چرا اینورتر؟؟؟

v     

       چرا اینورتر؟؟؟

درایو فرکانس متغیر یا اینورتر نوعی کنترل کننده موتور از لحاظ راه اندازی و حفاظتی است که با تغییر دادن فرکانس و ولتاژ اعمال شده به الکتروموتور آن را به گردش در می آورد.

v     اینورتر چیست؟

اینورتر ها و مبدل های کنترل فرکانس تجهیزاتی هستند که برای تبدیل جریان مستقیم  DC به جریان متناوب AC  با شکل موج pwm  مورد استفاده قرار می گیرند.

در واقع عملکرد اینورتر ها بر عکس کار یک یکسو ساز ها میباشد،اینورتر ها به صورت ورودی 3 فاز 400 ولت و ورودی 3 فاز 220 ولت و ورودی تک فاز 220 ولت در ایران خیلی مورد استفاده قرار میگیرند.

v     کاربرد اینورتر :

منبع تغذیه استاتیک : در بعضی از صنایع مثل دریایی  ضنایع هوایی و صنایع نظامی از اینورتر به عنوان یک ژنراتور استاتیک برای تولید فرکانس  400 هرتز با ولتاژ 200 ولت برای مصارف خاص آن صنایع استفاده میشود.

درایو کردن و راه اندازی موتور : از درایو ها برای کنترل موتور های الکتریکی استفاده می شود که قابلیت هایی نظیر کنترل دور,تعویض جهت چرخش,..را دارد که برای کنترل دور از روش کنترل همزمان ولتاژ و فرکانس استفاده میشود برای این منظور برق ورودی اغلب توسط یک یکسو کننده به برق DC تبدیل می شود و سپس توسط اینورتر تغییرات مورد نیاز برای کنترل دور در فرکانس و دامنه موج اعمال می شود و برق خروجی به موتور داده می شود.

موج تولیدی توسط اینورتر یک موج مربعی می باشد که توسط فیلتر های سلف و خازن به موج سینوسی تبدیل می باشد.

همچنین دامنه و فرکانس این موج سینوسی نیز توسط تقویت کننده هایی که در آن تعبیه شده قابل تغییر است. اینورتر در دو نوع سه فاز و تکفاز موجود میباشد.

نکته ی مهمی که باید در مورداینورتر VFD ها به یاد داشته باشید این است که در  قالب مقایسه و در جایی که یک سافت استارتر، فقط ولتاژ را در زمان راه اندازی کنترل می کند، یک اینورتر VFD هم ولتاژ و هم فرکانس (V/F) را در تمام سرعت ها کنترل می کند و اجازه می دهد گشتاور کامل در سراسر فرایند حفظ شود گشتاور کامل در پایین ترین سرعت یکی از ارزنده ترین قابلیت های اینورتر ها به شمار میرود.

v     اهمیت استفاده از اینورتر ها در صنعت :

اینورتر ها مجموعه ای از مدارات الکترونیک قدرت و کنترل هستند که با تکنیکهای شناخته شده و بحث شده قابلیت کنترل دور الکتروموتور را برای ما فراهم میسازند.

مقدار تغییر فرکانس توسط اپراتور به وسیله اینورتر باعث کاهش یا افزایش دور موتور میگردد میدانیم که در بسیاری از صنایع میزان بهره وری و میزان دقت کنترل سیستم بستگی به کنترل دور موتور دارد مثل پمپ ها کانوایر ها و جرثقیل ها و... ، ساده ترین مثال برای اهمیت استفاده از اینورتر در صنعت مثال یک اسانسور است ما در یک سیستم اسانسور نیاز به 3 سرعت داریم بدین ترتیب که ابتدای حرکت یک سرعت ،در طول حرکت سرعت دوم و در زمان ایست در ایستگاه مورد نظر یا لولینگ سرعت سوم ،در اپلیکیشن هایی نظیر اسانسور و جرثقیل کیفیتی که استفاده از اینورتر در سیستم فوق به ما میدهد را با هیچ یک از سیستم های راه اندازی دیگر قابل مقایسه نیست.

