اینورتر به عنوان دستگاهی الکترونیکی، مسئولیت تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب را برعهده داشته و از آنجا که باعث کاهش هزینهها و بهینهسازی مصرف انرژی خواهدشد، در صنایع بسیار مورد توجه قرار گرفتهاست. یکی از فناوریهای کاربردی محبوب در صنعت، راه اندازی الکتروموتور به کمک اینورتر میباشد؛ که علاوه بر کنترل دقیق جریان و سرعت موتور، امکان مدیریت عملکرد آن را نیز فراهم میکند. آموزش راه اندازی الکتروموتور با اینورتر، مزایا، معایب و مشخصات فنی مورد نظر در این روش، در ادامه شرح داده خواهدشد.
اهمیت استفاده از اینورتر در کنترل سرعت و گشتاور موتور
راه اندازی الکتروموتور با اینورتر، مزایای بسیاری برای سیستم دارد؛ که دو مورد از مهمترین اثرات آن کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتور میباشند:
- کنترل سرعت: اینورترها از طریق تنظیم حداکثر و حداقل میزان فرکانس موتور، سرعت را برای همخوانی با محدوده کاری موتور و همچنین انطباق نیازهای سیستم با این فرایند، کنترل میکنند. در حقیقت فعال کردن کلید speed control، منجر به کاهش خستگی مکانیکی، مصرف بهینه انرژی و افزایش بازده و بهرهوری مجموعه خواهدشد.
- کنترل گشتاور: محدوده گشتاور، به عنوان نیروی چرخشی تولید شده توسط موتور، از طریق اینورتر قابل تنظیم بوده و این کار در نهایت منجر به محافظت از موتور در برابر قفل شدن روتر، اضافه بار و همچنین کاهش تنشهای مکانیکی یا الکتریکی خواهدشد.
بررسی مشخصات فنی موتور و انتخاب اینورتر مناسب
راه اندازی الکتروموتور با اینورتر، زمانی بهترین نتیجه را برای سیستم خواهدداشت که اینورتر با مشخصات فنی موتور مثل جریان، فرکانس، ولتاژ و به طور کلی نوع موتور، مطابقت داشته باشد. به عبارت دیگر، از آنجا که هر نوع اینورتری مناسب راه انداری هر نوع موتور نمیباشد، باید پیش از انتخاب و خرید اینورتر مناسب، دستورالعملهای تولید کننده، کاتالوگ و جزئیات فنی هر دو دستگاه، توسط متخصصین مجموعه مورد بررسی قرار گیرند. برخی از مهمترین مشخصات فنی موتور که در انتخاب اینورتر مؤثر هستند عبارتند از:
توان موتور
اولین پارامتر مؤثر در انتخاب اینورتر، توان موتور میباشد. برای بررسی تطابق دو دستگاه، باید به میزان توان ذکر شده روی پلاک هر دو سیستم الکتروموتور و اینورتر رجوع کنید. چنانچه مقادیر مساوی بوده یا توان اینورتر یکی بیشتر از موتور باشد، برای راه اندازی الکتروموتور قابل استفاده خواهدبود.
جریان نامی موتور
Rated Current یا جریان نامی موتور، در واقع حد مجاز جریانی است که موتورالکتریکی، برای کارکرد عادی و مداوم به آن نیازمند بوده و این میزان جریان به سیستم آسیب نمیرساند. چنانچه اینورتر، جریانی برابر یا بزرگتر از جریان مصرفی موتور داشته باشد، برای راه اندازی الکتروموتور مناسب خواهدبود.
سرعت نامی موتور
موتورهای الکتریکی در صورتی که با سرعتی نامناسب عمل کنند، آسیب جدی خواهنددید؛ بنابراین چنانچه اینورتری نتواند فرکانس مورد نیاز موتور برای کار با سرعت نامی یا RPM را تأمین کند، مناسب نخواهدبود. به عبارت دیگر، با توجه به اینکه سرعت نامی موتور، فرکانس خروجی مورد نیاز اینورتر جهت کنترل الکتروموتور را تعیین میکند، نقش مهمی نیز در انتخاب اینورتر مناسب دارد.
