در دنیای امروز، تکنولوژی‌های الکتریکی و الکترونیکی به سرعت در حال پیشرفت هستند و نقش بسزایی در بهبود عملکرد و کارایی دستگاه‌ها و ماشین‌آلات ایفا می‌کنند. یکی از این تکنولوژی‌های مهم و تأثیرگذار، “اینورتر” است که در زمینه تبدیل جریان الکتریکی به صورت مستقیم به جریان متناوب یا برعکس نقش بسیار مهمی را ایفا می‌کند.
اینورترها به عنوان یکی از فناوری‌های پیشرفته، توانسته‌اند نقش بسزایی در بهینه‌سازی مصرف انرژی، کنترل دقیق سرعت موتورها، و کاهش نویز و لرزش در سیستمهای الکتریکی ایفا کنند. با مطالعه این مقاله، با مزایا و اهمیت اینورترها در بهبود کارایی و کیفیت فرآیندهای مختلف صنعتی و زندگی روزمره آشنا خواهید شد.
کاهش مصرف انرژی
یکی از مهم ترین موارد استفاده از اینورتر درایو (Inverter Drive) برای راه اندازی موتور، کاهش مصرف انرژی می باشد. مصرف انرژی هنگام راه اندازی موتور با اینورتر درایو تقریبا برابر با جریان نامی موتور می باشد و همچنین مصرف انرژی در زمانی که موتور با سرعت کمتری در حال گشتاور است به نسبت سرعت به توان ۳ ، کاهش می یابد.
جهت چرخش موتور
برای تغییر جهت دور موتور نیاز به تجهیزات سخت افزاری می باشد که با اینورتر درایو نیازی به این تجهیزات برای تغییر دور موتور نیست. از نمونه این دستگاه ها می توان به کنتاکتور، وسایل حفاظتی و اتصالات اشاره کرد.با استفاده از درایو به راحتی می توان جهت چرخش موتور ، راست گرد یا چپ گرد را کنترل و مدیریت کرد.
کنترل سرعت موتور
می توان گفت که کار اصلی این دستگاه تغییر ولتاژ و فرکانس توسط مبدل سوچینگ می باشد، در نتیجه تغییر سرعت موتور با تغییر ولتاژ و فرکانس از صفر تا صد با استفاده از آن به سهولت انجام می گیرد.
ترمز ژنراتوری
به طور کلی از دو روش برای کنترل سرعت موتوراستفاده می شود:
الف. ترمز مکانیکی
ب. ترمز ژنراتوری
ترمز مکانیکی نسل قدیم ترمز در موتورها بوده و برای کاهش سرعت، انرژی مکانیکی را به انژی گرمایی تبدیل می کند. در این نوع ترمز انرژی هدر رفته و باعث اتلاف انرژی می شود.اما در ترمزهای ژنراتوری انرژی مکانیکی ، اضافه به سیستم برق رسانی انتقال داده می شود. به عبارتی انرژی هدر نرفته و مجددا مورد استفاده قرار می گیرد.
کاهش نوسانات ولتاژ
به هنگام راه اندازی موتور بدون اینورتر درایو جریان راه انداز بیشتر از جریان نامی موتور می باشد.این مسئله باعث نوسانات ولتاژی (تغییر ولتاژ) و افت ولتاژ برای مصرف کننده های دیگر می شود با استفاده از کنترل دور برای راه اندازی موتور ، این نوسان ولتاژ تقریبا به صفر میرسد.
کنترل شتاب موتور
زمانی که موتور به صورت مستقیم به برق شهر متصل می شود انرژی زیادی به موتور اعمال می گردد. این مسله باعث شتاب گیری سریع موتور شده که باعث تنش شدیدی بر روی شفت موتور و بار متصل به شفت می گردد که با استفاده از درایور موتور می توان کنترل دور موتور را از صفر تا صد در اختیار داشت.
