اینورتر Siemens مدل 6SE3225-5DJ40

الکتروموتورها بخش مهمی از تجهیزات صنعتی را به حرکت درمی‌آورند؛ از پمپ و فن گرفته تا نوار نقاله، میکسر، کمپرسور، دستگاه‌های تولیدی، آسانسور و بالابر.

در بسیاری از این کاربردها، روشن و خاموش کردن ساده موتور کافی نیست. موتور باید با سرعت مشخصی راه‌اندازی شود، شتاب و توقف آن قابل کنترل باشد و عملکردش متناسب با نیاز واقعی دستگاه تغییر کند. اینجاست که  وارد سیستم می‌شود.

امکان کنترل دقیق‌تر موتور را فراهم می‌کند و به بهبود عملکرد دستگاه، کاهش فشارهای مکانیکی، مدیریت بهتر مصرف انرژی و افزایش قابلیت‌های کنترلی سیستم کمک می‌کند.

در این مقاله بررسی می‌کنیم  چیست، چگونه کار می‌کند، چه کاربردهایی دارد و هنگام انتخاب آن باید به چه نکاتی توجه کرد. همچنین با سری‌های صنعتی و تخصصی  زیما آشنا می‌شویم.

اینورتر چیست؟

در صنعت، اینورتر تجهیزی الکترونیکی برای کنترل سرعت و عملکرد الکتروموتورهای AC است. این دستگاه با تغییر فرکانس و ولتاژ خروجی، سرعت، شتاب، جهت حرکت و در بعضی کاربردها گشتاور موتور را کنترل می‌کند.

در بازار صنعتی با نام‌های دیگری مانند موارد زیر هم شناخته می‌شود:

• درایو
• درایو کنترل دور موتور
• VFD
• Variable Frequency Drive
• مبدل فرکانس

در ادبیات رایج صنعت ایران، واژه‌های  و «درایو» معمولاً برای اشاره به یک دستگاه کنترل دور موتور استفاده می‌شوند.

البته از نظر فنی،  یکی از بخش‌های داخلی یک VFD است. یک دستگاه کامل کنترل دور، معمولاً از یکسوساز، لینک DC، مدار  و واحد کنترل تشکیل می‌شود. با این حال، در بازار و مکالمات صنعتی، کل این مجموعه را  می‌نامند.

اینورتر چگونه کار می‌کند؟

عملکرد یک معمولی را می‌توان در سه مرحله اصلی توضیح داد.

۱. تبدیل برق AC ورودی به DC

برق ورودی ابتدا وارد بخش یکسوساز می‌شود. این بخش، ولتاژ متناوب AC را به ولتاژ مستقیم DC تبدیل می‌کند.

۲. تثبیت ولتاژ در لینک DC

ولتاژ DC تولیدشده وارد بخش میانی دستگاه می‌شود. در این بخش، خازن‌های قدرت به صاف و پایدار شدن ولتاژ کمک می‌کنند.

این قسمت معمولاً با نام‌های زیر شناخته می‌شود:

• DC Bus
• DC Link
• لینک DC

۳. تولید دوباره برق AC با فرکانس و ولتاژ قابل کنترل

در مرحله آخر، ترانزیستورهای قدرت با سوئیچ‌کردن سریع، ولتاژ DC را دوباره به برق AC تبدیل می‌کنند.

تفاوت اصلی این خروجی با برق مستقیم شبکه این است که  می‌تواند فرکانس و ولتاژ آن را تغییر دهد. در نتیجه، سرعت و عملکرد موتور مطابق نیاز دستگاه کنترل می‌شود.

این فرایند معمولاً با روش مدولاسیون پهنای پالس یا PWM انجام می‌شود.

فرکانس چه ارتباطی با سرعت موتور دارد؟

سرعت میدان دوار موتور به فرکانس برق و تعداد قطب‌های موتور بستگی دارد.