اینورتر ها می توانند نقش مهمی در استفاده و حفاظت از تجهیزات و ماشین آلات ارزشمند شما ایفا کنند.یک دلیل این است که اغلب هنگامی که یک موتور برای اولین بار روشن می شود، گشتاور تا حد زیادی غیر قابل کنترل است و باعث شوک به هر دستگاه متصل به ان و ایجاد آسیب های احتمالی می شود. در این جاست که  اینورتر VFD وارد عمل شده و می تواند به منظور کاهش گشتاور مورد استفاده قرار گیرد و همچنین باعث کاهش جریان های هجومی اولیه ، مربوط به اولین باری که تجهیزات تامین انرژی یا برق دهی می شوند ، خواهد شد و سهم بسیار مهمی در ایجاد صرفه جویی انرژی را دارد.

v     آیا ارزش سرمایه گذاری را دارد؟

در طول این مقاله به شما آموختیم که اینورتر ها چه هستند و اینکه چه نقش مهمی را در اجرای کاربری های مختلف بازی میکنند. در حال حاضر، شما این فرصت را دارید که تصمیم بگیرید آیا برای شما مناسب هستند یا نه. شک نکنید که نیازی غیر قابل انکار است مزایایی که از خرید اینورترحاصل می شود، اغلب اوقات، به هزینه های اولیه می ارزد، چون عملکرد بهتر سیستم و فرآیندهای بهبود یافته که ب اینورتر بدست می آید، می تواند برای اجرای بسیاری از برنامه ها حیاتی باشد. اگر هزینه یک عامل است و برای شما مهم است و همچنین در مورد ضربات مکانیکی که به دستگاه شما وارد میشود نگران هستید، شاید در نگاه اول به نظر برسد که سافت استارتر چون  معمولا یک سوم قیمت یک اینورتر را دارد  انتخاب مناسب تری است اما شما نباید اجازه دهید که این عامل تعیین کننده ی تصمیم گیری شما باشد. اینورتر ها  به صرفه جویی قابل توجهی در انرژی کمک خواهند کرد و مزایای جامع تری و باور نکردنی را  ارائه خواهند داد.

 در حالی که سافت استارترها اینگونه نیستند. شاید در ابتدا یک سرمایه گذاری کوچک درخرید بحساب آیند اما کنترل کمتری بر تمامی سیستم ارائه می دهند .

 

 

 

 

