معرفی اجزای اصلی اینورتر

اینورتر یا Variable frequency Drive، قسمتی از سیستم بزرگ‌تر است که با تبدیل ولتاژ DC به AC به‌عنوان کنترل‌کننده و راه‌انداز موتور شناخته می‌شود و به همین دلیل در این محتوا به بررسی معرفی اجزای اصلی اینورتر می پردازیم تا با انواع قطعات آن آشنا بشوید. VFD ها یا همان اینورتر با اعمال تغییر فرکانس یا ولتاژ موجب می‌شوند تا الکتروموتور به گردش دربیاید. در حالت کلی اینورتر با ایجاد تغییر سرعت در درایو به آسانی می‌تواند خود را به مقدار کم یا زیاد با نیاز مصرف‌کننده مطابقت دهد. برای آشنایی بیشتر با این دستگاه مهم پیشنهاد می‌دهیم مقاله اینورتر چیست را مطالعه کنید. برای انجام این کار، درایوهای موتور از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده‌اند تا هر کدام با انجام وظایف خود بتوانند بدون کاهش قدرت و میزان گشتاور موتور، سرعت آن را کنترل نمایند. در حالت کلی اینورتر از سه بخش کنترل، مدار اصلی و منبع تغذیه ساخته شده که هر کدام از این قسمت‌ها خود شامل قطعات کوچک‌تری نیز می‌شوند.

1) بخش کنترل

همان‌طور که گفته شد هر بخش از اینورتر خود شامل قطعات کوچک‌تر و اجزای جداگانه‌ای است. اجزای بخش کنترل عبارت‌اند از:

2) کی پد

یکی از اجزای اصلی و مهم اینورتر صنعتی و در بخش کنترل، کی پد است. اکثر کی پدها به صورت دیجیتال ساخته می‌شوند. این قطعه در دو نوع دیجیتالی با صفحه نمایش LCD یا کی پد دیجیتالی با صفحه نمایش Segment-7 تولید می‌شود. از جمله کاربردهای پد کلیدها، می‌توان به کم و زیاد کردن سرعت، انجام تنظیمات محلی دستگاه، انجام عملیات Jog، سهولت در تست دستی و تنظیم کلیه پارامترهای اینورتر اشاره کرد.

3) ترمینال برد

دومین قطعه از بخش کنترل، ترمینال برد است که همان طور که از نامش برمی‌آید و به عنوان اجزای اصلی اینورتر شناخته شده، به منظور کم و زیاد کردن گشتاور یا دور اینورتر، شروع و خاتمه دادن به کار اینورتر از راه دور، ارائه دستور و فرماندهی به درایو، متصل نمودن سنسور به درایو، اضافه کردن ولوم خارجی و هم‌چنین اجرا و صادر کردن دستور قطع و وصل به درایو یا اینورتر دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.

بر روی برد ترمینال یک سری پایانه‌هایی وجود دارند. ورودی و خروجی دیجیتال، ورودی و خروجی آنالوگ و خروجی شبکه این ترمینال‌ها را شامل می‌شوند. به عنوان مثال تنظیم یک ولوم با ورودی به شکل دیجیتال و خروجی دیجیتال و یا ورودی و خروجی به صورت آنالوگ بر عهده این قطعه است. برای آشنایی بیشتر با ترمینال های ورودی و خروجی اینورتر می‌توانید بر روی لینک درج‌شده کلیک کنید.

4) برد کنترل

یکی از مهم‌ترین قسمت‌ها و اجزای اصلی اینورتر از بخش کنترل، قطعه Control Board است. این بخش با هدف مدیریت محل پردازش سیگنال‌های ورودی به اینورتر یا درایو به کار برده می‌شود. در حالت کلی بردها به عنوان مغز سیستم معرفی می‌شوند. مانند مغز در بدن انسان که مسئول فرماندهی و هماهنگی میان اجزای بدن است، برد کنترل در اینورتر یا VFD نیز وظیفه ایجاد هماهنگی و فرمان دادن به اجزای دستگاه را بر عهده دارد. ویژگی‌های یک برد کنترل خوب شامل عدم تولید نویز، استفاده از قطعات باکیفیت، ارسال سیگنال‌های بدون نویز و پالس برای کنترل ترانزیستورهای قدرت، اندازه‌گیری دقیق مقدار جریان نمونه‌برداری شده از خروجی برد قدرت و در پایان به کارگیری پد PCB با کیفیت مناسب است.

