مزایا و معایب اینورتر و بررسی معایب اینورتر تکفاز به سه فاز

بسیاری اوقات پیش آمده که برای خرید یک وسیله، ابزار و تجهیز به تحقیق و بررسی‌های مختلف می‌پردازیم تا در نهایت تصمیم بگیریم که آیا آن را نیاز داریم یا نداریم؟ چقدر هزینه کنیم؟ از چه کسی، با چه شرایطی و از کجا تهیه کنیم. اینورتر های کنترل دور موتور یکی از همان تجهیزات است که به دلیل داشتن امکانات مختلف، برندهای مختلف، توان‌های مختلف و مواردی از این قبیل نیاز به تحقیق و بررسی بیشتری دارند تا در نهایت کارفرما تصمیم به خرید بگیرد. لزوماً برای راه اندازی هر الکتروموتوری در هر پروژه‌ای نیاز به استفاده از درایوها نیست. از طرف دیگر در هر پروژه‌ای نمی‌توان از هر اینورتری استفاده کرد؛ بلکه باید بر اساس نوع عملیات و شرایط فنی و محیطی آن را تهیه کرد. در نهایت در برخی پروژه‌ها دلایل فنی مخصوصی مانند کنترل پذیری از راه دور سیستم مورد ملاک است که باید اینورتر متناسب با آن انتخاب شود. بر همین اساس برای راهنمایی هرچه بیشتر مهندسان و کارفرمایان گرامی قصد داریم تا در این مقاله به بررسی مزایا و معایب اینورتر بپردازیم. با ما همراه باشید.

اینورتر چیست و کاربرد آن در کجاست؟

در مقاله آشنایی با انواع اینورتر ها به بررسی کامل تجهیزی به نام اینورتر پرداختیم. در آن مقاله اشاره کردیم که محصول مورد نظر ما اینورتر های Variable Frequency Drive (VFD) یا درایوهای فرکانس متغیر هستند. در یک درایو کنترل دور موتور که تکفاز یا سه فاز بودن آن تفاوتی ندارد؛ برق AC وارد شده و توسط یکسوکننده ها تبدیل به برق DC می‌شود و در ادامه با استفاده از ادوات نیمه هادی‌های قدرت نظیر تریستورها و IGBT ها، عملیات PMW بر روی آنها انجام شده و شکل موج شبه سینوسی دقت بالا را مطابق با درخواست اپراتور یا بر اساس مدار فیدبک در خروجی که به الکتروموتور متصل است؛ تحویل می‌دهند. اساس کار اینورتر راه اندازی و تغییر سرعت الکتروموتور بر اساس فرکانس درخواستی است. در حال حاضر و بر اساس اینورترهای موجود در بازار شما می‌توانید سرعت یک الکتروموتور را از محدوده 0.4 الی دو یا چهار برابر فرکانس نامی (100 الی 200) هرتز تغییر دهید. البته دقت داشته باشید برای کارهای مداوم، استفاده از فرکانس‌های بسیار پایین و بسیار بالا توصیه نمی‌شود. زیرا احتمال آسیب دیدگی موتور بسیار زیاد است.

در مقاله آشنایی با کاربرد اینورتر نیز مخاطبان را به تفصیل با کاربردهایی که این دستگاه دارد و دلایل خرید و استفاده از آن آشنا کردیم. امکان داشتن کنترل توام ولتاژ و جریان سبب دسترسی ما به سرعت‌های مختلف الکتروموتور می‌شود که این اهم از اصلی‌ترین کاربردهای اینورتر یعنی “کنترل سرعت موتور” است. در ادامه  مقاله به امکان مدیریت و کنترل گشتاور اشاره کردیم. اینورتر ها دارای مدل‌های مختلف کنترلی هستند و در نتیجه به تناسب پروژه‌های مختلف قابل به‌کارگیری هستند به شرطی که بتوانند مدل کنترلی مورد نظر شما را پوشش دهند. خوب است بدانید که اینورتر ها به دلیل راه اندازی و توقف نرم الکتروموتورها موجب افزایش عمر تجهیزات و لوازم مصرفی نیز می‌شوند.

