هنگام اندازه گیری جریان ورودی و خروجی اینورتر، برخی افراد با مقادیر جریان خوانده شده در سمت ورودی در مقابل سمت خروجی مبهوت می شوند. اغلب اوقات، جریان خروجی بیشتر از جریان ورودی خواهد بود!! از آنجایی که بازده اینورتر کمتر از 100٪ است، جریان خروجی باید کمتر از جریان ورودی باشد که این برخلاف دانش مرسوم است. این مقاله موقعیت‌هایی را توضیح می دهد که می‌توانید انتظار داشته باشید جریان بیشتری را در سمت خروجی اینورتر در مقایسه با سمت ورودی مشاهده کنید.
چند اصل اساسی وجود دارد که قبل از ادامه باید بدانیم:
1- موتورها با ضریب توان تاخیری (PF) کار می کنند. این بدان معناست که موتور توان راکتیو (var) را مصرف می کند. هنگامی که موتور به شبکه برق وصل می شود، شبکه توان راکتیو لازم را برای کار به موتور می دهد. این توان راکتیو برای تولید میدان مغناطیسی دوار در داخل استاتور موتور استفاده می شود و هیچ کار مفیدی (وات) انجام نمی دهد.
2- هنگامی که یک درایو (VFD) نصب می شود. اساساً سیستم قدرت را به سه قسمت جداگانه جدا می کند:
- یکسوسازی سمت ورودی - تبدیل AC به DC
- ذخیره سازی انرژی DC در خازن
- معکوس کردن سمت خروجی - تبدیل DC به AC
3- هنگامی که موتور به اینورتر (به سمت خروجی درایو) متصل می شود، موتور اساساً از شبکه برق جدا می شود. این بدان معناست که توان راکتیو لازم برای کارکرد موتور باید از خود درایو تامین شود.
4- توان راکتیو مورد نیاز برای مغناطیس کردن سیم پیچ های موتور معمولاً با سرعت تغییر نمی‌کند و مقدار نسبتاً ثابتی است.
5- قدرت واقعی مورد نیاز برای راه اندازی موتور (جریان تولید کننده گشتاور) با سرعت متفاوت است. گشتاور را کم کنید، جریان کمتر خواهد شد.
6- کل توان وارد شده به درایو است که باید با توان خروجی درایو مقایسه شود (منهای توان از دست رفته در عملیات درایو). مقایسه جریان بین ورودی و خروجی مقایسه درستی نیست.
جریان اجزا در اینورتر
جریان ورودی اینورتر
جریان ورودی از شبکه برق به اینورتر دارای یک جزء است:
جریان واقعی که گشتاور یا کار مفید تولید می کند (وات)
جریان ورودی اینورتر جریان واقعی است که کار مفید یا گشتاور تولید می کند.
Iinputvfd=Ir
جریان خروجی اینورتر
جریان خروجی از اینورتر به موتور دارای دو جزء است:
- جریان واقعی که گشتاور یا کار مفید تولید می کند (watt)
- جریان راکتیو که میدان مغناطیسی در موتور ایجاد می کند (var)
مجموع جریان خروجی (Ioutputvfd) از درایو، جذر مجموع مجذورهای هر دو جریان واقعی (Ir) و جریان راکتیو (Iq) خواهد بود.
Ioutputvfd=√(I2r+I2q)
جریان واقعی (Ir) توسط شبکه الکتریکی و جریان راکتیو (Iq) توسط خازن باس DC در داخل اینورتر تامین می شود. از معادلات بالا می توان دریافت که جریان خروجی اینورتر می تواند بزرگتر از جریان ورودی باشد. برای درایوها و موتورهای با اندازه کوچکتر، تفاوت در اندازه جریان ممکن است قابل توجه نباشد، اما برای درایوهای بزرگتر این تفاوت بیشتر خواهد بود. جریان واقعی و راکتیو در داخل اینورتر I_r جریان واقعی و I_q جریان راکتیو است.
محاسبه جریان ورودی و خروجی اینورتر
اگر ضریب قدرت موتور و گشتاور بار یا KW را بدانیم، می توانیم جریان خروجی از اینورتر را با دقت معقولی محاسبه کنیم. برای شروع، بیایید یک مثال واقعی بزنیم. تصویر زیر مشخصات یک درایو 37 کیلوواتی را نشان می دهد. جریان خروجی پیوسته 72 آمپر است که برای یک درایو 37 کیلووات طبیعی است، در حالی که جریان تغذیه تنها 58 آمپر است.