افزایش عمر موتور
باتوجه به اینکه راه اندازی موتور با دستگاه کنترل دور موتور از شوک های ناگهانی و توان های زیاد به موتور جلوگیری می کند ، احتمال آسیب دیدن موتور و بار روی شفت موتور را کاهش می دهد.اینورتر درایو نه تنها می تواند جریان راه اندازی و توان اولیه را کم کند بلکه می تواند موتور را در حلقه بسته (مدار با سنسور) هنگام فعالیت خیلی موثرتر کنترل کند.لذا این امر علاوه اینکه باعث افزایش طول عمر موتور می شود ، باعث صرفه جویی در هزینه های نگهداری نیز می شود.
کاهش جریان راه اندازی به کمتر از ۱۰درصد جریان نامی موتور
کنترل کننده های دورموتور قادرند با افزایش تدریجی فرکانس، موتوررا بصورت نرم راه اندازی نمایند که علاوه بر کاهش تنشهای الکتریکی روی شبکه،از شوکهای مکانیکی به پمپ نیز جلوگیری میشود. این شوکهای مکانیکی میتواند باعث استهلاک سریع قسمتهای مکانیکی موتور و پمپ نظیر بلبرینگهای موتور و پروانه پمپ شوند. راه اندازی نرم هزینه های نگهداری را کاهش داده و باعث افزایش عمر مفید موتور و پمپ و سایر تجهیزات مکانیکی خواهدشد. جریان کشیده شده از شبکه در هنگام راه اندازی موتور با استفاده از درایو کمتر از ۱۰% جریان اسمی موتور است.درحالی که در راه اندازی مستقیم پمپ جریان راه اندازی بالای۶۰۰% جریان نامی موتور میباشد. درحالت ستاره مثلث نیز هنگام سوئیچ از ستاره به مثلث جریان بسیار زیادی در حدود ۴۰۰% جریان نامی موتور ازشبکه کشیده میشود.
جلوگیری از ایجاد پدیده کاویتاسیون با محدود کردن سرعت راه اندازی پمپ
با محدود کردن سرعت راه اندازی در پمپها، توسط کنترل کننده ها ، پدیده کاویتاسیون در زمان راه اندازی تحت کنترل در می آید. کاویتاسیون به دلیل کاهش فشار در قسمت مکش پمپ و تبخیر مایع ایجاد می گردد. یکی از دلایل ایجاد کاویتاسیون استارت ناگهانی پمپ و دور گرفتن سریع پره هاست . این امر باعث می شود در پشت پره ها خلاء ایجاد شده و آب در داخل آن فضا بسرعت تبخیر شود، پس از دور گرفتن کامل پمپ ترکیدن این حبابهای بخار و شتاب ذرات آب اطراف آن ، منجر به خوردگی شدید پره ها و افزایش صدا و لرزش در پمپ میشود. با راه اندازی توسط درایو سرعت پمپ به آرامی افزایش می یابد و در نتیجه از ایجاد کاویتاسیون جلوگیری می شود. و باعث افزایش عمر پمپ می گردد.
جلوگیری از ایجاد تلاطم در چاه و ریزش دیواره چاه در پمپهای شناور
با استفاده از دستگاه کنترل کننده دور با افزایشی تدریجی سرعت موتور و پمپ می توان از تلاطم دورانی ناگهانی آب در داخلچاه که باعث ریزش دیواره چاه میشود جلوگیری نمود. همچنین این امر منجر به استهلاک کمتری در کفگردهای الکتروپمپ های شناور چاه عمیق میشود. همچنین در هنگام استپ پمپ نیز با کاهش تدریجی سرعت پمپ از ایجاد ضربه و تلاطم در چاه جلوگیری می شود.
توقف نرم پمپ در زمان استپ و جلوگیری از ایجاد ضربه قوچی
کنترل کننده ها زمان توقف پمپ را افزایش داده و با توقف تدریجی در پمپها باعث میشوند که انرژی پتانسیل آب بتدریج میراشود و بدین ترتیب ضمن جلوگیری از ضربه ، از نوسانات مکانیکی بعدی که در لوله ها و شیرها و اتصالات و….ایجاد میشودجلوگیری می شود ، که این امر موجب کاهش استهلاک پمپ ، شیرآلات ، اتصالات و سایر اجزاء مکانیکی پمپ میشود.