مزایای اینورتر چیست؟

وجود کاربردهای مختلف در این دستگاه و استفاده از آن در صنایع مختلف اعم از پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع تولیدی، معادن و… نشان می‌دهد که به طور حتم این دستگاه دارای مزایای بسیار زیادی است که در ادامه به آن‌ها اشاره خواهیم کرد:

1) امکان داشتن سرعت دلخواه و تنظیم آن

اساس کار اینورتر بر تغییر و تنظیم فرکانس است. در نتیجه شما می‌توانید به طیف وسیعی از سرعت‌های گوناگون از حد پایین تا چند برابر سرعت نامی موتور دسترسی داشته باشید. این اولین مزیت این دستگاه است که باعث می‌شود از آن در مواردی ساده مانند تنورهای نانوایی تا مواردی نسبتاً پیچیده مانند آسانسور، سانتریفیوژها و سیستم‌های انتقال آب استفاده شود.

2) عدم نیاز به تجهیزات اضافی یا خاص

چنانچه شما بخواهید یک الکتروموتور را در یک سرعت مشخص و با استفاده از یک اینورتر راه اندازی و متوقف کنید تا یک عملیات را انجام دهد (مثلاً یک میکسر ساده) نیازی به ادوات یا تجهیزات اضافه خاصی ندارید. تمامی تجهیزات که غالباً حفاظتی هستند؛ پیش از اتصال اینورتر به شبکه باید متصل شوند و پس از نصب اینورتر، هیچ تجهیزی ما بین اینورتر و الکتروموتور نباید قرار بگیرد. در نتیجه ممکن است تنها تجهیز اضافه مورد نیاز شما برای راه اندازی یک اینورتر با الکتروموتور تنها یک کلید اتوماتیک یا یک کلید مینیاتوری یا یک کنتاکتور یا یک کلید حرارتی باشد و معمولاً نیازی به بیش از یک تجهیز حفاظتی نمی‌باشد؛ مگر در پروژه‌هایی خاص.

3) کنترل جریان در زمان راه اندازی

الکتروموتورها در حالت عادی نیازمند توان بالایی برای راه اندازی اولیه هستند. این مسئله دو اتفاق مهم را به همراه دارد:

الف) جریان کشی بالا که می‌تواند موجب افت شبکه و آسیب به دیگر تجهیزات برقی موجود در کارخانه یا واحد صنعتی شود.

ب) راه اندازی ضربه‌ای و به یکباره الکتروموتور که می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات متصل به شفت الکتروموتور نظیر کوپلینگ ها، تسمه‌ها و گیربکس‌ها شود.

در نتیجه لازم است تا با یک جریان کنترل شده، موتور را راه اندازی کنیم و آن را به سرعت مطلوب مانند سرعت نامی آن برسانیم تا از اتفاقات بالا جلوگیری شود.

4) توان کمتر مورد نیاز در زمان راه اندازی

برای راه اندازی یک الکتروموتور با توان قابل توجه -بدون هیچ تجهیز اضافه‌ای و به صرف داشتن یک کلید- باید جریان برق زیادی برای راه اندازی مصرف شود که در برخی مواقع این جریان کشی تا 16 برابر جریان نامی موتور می‌تواند باشد. ثمره این راه اندازی، دریافت توان اولیه راه اندازی بسیار بالا، آسیب شبکه، آسیب بریکر یا کلید قطع و وصل و در نهایت آسیب تجهیزات متصل به موتور است. یکی از روش‌های راه اندازی الکتروموتور، روش ستاره – مثلث و استفاده از تایمر است که این روش برای الکتروموتورهای توان پایین مناسب است اما پیشنهاد ما استفاده از اینورتر است. اینورتر با برنامه ریزی و کنترل مناسب، راه اندازی را در شرایط نرم انجام داده و جریان برق را به تناسب سرعت به الکتروموتور تزریق می‌کند. در نتیجه دیگر خبری از جریان کشی بالا و توان ورودی بالا نبوده و موتور را با توان کمتری راه اندازی می‌کنیم.

5) امکان کنترل بر روی توقف و داشتن روش های مختلف برای توقف الکتروموتور

توقف الکتروموتور نیز مشابه با حالت راه اندازی می‌تواند یک عامل مهم در پروژه‌ها باشد. برای مثال بحث توقف و ترمز در بالابرها و آسانسورها بسیار مهم است؛ توقف در کانوایرها حائز اهمیت است و در نهایت در الکتروموتورهای صنعتی توان بالا توقف بسیار مهم است زیرا توقف در حالت آزاد، آنها را وارد حالت ژنراتوری می‌کند که قابلیت آسیب رساندن به دیگر تجهیزات را دارند. دستگاه‌های کنترل دور موتور دارای مدهای مختلف ترمزی برای یک توقف آرام در زمان دلخواه شما هستند. آنها این قابلیت را دارند که با ارسال برق DC از طریق پایانه‌های خروجی شفت، الکتروموتور شما را در زمان مورد نیاز قفل نمایند؛ آسانسورها را به جای یک تنش ضربه‌ای با حرکتی آرام متوقف کنند و از تجهیزات مکانیکی کمتری برای انجام این فرآیندها استفاده کنند. حتی در اینورتر های پیشرفته این قابلیت وجود داردکه شما از برق تولید شده در الکتروموتورهای توان بالا، استفاده مفید نمایید و از هدر رفت آن جلوگیری کنید.

