نکات مهم در استفا‌ه از اینورترها

در دهه‌های اخیر، اینورترها به عنوان یکی از تکنولوژی‌های کلیدی در حوزه برق و الکترونیک به چشم‌اندازهای بی‌نظیری دست یافته‌اند. این دستگاه‌ها که به تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب می‌پردازند، نقش حیاتی در بهینه‌سازی مصرف انرژی، کنترل سرعت موتورها، و افزایش کارایی در انواع صنایع ایفا می‌کنند. مقاله حاضر به بررسی نکات مهم در استفاده از اینورترها می‌پردازد و بر اهمیت این فناوری در بهبود عملکرد سیستم‌های برقی تأکید می‌کند. از اینورترها در صنعت، خودروسازی، ساختمان‌ها، و حوزه‌های مختلف دیگر به‌عنوان یک ابزار برتر برای مدیریت انرژی و افزایش کارایی استفاده می‌شود. در این مقاله، به بررسی انواع اینورترها، کاربردهای گسترده آن‌ها، و نکات کلیدی در نصب و بهینه‌سازی این دستگاه‌ها پرداخته خواهد شد.

توجه به اندازه بار در انتخاب اینورتر ضروری است

اندازه‌گیری اینورتر بسیار گسترده‌تر از تنها تطبیق با اسب بخار موتور است و باید به عوامل متعددی توجه کند. در این راستا، مشخصات کاربری بار مورد نظر باید به دقت مورد بررسی قرار گیرد. عواملی چون نوع بار (ثابت یا متغیر)، شروع و توقف دوره‌های مکرر یا کار مداوم نیز در فرآیند انتخاب تجهیزات باید در نظر گرفته شوند.

ضرورت تعیین گشتاور و بالاترین جریان پیک در هر لحظه از عملکرد موتور امری حیاتی است. این کار با تایید جریان‌های نامی بار کامل موتور (FLA) آغاز می‌شود. در این راستا، لازم است توجه داشته باشیم که ممکن است الکتروموتورهایی که دوباره سیم‌پیچی شده‌اند، FLA بیشتری نسبت به مقدار ذکر شده در پلاک نام داشته باشند.

اندازه‌گیری اینورتر نباید تنها بر اساس حداکثر گشتاور دیماند انجام شود. در شرایط خاص، ممکن است موتور به قدرت و گشتاور بیشتری نیاز داشته باشد، و هنگامی که بارهای دینامیکی یا بارگذاری ضربه‌ای زاویه‌ای ایجاد می‌شود، اینورتر ممکن است نیاز به سایز بزرگتری داشته باشد. در شرایطی که اضافه بار موقتی زیادی بوجود می‌آید، اینورتر باید جریان کافی را فراهم کند تا عملکرد موتور را تضمین کند.

برای مثال، برای راه‌اندازی یک نوار نقاله با بار پر شده، نیاز به انرژی بیشتری از اینورتر استفاده خواهد شد. در حالی که بسیاری از اینورترها می‌توانند برای 60 ثانیه با اضافه بار 150 درصد کار کنند، اما ممکن است نیاز به اضافه بار بیشتری برای مدت زمان طولانی‌تر باشد. بر اساس مدت زمان اضافه بار، یک اینورتر بزرگتر برای تضمین تحمل موقت این بار ممکن است لازم باشد. همچنین، تاسیسات واقع در ارتفاعات بالا ممکن است به دلیل کمبود هوای خنک‌کننده، اندازه‌گیری اینورتر با سایز بزرگ‌تر نیاز داشته باشد.

ویژگی‌های اینورتر را به درستی بشناسید

استفاده از اینورترها باعث مزایای متعددی می‌شود که به صرفه‌جویی در انرژی، قابلیت تنظیم سرعت و گشتاور موتور، کاهش جریان هجومی هنگام استارت و توقف، و همچنین برگشت کنترل شده جلب توجه می‌کند. احتمالاً بزرگترین ارزش افزوده این تکنولوژی در کاهش مصرف انرژی در دستگاه‌هایی مانند دمنده، فن و پمپ‌های سانتریفیوژ با سرعت کمتر است.

در این زمینه، به عنوان نمونه، کاهش سرعت یک دمنده به 50 درصد، جریان هوا را نیز به همان اندازه کاهش داده و در عین حال نیاز به برق را 5/87 درصد کاهش می‌دهد. نکته قابل توجه در اینجا این است که توان مصرفی برای فن، دمنده و پمپ گریز از مرکز با مکعب دور موتور متناسب است که در سرعت‌های پایین می‌تواند انرژی قابل توجهی را ذخیره کند.

