرک، واحد تشخیص و واحد میکروپردازش می شود. اینورتر با خاموش کردن IGBT داخلی، ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه خروجی را تنظیم می‌کند و با توجه به نیاز واقعی موتور، ولتاژ منبع تغذیه مورد نیاز را فراهم می‌کند و در نتیجه به هدف صرفه‌جویی در انرژی و تنظیم سرعت می‌رسد.
چرا از یک اینورتر فرکانس استفاده کنیم؟
بعضی میگن میتونم موتور رو مستقیم استفاده کنم، چرا باید اینورتر فرکانس رو انتخاب کنم؟ اینورتر فرکانس اگر قدرت موتور شما برای مصارف خانگی بسیار کم است و نیازی به تنظیم سرعت یا اتوماسیون ولتاژ ثابت ندارید، می‌توانید مستقیماً از آن استفاده کنید. اما اگر فرآیندهایی مانند تبدیل ولتاژ و تبدیل فرکانس وجود داشته باشد، باید از اینورتر استفاده کنید. اینورتر نه تنها به محافظت از موتور و افزایش طول عمر آن کمک می‌کند، بلکه از موتور، ایمنی برق در محل و سایر تجهیزات الکتریکی اطراف و مدارهای کارخانه نیز به طور موثری محافظت می‌کند. پس اینورتر چه عملکردی دارد و چه زمانی باید از آن استفاده کرد؟
صرفه جویی انرژی در تنظیم سرعت با تبدیل فرکانس
- استفاده از تنظیم سرعت با تبدیل فرکانس، بیشترین تأثیر صرفه‌جویی در انرژی را برای بارهای فن و پمپ نشان می‌دهد و می‌تواند به میزان ۲۰ تا ۶۰ درصد در مصرف برق صرفه‌جویی کند. دلیل این امر این است که مصرف برق فن و پمپ متناسب با مکعب سرعت آن‌ها است. هنگامی که نیاز به دبی متوسط کمتر است، سرعت فن و پمپ آب پایین‌تر می‌آید و صرفه‌جویی در انرژی نیز قابل‌توجه است. با این حال، هنگامی که از دریچه و درب فرانسوی برای تنظیم دبی استفاده می‌شود، مصرف برق تغییری نمی‌کند. با توجه به فراوانی این نوع بارها (حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد از کل ظرفیت موتورهای AC)، صرفه‌جویی در انرژی آن‌ها اهمیت زیادی دارد.
- برای برخی از بارهای گشتاور ثابت که با سرعت کم کار می‌کنند، مانند نوار نقاله، کنترل فرکانس نیز می‌تواند در مصرف انرژی صرفه‌جویی کند. علاوه بر این، روش تنظیم سرعت اصلی انرژی زیادی مصرف می‌کند، روش تنظیم سرعت اصلی نسبتاً پیچیده است و راندمان پایینی دارد. پس از استفاده از تنظیم سرعت تبدیل فرکانس، اثر صرفه‌جویی در مصرف انرژی نیز مشهود است.
مزایای تنظیم سرعت تبدیل فرکانس در عملکرد موتور
- تنها کافی است ترتیب سوئیچینگ را تغییر دهیم.مبدل خورشیدی در مبدل فرکانس، از یک لوله برای رسیدن به کموتاسیون خروجی استفاده می‌شود و هیچ خطری از سوختن موتور به دلیل کموتاسیون نامناسب وجود ندارد.
- بیشتر سیستم‌های تنظیم سرعت تبدیل فرکانس از سرعت و فرکانس پایین شروع می‌شوند. زمان شتاب‌گیری و کند شدن می‌تواند به دلخواه تنظیم شود، بنابراین زمان شتاب‌گیری و کند شدن نسبتاً ملایم است، جریان راه اندازی کم است و می‌تواند در فرکانس‌های بالاتر شروع و متوقف شود.