6) توانایی برنامه ریزی و کنترل شتاب راه اندازی و توقف الکتروموتور

توانایی کنترل سرعت و امکان انجام عملیات راه اندازی و توقف نرم، نوید داشتن یک شتاب کنترل شده را به ما می‌دهد. همان‌گونه که می دانید شتاب کسر سرعت بر زمان است. وقتی که شما توانایی تنظیم سرعت را دارید، با استفاده از تنظیمات Acceleration Time و Deceleration Time که مربوط به تنظیم مدت زمان شتاب گیری موتور تا سرعت مورد نظر شما و به عکس تنظیم مدت زمان توقف موتور از سرعت مورد نظر شماست؛ می‌توانید شتاب را نیز در کنترل خود داشته باشید.

7) امکان تنظیم گشتاور مطابق با وضعیت بار قرارگرفته بر روی شفت الکتروموتور

زمانی که شما بتوانید پارامترهایی نظیر سرعت، زمان و شتاب را در اختیار خود داشته باشید؛ دیگر کافیست با پلاک خوانی الکتروموتور به مشخصات فنی آن دسترسی داشته و اطلاعات آن را به اینورتر بدهید و حال می‌توانید گشتاور را نیز در محدوده‌ای مشخص بر اساس اینورتر خریداری شده؛ تنظیم و تحت کنترل خود درآورید. در بسیاری از پروژه‌ها و خطوط تولید، گشتاور یک آیتم مهم به حساب می‌آید. نمونه استفاده از گشتاور را می‌توان در خطوط تولید سیم و کابل و صنایع نساجی مشاهده کرد.

8)عملکرد مستقیم و معکوس شفت الکتروموتور

اینورتر ها این قابلیت را دارند که با انجام یک برنامه ریزی ساده و استفاده از پایانه‌های کنترلی و شستی‌ها این شرایط را برای ما فراهم کنند که در سرعت‌های متفاوت و با زمان بندی‌های راه اندازی و توقف متفاوت، بتوانیم الکتروموتورها را در هر دو حالت چپ گرد و راستگرد راه اندازی کنیم.

9) سیستم حفاظت و عیب یابی داخلی

همه اینورتر ها در سیستم داخلی خود دارای سیستم حفاظت و خطایابی هستند. این سیستم موجب حفاظت از موتور و اینورتر خواهد شد. از جمله خطاهایی که این سیستم به آن واکنش نشان داده و از بروز حادثه جلوگیری می‌کند می‌توان به خطای فقدان فاز ورودی و خروجی، افت ولتاژ، افت جریان، گرم شدن بیش از حد دستگاه یا الکتروموتور و مواردی از این قبیل اشاره کرد.

10) صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی و ذخیره انرژی

چگونه ممکن است که ما از ابتدای شروع فرآیند راه اندازی و تا پایان آن بر روی اجرای فرآیند نظارت و کنترل ویژه داشته باشیم؛ همه موارد را بسنجیم و بهترین حالت را انتخاب کنیم؛ اما همچنان مصرف انرژی بالایی داشته باشیم؟ اینورتر های کنترل دور موتور از جمله دستگاه‌هایی هستند که به دلیل عملکرد مفید و مهم خود در صنعتی که استفاده از الکتروموتورها تقریباً بیش از 60 درصد است؛ توانسته‌اند صرفه جویی انرژی زیادی را به ارمغان آورند. وجود سیستم‌های نظارت بر عملکرد موتور از طریق فیدبک داخلی، امکان داشتن سیستم حلقه بسته از طریق فیدبک خارجی و داشتن روش‌های مختلف راه اندازی و توقف الکتروموتورها آن هم در سرعت دلخواه، همگی نشان دهنده صرفه جویی در مصرف انرژی و ذخیره آن می‌باشد.