عوامل موثر در انتخاب اینورتر
زمانی که قصد راه اندازی الکتروموتور با اینورتر را دارید، برای دستیابی به عملکردی بهینه، ایمن و مؤثر، باید عوامل متعددی را در انتخاب اینورتر مناسب در نظر بگیرید:
| ردیف | عوامل مؤثر در انتخاب اینورتر | نحوه تأثیر گذاری | |
| 1 | مشخصات موتور | شامل نوع، توان مصرفی و جریان نامی | تعداد فازهای موتور، پیوسته یا غیرپیوسته بودن، میزان توان مصرفی و جریان نامی از جمله عواملی هستند که باید بین الکتروموتور و اینورتر تطابق داشته باشند. |
| 2 | نوع و ولتاژ برق ورودی | شامل ولتاژ و فرکانس شبکه | چنانچه ولتاژ و فرکانس شبکه برق با ولتاژ و فرکانس ورودی اینورتر همخوانی نداشته باشد، باعث آسیب به اینورتر خواهدشد. |
| 3 | شرایط محیطی | شامل دمای محیط و محل نصب | شرایط محیطی از لحاظ دما، رطوبت، میزان آلودگی و ایمنی در انتخاب نوع اینورتر باید در نظر گرفتهشود. |
| 4 | نوع بار | شامل گشتاور ثابت یا متغیر | اینورتر هایی که قابلیت کنترل دقیق گشتاور، در سرعتهای پایین و همچنین تحمل اضافه بار بالا را دارند، مناسب بارهای گشتاور ثابت بوده و اینورترهای با قابلیت کنترل برداری و گشتاور بالا، مناسب بارهای گشتاور متغیرند. |
| 5 | محدودیتهای اقتصادی | محدودیت های اقتصادی و شرایط بازار | از آنجا که برند، نوع، کیفیت و مشخصات فنی اینورتر در تعیین قیمت آن نقش دارند، هنگام انتخاب اینورتر مناسب، میزان بودجه مجموعه، محدویت های اقتصادی و شرایط بازار هم باید مدنظر قرارگیرد. |
| 6 | شرایط و الزامات پروژه | مثل امکانات مورد نیاز و فضای در دسترس | امکانات مورد نیاز مجموعه از یک اینورتر، شامل قابلیت حفاظت از موتور، ارتباط با سایر سیستمهای کنترلی، کنترل سرعت و همچنین محدویتهای ابعادی و فضای دردسترس نیز ،از دیگر عوامل تعیین کننده در انتخاب نوع اینورتر مناسب میباشند. |
ابزار و تجهیزات مورد نیاز برای نصب اینورتر
برای راه اندازی الکتروموتور با اینورتر، ابتدا باید اینورتر را به درستی نصب کنید. برای این منظور مجموعهای از ابزار آلات و تجهیزات صنعتی شامل اینورتر، فیوز، سیم، کابلهای ارتباطی، مدار شکن، کلید مینیاتوری و اتوماتیک، مقاومت ترمز، تستر ولتاژ، فیلتر ورودی و خروجی، چاپر ترمز، چوک ورودی و خروجی، مولتی متر، آچار، پیچگوشتی و البته دستکش ایمنی نیاز است:
- راکتور یا چوک ورودی: این قطعه وظیفه حفاظت از راکتور در برابر ضربات ناشی از منبع تغذیه را برعهده دارد. به علاوه، با ایجاد امپدانس در مسیر جریان، هارمونیکها را کاهش داده و کیفیت برق در شبکه توزیع را بهبود میبخشد.
- راکتور یا چوک خروجی: راکتور خروجی نیز از طریق کاهش هارمونیکها، دمای موتور، نویزها و ولتاژ ناشی از اثر خازنی، از تلفات و سیمپیچی های موتور محافظت کرده، کیفیت جریان را بهبود داده و به علاوه، باعث افزایش راندمان و عملکرد بهینه سیستم نیز میشود.
