کاربرد اینورتر در راه‌اندازی و کنترل موتورهای گیرلس

By
کاربرد اینورتر در راه‌اندازی و کنترل موتورهای گیرلس

کاربرد اینورتر در راه‌اندازی و کنترل موتورهای گیرلس

 اینورتر دستگاهی الکتریکی است که برای تولید جریان AC از جریان DC کاربرد دارد. جریان DC مورد نیاز از باتری یا خروجی یک‌سوشده جریان سه فاز برق شهری فراهم می‌شود. کارکرد اینورتر به شرح زیر است:

  • پل (معمولا دیودی) که ولتاژ سه فاز را یک‌سو کرده و آن را به ولتاژ پالسی پیوسته تبدیل می‌کند؛
  • یک خازن بزرگ (CB) که ولتاژ را صاف کرده و آن را به DC بدل می‌کند؛
  • یک پل IGBT (ترانزیستور دو قطبی با گیت عایق شده) که DC را با کمک VVVF به AC تبدیل می‌کند؛
  • یک مقاومت (R) که انرژی اضافی موتور در حالت بی‌باری را به صورت گرما تلف می‌کند.

پل دیودی ورودی را می‌توان با پل IGBT مشابه آنچه در ورودی به کار رفته جایگزین کرد. در این صورت جریان می‌تواند از سیم‌پیچ اصلی به اینورتر و بالعکس شارش یابد. این به آن معنی است که انرژی اضافی تولید شده در حال بی باری موتور به جای اتلاف در مقاومت R به سیم‌پیچ اصلی بازگردانده می‌شود. در این حالت اینورتر را بازتولیدی می‌خوانند. با تغییر فرکانس و ولتاژ خروجی (اینورتر مزبور VVVF یا ولتاژ متغیر، فرکانس متغیر هم خوانده می‌شود) تنظیمات لازم برای سرعت مناسب موتور به دست خواهد آمد. اینورترها انقلابی تمام و کمال در دنیای آسانسورها به وجود آورده‌اند.

امروزه در کنار هر سیستم کششی جدیدی که نصب می‌شود، چه موتور آسنکرون باشد و چه سنکرون مغناطیس دایم، یک اینورتر برای تنظیم سرعت موتور قرار می‌گیرد. اینورترها دیگر در هر سیستم الکتریکی که نیازمند تنظیم پارامتری باشد به کار می‌روند. از فن گرفته تا پمپ و آسانسور و… همچنین هر جا که نیاز به تبدیل DC به AC سه فاز یا تک فاز باشد، مانند UPSها، سلول‌های خورشیدی و منبع تغذیه اضطراری برای بازگرداندن کابین آسانسور به طبقه در زمان بروز قطعی برق شهری؛ اینورترها وارد بازی می‌شوند.

اینورتر آسانسورهای هیدرولیک
اینورتر آسانسورهای هیدرولیک

انواع اینورتر

اینورترها برحسب دقت مطلوب و کاربرد مورد نظر به خانواده‌های زیر تقسیم می‌شوند:

اسکالرکه در آن نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت بوده و مستقل از بار است.

برداری با کنترل حلقه‌ای گشتاور که در آن نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت نبوده، اما به بار، سرعت و فرکانس روتور بستگی پیدا می‌کند. این اینورترها گشتاور ثابت را در شرایط سرعت متغیر تضمین می‌کنند.

برداری با کنترل حلقه‌‌ای بسته جریان که در آن کنترل سرعت روتور از طریق انکودر صورت می‌گیرد. سیگنال انکودر با سرعت مورد نظر مقایسه می‌شود تا سرعت مطلوب در هر شرایط سرعت و بار در کنار تضمین کنترل موقعیت ایستای موتور تضمین شود.

کاربرد اینورترها در در آسانسورها مانند بسیاری دیگر از کاربردهای آن مزایا و معایبی دارد که در بخش بعد به آن‌ها خواهیم پرداخت.

بلوک دیاگرام اینورتر
بلوک دیاگرام اینورتر

مزایا و معایب اینورتر

مزایا

  • شرایط عالی سرعت موتور، چه موتور سنکرون باشد و چه آسنکرون، به علاوه شتاب‌گیری و ترمزگیری کنترل‌شده
  • کیفیت بالاتر حرکت
  • دقت در توقف
  • صرفه‌جویی مطلوب در مصرف انرژی
  • کاهش جریان آغاز حرکت
  • باز شکل‌دهی جریان بنیادی در ۵۰ هرتز
  • امکان استفاده از یک نوع موتور برای سرعت‌های مختلف
  • گرم شدن کمتر موتور
  • حساسیت کمتر به تغییرات سیم‌پیچ‌های اصلی

معایب

اینورترها را می‌توان یکی از تولیدکنندگان اصلی اختلالات الکترومغناطیسی به شمار آورد. سیستم الکترونیکی که اکنون در اینورترها مورد استفاده قرار می‌گیرد، ولتاژ سینوسی تولید نمی‌کند. بلکه با تولید پالس‌های فرکانس بالا (۴ تا ۱۶ کیلوهرتز) شکل موج سینوسی را «تقلید» می‌کند. نتیجه «ریاضی» این شکل موج‌ها در کنار یکدیگر ولتاژی سینوسی است.

این شبیه‌سازی و تقلید باعث ایجاد اثرهای خاصی می‌شود:

  •   اختلال‌هایی که از کابل‌های متصل به موتور منتشر می‌شوند را EMI یا اختلال رادیویی می‌نامند. این مشکل به طور معمول با استفاده از کابل شیلددار در تمام مسیر سینگال حل می‌شود. مسیر شیلددار باید تمام مسیر جعبه تقسیم خروجی اینورتر به جعبه تقسیم موتور را بپوشاند؛
  •   اختلال‌هایی که از طریق ورودی اینورتر به منبع تغذیه منتقل می‌شوند. این مشکل هم به همان ترتیب با استفاده از کابل شیلددار قابل حل خواهد بود؛
  •   هارمونیک‌های توان که از پل دیودهای ورودی اینورتر ناشی می‌شوند. برای حل این مشکل باید از فیلترهای مناسب استفاده شود. معمولا می‌توان از چوک‌های با مقدار بالای پارامتر القایی استفاده کرد؛
  •   تنش بالا در عایق‌بندی موتور.

اگر در موتورهای قدیمی که در زمان پیش از اینورترها ساخته می‌شدند، اینورتر نصب شود، ممکن است عایق‌بندی کارایی خود را از دست دهد. به همین دلیل بهتر است بین اینورتر و موتور، فیلتر مناسب (در این مورد هم چوک) تعبیه گردد تا پیک‌های ولتاژ گرفته شوند. در غیر این صورت این پیک‌های می‌توانند راه خود را از درون عایق‌بندی باز کنند.