5) برد پاور

آخرین قطعه از بخش کنترل یک اینورتر، برد پاور است. این بخش با هدف جداسازی نواحی ولتاژ بالا از نواحی ولتاژ پایین، دریافت سیگنال‌های ورودی و تبدیل آن‌ها، ارسال یک سیگنال مناسب به خروجی و هم‌چنین شناسایی کیفیت سیگنال‌های ورودی و خروجی نواحی کنترلی تولید شده و مورد استفاده قرار می‌گیرد. عدم تولید نویز، داشتن خروجی ثابت و بدون نوسان، به کارگیری قطعات مرغوب و با کیفیت بالا، عایق‌بندی مناسب، استفاده از فیوز قطع کننده به هنگام خرابی و هم‌چنین داشتن فن خنک‌کننده از جمله خصوصیات یک برد پاور خوب به شمار می‌رود.

6) بخش مدار اصلی

یکی از پیچیده‌ترین بخش‌های اینورتر، بخش مدار اصلی است که وظیفه تبدیل‌های سخت و مهم را بر عهده دارد. در واقع مدار اصلی به عنوان یکی از مهم‌ترین و اصلی‌ترین بخش‌های درایو، با همکاری اجزای داخلی خود، ولتاژ ورودی را دریافت و به ولتاژ DC تبدیل می‌کند و مجدد به ولتاژ AC مورد نیاز در خروجی تبدیل می‌نماید. مدار اصلی به دلیل اینکه بیشترین عملکرد دستگاه را بر عهده دارد، بیشتر در معرض خرابی قرار دارد و در صورت تعمیر نشدن می‌تواند آسیب‌های جدی به دستگاه وارد نماید. اجزای موجود در بخش مدار اصلی از قرار زیر هستند:

7) سوئیچ IGBT

هدف از استفاده سوئیچ IGBT در بخش مدار اصلی اینورتر، روشن و خاموش یا همان سوئیچ کردن الکترونیکی با سرعت بالا است. امکان تغییر فرکانس بالا در این قطعه، موجب شده تا به منظور تبدیل ولتاژ DC به AC با سرعت بالا، برای خروجی اینورتر به کار گرفته شود. IGBT در واقع یک ترانزیستور دو قطبی عایق شده است که توانایی تعویض منبع تغذیه در برنامه‌های پرقدرت مانند اینورتر را دارد و به همین دلیل در جریان‌ها و ولتاژهای بالا به کار می‌رود. ماژول های ترانزیستور دو قطبی بیشتر در اینورترهای سه فاز کاربرد دارند. به علاوه موارد کاربری مانند درایوهای فرکانس متغیر به منظور کنترل سرعت موتورهای AC، منابع تغذیه اضطراری، اینورترهای خورشیدی و … را شامل می‌شوند. در حالت کلی سوئیچ IGBT موظف است تا از ورود جریان به موتور جلوگیری کرده و جریان‌هایی شبه سینوسی با فرکانس‌های متغیر را تولید و آن‌ها را بر روی موتور خروجی اجرا کند.

8) خازن‌ های لینک DC

این بخش با کمک تعدادی خازن، سلف و مدار فیلتر پایین گذر تشکیل شده است که با هدف تصفیه جریان DC خروجی در یک مدار یک سوکننده پل، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

9) تریستور

یکی دیگر از بخش‌های مدار در اجزای اصلی اینورتر، تریستور است. این بخش به عنوان کلید مورد استفاده قرار می‌گیرد اما هیچ حرکت مکانیکی نخواهد داشت و به همین علت دارای طول عمر طولانی‌تری است. این قطعه تنها می‌تواند جریان الکتریکی را از یک سمت هدایت کند. به طور کلی این قطعات در دو نوع تریستور دیسکی و تریستور SCR به بازار عرضه می‌شوند.