- کلید اتومات یا کلید مینیاتوری (قطع کننده مدار یا بریکر): کلید مینیاتوری یا MCB و کلید اتوماتیک یا MCCB، در واقع از مدار در برابر اضافه جریان محافظت میکنند. تفاوت اصلی این قطعات در رنج جریانی، قدرت قطع، نوع حفاظت (حرارتی یا الکتریکی)، تریپ (قابل تنظیم یا غیر قابل تنظیم) و همچنین میزان بار میباشد.
- مقاومت ترمز: مقاومت ترمز از طریق تبدیل انرژی برگشتی ناشی از ولتاژ بالا به حرارت، از اینورتر و موتور محافظت میکند. به علاوه، جلوگیری از آسیبهای سختافزاری، دفع یا مدیریت حرارت، جذب انرژی برگشتی، ممانعت از افزایش ولتاژ و همچنین توقف نرم و ایمن موتور، از دیگر وظایف مقاومت ترمز است.
- فیلتر کننده نویز (فیلتر EMI): فیلتر کنندههای نویز برای جلوگیری از تداخل در عملکرد سایر دستگاههای یک مجموعه ضروری هستند. به عبارت دیگر، جذب نویز، محافظت از تجهیزات و افزایش عمر مفید آنها، بهبود عملکرد و ایجاد سازگاری الکترومغناطیسی، از جمله اثرات وجود فیلترهای EMI در نصب اینورتر میباشد.
نحوه سربندی و راه اندازی موتور با اینورتر
اینورتر، که به منظور کنترل سرعت و جریان موتور، افزایش بهرهوری و همچنین مدیریت عملکرد سیستم برای راه اندازی الکتروموتور مورد استفاده قرار میگیرد، برای نصب به چند گام ساده نیاز داشته و مراحل راه اندازی الکتروموتور با درایو و وصل موتور تک فاز به درایو به طور خلاصه شامل موارد زیر میباشد:
1-عموماً تولید کنندگان، اطلاعات حیاتی مربوط به نحوه سربندی، شرایط ایمنی، نحوه عملکرد، اعمال صحیح تنظیمات و مشکلات احتمالی را، در غالب دستورالعملهای جامع مکتوب، به همراه محصول به مشتریان ارائه میدهند. بنابراین در اولین مرحله راه اندازی و نصب الکتروموتور با اینورتر، مطمئن شوید کلیه تصاویر، جداول، نمایهها، نمودارها و مراحل نصب، تنظیم، راه اندازی و نگهداری صحیح، به درستی مطالعه و اعمال شدهباشد.
2-برای نصب درست اینورتر و موتور چند نکته مهم را در نظر داشته باشید:
- انتخاب صحیح محل نصب: که نه تنها باید برای اعمال تنظیمات، تعویض قطعات و چکاپهای دورهای در دسترس باشد، بلکه باید از لحاظ شرایط محیطی مانند رطوبتی، دما و ایمنی نیز متناسب با نیاز موتور و اینورتر باشد.
- کنترل صحت و دردسترس بودن کلیه قطعات و ابزارآلات مورد نیاز: در واقع پیش از اینکه برای نصب و راه اندازی الکتروموتور با اینورتر دست به کار شوید، لازم است مطمئن شوید که به آسانی به هرچه لازم دارید، از قطعات و تجهیزات گرفته تا ابزارآلات یا لوازم نصب، دسترسی دارید.
- نصب دقیق، راه اندازی الکتروموتور با درایو و بررسی سیم ها و اتصالات: پس از بررسی نهایی محل و لوازم مورد نیاز، باید به طور فیزیکی الکتروموتور را به اینورتر متصل کنید. کافی است موتور را در محل نصب قرار داده و اتصالات، پیچها یا سپرها را به خوبی محکم کنید. در نهایت نیز از اتصال صحیح الکتروموتور و اینورتر با یکدیگر و با منبع تغذیه مطمئن شده و فراموش نکنید که قوانین الکتریکی محلی و دستورالعملهای تولیدکننده را در تمام مراحل در نظر داشتهباشد.