استارت و استپ پمپ بصورت نامحدود
به دلیل اینکه جریان راه اندازی پمپ توسط درایو پایین می باشد و پمپ بصورت نرم راه اندازی می گردد و تنشهای الکتریکی ومکانیکی هنگام راه اندازی پمپ وجود ندارد، بنابراین تعداد دفعات راه اندازی و استارت و استپ پمپ توسط درایو نامحدود میباشد و حتی می توان هر چند دقیقه یکبار پمپ را استارت و استپ نمود.
صرفه جویی در مصرف انرژی با استفاده از کاهش سرعت پمپ
انرژی مصرفی یک پمپ بستگی به سرعت دورانی آن دارد و پمپها در سرعت نامی که دبی و هد نامی پمپ بدست می آید،بیشترین انرژی را مصرف می نمایند. معمولا پمپها برای شرایط دبی ماکزیمم انتخاب می شوند ولی باید توجه داشت که همیشه دبی حداکثر نیاز نمی باشد و با توجه به نیاز مصرف می توان سرعت پمپ را تغییر داد. با استفاده از کنترل کننده های دور موتور وکاهش تنها۱۵ درصد دور می توان به میزان ۴۰ درصد در مصرف انرژی پمپ صرفه جویی کرد. از نظرتئوری نیز کاهش دور پمپ تاثیر زیادی در انرژی مصرفی آن دارد. توان مفید پمپ برابر است با: P = ρ.g.Q.H
(m/s شتاب جاذبه ( ۲g ،(m3/s) دبیQ ، (m) ارتفاعH ،(kg/m جرم مخصوص( ۳ρ
ایجاد فشار ثابت در خروجی پمپ متناسب با مصرف بوسیله کنترل سرعت پمپ
در خیلی از موارد مصرف آب خروجی پمپ متغیر می باشد و در طول شبانه روز تغییر می نماید. در این موارد اگر سرعت پمپثابت بماند و مصرف آب کاهش یابد باعث افزایش فشار خروجی پمپ خواهد شد. کنترل کننده دور موتور این مشکل را رفع مینماید. برای اینکار یک سنسور فشار در خروجی پمپ نصب می شود و سیگنال ان به درایو داده می شود. درایو متناسب با مصرف وبر اساس فشار ست پوینت تنظیمی خود، دور پمپ را تغییر داده و فشار خروجی را همیشه در یک مقدار ثابت نگه می دارد.
جلوگیری از آسیب دیدگی و ترکیدگی لوله ها بر اثر افزایش فشار ناگهانی
اگر کنترلی بر فشار خروجی پمپ نباشد در زمان استارت پمپ و نیز مواقعی که مصرف آب خروجی قطع شود ممکن است فشارخروجی پمپ به شدت افزایش یافته و باعث آسیب رسیدن و یا ترکیدن لوله ها و شیر آلات خروجی پمپ شود و حتی ممکناست به خود پمپ آسیب وارد شود. این مشکلات با استفاده از درایو برطرف خواهد شد. و درایو چه در زمان راه اندازی پمپ و چهدر زمان کاهش مصرف می توان فشار خروجی را تحت کنترل درآورد.
ثابت نگه داشتن سطح مخازن ذخیره آب با تنظیم سرعت پمپ
با استفاده از درایو می توان سطح مخارن آب را کنترل نمود. درایو دارای سیستمتواند سطح آب را در مقداری ثابت نگه دارد. درایو این کار را با استفاده از یک سنسور سطح انجام می دهد.
این کار در هر دو حالت امکان پذیر است:
اول حالتی که پمپ وظیفه پر کردن مخزن را دارد و یا باید آب مخزن را در یک سطح ثابت نگه دارد.
دوم حالتی که پمپ آب را از مخزن به جای دیگری پمپ می کند و باید مقدار آب پمپاژ شده متناسب با سطح آب مخزن باشد.