رابطه سرعت سنکرون به‌صورت زیر است:

سرعت سنکرون = ۱۲۰ × فرکانس ÷ تعداد قطب‌ها

برای مثال، سرعت سنکرون یک موتور چهارقطب در فرکانس ۵۰ هرتز برابر با ۱۵۰۰ دور بر دقیقه است. سرعت واقعی موتور القایی کمی کمتر از این مقدار خواهد بود که دلیل آن پدیده‌ای به نام لغزش یا Slip است.

با کاهش فرکانس خروجی اینورتر، سرعت موتور کاهش پیدا می‌کند و با افزایش فرکانس، سرعت آن بیشتر می‌شود؛ البته افزایش سرعت باید با توجه به مشخصات موتور، محدودیت‌های مکانیکی و شرایط دستگاه انجام شود.

اینورتر چه چیزهایی را کنترل می‌کند؟

بسته به مدل دستگاه و نوع کاربرد، می‌تواند موارد مختلفی را کنترل یا مدیریت کند:

• سرعت موتور
• شتاب راه‌اندازی
• شتاب کاهش سرعت
• جهت چرخش موتور
• گشتاور
• توقف نرم یا آزاد
• ترمز DC
• فرایندهای کنترلی مانند فشار، دبی و کشش
• فرمان‌های ورودی و خروجی
• ارتباط با PLC و سیستم اتوماسیون
• حفاظت از موتور و دستگاه

بنابراین اینورتر فقط یک وسیله برای کم و زیاد کردن دور موتور نیست؛ بلکه بخشی از سیستم کنترل و اتوماسیون دستگاه محسوب می‌شود.

مهم‌ترین مزایای استفاده از 

کنترل دقیق سرعت موتور

در بسیاری از دستگاه‌ها، موتور نباید همیشه با یک سرعت ثابت کار کند.

برای مثال:

• سرعت نوار نقاله باید متناسب با خط تولید تنظیم شود.
• سرعت میکسر باید در مراحل مختلف فرایند تغییر کند.
• فشار پمپ باید بر اساس میزان مصرف آب کنترل شود.
• حرکت آسانسور و بالابر باید در شروع و توقف نرم باشد.

اجازه می‌دهد سرعت موتور متناسب با نیاز واقعی فرایند تنظیم شود.

راه‌اندازی نرم موتور

در راه‌اندازی مستقیم، موتور به‌صورت ناگهانی به شبکه برق متصل می‌شود. این شرایط می‌تواند جریان راه‌اندازی زیاد و ضربه مکانیکی ایجاد کند.

با افزایش تدریجی فرکانس و ولتاژ، موتور را با شتاب تنظیم‌شده راه‌اندازی می‌کند. این قابلیت می‌تواند فشار واردشده به اجزایی مانند تسمه، گیربکس، کوپلینگ، یاتاقان و سازه دستگاه را کاهش دهد.

توقف کنترل‌شده

در بعضی دستگاه‌ها، قطع ناگهانی برق موتور مناسب نیست. می‌تواند سرعت موتور را طی زمان مشخصی کاهش دهد تا دستگاه نرم‌تر متوقف شود.

در کاربردهایی با اینرسی بالا یا انرژی برگشتی، ممکن است به مقاومت ترمز یا روش‌های کنترلی دیگر نیاز باشد.

کنترل بهتر فرایند

می‌تواند بخشی از حلقه کنترل دستگاه باشد. برای مثال، در سیستم پمپاژ، فشار اندازه‌گیری‌شده توسط سنسور به  ارسال می‌شود و دستگاه سرعت پمپ را برای حفظ فشار مورد نظر تغییر می‌دهد.

در ماشین‌آلات صنعتی نیز  می‌تواند بر اساس فرمان PLC، ورودی آنالوگ، کلیدهای دیجیتال، پتانسیومتر یا شبکه صنعتی کنترل شود.

کاهش مصرف انرژی در کاربردهای مناسب

اینورتر در همه دستگاه‌ها به یک اندازه باعث کاهش مصرف برق نمی‌شود.

