الکتروموتورهای استفاده شده در صنایع مختلف اغلب از نوع سه فاز هستند. با این وجود گاهی اوقات در پروژه های صنعتی با چالش عدم دسترسی به برق سه فاز جهت راه اندازی الکتروموتورها مواجه می شویم. شاید یکی از راهکارهایی که به ذهن می رسد، جایگزینی موتورهای سه فاز با نمونه تکفاز باشد اما این جایگزینی علاوه بر هزینه بالا، عموما چالش های دیگری را به همراه دارد.
برای غلبه بر این چالش می توان از اینورتر تک فاز به سه فاز استفاده کرد. این تجهیزات صنعتی علاوه بر رفع چالش عدم دسترسی به برق سه فاز، امکان کنترل راه اندازی و توقف ایمن موتورها را نیز فراهم می کنند. برای آشنایی بیشتر با این تجهیزات تا انتهای مقاله همراه من باشید.
راه اندازی موتور الکتریکی
موتورها به صورت گسترده در صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. این تجهیزات در لحظه شروع به کار یا راه اندازی، رفتاری متفاوت با سایر مصرف کننده ها دارند. از این رو روش های متفاوتی برای راه اندازی آن ها معرفی شده است. ساده ترین روش راه اندازی الکتروموتورها، اتصال مستقیم آن ها به برق یا اصطلاحا راه اندازی با ولتاژ کامل است. اما این روش معایب زیادی دارد که از آن جمله می توان به افزایش چشمگیر مصرف و هدر رفت انرژی اشاره کرد.
الکترو موتور ها در زمان راه اندازی مستقیم، تا 10 برابر جریان نامی خود را از شبکه دریافت می کنند. این نوع راه اندازی برای الکتروموتور معایبی دارد که مهمترین آن ها عبارتند از:
- کاهش عمر مفید الکتروموتور
- افزایش حرارت در سیم پیچ های الکتروموتور در اثر عبور جریان های هجومی
- تکان های ناگهانی در هنگام راه اندازی که سبب مستهلک شدن یاتاقان ها ، کوپل ها و سایر تجهیزات متصل به الکتروموتور خواهد شد
- هدر رفت چشمگیر انرژی در زمان راه اندازی الکتروموتور
- آسیب دیدن تجهیزات حفاظتی نصب شده بر سر راه الکتروموتور
- آسیب دیدن کابل ها و اتصالات
- و…
برای غلبه بر این چالش ها، روش های مختلف دیگری جهت راه اندازی موتور معرفی شده است. برخی از این روش ها با تغییر چیدمان و مدار کنتاکتورها قابل اجراست و برخی دیگر نیاز به استفاده از تجهیزات دیگری دارد.
جزئیات بیشتر در این زمینه را در مقاله ” روش های راه اندازی موتور سه فاز ” ببینید.
برای راه اندازی ایمن موتور الکتزیکی از دو وسیله متفاوت می توان استفاده کرد. راهکار اول استفاده از سافت استارتر است که تنها قابلیت شروع و توقف ایمن موتور را فراهم می کند. روش دوم استفاده از درایو فرکانس متغیر است که علاوه بر توقف و راه اندازی ایمن، امکان کنترل دقیق عملکرد موتور را نیز فراهم می کند. اینورتر تکفاز به سه فاز یا به بیان دقیق تر درایو فرکانس متغیر تکفاز به سه فاز نوع خاصی از این تجهیزات است.
کنترل موتور الکتریکی با درایو
اینورترها تنها تجهیزاتی هستند که قابلیت کنترل دقیق عملکرد موتور را فراهم می کنند. این تجهیزات از تکینیک تنظیم فرکانس برای کنترل عملکرد موتور بهره می برند. در واقع تنظیم و تغییر فرکانس ولتاژ اعمال شده به موتور عملکرد اصلی اینورتر است. راه اندازی موتور به کمک اینورتر مزایای فراوانی دارد. برخی از مزایا عبارتند از:
- جلوگیری از ایجاد جریان های هجومی در زمان راه اندازی الکتروموتور
- راه اندازی نرم و آرام الکتروموتور
- توقف نرم و آرام الکتروموتور
- کنترل چپ گرد و راستگرد شدن الکتروموتور بدون نیاز به تجهیزات اضافی
- کنترل سرعت و گشتاور الکترو موتور
- بهبود راندمان و عملکرد کلی سیستم
- کاهش هزینه های عملیاتی و هزینه های تعمیر و نگهداری
- و …
عملکرد اینورترها
به منظور درک بهتر مفهوم اینورتر تکفاز به سه فاز، آشنایی با عملکرد این تجهیزات می تواند راهگشا باشد. عملکرد درایو را در دو مرحله می توان تشریح کرد. درایوها ابتدا ولتاژ AC دریافتی از منبع تغذیه یا شبکه را به وسیله یکسوسازها به ولتاژ DC تبدیل می کنند. در گام بعدی به وسیله ترانزیستورها و مدارات الکترونیک قدرت ولتاژ DC تولید شده را به یک ولتاژ متناوب با فرکانس متغیر تبدیل می کنند. فرکانس ولتاژ خروجی اینورتر ها به وسیله سرعت قطع و وصل شدن ترانزیستور های قدرت تنظیم می شود.