10) بخش منبع تغذیه

یکی دیگر از بخش‌های مهم اینورتر که مسئولیت تامین انرژی برای راه‌اندازی را بر عهده دارد، منبع تغذیه است. در این بخش با جداسازی ولتاژهای بالا از ولتاژهای پایین، سیگنال‌های ورودی دریافت و سیگنال‌های خروجی ارسال می‌شوند. اجزای اصلی سازنده بخش منبع تغذیه از قرار زیر هستند:

11) مبدل

وجود کانورتر یا مبدل در درایو موجب می‌شود تا برق ورودی سه فاز متناوب AC به منظور انتقال به بخش‌های دیگر به شکل DC از دستگاه خارج شود.

12) منبع تغذیه

این قطعه با کمک سیم‌پیچ اولیه به ترانسفورماتور متصل می‌شود. قرار گرفتن یک سوئیچ در مدار اینورتر تک فاز با سرعت تغییر بالا می‌تواند جریان را از دو مسیر مختلف در مدار ایجاد کند. این تغییر سرعت در سوئیچ باعث می‌شود تا جهت جریان در سیم‌پیچ اولیه با سرعت بالا در ترانسفورماتور تغییر کند و در نهایت جریان AC یا متغیر در سمت دیگر ترانسفورماتور تولید می‌شود.

13) عناصر جانبی

گرایش افراد به سمت استفاده از دستگاه‌های الکتریکی و مکانیزه موجب شده تا استفاده از اینورترها به مرور زمان افزایش چشمگیری داشته باشد. با این حساب، شرکت‌های تولیدکننده اینورتر یا درایوها علاوه بر بخش‌های اصلی موجود در هر دستگاه، قابلیت‌ها و وسایل جانبی دیگری را نیز در آن تعبیه می‌کنند که از مهم‌ترین آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

14) کارت شبکه

کارت شبکه یا آپشن در اینورتر با هدف اضافه کردن یک ویژگی یا تقویت آن در درایو به عنوان یک عنصر جانبی و همچنین به عنوان اجزای اصلی اینورتر به کار برده می‌شود. کارت شبکه موجب افزایش کارایی اینورتر می‌شود. از جمله مزایای استفاده از این کارت، کاهش هزینه‌های مصرفی به دلیل سهولت در اضافه شدن یک ویژگی به اینورتر، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگه‌داری  به دلیل سهولت جایگزین نمودن کارت آسیب‌دیده با کارت دیگر بدون صرف زمان و هم‌چنین افزایش انعطاف‌پذیری اینورتر را می‌توان نام برد.

15) کارت اینکدر

کارت اینکدر به منظور افزایش دقت در میزان کنترل سرعت و تعداد گشتاور بهتر سیستم در اینورتر استفاده می‌شود. این نوع کارت‌ها بیشتر در اینورترهای دارای حلقه بسته، به دلیل چندین برابر شدن دقت در کنترل سرعت و چرخش‌ها به کار گرفته می‌شوند. در حالت کلی سیستم‌های بسته به منظور کنترل بیشتر اینورتر بر روی موتور طراحی و نصب می‌شوند. میزان چرخش، سرعت، جابجایی و شتاب سیستم توسط کارت‌های اینکدر تعیین شده و با انتقال اطلاعات به اینورتر یا درایو سعی در افزایش بهبود عملکرد موتور را دارند.

16) کارت های ورودی و خروجی

بخش دیگری از اینورتر که بر روی برخی از دستگاه‌ها قابل‌نصب است، کارت‌های ورودی و خروجی است که در دو نوع دیجیتال و آنالوگ تولید می‌شوند. این کارت‌ها در انواع مختلف ورودی و خروجی دیجیتال و ورودی و خروجی آنالوگ در اینورتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

17) فن خنک کننده

یکی دیگر از اجزای اصلی اینورتر که بیشتر در درایوهای جوشکاری قابلیت استفاده دارد، فن خنک‌کننده است. این قطعه وظیفه خنک کردن کل سیستم اینورتر را بر عهده دارد. تعداد بالای دور چرخش، مصرف انرژی پایین‌تر و تولید سر و صدای کمتر از جمله ویژگی‌های یک فن خنک کننده خوب به حساب می‌آیند.