بنابراین، دلیل این تفاوت چیست؟ آیا درایو جریان باقیمانده را خودش تولید می کند؟! نه مطمئنا، این دستگاه یک مبدل است نه یک ژنراتور. آیا اینورتر معجزه می کند؟ من مطمئن هستم که شما این را در مارک های دیگر نیز خواهید یافت، بنابراین اینطور نیست.
| Input Ratings |
| 380-480V |
supply voltage |
| 3 |
input phases |
| 58 A |
supply current continuous |
| 80 A |
supply fuse or MCB (type B) |
| Output Ratings |
| 37 kw (50HP) |
Motor Output Ratings |
| 0 - supply voltage |
output voltage |
| 72 A |
output current |
پاسخ درست در پشت خازن های داخل درایوها نهفته است. همانطور که همه ما می دانیم، هر اینورتر دارای یک لینک DC متشکل از خازن هایی است که امواج DC تبدیل شده ورودی را صاف می کند. علاوه بر آن، آنها همچنین مشهورترین نقش خود را در صنایع برق ایفا می کنند.
محاسبه و فرمول جریان فعال در اینورترها
جبران توان راکتیو مصرفی بارهای القایی مانند یک موتور القایی. بنابراین چگونه این ارتباط با جریان خروجی درایو بیشتر از ورودی آن است؟ بیایید چند عملیات ریاضی ساده انجام دهیم. فرض کنید یک موتور 37kW-72A به اینورتر 37kW ما متصل است. همچنین فرض کنید ضریب توان آن 0.8 است. بخش جریان فعال به سادگی تعیین می شود:
Iactive=I×cosⱷ=72×0.8=58A
این موتور در مجموع 72 آمپر جریان ظاهری مصرف می کند. حدود 58 آمپر از این مقدار کل به تولید توان واقعی (فعال) موتور اختصاص داده شده است و باید توسط شبکه تامین شود.
بنابراین، درایو تنها به برق واقعی 58 آمپر در ورودی خود نیاز دارد. مقدار باقی مانده مربوط به مدار القایی مغناطیسی موتور است که توسط خازن های لینک DC جبران می شود. این مقدار را نیز می توان به راحتی با قوانین ضریب توان محاسبه کرد.
Ireactive=I×sinⱷ=72×0.6=42A
تصویر زیر نمای کلی خوبی از جریان های درگیر در این فرآیند ارائه می دهد.
توان راکتیو
لازم به ذکر است که توان راکتیو در واقع توسط خازن ها "تولید" نمی شود، بلکه "جبران" می شود. یعنی یک اینورتر (یا خازن های داخل آن) نمی تواند توان راکتیو تولید کند، همانطور که نمی تواند توان اکتیو تولید کند.
درایو در این فرآیند فقط به عنوان مبدل/ معکوس کننده عمل می کند. آنچه اتفاق می افتد فقط یک بازی از چرخه های فعلی جایگزین است. در واقع، یک عنصر خازنی در نیمه اول یک نیم چرخه توان راکتیو تولید می کند و در نیمه دوم به مقدار مساوی از آن را مصرف می کند.
بنابراین، تولید/مصرف توان کلی یک خازن در طول نیم سیکل صفر است. در مقابل، سلف ها دقیقاً رفتار مخالف دارند. آنها توان راکتیو را در نیمه اول نیم چرخه مصرف می کنند و در نیمه دوم آن را تولید می کنند. بنابراین، خازن و موتور فعل و انفعالات واکنشی خود را از طریق چرخه های AC جبران/خنثی می کنند. به همین دلیل است که ما گاهی اوقات آن را قدرت خیالی می نامیم که کاملاً درست نیست.
واقعیت مورد بحث؛ یعنی بیشتر بودن جریان خروجی از جریان ورودی معمولاً برای درایوهایی صادق است که خازن های پلی پروپیلن دارند و هارمونیک کمتری به شبکه وارد می کنند. این مورد در مورد اکثر اینورتر های موجود در بازار صادق نیست. در واقع بیشتر درایوها با خازن های الکترولیتی که ارزان تر هستند اما دارای مقادیر هارمونیک بالاتری هستند که معمولاً جریان ورودی بیشتری را به همراه دارند تولید می شوند. در نتیجه، هارمونیک ها نیز باید به عنوان نقش آفرین دیگری در محاسبات ما در نظر گرفته شوند.