3) پس از نصب اینورتر و پیش از راه اندازی آن، لازم است طبق دستورالعمل تولید کننده، کلیه اطلاعات ضروری شامل جریان نامی، ولتاژ، فرکانس پایه موتور و… وارد شده و سیستم با در نظر گرفتن نیازهای صنعت هدف برای شرایط مختلفی مانند کنترل سرعت، حفاظت از افزایش دمای موتور و یا کنترل فرکانس و PID، تنظیم شود. توجه داشتهباشید که قبل از هرچیز باید از تطابق پارامترهای موتور، شبکه برق و اینورتر با یکدیگر و انتخاب اینورتر مناسب، مطمئن باشید.
4) آخرین مرحله از مراحل راه اندازی الکتروموتور با درایو، آزمایش و کنترل عملکرد صحیح موتور با بار خالی، بررسی ارتعاشات یا نویزهای احتمالی حین فعالیت آن و در نهایت بررسی آخر با اعمال بار نامی میباشد. این مراحل به منظور بررسی شرایط محافظت از جریان، کنترل سرعت، کنترل فرکانس و عملکرد روان و درست سیستم انجام میشود.
مهم ترین پارامترهای اینورتر
موتور و اینورتر، برای عملکرد بهینه و ایمن، به مجموعه ای از پارامترهای حیاتی نیاز دارند:
| ردیف | پارامترهای اینورتر | توضیحات | علت اهمیت تنظیم این پارامتر | ||
| 1 | فرکانس | حداقل فرکانس کاری | کمترین فرکانسی که موتور در آن فعال خواهدبود (به نوع و کاربرد موتور بستگی دارد) |
با محافظت از موتور و ایجاد گشتاور مناسب، روی عملکرد بهینه و راندمان موتور اثر خواهدداشت. | |
| حداکثر فرکانس کاری | بیشترین فرکانسی که اینورتر برای کنترل سرعت موتور، تولید میکند. (به سرعت نامی شبکه برق بستگی دارد) |
شبکه نامی برق در ایران برابر 50 هرتز بوده و تنظیم این فرکانس، حداکثر سرعت موتور را تعیین میکند. | |||
| فرکانس کریر | فرکانس موج سینوسی مولد سیگنالهای PWM، که برای تولید ولتاژ AC به کار میرود. | تنظیم carrier frequency، روی میزان نویز، تلفات توان، کیفیت موج و دمای اینورتر اثر دارد. | |||
| 2 | ولتاژ | ولتاژ ورودی | میزان ولتاژی که اینورتر برای عملکرد بهینه و تولید ولتاژ خروجی هدف، نیاز دارد. (به نوع اینورتر و ولتاژ منبع تغذیه بستگی دارد) |
ولتاژ ورودی اینورتر دو نوع تک فاز و سه فاز داشته و تنظیم آن، علاوه بر محافظت از اینورتر، باعث عملکرد مناسب موتور و افزایش راندمان هم خواهدشد. | |
| ولتاژ خروجی | میزان ولتاژ تغدیه کننده موتور (به نیازهای بار و تنظیمات اینورتر بستگی دارد) |
هماهنگی ولتاژ خروجی اینورتر و ولتاژ نامی موتور، عملکرد مطلوب و محافظت از موتور را به دنبال دارد. | |||
| 3 | گشتاور | گشتاور موتور | توانایی موتور در تولید نیرو | تنظیم این پارامتر که شامل تنظیم حداکثر گشتاور، گشتاور اولیه یا راه اندازی و منحنی V/F میباشد، بر عملکرد موتور اثر دارد. | |
| جبران گشتاور | کنترل و تنظیم میزان گشتاور خروجی، برای عملکرد یکسان در شرایط مختلف (به فرکانس و ولتاژ خروجی وابسته است) |
جبران گشتاور از روشهای مختلفی امکانپذیر است: کنترل گشتاور، کنترل بردار، تنظیم الگوی ولتاژ/فرکانس و استفاده از الگوریتمهای پیشرفته |