18) فیلتر

فیلتر به منظور محدود کردن و کاهش نویزهای الکترومغناطیسی ایجادشده از طرف اینورتر بر روی دستگاه نصب می‌شود. این قطعه کمک می‌کند تا نویزها به شبکه برق ساختمانی یا مرکز صنعتی وارد نشوند. نصب فیلتر در نزدیک‌ترین مکان به ترمینال ورودی باید انجام شود.

19) هیت سینک

یکی از اجزای سازنده اینورتر که با هدف محافظت دستگاه در برابر حرارت استفاده می‌شود، هیت سینک است. این قطعه فلزی بیشتر از جنس آلومینیوم و مس بوده و در اندازه و ابعاد مختلف قابل تولید است. وجود رسانایی بالا به دلیل آلیاژ استفاده‌شده در ساختار، تولید در اندازه‌های مختلف مطابق با نوع دستگاه مورد نیاز کاربر و هم‌چنین طراحی ویژه متناسب با دستگاه مصرفی از جمله ویژگی‌های این قطعه است.

جمع بندی

اینورترها یا همان درایو تغییر فرکانس به عنوان بخش اصلی در یک سیستم برای به گردش درآوردن موتور و کنترل آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. اینورترها با نام‌های دیگری مانند درایو تغییر سرعت قابل تنظیم، درایو VFD، درایو AC، میکرو درایو و … در بازار شناخته می‌شوند. این بخش کمک می‌کند تا به سهولت سرعت موتور بر اساس نیاز مصرف‌کننده افزایش یا کاهش پیدا کند. اینورترها خود از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که هر بخش شامل قطعات و اجزای کوچک‌تری است. هر کدام از اجزای سازنده اینورتر وظیفه‌ای را بر عهده دارند و با کمک و همکاری یکدیگر می‌توانند گشتاور مورد نیاز را ایجاد کنند. در این مقاله به صورت مفصل به معرفی اجزای اصلی اینورتر پرداختیم تا بتوانید در صورت نیاز برای تعمیر و عیب یابی اقداماتی را انجام دهید.

سوالات متداول

اجزای اصلی یک اینورتر شامل چه بخش‌هایی است؟

هر اینورتر یا درایو از سه بخش کنترل، مدار اصلی و منبع تغذیه تشکیل شده است.

وجود عناصر جانبی چه تاثیری در روند کاری اینورتر دارند؟

در حالت کلی عناصر جانبی مانند کارت‌های ورودی و خروجی، کارت شبکه، کارت اینکدر و … به منظور اضافه شدن قابلیت‌هایی به اینورتر استفاده می‌شوند که هر کدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند. اضافه نمودن این موارد موجب افزایش قیمت دستگاه نیز می‌شود. به عنوان مثال کارت اینکدر به منظور افزایش دقت در کنترل سرعت و تعداد دور اینورتر یا درایو به کار برده می‌شود.

آیا اینورترهای مختلف از اجزای داخلی متفاوتی تشکیل شده‌اند؟

همان‌طور که در مقاله معرفی اینورتر خواندید، این دستگاه‌ها تنها از نظر فیزیکی و میزان توان با یکدیگر متفاوت بوده و در نهایت تمامی اینورتر ها دارای اجزای یکسان و مشابه با یکدیگر هستند.

کدام یک از اجزای اینورترها قابلیت خرابی بیشتر دارد؟

مدار اصلی یا برد اصلی در اینورتر که مسئول تبدیل‌های سخت و مهم در دستگاه است دارای احتمال بالای خرابی است. پس باید در کمترین زمان تعویض شود؛ چون می‌تواند به دیگر بخش‌های دستگاه آسیب وارد نماید.

عناصر جانبی قابلیت نصب بر روی تمامی اینورترها را دارند؟

پاسخ به این سوال منفی است. زیرا استفاده از عناصر جانبی تنها آپشن‌هایی هستند که می‌توان برخی از آن‌ها را بر روی اینورترهای متفاوت نصب کرد. به عنوان مثال اینورتر جوشکاری دارای عناصر جانبی مانند فن خنک‌کننده، فیلتر و هینک سینک است که در اینورترهای دیگر کارایی نخواهند داشت.