یعنی اگر سطح آب مخزن کاهش می یابد ، پمپ باید آب کمتری پمپاژ نماید و اگر آب سطح محزن افزایش می یابد ، پمپ باید آب بیشتری پمپاژ نماید تا سطح آب مخزن کنترل شود.
قابلیت راه اندازی و کنترل چندین پمپ بصورت همزمان در ایستگاههای پمپاژ آب
راه اندازی و کنترل سرعت پمپها بصورت پله ای متناسب با مصرف
عدم نیاز به سیستمهای کنترل پیشرفته برای ایستگاههای پمپاژ
تنظیم زمان کارکرد پمپها بصورت مساوی
برخی از اینورترها مخصوص سیستمهای پمپ طراحی شده اند و در سیستمهایی که چندین پمپ بصورت موازی با هم کار می کننداستفاده می شود. در کاربرد پمپ متناسب با مصرف باید فشار خروجی سیستم با استارت پمپ ها و تنظیم دور آنها ثابت بماند. بنابراین دیگر نیازی به سیستمهای جانبی کنترل نظیرPLC نمی باشد و کنترل تمام مجموعه توسط خود اینورتر انجام می گیرد. تنها یک سنسورفشار در خروجی پمپها نصب می شود و متناسب با مصرف آب درایو تعداد پمپهای مورد نیاز را وارد مدار می کند و با تنظیم دور پمپ هافشار را در مقدار ثابت نگه می دارد. این سیستم به دو روش مورد استفاده قرار می گیرد:
-۱ یکی از پمپها توسط درایو کنترل می شود و سرعت آن تغییر می کند و فرمان پمپهای دیگر توسط درایو ارسال می شود و آنهابصورت مستقیم با برق شبکه کار می کنند. درایو از طریق رله های خروجی خود فرمان استارت و استپ پمپها را ارسال مینماید.
۲- در روش دوم همه پمپها توسط درایو راه اندازی می شوند. درایو پمپ اول را راه اندازی کرده و با تنظیم دور آن فشار را کنترل می نماید. اگر پمپ اول به سرعت نامی برسد ولی فشار خروجی همچنان پایین باشد ، درایو آن پمپ را تحویل شبکه داده و پمپ دوم را بصورت نرم راه اندازی می نماید و با تنطیم دور آن فشار را کنترل می نماید اگر باز هم فشارپایین بود پمپ دوم نیز تحویل شبکه شده و سومین پمپ توسط درایو راه اندازی می گردد و به همین ترتیب سایر پمپ ها. در صورتیکه فشار بالا باشد درایو بصورت برعکس سرعت پمپ ها را کاهش داده و از شبکه خارج می نماید.
ساده تر شدن سیستم راه اندازی و کنترل
عدم نیاز به تابلو ستاره/ مثلث و حفاظتهای مختلف
در تابلوهای ستاره/ مثلث برای کنترل یک پمپ باید چندین کنتاکتور برای حالت ستاره مثلث استفاده شود و نیز کلید فیوز وحفاظت های مختلف موتور باید نصب گردد. در حالیکه با استفاده از اینورتر نیاز به نصب هیچ کنتاکتوری نمی باشد و تمامحفاظتهای موتور توسط درایو و بصورت خیلی پیشرفته تر انجام می شود. و در کل تابلو کنترل پمپ بسیار ساده تر خواهد شد.
استفاده از تنها یک سری کابل کشی برای پمپ در مقایسه با دو سری کابلهای ستاره/ مثلث و صرفهجویی در هزینه ها
در راه اندازی بصورت ستاره/مثلث باید دو سری کابل کشی یکی برای حالت ستاره و دیگری برای حالت مثلث انجام گیرد. درحالیکه در راه اندازی توسط درایو فقط نیاز به نصب یک سری کابل کشی می باشد و باعث صرفه جویی در هزینه ها خواهد شد.
عدم نیاز به خازنهای اصلاح ضریب توان
به دلیل اینکه درایوها توان راکتیو مصرف نمی کنند بنابراین نیاز به نصب خازنهای اصلاح ضریب توان برای موتور نمی باشد و میتوان در هزینه های نصب صرفه جویی کرد