سرعت چرخش موتور با فرکانس ولتاژ ورودی رابطه مستقیم دارد. VFDها با تغییر فرکانس ولتاژ تحویل شده به موتور، سرعت موتور را تنظیم می کنند.
برای مشاهده جزئیات بیشتر در مورد عملکرد و ساختار داخلی درایوها، به مقاله
“درایو چیست و چگونه کار می کند” مراجعه کنید.
اینورتر تک فاز به سه فاز
درایور ها به صورت کلی به دو دسته درایو های تک فاز و سه فاز تقسیم می شوند. هر کدام از این درایو ها کاربری خاصی دارند. یکی از انواع درایو های تک فاز، اینورتر تک فاز به سه فاز است. برای راه اندازی موتور های سه فاز با برق تک فاز می توان از این تجهیزات استفاده کرد.
بسیاری از محیط های صنعتی، تجاری و مسکونی با برق تک فاز شبکه تغذیه می شوند. در صورت نیاز به راه اندازی الکتروموتور های سه فاز در چنین محیط هایی، مبدل تکفاز به سه فاز یکی از بهترین راه حل ها است.
ذکر این نکته ضروری است که از این اینورتر ها حداکثر برای راه اندازی الکتروموتورهای سه فاز تا توان 4 کیلوات می توان بهره گرفت.
عملکرد اینورتر تک فاز به سه فاز
اینورترهای تک فاز به سه فاز ولتاژ متناوب یک فاز را از شبکه یا منبع تغذیه دریافت می کنند. ولتاژ ورودی پس از یکسوسازی و عبور از فیلتر وارد مرحله نوسانسازی می شود. در این مرحله با کلیدزنی 3 زوج ترانزیستور قدرت، ولتاژ خطی شده به یک ولتاژ متناوب سه فاز تبدیل می شود.
فرکانس ولتاژ خروجی، با تغییر سرعت قطع و وصل ترانزیستورهای قدرت قابل تنظیم است. هرچقدر سرعت سوئیچینگ یا قطع و وصل ترانزیستورها بیشتر باشد، فرکانس ولتاژ خروجی بیشتر می شود. عکس این حالت نیز صادق است و با کاهش سرعت سوئیچینگ ترانزیستورها، فرکانس ولتاژ خروجی کمتر خواهد شد.
مبدل تکفاز به سه فاز زیمنس
زیمنس از جمله شناخته شده ترین برندهای تولید کننده درایو است. محصولات زیمنس به دلیل کیفیت ساخت بالا و عملکرد قابل اعتماد از جمله محبوبترین برندهای موجود در بازار هستند. درایو زیمنس در سری های مختلفی تولید می شود. از جمله محبوبترین اینورترهای موجود در بازار ایران می توان به درایو v20 زیمنس اشاره کرد. این درایوها برای کاربردهای پایه مورد استفاده قرار می گیرند.
مدل های مختلف این سری برای سیستم های تکفاز و سه فاز عرضه شده است. مدل 6SL3210-5BB23-0AV0 از این سری یک نمونه از اینورتر تکفاز به سه فاز است که کاربردهای متنوعی دارد. از این درایو می توان برای کنترل موتور سه فاز 3 کیلو وات (4 اسب بخار) استفاده کرد.
کاربرد درایو تک فاز به سه فاز
فرض کنید یک ساختمان سه طبقه با برق تک فاز تغذیه می شود. اگر قرار باشد در این ساختمان آسانسور نصب شود، نیاز به راه اندازی الکتروموتور سه فاز آسانسور با برق تک فاز خواهد بود. درایو تک فاز به سه فاز، راه حل بسیار مناسب و مقرون به صرفه برای این پروژه است.
درایو تکفاز به سه فاز بر سر راه الکتروموتور سه فاز قرار می گیرد و ولتاژ سه فاز با فرکانس متغییر را برای موتور تامین می کند. VFD تک فاز به سه فاز علاوه بر رفع مشکل راه اندازی موتور سه فاز، آسیب های احتمالی موتور راه به حداقل می رساند و از آن به خوبی محافظت می کند.
جمع بندی
اگر نیاز به راه اندازی یک موتور سه فاز با برق تکفاز دارید، اینورتر تک فاز به سه فاز یک راه حل بسیار مناسب برای شماست. این اینورترها در مصارف و کاربری هایی مانند پله برقی، آسانسور، بالا برها، نوار نقاله و… استفاده می شوند. لازم به ذکر است این اینورترها توان محدودی دارند و حداکثر تا توان 4 کیلو وات تولید می شوند.