بیشترین ظرفیت صرفه‌جویی معمولاً در بارهایی دیده می‌شود که نیاز آن‌ها در طول زمان تغییر می‌کند؛ مانند:

• پمپ‌های سانتریفیوژ
• فن‌ها
• سیستم‌های تهویه
• سامانه‌های آبرسانی

در چنین کاربردهایی، به‌جای اینکه موتور همیشه با حداکثر سرعت کار کند و دبی با شیر یا دمپر محدود شود، می‌توان سرعت موتور را متناسب با نیاز سیستم کاهش داد.

در بارهای با گشتاور ثابت یا دستگاه‌هایی که همیشه با ظرفیت کامل کار می‌کنند، مزیت اصلی  ممکن است کنترل فرایند، راه‌اندازی نرم و کاهش استهلاک باشد، نه لزوماً کاهش چشمگیر مصرف برق.

حفاظت از موتور و تجهیزات

معمولاً دارای حفاظت‌هایی برای شناسایی شرایط غیرعادی هستند. بسته به مدل دستگاه، این حفاظت‌ها می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• اضافه‌جریان
• اضافه‌بار
• اتصال کوتاه
• افزایش یا کاهش ولتاژ
• افزایش دما
• خطای فاز
• خطای خارجی
• شرایط غیرعادی موتور

وجود حفاظت داخلی، جایگزین طراحی صحیح تابلو و تجهیزات ایمنی نیست؛ اما می‌تواند به تشخیص سریع‌تر مشکل و کاهش احتمال آسیب گسترده کمک کند.

اینورتر در چه دستگاه‌هایی استفاده می‌شود؟

در بخش بزرگی از تجهیزات صنعتی قابل استفاده است، از جمله:

• نوار نقاله
• میکسر
• اکسترودر
• دستگاه بسته‌بندی
• ماشین‌آلات تولیدی
• دستگاه‌های CNC
• فن و هواکش
• کمپرسور
• پمپ و بوسترپمپ
• آسانسور
• بالابر
• کرین و جرثقیل
• پله‌برقی
• دستگاه‌های کشش و رولینگ
• تجهیزات آبرسانی
• سیستم‌های پمپاژ خورشیدی

نوع اینورتر باید متناسب با کاربرد انتخاب شود. امکانات مورد نیاز یک پمپ با امکانات مورد نیاز یک آسانسور یا نوار نقاله یکسان نیست.

تفاوت اینورتر عمومی و اینورتر تخصصی چیست؟

اینورترهای عمومی برای طیف گسترده‌ای از کاربردهای صنعتی طراحی می‌شوند. این دستگاه‌ها معمولاً امکاناتی مانند کنترل سرعت، کنترل گشتاور، ورودی و خروجی‌های قابل برنامه‌ریزی، PID، ارتباط صنعتی و حفاظت موتور را ارائه می‌دهند.

تخصصی علاوه بر وظایف اصلی کنترل موتور، امکاناتی دارند که برای یک کاربرد مشخص طراحی شده‌اند.

برای مثال، یک  تخصصی پمپ می‌تواند قابلیت‌هایی مانند موارد زیر داشته باشد:

• کنترل فشار
• تشخیص بی‌آبی
• حالت Sleep
• مدیریت چند پمپ
• سازگاری با سنسور فشار

در کاربرد آسانسور نیز تنها کم و زیاد کردن سرعت کافی نیست. هماهنگی با ترمز، کنترل گشتاور در سرعت پایین، توقف دقیق، فیدبک انکودر و مدیریت حرکت اهمیت بیشتری پیدا می‌کند.

پس تفاوت اصلی در نوع طراحی، الگوریتم‌های کنترلی، ورودی و خروجی‌ها، پارامترها و توابع اختصاصی هر کاربرد است.

چگونه اینورتر مناسب را انتخاب کنیم؟

انتخاب ا فقط با دیدن توان موتور انجام نمی‌شود. برای انتخاب صحیح باید چند عامل هم‌زمان بررسی شوند.