توانایی اینورتر در تغییر سرعت موتور، امکان بهینه‌سازی کار مورد نیاز دستگاه یا فرآیند را فراهم می‌کند، زیرا تنها سرعت ضروری تامین می‌شود. در مقابل، کار با سرعت کامل الکتروموتور و محدود کردن خروجی آن، منجر به کاهش عمر موتور و افزایش نیاز به تعمیر و نگهداری می‌شود.

اینورتر به عنوان یک ابزار کنترلی مؤثر، جریان‌های استارت موتور را کاهش داده و از ایجاد جریان‌های بیش از حد هنگام استارت جلوگیری می‌کند. در الکتروموتورهای بزرگتر، استارت تمام-بار دیماند باعث ایجاد مشکلات مهم در سیستم توزیع برق می‌شود. این مشکلات می‌توانند منجر به فرورفت یا کاهش ولتاژ در زمان شروع به کار موتور شوند. به دلیل استفاده از استارت با شتاب کنترل شده توسط اینورتر، این مشکلات قابل‌توجهی حل می‌شوند.

استفاده از اینورتر شتاب کنترل شده منجر به کاهش جریان شروع می‌شود و عمر موتور را افزایش می‌دهد. این اهمیت به‌ویژه در کاربردهایی که نیاز به شروع و توقف مکرر دارند، افزایش می‌یابد. همچنین، اینورتر نیاز به یک استارتر معکوس را برطرف می‌کند. کنترل شتاب و کاهش سرعت ارائه‌شده توسط اینورتر، باعث کاهش فرسودگی و شکستگی تجهیزات، و کاهش خسارات و تخریب مربوطه می‌شود.

تعیین گزینه‌های ترمز از اهمیت بالایی برخوردار است

در صورت کاهش سرعت بار، اینورتر ممکن است به مقدار کمی کمک نیاز داشته باشد. اگرچه توانایی اینورتر در توقف بارهای با اینرسی متوسط را دارد، اما در مواجهه با بارهای دارای اینرسی بالا، ممکن است افزایش ولتاژ در مرحله راه‌انداز باشد. برای کنترل سریع سرعت بارهای سنگین، در نظر گرفتن مقاومت ترمز دینامیکی خارجی ضروری است.

استفاده از مقاومت ترمز به اینورتر امکان می‌دهد تا با کاهش ولتاژ تولید شده توسط موتور، سرعت را کاهش داده و گشتاور ترمز بیشتری تولید کند. در مقایسه با اینورترهای معمولی که تقریباً 20 درصد گشتاور ترمز را فراهم می‌کنند، مقاومت ترمز خارجی قادر به بهبود به‌شدت گشتاور ترمز اینورتر برای مدیریت کاهش سرعت بارهای سنگین است و همچنین می‌تواند حرارت ناشی از شروع و توقف مکرر را کاهش دهد.

توجه به رابط اینورتر ضروری است

کنترل اینورترها توسط ورودی/خروجی (I/O) سیمی گسسته یا از طریق ارتباطات دیجیتال انجام می‌شود. ورودی‌های گسسته، که معمولاً از PLC حاصل می‌شوند، برای عملیات راه‌اندازی و توقف استفاده می‌شوند. هرچند که استفاده از کلیدهای فشاری دستی و سوئیچ‌های انتخابگر نیز امکان‌پذیر است.

ورودی‌های دیگر که قابل تنظیم هستند، شامل jog، بازنشانی از ایراد، انتخاب شتاب/کاهش سرعت، انتخاب سرعت (گام) اولیه، PID و موارد دیگر هستند. خروجی‌های گسسته اینورتر، شامل خطای موجود، فرکانس بدست‌آمده، سرعت غیرصفر و نشانگر محلی/از راه دور هستند. برخی از راه‌اندازها خروجی فرکانس به عنوان مرجع سرعت نیز دارند.

در بخش ورودی آنالوگ یک راه‌انداز فرمان وجود دارد. سیگنال‌های آنالوگ معمولاً از نوع 0 تا 10 ولت DC، 4 تا 20 میلی‌آمپر یا مشابه آن هستند. همچنین، خروجی آنالوگ می‌تواند سیگنال مرجع سرعت موتور را فراهم کرده و برای اینورترهای سرعت پایین در یک چینش ارباب/پیرو (master-follower) به کار رود. این تنظیمات می‌توانند سرعت چندین موتور اینورتر را هماهنگ کنند و همچنین خروجی آنالوگ می‌تواند سیگنال‌های آنالوگ سرعت، جریان و گشتاور را به PLC منتقل کند.

