درایو اینورتر یا درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه پیشرفته الکترونیکی است که برای با تغییر فرکانس و ولتاژ ورودی به الکتروموتور، سرعت و گشتاور آن را کنترل می‌کند. در خیلی از دستگاه‌ها صنعتی یا غیرصنعتی، مانند نوار نقاله، جرثقیل، پمپ، کمپرسور، بالابر و آسانسور، برای کنترل بهتر، صرفه‌جویی در انرژی، راه‌اندازی نرم و کم‌صدا و در نهایت عملکرد بهینه تجهیز، از اینورتر استفاده می‌شود.
صرف نظر از برند، مدل و نوع کاربرد، ساختار اینورترها و عملکردشان به هم شبیه است. در این مقاله قصد داریم به موضوع ساختار اینورتر و آشنایی با اجزا و عملکرد داخلی آن بپردازیم.
اجزای اصلی اینورتر
در یک دسته‌بندی کلی ساختار اینورتر شامل بخش‌های زیر می‌شود:
- برد قدرت
- برد رابط کاربری
- واحد کنترلی اینورتر
برد قدرت که دربرگیرنده مدار تغذیه و مدار اصلی اینورتر می‌شود، از بخش‌های مهمی است که وظیفه تبدیل ولتاژ را بر عهده دارد. برد قدرت اینورتر شامل ترانزیستورهای قدرت (IGBT)، دیودها، هیت‌سینک و دیگر قطعات الکترونیکی می‌شود. در ادامه به تفکیک ، به آن‌ها خواهیم پرداخت.
مدار تغذیه
اولین بخش از ساختار اینورتر مدار تغذیه آن است که ولتاژ سه فاز ورودی را پس از گذر از چند مرحله، به یک ولتاژ DC مناسب برای استفاده در مدار اصلی اینورتر تبدیل می‌کند.
یکسو کننده (Rectifier)
در یک اینورتر سه فاز، سیگنال ورودی در اولین مرحله و با کمک تریستورها یا 6 دیود، یکسو یا تبدیل به ولتاژ DC می‌شود. عملیات یکسوسازی اهمیت زیادی دارد چرا که بایستی سیگنال ورودی لازم برای مدار بعدی را فراهم کند.
گذرگاه DC یا DC BUS
سیگنال DC تولید شده در یکسوکننده دارای نوسانات و ریپل‌های زیادی است که باید فیلتر شوند تا سیگنال به‌خوبی برای استفاده در اینورتر قابل استفاده شود؛ بنابراین DC BUS به کمک خازن‌های صافی، این نوسانات را حذف و یک سیگنال صاف و تمیز تولید می‌کند.
مدار اصلی (معکوس کننده یا Inverter)
مدار اصلی، اینورتر یا معکوس کننده یکی از مهمترین و اساسی‌ترین قسمت‌های درایو است. ولتاژ DC تولید شده در باس DC (لینک DC هم گفته می‌شود) به کمک ترانزیستورهای سوئیچینگ سرعت بالای IGBT، به ولتاژ AC با فرکانس قابل تغییر تبدیل می‌شود.
مدار اصلی به عنوان قلب دستگاه اینورتر شناخته می‌شود چرا که با تنظیم فرکانس سوئیچینگ، اینورتر می‌تواند تنظیم سرعت و گشتاور و در نتیجه کنترل دقیق موتور را برای کاربردهای مختلف صنعتی انجام دهد.
در مواردی که درایو می‌سوزد یا مشکلی برایش ایجاد می‌شود، معمولا ایراد را باید در مدار اصلی یا تغذیه جستجو کرد، چرا که خازن‌های باس DC یا ترانزیستورهای IGBT و نیز تریستورهای مدار تغذیه، در شرایط استفاده نادرست نسبت به دیگر عناصر زودتر آسیب می‌بینند.
رابط کاربری
رابط کاربری واسطه‌ای است که به کاربر امکان می‌دهد تا پارامترها و تنظیمات لازم را در اینورتر بارگذاری کند؛ عملکرد درایو را بررسی و آن را کنترل کند. مهمترین ابزاری که به عنوان رابط کاربری در اینورترها استفاده می‌شود، کی‌پد است که معمولا از نوع دیجیتال است.
کی‌پد دیجیتالی
کی‌پد دیجیتالی در دو نوع وجود دارد:
- کی‌پد دیجیتالی با نمایشگر LCD
- کی‌پد دیجیتالی با نمایشگر Seven-Segment
کاربردهای کی‌پد اینورتر عبارت‌اند از:
- تنظیم کلیه پارامترها (Parameter setting )
- انجام تست دستی ( Manual Test )
- انجام تنظیمات محلی
- انجام عملیات Jog
- کم و زیاد کردن سرعت
واحد کنترل
آخرین بخش از اجزای اینورتر که در این مقاله به آن می‌پردازیم واحد کنترل است که خود شامل دو جز است: برد کنترلی و ترمینال برد.
برد کنترلی اینورتر
برد کنترل یکی از مهمترین قسمت‌های درایو و محل پردازش سیگنال‌های ورودی به آن است. به عبارت دیگر برد کنترل، محل پردازنده اصلی و همچون مغز سیستم است که به کمک نرم افزار بارگذاری شده، وظیفه فرماندهی و هماهنگی میان اجزای اینورتر را بر عهده دارد.
ترمینال برد _ I/O Board
ترمینال برد دومین جز در واحد کنترل است که با آن می‌توان برخی اعمال کنترلی را برای درایو انجام داد. این اعمال عبارتند از :
- کم و زیاد کردن دور درایو
- استارت و استپ نمودن از راه دور
- فرماندهی به درایو
- اضافه نمودن ولوم خارجی
- ارتباط سنسور به درایو
- صدور فرمان قطع و وصل به یک درایو دیگر
ترمینال‌های پیچی که بر روی ترمینال برد قرار دارند عبارت‌اند:
- ورودی دیجیتال
- ورودی آنالوگ
- خروجی دیجیتال
- خروجی آنالوگ
- خروجی شبکه
در کنار اجزای اصلی اینورتر که تا اینجا بررسی کردیم، قطعات و بخش‌های دیگری را نیز می‌توان نام برد:
- کارت انکدر برای دریافت فیدبک از موتور
- واحد ترمز
- سیستم خنک‌کننده
- فیلترهای EMI
- کارت شبکه
- کارت ورودی/ خروجی
- تجهیزات حفاظتی مانند حفاظت در برابر اضافه ولتاژ و اضافه بار
البته در هنگام خرید اینورتر توجه داشته باشید که برخی از این اقلام و قابلیت‌ها در همه اینورترها وجود ندارند و به عنوان آپشن محسوب می‌شوند؛ بنابراین در صورت ارائه آن‌ها، قیمت اینورتر نیز متفاوت خواهد بود.
ترانزیستورهای IGBT و خازن باس DC در مدار اصلی
محل قرار گرفتن خازن‌های صافی یا فیلتر کننده نوسان‌های سیگنال DC یکسو شده و ایجاد یک سیگنال DC صاف