اینورتر سه فاز

اینورتر سه فاز معمولا از توان های 0.75 کیلووات و کمتر تا چند صد اسب بخار تولید می شوند.

اینورتر سه فاز دارای کاربری های بسیار زیادی در بخش‌های مختلف صنعتی نظیر کارخانه‌ها، شرکت‌ها و غیره است که میتوان آن را عضو جدایی ناپذیر صنعت دانست.

نحوه عملکرد اینورتر سه فاز

همه ما در مورد اینورتر می دانیم. اینورتر دستگاهی است که DC را به AC تبدیل می کند. و ما قبلا با انواع اینورتر آشنا شدیم و یک اینورتر تک فاز 12 ولت تا 220 ولت ساختیم. یک اینورتر 3 فاز ولتاژ DC را به منبع AC سه فاز تبدیل می کند.

در این مقاله، با اینورتر سه فاز و نحوه کار آن آشنا خواهیم شد، اما قبل از ادامه، اجازه دهید نگاهی به شکل موج ولتاژ خط سه فاز داشته باشیم. در نقشه مدار زیر یک خط سه فاز به یک بار مقاومتی متصل می شود و بار از خط برق می گیرد.

اگر شکل موج ولتاژ را برای هر فاز ترسیم کنیم، نموداری مطابق شکل خواهیم داشت. در نمودار، سه شکل موج ولتاژ را می بینیم که 120 درجه با یکدیگر اختلاف فاز دارند.

در این مقاله به بررسی نقشه مدار اینورتر 3 فاز می پردازیم که به عنوان مبدل AC DC به 3 فاز استفاده می شود. به یاد داشته باشید که حتی در بهترین حالت مدرن دستیابی به شکل موج کاملاً سینوسی برای بارهای مختلف بسیار دشوار است و عملی نیست.

بنابراین در اینجا کار یک مدار مبدل سه فاز ایده آل را با نادیده گرفتن تمام مسائل مربوط به اینورتر عملی 3 فاز مورد بحث قرار خواهیم داد.

کارکرد اینورتر سه فاز

اکنون اجازه دهید نقشه مدار اینورتر سه فاز و شکل ساده شده ایده آل آن را بررسی کنیم.

در زیر یک نمودار نقشه مدار اینورتر 3 فاز طراحی شده با استفاده از تریستور و دیود (برای حفاظت از افزایش ولتاژ) ارائه شده است.

مدار اینورتر 3 فاز با استفاده از تریستور و دیود

و در زیر یک نمودار مدار اینورتر سه فاز است که فقط با استفاده از کلیدها طراحی شده است. همانطور که می بینید این راه اندازی شش کلید مکانیکی در درک عملکرد اینورتر 3 فاز مفیدتر از مدار دست و پا گیر و غیر قابل درک تریستور است.

مدار اینورتر 3 فاز با استفاده از سوئیچ

کاری که ما در اینجا انجام خواهیم داد این است که این شش کلید را به طور متقارن باز و بسته می کنیم تا خروجی ولتاژ سه فاز برای بار مقاومتی به دست آید.

دو راه ممکن برای راه اندازی سوئیچ ها برای رسیدن به نتیجه دلخواه وجود دارد، یکی که سوئیچ ها برای 180 درجه هدایت می کنند و دیگری که در آن سوئیچ ها فقط 120 درجه هدایت می کنند. اجازه دهید هر الگو را در زیر مورد بحث قرار دهیم.

اینورتر سه فاز - حالت هدایت 180 درجه

مدار ایده آل قبل از اینکه بتوان آن را به سه بخش تقسیم کرد، یعنی بخش یک، بخش دو و بخش سه ترسیم می شود و ما در بخش بعدی مقاله از این نمادها استفاده خواهیم کرد.

بخش یک شامل یک جفت سوئیچ S1&S2، بخش دو شامل جفت سوئیچینگ S3 &S4 و بخش سه شامل جفت سوئیچینگ S5&S6 است. در هر زمان معین، هر دو سوئیچ در یک بخش هرگز نباید بسته شوند، زیرا منجر به اتصال کوتاه باتری در کل نصب می شود، بنابراین باید همیشه از این سناریو اجتناب شود.

حالا بیایید با بستن سوئیچ S1 در اولین بخش مدار ایده آل، سوئیچ کردن دنباله را شروع کنیم و شروع را 0º نامگذاری کنیم. از آنجایی که زمان هدایت انتخابی 180 درجه است، کلید S1 از 0 تا 180 درجه بسته می شود.

اما پس از 120 درجه از فاز اول، فاز دوم نیز دارای یک سیکل مثبت است که در نمودار ولتاژ سه فاز مشاهده می شود، بنابراین کلید S3 بعد از S1 بسته می شود. این S3 همچنین برای 180 درجه دیگر بسته نگه داشته می شود.

بنابراین S3 از 120 درجه تا 300 درجه بسته می شود و فقط بعد از 300 درجه باز می شود.

به طور مشابه، فاز سوم نیز دارای یک چرخه مثبت پس از 120 درجه از چرخه مثبت فاز دوم است، همانطور که در نمودار ابتدای مقاله نشان داده شده است. بنابراین سوئیچ S5 پس از بسته شدن 120 درجه S3 یعنی 240 درجه بسته می شود.