گزینه‌های ارتباط دیجیتال را بررسی کنید

پروتکل‌های ارتباطی دیجیتال، در برابر نیاز به کابل‌های I/O دائمی، امکان انتقال دستورات و اطلاعات بین PLC و اینورتر را از طریق یک کابل فراهم می‌کنند. این پروتکل‌ها از رابط‌های سریال ساده مانند ModbusRS232/RS485 گرفته تا گزینه‌های ارتباطی پیشرفته‌تر اترنت و فیلدباس مانند EtherNet/IP متغیر هستند.

رابط‌های ارتباطی این امکان را فراهم می‌کنند که یک دستگاه اصلی مانند PLC یا کنترل کننده پیشرفته دیگر، به کنترل اینورتر بپردازد. این رابط می‌تواند نیاز به ورودی و خروجی گسسته و آنالوگ دائمی را حذف کند و قابلیت کنترل سرعت، جریان، خرابی و سایر پارامترهای راه‌انداز را ارائه دهد.

اتصال سریال RS-232 به یک راه‌انداز، به خوبی برای کاربردهای تک راه‌انداز که در نزدیکی PLC قرار دارند، عمل می‌کند. در صورت نیاز به چندین راه‌انداز، یک شبکه RS-485 می‌تواند چندین راه‌انداز را با یک پیکربندی زنجیر دیزی (daisy-chain, multidrop) اداره کرده و فاصله ارتباطی را تا 4000 فوت افزایش دهد.

رابط اترنت، با سرعت بالا، پهنای باند گسترده و گزینه‌های پیکربندی شبکه، عملکرد بالاتری را ارائه می‌دهد. با استفاده از پروتکل‌های اترنت صنعتی مانند Modbus TCP/IP یا EtherNet/IP، ساده‌سازی سیم‌کشی اینورتر و ارائه روشی آسان برای پیکربندی از راه دور راه‌اندازها، می‌توان چندین راه‌انداز را با یک PLC کنترل کرد.

حالت کنترل را اعمال کنید

نوع کنترل متغیر اینورتر به طور عمده توسط نوع کاربرد آن تعیین می‌شود. این انواع شامل ولت در هر هرتز (V/Hz)، بردار بدون حسگر یا حلقه بسته هستند. در روش V/Hz، نسبت بین ولتاژ و فرکانس تغییر شار موتور را کنترل می‌کند، که به تأمین گشتاور عملکرد موتور کمک می‌کند. راه‌اندازهای V/Hz، به خصوص در کاربردهایی نظیر فن‌ها و پمپ‌ها، به طور مؤثر عمل می‌کنند.

اینورترهای بدون حسگر-بردار به دلیل کنترل دقیق سرعت در دامنه گسترده سرعت و بدون نیاز به بازخورد از رمزگذار یا انکودر شناخته می‌شوند و به عنوان راه‌اندازهای معروف به شمار می‌روند. این انواع، در حلقه باز با کارایی بالا عمل می‌کنند. از طرف دیگر، اینورترهای حلقه بسته از بازخورد رمزگذار (encoder) برای کنترل دقیق سرعت، با نظارت بر سرعت واقعی موتور و اطلاعات لغزش، بهره می‌برند. اینورترهای بدون حسگر-بردار و حلقه بسته، تنظیم سرعت با کیفیت بالا را فراهم می‌کنند و به بهترین شکل در کاربردهای صنعتی چون کاغذسازی، بافندگی، ماشین‌های چاپ و سایر فعالیت‌های تبدیلی عمل می‌کنند.

تعریف پروفایل‌های حرکتی از اهمیت بالایی برخوردار است

تنظیمات نمایه حرکتی اینورتر به طور قابل توجهی از نوع کاربرد آن تبعیت می‌کند. این تنظیمات حرکتی شامل مقادیری نظیر سرعت موتور، شتاب، کاهش سرعت، خطی بودن رمپ، کنترل گشتاور، ترمز و PID می‌شوند. بسیاری از اینورترهای موجود در بازار این پارامترها را در اختیار کاربران قرار می‌دهند، با این حال PID ممکن است فقط در راه‌اندازهای پیشرفته‌تر موجود باشد. دسترسی به این پارامترها و برنامه‌ریزی آن‌ها از طریق صفحه کلید و نمایشگر اپراتور یا ارتباطات دیجیتال ممکن است. مطالعه دقیق کتاب راهنما به کاربران کمک می‌کند تا این پارامترها را درک نموده و اطمینان حاصل کنند که نصب، تنظیم و کنترل بهینه انجام شده است.