- سیستم تنظیم سرعت تبدیل فرکانس هنگام ترمز کردن، می‌تواند از مدار ترمز خود برای مصرف انرژی بار مکانیکی روی مقاومت ترمز استفاده کند و آن را به شبکه برق برگرداند. با این حال، برای برگرداندن به شبکه، به لوازم جانبی خاصی نیاز است و سرمایه‌گذاری نسبتا زیادی لازم است. علاوه بر این، اینورتر همچنین دارای عملکرد ترمز DC است. هنگام نیاز به ترمز، اینورتر ولتاژ DC را به موتور اعمال می‌کند تا ترمز انجام شود، بنابراین نیازی به افزودن مدار کنترل ترمز نیست.
- موتور DC را می‌توان با یک مبدل فرکانس جایگزین کرد و در این صورت از موتور القایی استفاده می‌شود. مثل موتورهای DC، به برس، حلقه لغزنده و … نیازی نیست و قابلیت نگهداری و مقاومت در برابر محیط عالی است.
- یک اینورتر می‌تواند به صورت موازی کار کند تا چندین موتور را کنترل کند.
- اینورتر را می توان به نرمی روشن و خاموش کرد، و زمان شتاب گیری و ترمز موتور را می توان به دلخواه تنظیم کرد.
- با استفاده از راه اندازی نرم و توقف نرم در فرکانس‌کنورتور، جریان راه اندازی موتور به ۱.۵ تا ۲ برابر جریان نامی کاهش می‌یابد. در حالت راه اندازی مستقیم، جریان راه اندازی به ۶ برابر جریان نامی می‌رسد که بار زیادی به موتور و سیستم برق تحمیل می‌کند.
- ترمز بازگشتی اینورتر برای ترمز الکتریکی بسیار کاربردی است.
برنامه‌هایی که به بهبود سطح فرآیند و کیفیت محصول می‌پردازند.
علاوه بر کاربرد تنظیم سرعت تبدیل فرکانس در بارهای فن و پمپ، این روش به طور گسترده در زمینه‌های مختلف کنترل تجهیزات مکانیکی مانند انتقال، پیچیدن، بالابری، اکستروژن و ماشین‌آلات قابل استفاده است. این روش می‌تواند به افزایش بازده تولید، افزایش طول دوره کاری عادی و عمر مفید تجهیزات، ساده‌سازی سیستم‌های عملیاتی و کنترلی، و حتی تغییر مشخصات فرآیند اولیه منجر شود و در نهایت سطح کنترل کل تجهیزات را ارتقا دهد.
چطور مناسب‌ترین تنظیمات اینورتر را انتخاب کنیم؟
برای انتخاب پیکربندی اینورتر، درک کامل از ویژگی‌های بار ضروری است، اما این کار دشوار است.
- مشخصات بار مانند نوع، سرعت و ماهیت بار را تأیید کنید.
- عملکرد مداوم، عملکرد بلندمدت، عملکرد کوتاه‌مدت و سایر ویژگی‌های عملیاتی
- حداکثر مقدار مصرف و مقدار خروجی اسمی
- محدوده کنترل سرعت
- تغییرات بار، جریان، ولتاژ، فرکانس، دما و غیره را تأیید کنید.
- دقت کنترل مورد نیاز
- روش ترمز
- مشخصات قدرت ورودی را تایید کنید، به عبارت دیگر، ظرفیت را بر اساس عواملی مانند مشخصات سرعت-گشتاور، ظرفیت اضافه بار، زمان‌بندی، گشتاور راه‌اندازی، مقدار خروجی نامی، حالت کار، حالت کنترل، تعداد دور، راندمان-قدرت و غیره انتخاب کنید.
با این حال، انتخاب پیکربندی اینورتر با استفاده از روش بالا کار آسانی نیست، بنابراین کاربران معمولی می‌توانند اینورتر را با توجه به پیکربندی موتور انتخاب کنند. ولتاژ پیکربندی (220V، 380V، 440V) را انتخاب کرده و ظرفیت اینورتر را با توجه به ظرفیت موتور (kW) انتخاب کنید. به طور کلی، محصولات با گشتاور شروع کم و بار کم مانند فن ها و پمپ های آب از موتورها و اینورترهایی با ظرفیت 1:1 استفاده می کنند؛ برای آسانسورها، جرثقیل ها و غیره که به گشتاور بیشتر و بارهای بزرگ نیاز دارند، ظرفیت انتخاب شده یک مرحله بالاتر از موتور تا اینورتر مرحله دوم است.