۱. نوع کاربرد

قبل از هر چیز باید مشخص شود موتور قرار است چه دستگاهی را راه‌اندازی کند.

برای مثال:

• کاربرد عمومی صنعتی: سری G
• پمپ و بوسترپمپ: سری P
• آسانسور، بالابر، کرین و جرثقیل: سری L
• پمپاژ با انرژی خورشیدی: سری S

اگرچه یک اینورتر عمومی می‌تواند در بعضی کاربردهای پمپی استفاده شود، انتخاب سری تخصصی P امکانات کنترلی مرتبط با پمپ را مستقیماً در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

۲. توان و جریان نامی موتور

توان موتور مهم است، اما جریان نامی آن نیز باید بررسی شود.

جریان خروجی نامی  باید با جریان درج‌شده روی پلاک موتور و شرایط کاری دستگاه متناسب باشد.

در بارهای سنگین، راه‌اندازی‌های مکرر یا کاربردهایی با گشتاور بالا، ممکن است انتخاب ظرفیت بالاتر ضروری باشد. این تصمیم باید بر اساس محاسبات فنی انجام شود، نه یک قانون ثابت برای همه دستگاه‌ها.

۳. نوع برق ورودی

باید مشخص شود برق محل نصب تک‌فاز است یا سه‌فاز.

بعضی مدل‌ها ورودی تک‌فاز ۲۲۰ ولت دریافت کرده و خروجی سه‌فاز ۲۲۰ ولت تولید می‌کنند. مدل‌های دیگر برای ورودی سه‌فاز ۳۸۰ ولت و خروجی سه‌فاز ۳۸۰ ولت طراحی شده‌اند.

سربندی ستاره یا مثلث موتور باید متناسب با ولتاژ خروجی اینورتر انجام شود.

۴. نوع بار

بارها رفتار یکسانی ندارند.

برخی بارها مانند فن و پمپ سانتریفیوژ، گشتاور متغیر دارند. برخی دیگر مانند نوار نقاله و میکسر ممکن است به گشتاور ثابت یا گشتاور راه‌اندازی بیشتری نیاز داشته باشند.

نوع بار روی انتخاب ظرفیت، الگوریتم کنترل و تنظیمات  اثر می‌گذارد.

۵. نیاز به کنترل گشتاور یا انکودر

در بسیاری از کاربردهای عمومی، کنترل بدون انکودر یا Sensorless کافی است.

در کاربردهایی مانند آسانسور، کنترل دقیق حرکت یا گشتاور در سرعت پایین، ممکن است به کنترل Closed Loop و کارت انکودر نیاز باشد.

۶. توقف و ترمز

در بارهایی با اینرسی بالا یا کاربردهای بالابر، ممکن است هنگام توقف انرژی از موتور به اینورتر برگردد.

در چنین شرایطی باید نیاز به مقاومت ترمز، واحد ترمز یا روش توقف مناسب بررسی شود.

۷. ورودی‌ها، خروجی‌ها و ارتباط صنعتی

باید مشخص شود اینورتر چگونه فرمان می‌گیرد:

• کلید و شستی
• پتانسیومتر
• سنسور
• PLC
• HMI
• ورودی آنالوگ
• ورودی دیجیتال
• شبکه Modbus

تعداد و نوع ورودی و خروجی‌های لازم باید پیش از خرید بررسی شود.

۸. شرایط محیط نصب

دمای محیط، رطوبت، گردوغبار، ارتفاع از سطح دریا، لرزش و کیفیت تهویه روی عملکرد و عمر اینورتر اثر می‌گذارند.

در دفترچه‌های زیما برای نصب صحیح بر مواردی مانند نصب داخل تابلو فلزی دارای تهویه، رعایت فاصله مناسب و جلوگیری از ورود گردوغبار و رطوبت تأکید شده است.

نکات مهم نصب اینورتر

حتی بهترین اینورتر نیز در صورت نصب اشتباه، عملکرد مناسبی نخواهد داشت.