|||
| 4 | حفاظت | حفاظت گرمایی اضافه بار | کنترل دمای اینورتر و قطع مدار درصورت افزایش دما بیش از حد مجاز | حفاظت از اینورتر در برابر جریان اضافه، به وسیله رلههای اضافه بار، مدار شکنهای حرارتی مکانیکی و فیوزهای آهسته دمنده انجام میشود و اینورتر را در مقابل آسیب جدی محافظت میکند. | |
| اتصال کوتاه | افزایش جریان الکتریکی ناگهانی در مدار که به دلیل عبور جریان، با مقاومت کم و از مسیری غیرنرمال رخ میدهد. | ترکیبی از روشهای مختلف مانند رله مغناطیسی یا حفاظت از اتصال کوتاه در موتور، برای حفظ ایمنی اینورتر به کار گرفته میشوند؛ زیرا اتصال کوتاه میتواند به اینورتر و اتصالات آن آسیب جدی وارد کند. | |||
| 5 | سایر | روش کنترلی | کنترل ولتاژ/فرکانس، V/F با بازخورد انکدور، PID و وکتور، روشهای اصلی کنترل اینورتر هستند. | تنظیم دور موتور، فرکانس، ولتاژ و گشتاور از طریق این روشها بررسی میشود و از موتور در مقابل آسیبهای مختلف محافظت کرده و همچنین باعث افزایش کارایی و راندمان سیستم هم خواهدشد. | |
| زمان شتاب | مدت زمان مورد نیاز برای افزایش سرعت موتور از صفر به سرعت انتخابی و برعکس را با پارامتر درایو فرکانس متغیر (زمان شتاب) مشخص میکنند. | بهینه سازی عملکرد موتور و همینطور افزایش طول عمر آن از طریق محافظت در برابر سایش زودهنگام، با تنظیم زمان شتاب و کاهش سرعت اینورتر انجام میشود. | |||
راهنمای راه اندازی اینورتر (با الکتروموتور)
راه اندازی موتور در صنایع مختلف، از طریق روشهای متفاوتی مثل استفاده از اینورتر یا اتو ترانس امکانپذیر بوده و 6 مورد از مهمترین روش های راه اندازی الکتروموتور با درایو عبارتند از:
راه اندازی موتور با اینورتر به روش تک ضرب یا مستقیم یا DOL یا Direct-on-line
اتصال موتور به منبع تغذیه و اعمال ولتاژ کامل، که به دلیل شوکهای الکتریکی و مکانیکی ناشی از جریان بالا، بیشتر برای کاربردهای صنعتی کوچک و متوسط کاربرد دارد.
روش راه اندازی موتور با اینورتر ستاره مثلث یا Star-Delta
کاهش جریان راه اندازی از طریق اتصال سیمپیچ های موتور به فرم ستاره به شبکه، که روشی متداول برای راه اندازی موتورهای سه فاز میباشد.
راه اندازی موتور با اینورتر به روش سافت استارت (SOFT START)
محدود کردن جریان راه اندازی و کاهش ولتاژ به صورت تدریجی، از طریق راه اندازی نرم موتور، که مانع آسیب به موتور شده و طول عمر آن را افزایش خواهدداد.
راه اندازی اتوترانسفورماتور یا اتو ترانس
کاهش جریان راه اندازی موتور از طریق ولتاژ خروجی، که از آسیب به موتور و تجهیزات متصل به آن جلوگیری میکند.
راه اندازی موتور با درایو اینورتر
استفاده از درایو اینورتر (VFD) به عنوان واسطهای میان موتور با منبع تأمین برق، با تغییر فرکانس و ولتاژ ورودی به موتور، باعث افزایش عمر مفید و راه اندازی نرم موتور شده و امکان کنترل عملکرد و سرعت راه هم فراهم میکند.