مقایسه موتورهای پله ای 2 فاز و 5 فاز

• مقایسه ای بین موتورهای دو فاز (1.8°/0.9°) و پنج فاز (0.72°/0.36°) در زمینه  های زیر انجام شده است:
• رزولوشن (resolution)
• ارتعاشات
• گشتاور
• دقت
• سنکرون کردن
•  تفاوت در چیست؟دو تفاوت عمده بین موتورهای پله ای دو فاز و پنج فاز وجود دارد. اولین تفاوت در ساختار مکانیکی آنهاست. موتور پله ای از دو بخش عمده روتور و استاتور تشکیل شده است. روتور به نوبه خود از سه جزء rotor cup1، rotor cup2 و یک آهنربای دائم تشکیل شده است. در یک موتور پله ای 2 فاز استاتور از 8 قطب مغناطیسی با دندانه های کوچک ساخته شده است در حالیکه تعداد قطبها در موتور 5 فاز 10 عدد است. هر قطب از استاتور سیم پیچ جداگانه ای دارد. 
• 
• 
•  تفاوت دیگر بین 2 فاز و 5 فاز در تعداد فازها است. موتور دو فاز دو فاز "A" و "B" دارد درحالیکه موتور 5 فاز دارای پنج فاز است. در اصل منظور از تعداد فازها تعداد ترکیب های مختلفی است که به ترتیب برای به حرکت درآمدن موتور تغذیه به آنها وصل می شود. این تفاوتها چه تغییری در عملکرد دو موتور دارد؟ بدیهی است که روش به کار رفته در درایور موتور مانند Wave Drive، گام کامل (Full Step)، نیم گام (Half Step) و ریزگام (Micro step) هرکدام به نوبه خود در نحوه عملکرد هریک از این موتورها تأثیر میگذارد. صرفنظر از نوع درایو در مورد تفاوت های عمده عملکرد این موتورها می توان به موارد زیر اشاره کرد.رزولوشن یا تفکیک پذیری (Resolution)از لحاظ سازه ای تفاوت زیاد نیست. مثلا روتور موتورهای 2 فاز و 5 فاز شرکت اورینتال هر دو 50 دندانه دارند. تفاوت در این است که از آنجا که موتور پله ای 5 فاز دارای 10 قطب است روتور تنها باید یک دهم گام یک دندانه را حرکت کند تا با فاز بعدی در یک راستا قرار گیرد. در موتور دو فاز موتور باید یک چهارم گام دندانه حرکت نماید تا در راستای فاز بعدی قرار بگیرد.در نتیجه در موتور دو فاز 200 گام در دور یا به عبارتی 1.8 درجه در هرگام خواهیم داشت در حالیکه در موتور 5 فاز 500 گام در هر دور یا به عبارت دیگر 0.72 درجه در هر گام خواهیم داشت. این افزایش رزولوشن در ذات طراحی موتور 5 فاز نهفته است. وقتی با درایورهای دارای قابلیت حرکت ریزگام همراه شود می تواند با پله های در حد 0.00288 درجه حرکت کند. توجه کنید که دقت و تکرارپذیری (repeatability) کماکان به دقت مکانیکی موتور وابسته است. دقت مکانیکی هر دو نوع موتور 2 فاز و 5 فاز ±3 دقیقه قوسی (0.05 درجه) است. ارتعاشاتاز آنجا که هر گام موتور پله ای 5 فاز 0.72 درجه در مقابل 1.8 درجه موتور 2 فاز است ارتعاشات موتور 5 فاز به مراتب از موتور 2 فاز کمتر خواهد بود. شکل زیر ارتعاشات تولید شده توسط هریک از این موتورها را نشان می دهد. 
• 
• (این نمودار با درایور ریزگام حدود 5000 گام بر دور ترسیم شده است. یک ژنراتور به محور دوم موتور وصل شده و خروجی ولتاژ آن اندازه گیری شده است. با ارتعاش بیشتر موتور ولتاژ بیشتری تولید شده است.) گشتاوربا اینکه تفاوت کمی بین گشتاور خروجی موتور دو فاز و پنج فاز است، موتور 5 فاز گشتاور قابل استفاده بیشتری دارد. دلیل آن میزان نوسانات گشتاوری است که دو نوع موتور تولید می کنند.داریو نیم گام یا ریز گام یک موتور 5 فاز گشتاور را تا حدود 10 درصد افزایش می دهد چرا که تعداد فاز بیشتری به تغذیه وصل می شوند. این در حالی است که موتور دو فاز با افت گشتاور تا 40 درصد مواجه خواهد شد. اما اغلب درایورهای دو فاز آن مسأله را با overdrive کردن بردار گشتاور مخالف جبران می کنند.وقتی فازهای مختلف با هم کار می کنند و اثر آنها در تولید گشتاور با هم جمع می شود نوسان گشتاور در موتور 5 فاز نسبت موتور 2 فاز کاهش بیشتری پیدا می کند. مقدار تفاوت بین حداکثر و حداقل گشتاور در موتور دو فاز به 29 درصد و در موتور پنج فاز به 5 درصد می رسد.از آنجایی که نوسانات گشتاور مستقیماً در ارتعاشات موتور تأثیر گذار است موتور 5 فاز می تواند نرمتر از موتور 2 فاز حرکت کند.