چند نکته مهم عبارت‌اند از:

• اینورتر داخل تابلو برق فلزی استاندارد نصب شود.
• گردش هوای مناسب از پایین به بالای تابلو فراهم باشد.
• حدود ۱۰ سانتی‌متر فضای آزاد در اطراف، بالا و پایین دستگاه در نظر گرفته شود.
• کابل‌های قدرت از کابل‌های فرمان جدا باشند.
• بدنه اینورتر و موتور به‌درستی ارت شوند.
• ورودی برق به ترمینال‌های ورودی و موتور به ترمینال‌های خروجی متصل شود.
• نول به ارت متصل نشود.
• از نصب کنتاکتور برای قطع و وصل عادی بین خروجی اینورتر و موتور خودداری شود.
• سربندی ستاره یا مثلث موتور متناسب با ولتاژ خروجی باشد.
• در محیط‌های آلوده، برای ورودی هوای تابلو فیلتر در نظر گرفته شود.
• از نصب دستگاه در معرض باران، تابش مستقیم خورشید و رطوبت متراکم خودداری شود.

در دفترچه‌های زیما، دمای کاری محل نصب بین منفی ۱۰ تا مثبت ۵۰ درجه سانتی‌گراد اعلام شده است. در دماهای بالاتر از ۴۰ درجه، باید کاهش ظرفیت در نظر گرفته شود.

همچنین در ارتفاع‌های بیشتر از ۱۰۰۰ متر از سطح دریا، به دلیل کاهش توان خنک‌کنندگی هوا، کاهش ظرفیت دستگاه باید محاسبه شود.

اشتباهات رایج در انتخاب و استفاده از اینورتر

انتخاب فقط بر اساس کیلووات

ممکن است دو موتور با توان یکسان، جریان، نوع بار یا شرایط راه‌اندازی متفاوتی داشته باشند. انتخاب باید بر اساس توان، جریان و کاربرد انجام شود.

انتخاب سری نامناسب

یک اینورتر عمومی ممکن است موتور پمپ را راه‌اندازی کند، اما امکاناتی مانند تشخیص بی‌آبی، کنترل فشار و مدیریت چند پمپ را لزوماً به شکل تخصصی ارائه نمی‌دهد.

وارد نکردن مشخصات صحیح موتور

جریان، فرکانس، ولتاژ، دور و توان موتور باید مطابق پلاک وارد شوند. تنظیم نادرست این مقادیر می‌تواند باعث عملکرد ضعیف یا خطا شود.

شتاب خیلی کوتاه

شتاب‌گیری یا توقف بسیار سریع می‌تواند باعث اضافه‌جریان، اضافه‌ولتاژ یا فشار مکانیکی شود.

تهویه نامناسب تابلو

گرما یکی از عوامل اصلی کاهش عمر قطعات الکترونیکی است. تابلو بسته و بدون گردش هوا می‌تواند موجب خطای اضافه‌دما و کاهش عمر دستگاه شود.

بی‌توجهی به سرعت پایین موتور

در دور پایین، فن نصب‌شده روی محور موتور نیز آهسته‌تر می‌چرخد. اگر موتور برای مدت طولانی با دور پایین و جریان بالا کار کند، ممکن است به فن کمکی نیاز داشته باشد.

ریست مکرر خطا بدون عیب‌یابی

خطا نشان‌دهنده وجود یک شرایط غیرعادی است. ریست مکرر بدون یافتن علت می‌تواند باعث آسیب جدی‌تر شود.

آیا اینورتر عمر موتور را افزایش می‌دهد؟

اگر اینورتر به‌درستی انتخاب، نصب و تنظیم شود، می‌تواند به کاهش تنش‌های واردشده به موتور و تجهیزات مکانیکی کمک کند.

راه‌اندازی نرم، توقف کنترل‌شده، محدود کردن جریان و تنظیم سرعت متناسب با نیاز فرایند از جمله عواملی هستند که می‌توانند استهلاک سیستم را کاهش دهند.

https://servocontroljalil.com