راه اندازی موتور با اینورتر با افزودن مقاومت
کاهش جریان راه اندازی موتور و به دنبال آن افزایش تدریجی ولتاژ، از طریق مقاومتهای بیرونی، امکان محافظت از سیستم در برابر تنشهای مکانیکی و کاهش جریان راه اندازی را فراهم کرده و برای سیستمهای حساس یا موتورهای بزرگ مناسب میباشد.
اهمیت راه اندازی الکتروموتور با درایو
نقش اینورتر در راه اندازی الکتروموتور، تضمین راه اندازی نرم و بدون شوک، از طریق کاهش ولتاژ ورودی به موتور، میباشد. این تکنولوژی، امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور را در حین فعالیت موتور فراهم کرده و راندمان سیستم را به میزان قابل توجهی بهبود میدهد. به علاوه راه اندازی موتور با درایو (اینورتر) با بهینه سازی مصرف انرژی، هزینه ها را نیز کاهش خواهدداد.
البته در کنار تمام مزایای ذکر شده، پیچیدگی تنظیم اینورتر، حجم و وزن نسبتاً زیادی که به سیستم تحمیل میکند و همینطور هزینه بالای استفاده از این فناوری را میتوان به عنوان معایب راه اندازی موتور با VFD دانست.
انواع درایو برای راه اندازی الکتروموتور با درایو
پارامترهایی از جمله نوع موتور، بار، شرایط محیطی و نیازهای سیستمی، در انتخاب نوع اینورتر مناسب موتور تعیین کننده هستند. درایوهای vsd، vvvf و درایو vfd نیز، انواع درایوهایی هستند که در صنعت برای راه اندازی موتور، مورد استفاده قرار میگیرند.
برخی از سوالات متداول مرتبط با راه اندازی الکتروموتور با اینورتر
آیا روش ستاره مثلث، دور اولیه موتور را کاهش میدهد؟
خیر- در حقیقت روش ستاره مثلث به عنوان روشی که برای کاهش جریان راه اندازی مورد استفاده قرار میگیرد، امکان کاهش دور اولیه موتور را نداشته و این پارامتر وابسته به عوامل دیگری از جمله فرکانس منبع تغذیه و تعداد قطبها میباشد.
نحوه تغییر جهت گردش در الکتروموتور سه فاز چگونه است؟
تغییر جهت گردش الکتروموتورهای سه فاز، به چند روش انجام میشود: استفاده از کلیدهای چپگرد/راستگرد، تعویض دو فاز از سه فاز ورودی و یا تعویض جای فازهای ورودی به وسیله کانکتورها.
تاثیر ولتاژ بر گشتاور موتور چگونه است؟
ولتاژ و گشتاور موتور رابطه مستقیم دارند. افزایش ولتاژ ورودی به موتور، با ایجاد میدان مغناطیسی قویتر، گشتاور را افزایش خواهدداد و کاهش ولتاژ ورودی نیز با کاهش جریان و تضعیف میدان مغناطیسی، گشتاور موتور را کاهش میدهد.
نکات مهم محافظت از اینورتر پس از راه اندازی با الکتروموتور، چه مواردی هستند؟
مهمترین نکاتی که پس از راه اندازی باید برای محافظت از اینورتر رعایت کرد عبارتند از:
- محافظت از گرمای بیش از حد در مدار
- محافظت در برابر عدم وجود فاز در مدار
- و محافظت از مدار در برابر بار اضافی
بهترین روش راه اندازی موتور با اینورتر چیست؟
راه اندازی موتور با اینورتر به روشهای مختلفی انجام میشود که هریک مزایا و معایب منحصر به خود را دارند، اما استفاده از درایو یا VFD، به دلیل اینکه امکان کنترل دقیق گشتاور، جریان، سرعت و عملکرد موتور را فراهم میکند و با کاهش تنش های مکانیکی و الکترونیکی، طول عمر مفید موتور را نیز افزایش میدهد، محبوبیت بیشتری دارد.