11) کاهش اختلالات خط در شبکه برق مصرفی

وجود جریان راه اندازی کنترل شده و همچنین سیستم حفاظت داخلی دستگاه سبب می‌شود تا از بروز اختلال و ایجاد خطر از جانب اینورتر و الکتروموتور به شبکه مصرفی موجود در واحد صنعتی جلوگیری شود. در کارخانجاتی که استفاده از سیستم‌های اتوماسیون در کنار الکتروموتورها مرسوم است؛ استفاده از اینورتر ها به جهت جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکترونیکی لازم است.

12) امکان ارتباط از راه دور و کنترل سیستم

اینورتر ها از جمله تجهیزاتی هستند که بین سه شاخه مختلف الکترونیک، قدرت و کنترل ارتباط بر قرار کرده‌اند. از جمله قابلیت‌های اینورتر ها توانایی ارتباط آنها با دیگر ادوات اتوماسیون صنعتی نظیر PLC ها، HMI ها، سنسورها و رایانه‌هاست. اینورتر ها با استفاده از بستر شبکه‌های صنعتی با  این ادوات ارتباط بر قرار کرده و با قرارگیری در یک سیستم بزرگتر مانند DCS این قابلیت را دارند که از راه دور (مانند یک مرکز دیسپچینگ یا حتی در یک گوشی موبایل در صورت داشتن یک اپلیکیشن) نظارت و کنترل شوند.

معایب اینورتر چیست؟

مطمئناً هر تجهیز الکترونیکی بر اساس ویژگی‌ها و امکاناتی که دارد؛ می‌تواند معایبی داشته باشد که می‌تواند قابل رفع باشد و  یا در صورت غیر قابل رفع بودن باید شرایط خاصی را برای آن در نظر گرفت. در ادامه اشاره‌ای به معایب اینورتر ها خواهیم داشت:

1) ایجاد هارمونیک زیاد در مدار

اینورتر ها به دلیل عملکرد فرکانسی و کار با ادوات سوئیچینگ نیمه هادی‌های قدرت؛ از جمله بزرگ‌ترین تولید کننده‌های هارمونیک (ضرایب فرد سری فوریه) هستند. بر همین اساس نباید از آنها در کنار ادوات الکترونیک، اتوماسیونی و سنسوریک استفاده کرد و لازم است تا حتماً با فاصله استاندارد از آنها نصب شوند. یک راه حل نسبتاً جدید برای کاهش این مشکل، استفاده از فیلتر EMC در اینورترهای جدید است. این فیلتر می‌تواند تا حد زیادی مانع از این مشکل شود. راه حل قدیمی‌تر و پر استفاده تر که سبب بهبود بالایی در عملکرد درایو نیز می‌شود؛ استفاده از چوک های AC و DC در مدارات اینورتر است. در نهایت با استفاده از هردو این روش‌ها تا حدود بسیار زیادی این مشکل برطرف می‌شود.

2) استفاده از سیستم کدینگ و صفحه نمایش سون سگمنتی در برخی مدل های پایین تر

مدل‌های ابتدایی و توان پایین اینورتر ها از صفحه نمایش سون سگمنتی استفاده می‌کنند که برای متوجه شدن نوشته عنوان شده یا انجام تنظیمات حتماً لازم است به دفترچه راهنما مراجعه شود. مزیت این مدل کاهش ابعاد دستگاه و داشتن کی پد کوچک‌تر است. در نمونه‌های پیشرفته‌تر و یا برای توان‌های بالاتر، صفحه نمایش‌های LCD جایگزین این صفحه نمایش‌ها شده است.

3) تجهیزی گران قیمت

اگرچه وجود درایوهای ارزان قیمت و به خصوص نمونه‌های متفرقه چینی را کتمان نمی‌کنیم؛ اما به هر نحوه برای تهیه یک اینورتر با برند مطرح و ضمانت معتبر باید هزینه زیادی به نسبت استفاده از مدار ستاره-مثلث یا نظیر اینها پرداخته شود. فراموش نکنیم که مبلغ فوق ما به ازای دریافت دستکم 12 مزیت فوق است. پس بهتر است با بررسی پروژه و تطبیق آن با مزیت‌های یک اینورتر تصمیم خود را در خصوص هزینه آن بگیریم.

این مقاله به بررسی مزایا و معایب اینورتر و مقایسه آن با دیگر مدل‌های راه اندازی الکتروموتورها و حفاظت از آنها پرداختیم. برق و انرژی افتخار دارد تا اینورترهای مطرح و معتبر بازار برق را با ضمانت نامه و خدمات پس از فروش به شما ارائه نماید. برای کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره در این زمینه می‌توانید به صفحه محصولات اینورتر مراجعه و یا با کارشناسان فنی ما در ارتباط باشید. انرژی در دستان تو!