• 
• 
•  
• 
•  نوسانات گشتاور برای موتور 2 فاز 
• 
• نوسانات گشتاور برای موتور 5 فاز دقت (Accuracy) و تکرار پذیری (Repeatability)دقت دارای دو مؤلفه است مکانیکی و الکتریکی. خطای الکتریکی از بالانس نبودن یا متعادل نبودن فازها ناشی می شود. به عنوان مثال اگر تلرانس مقاومت سیم پیچهای یک موتور در محدوده ±10 درصد باشد و اگر توان نامی هر فاز موتور 10W باشد با آن تلرانس یک فاز میتواند 9.2W و دیگری 10.6W ایجاد کند. این تفاوت بین فازها باعث می شود روتور تمایل داشته باشد روبروی یک فاز قرار بگیرد تا فاز دیگر.خطای مکانیکی خود تحت تأثیر پارامترهای متعددی است که مهمترین آنها ساختار دندانه هاست. اگرچه فرض بر این است که یک دندانه موتور کاملاً مربعی باشد ولی در عمل عمر قالب و فرایند تولید باعث می شود تا تعدادی از دندانه ها یا بخشی از آنها گرد ساخته شوند. موقعی که دندانه گرد باشد شار مغناطیسی به جای اینکه مستقیم حرکت کند به اطراف منحرف می شود. این مورد و مواردی از این دست در دقت موتور تأثیر گذار هستند.با  استفاده از درایو با گام کامل یک موتور 2 فاز با هر 4 پله به حالت (state) قبلی خود باز می گردد در حالیکه وضعیت موتور 5 فاز هر 10 پله تکرار می شود. هر خطای الکتریکی که ناشی از عدم توازن فازها باشد در موتور 2 فاز در هر 4 پله و در موتور 5 فاز در هر 10 پله خنثی می شود و تنها خطای مکانیکی باقی می ماند.موقعی که موتور یک دور کامل بزند همان دندانه ها دوباره در موقعیت اولیه قرار گرفته و خطای مکانیکی از بین می رود. از آنجا موتور 2 فاز 200 پله در هر دور دارد در هر 200 پله تقریباً کامل و دقیق خواهد بود. برای موتور 5 فاز این عدد 500 پله است. سنکرون بودن (Synchronism)از آنجا که موتور 5 فاز تنها 0.72 درجه در هر پله حرکت می کند از دست دادن یک پله به خاطر overshooting/undershooting غیر ممکن است. اگر در حال حرکت دقیقاً دو دندانه مورد نظر از روتور و استاتور روبروی هم قرار نگیرند می گوییم موتور سنکرون بودن خود را از دست داده یا یک پله را گم کرده است.چه عاملی باعث می شود تا دندانه ها روبروی هم قرار نگیرند؟ برای اینکه دندانه روتور در محل مطلوب قرار نگرفته باشد باید یک دندانه دیگر در موقعیت مناسبی قرار گرفته باشد. برای اینکه این اتفاق بیفتد باید روتور بیشتر حرکت کرده باشد (فرارفت، فراجهش، overshoot) یا به اندازه کافی حرکت نکرده و به موقعیت نرسیده باشد (undershoot) و این مقدار بیشتر از 3.6 درجه باشد. چرا 3.6 درجه؟ زیرا دندانه های روتور با نیروی مغناطیسی جذب می شوند. دندانه مد نظر روتور باید بیشتر از نصف فاصله بین دندانه های استاتور حرکت کرده باشد تا بتواند جذب شده و روبروی آن قرار بگیرد (از تقسیم شدن بر2 فاصله 7.2 درجه عدد 3.6 درجه به دست می آید). بنابراین موقعی که روتور بیشتر از 3.6 درجه حرکت میکند (overshoot) دندانه بعدی در موقعیت خود قرار خواهد گرفت و باعث از دست رفتن یک پله می شود. کمتر حرکت کردن هم نتیجه مشابهی خواهد داشت. 
• 
•  نحوه درایوشکل زیر نحوه درایو موتور دو فاز با حرکت 1.8 درجه بر پله (گام کامل) را نشان می دهد. 
• 
• شکل زیر هم نحوه تحریک موتور 5 فاز با حرکت (0.72 درجه بر پله) با تحریک 4 فاز پنتاگون (Pentagon 4-phase Excitation) که مختص موتورهای 5 فاز است را نشان می دهد.