توجه به نکات مرتبط به نصب اینورتر ضروری است

پیروی دقیق از الزامات نصب به دلیل تولید گرمای چشمگیر در زمان کار اینورتر، اهمیت بسیاری دارد. شروع و توقف مکرر ممکن است باعث افزایش دما در محفظه اینورتر شود، که ممکن است نیاز به سیستم تهویه داشته باشد تا دما را در حدود مشخصی نگه دارد. این راهنما اطلاعاتی را ارائه می‌دهد که به محاسبه مقدار گرمای متوقع در شرایط مختلف کار اینورتر کمک می‌کند. اگر یک الکتروموتور استاندارد به مدت طولانی با سرعت کم عمل کند، ممکن است بیش از حد گرمایی شود. بنابراین، در صورت نیاز به کار با سرعت کم، استفاده از یک موتور طراحی شده برای عملکرد با اینورتر ضروری است.

مشخص کردن پارامترهای عملکرد اهمیت دارد

استفاده از یک کنتاکتور در منبع تغذیه برای متوقف کردن اینورتر از منظر کنترل، به طور معمول توصیه نمی‌شود؛ زیرا این ممکن است منجر به کاهش عمر عملیاتی آن شود. این اقدام تنها در شرایط اضطراری باید اجرا شود. برای کنترل شروع و توقف، ورودی و خروجی راه‌انداز یا ارتباطات باید در تمام مواقع به کار گرفته شوند. دفترچه راهنمای اینورتر جزئیات این روش‌ها و دیگر روش‌های نصب و راه‌اندازی را بیان کرده است که به دقت باید دنبال شوند.

هارمونیک‌ها و نویزها را کنترل کنید

هنگامی که اینورترها فعالیت می‌کنند، نویزها و هارمونیک‌های الکتریکی ایجاد می‌کنند که ممکن است به موتورها، تجهیزات، ترانسفورماتورها و سیم‌کشی برق آسیب برسانند. با این حال، استفاده از فیلترها و راکتورهای خط یا بار می‌تواند این مشکلات را به حداقل برساند. بیشتر دستورالعمل‌های نصب برای اینورتر، به کارگیری فیلترهای هارمونیک غیرفعال، مانند راکتورهای خط AC و چوک‌ها را توصیه می‌کنند. این تجهیزات با کاهش هارمونیک‌ها، از اینورترها در برابر اضافه ولتاژ گذرا در خط راه‌انداز حفاظت می‌کنند.

فیلترهای هارمونیک فعال در سمت خط، شکل موج جریان هارمونیک را برعکس کرده و به خط تغذیه می‌فرستند تا نویز تولید شده توسط اینورتر خنثی شود. از سوی دیگر، راکتور بار در سمت بار از عایق کابل موتور در برابر اتصال کوتاه و آسیب موج بازتابنده را محافظت می‌کند. جایگذاری این راکتورها در همه کاربردها با موتورهای القایی استاندارد و در هر موقعیتی که مسافت اینورتر تا موتور بیش از 75 فوت (حدود ۲۳ متر) باشد، یک روش مناسب برای طراحی به شمار می‌رود.

جمع بندی

در این مقاله به بررسی نکات مهم در استفاده از اینورتر پرداختیم. این موارد شامل بررسی نکاتی همچون مزایا و کاربردهای استفاده از اینورترها، اثرات جانبی نویز و هارمونیک‌های الکتریکی و راهکارهای کاهش آن‌ها می‌شوند. همچنین در مورد نکات مهم نصب و پیکربندی صحیح اینورترها، اهمیت حالت کنترل، و رویکردهای بهینه‌سازی مصرف انرژی اطلاعاتی ارائه شده است. در نهایت، مقاله به نکاتی از جمله نحوه پیکربندی نمایه حرکتی، اهمیت پیروی از الزامات نصب و نحوه مدیریت حرارت تمرکز داشته است.

سوالات متداول

• چرا استفاده از اینورتر در سیستم‌های الکتریکی موثر است؟

استفاده از اینورتر در سیستم‌های الکتریکی به دلیل قابلیت کنترل سرعت و گشتاور موتورها، صرفه‌جویی در انرژی، و کاهش نویز و هارمونیک‌های الکتریکی اثربخش است.

• چه نکاتی در نصب اینورتر باید مدنظر قرار گیرد؟

در نصب اینورتر، مهم است به مواردی همچون مدیریت حرارت، فیلترهای هارمونیک، و انتخاب حالت کنترل مناسب توجه کنید تا عملکرد بهینه و طول عمر بلندتر را ایجاد کنید.

• چطور می‌توان از مشکلات نویز و هارمونیک‌های الکتریکی ناشی از استفاده از اینورتر جلوگیری کرد؟

استفاده از راکتورها و فیلترهای هارمونیک، پیکربندی صحیح نمایه حرکتی، و اعمال استانداردهای نصب به عنوان راهکارهایی برای کاهش نویز و هارمونیک‌های الکتریکی می‌تواند موثر باشد.