هنگامی که سوئیچ بسته می شود، قبل از باز شدن، برای رسیدن به 180 درجه بسته نگه داشته می شود، با این کار S5 از 240 درجه تا 60 درجه (چرخه دوم) بسته می شود.

تا به حال، تمام کاری که ما انجام می‌دادیم این بود که فرض می‌کردیم که رسانایی پس از بسته شدن کلیدهای لایه بالایی انجام می‌شود، اما برای گردش جریان از مدار باید کامل شود.

همچنین، به یاد داشته باشید که هر دو سوئیچ در یک زمان هرگز نباید همزمان بسته باشند، بنابراین اگر یک سوئیچ بسته است، دیگری باید باز باشد.

برای برقراری هر دو شرط فوق، S2، S4 و S6 را به ترتیب از پیش تعیین شده می بندیم. بنابراین تنها پس از باز شدن S1، باید S2 را ببندیم.

به طور مشابه، S4 پس از باز شدن S3 در 300 درجه بسته می شود و به همین ترتیب S6 پس از تکمیل چرخه هدایت S5 بسته می شود. این چرخه سوئیچینگ بین سوئیچ های همان بخش را می توان در شکل زیر مشاهده کرد.

در اینجا S2 به دنبال S1، S4 به دنبال S3 و S6 به دنبال S5 است.

با پیروی از این سوئیچینگ متقارن می توانیم به ولتاژ سه فاز مورد نظر که در نمودار نشان داده شده است دست یابیم.

اگر توالی سوئیچینگ ابتدایی را در جدول بالا پر کنیم، یک الگوی سوئیچینگ کامل برای حالت هدایت 180 درجه مانند زیر خواهیم داشت.

از جدول بالا می توان فهمید که:

• از 0-60: S1، S4 و S5 بسته می شوند و سه سوئیچ باقی مانده باز می شوند.
• از 60-120: S1، S4 و S6 بسته می شوند و سه سوئیچ باقی مانده باز می شوند.
• از 120-180: S1، S3&S6 بسته می شوند و سه سوئیچ باقی مانده باز می شوند.
• و دنباله سوئیچینگ به همین ترتیب ادامه می یابد.

چه زمانی از اینورتر 1 فاز و چه زمانی از اینورتر 3 فاز استفاده می شود؟ آیا اینورتر سه فاز یا تک فاز برای کاربردهای خصوصی مناسب تر است؟

روند فعلی به وضوح به سمت استفاده از اینورترهای سه فاز است. بر خلاف اینورترهای تک فاز معمولی، اینورترهای سه فاز قادر به جلوگیری از بارهای نامتعادل در منبع تغذیه در شبکه هستند.

اجزای اینورتر سه فاز

بطورکلی همه درایوها از دو بخش اصلی تشکیل می شوند که به ترتیب عبارتند از:

1- کنترل

که خود از سه بخش تشکیل شده است.

1-1) کی پد

1-2) ترمینال برد

1-3) برد کنترل

2- مدار قدرت

بخش سوم از اجزای اینورتر مدار اصلی است. یکی از مهمترین و اساسی ترین قسمت درایو ، همین مدار اصلی است. پیچیده ترین تبدیلات در این محل انجام میگردد. ولتاژ AC ورودی در این قسمت تبدیل به , ولتاژ DC شده و نهایتا توسط سوئیچهای IGBT به ولتاژ AC مورد نیاز در خروجی تبدیل میگردد.

مزایای اینورتر سه فاز

با توجه به استفاده ی فراوان و راندمان بالایی که الکتروموتور سه فاز و نیاز به کنترل دور این موتور ها، استفاده از اینورتر های سه فاز بهترین راه حل است.

یکی از بزرگترین مزیت های اینورتر سه فاز ارزان بودن نسبت به اینورتر های تکفاز و قابلیت های فراوان آن به شمار می رود.

از اینورتر سه فاز میتوان بدون نگهداری خاصی و با یکبار تنظیم پارامتر استفاده کرد و جزو درایوهای کنترل دور خود راه انداز به شمار می رود.

قیمت مناسب، کاربری آسان، هزینه بهره وری مناسب و طراحی مستحکم و کم جا از مزایای ویژه برای اینورتر سه فاز به شمار می رود.

کاربرد موتور های سه فاز

اینورترهای سه فاز در زمینه‌های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد که ابعاد استفاده از این اینورتر نیز بسیار وسیع و گسترده است.

در لیست زیر به مهم‌ترین زمینه‌ هایی که درایو سه فاز در آن‌ها دارای کاربرد است اشاره می کنید :

• استفاده در صنایع خودروسازی و صنایع خودرو
• استفاده در صنایع مربوط به معدن
• استفاده در صنایع دریایی و همچنین استخراج نفت و گاز و پتروشیمی
• استفاده از اینورتر سه فاز در صنایع مربوط به دارو و لوازم بهداشتی
• استفاده در صنعت کشاورزی و فولاد
• و بسیاری موارد دیگر