آموزشیاینورتر

بررسی اینورتر های ولتاژ پایین LV ولتاژ متوسط MV ولتاژ بالا HT در صنعت (۱)

سلام خدمت دوستان و همراهان عزیز الکترومارکت.

در سیستم های نوین اتوماسیون صنعتی شاهد استفاده گسترده تری از اینورتر های ولتاژ پایین LV ولتاژ متوسط MV ولتاژ بالا HT هستیم.

این افزایش روز افزون استفاده از اینورتر ها بیشتر به دلیل درک و لمس قابلیت های ویژه اینورتر  از سمت کاربران است.

در سال های اخیر شاهد استفاده اینورتر ها روی کاربرد هایی مثل آسیاب ها ،پمپ های هیدرولیک ،همچنین حوزه گسترده ای از روش های مختلف برای بهبود بهره وری کلی و صرفه جویی در مصرف انرژی بوده ایم.

یکی از روش های نصب اینورتر های ولتاژ پایین LV بر موتور های AC است که در ادامه آن ،را مورد بحث قرار داده ایم.

شماتیک ساده اینورتر های ولتاژ پایین LV
شماتیک ساده اینورتر های ولتاژ پایین LV

الزامات و دلایل کلی استفاده از تغییر سرعت و اینورتر ها در صنعت

الزامات درایو سرعت متغیر (اینورتر های ولتاژ پایین LV) می بایست با تجهیزات و شرایط محیطی محل نصب آن سازگار باشد.

بعلاوه اینورتر های ولتاژ پایین LV باید قادر باشند تا در یک موتور معین، فرکانس ورودی ثابت را به سرعت خروجی متغیر در موتور در حال کار تبدیل کنند، همچنین باید قادر به تغییر سرعت مورد نیاز با کنترل شتاب افزایشی و  کنترل شیب کاهش سرعت بدون ایجاد لرزش باشند.

تابع شتاب می بایست یک رابطه خطی مستقیم با زمان باشد.

همانطور که پیش تر دریافتیم، با معرفی اینورتر های ولتاژ پایین LV در یک مدار الکتریکی، این رابطه خطی مستقیم با زمان حاصل خواهد شد.

 

انواع روش های تغییر سرعت

یک VFD یا همان اینورتر اساسا همان مدار الکتریکی است که بین یک شبکه تأمین کننده و یک موتور وصل شده است.

بر خلاف سیستم  راه اندازی تک ضرب (DOL)، که سرعت الکتروموتور به فرکانس  شبکه تأمین کننده AC محدود شده است و تعقیرات فرکانسی شبکه مستقیما بر سرعت موتور تاثیر میگذارد،

هدف اصلی اینورتر ها  راه اندازی و کنترل موتور با یک ولتاژ تغذیه AC / جریان AC فرکانس متغیر است که قابلیت یک گشتاور و سرعت متغیر موتور را فراهم می سازد.

بطور کل یک اینورتر در حالت فنی شامل یک بخش یکسوساز، یک بخش لینک DC، و یک بخش اینورتر (IGBT)  می باشد. بخش یکسوساز منبع ولتاژ شبکه AC  را از یک فرکانس ثابت (معمولا ۵۰ یا ۶۰ هرتز) به یک ولتاژ یا جریان DC یکسوسازی می کند که پس از آن در بخش اینورتر (IGBT) یک اینورتر،  به ولتاژ یا جریان AC  با دامنه و فرکانس متغیر تبدیل خواهد شد.



 

انواع اینورتر های فرکانس متغیر موجود

  • اینورتر های ولتاژ پایین LV
  • اینورتر های ولتاژ متوسط MV
  • اینورتر های ولتاژ بالا HT

هنگامیکه راجع به درایو فرکانس متغیر صحبت می شود، می بایست بین اینورتر های ولتاژ پایین LV (تا ۶۹۰ولت ولتاژ موتور) و اینورتر های ولتاژ متوسط MV تمایز قائل شد.

به طور معمول بازه و محدوده توان اقتصادی مناسب به صورت ذیل می باشد:

  • برای اینورتر های LV یا همان ولتاژ پایین تا ۵۰۰ اسب بخار
  • برای اینورتر های MV یا همان ولتاژ متوسط تا ۱۰۰۰ اسب بخار؛ و
  • برای اینورتر های HT یا ولتاژ بالا بالای ۱۰۰۰ اسب بخار

این سیستم به منظور کاهش THD و هارمونی ها و کاهش تلفات انرژی انتقال می باشد.

 

برنامه اینورتر های ولتاژ پایین LV در صنعت قند و شکر

مقدمه

در ابتدا اینورترهای ولتاژ پایین LV تنها در اواخر دهه ۶۰ میلادی به بازار معرفی شدند.
مزایای اینورتر های ولتاژ پایین LV در آن روز ها اساسا مزایایی است که امروزه به آن نیازمندیم ولی نه به این توسعه یافتگی امروز در واقع خیلی از الگوریتم های کنترلی امروزه مثل الگوریتم وکتور کنترل یا انواع سیستم های کاری مثل PID کنترل در آن روزها یک آرزو یا یک هدف بوده است.
بعنوان مثال: ذخیره انرژی، کنترل فرآیند بهبود یافته، و هزینه های نگهداری پایین تر.


با این حال، این اینورتر ها علاوه بر دارا بودن این مزایا همچنین با اشکالاتی مانند مسائل مربوط به ضریب توان پایین، اعوجاج هارمونیکی، نوسانات گشتاور و مشکلات قابل توجه روبروست.

 

البته در حال حاضر این مشکلات اساسا حذف شده اند و وجود مزایا به تنهایی، فضا را برای تسلط کار سیستم اینورتر های ولتاژ پایین LV به وضوح فراهم می آورد.

مواردی که عرض شد، باعث می شوند تا اینورتر های ولتاژ پایین LV به بسیاری از صنایع همچون؛ صنایع نفت و پتروشیمی گاز، برق، پمپاژ آب و فاضلاب، فلزات، معدن و مواد معدنی، دریایی، کارخانه تولید قند و شکر و غیره راه یابد.

تمامی این موارد. عمدتا برای انتقال مایعات، گاز و جامد به صورت اقتصادی تر و کنترل شده می باشد.

در صنعت قند و شکر، بسیاری از برنامه ها به جای روش های درایوینگ مرسوم که از قبیل موارد زیر هستند برای عملکرد با اینورتر های ولتاژ پایین LV مناسب اند؛

  • سانتریفیوژ های تصفیه شکر
  • نقاله های حامل نی شکر و چغندر
  • فن های کوره بخار
  • آسیاب اهک
  • آسیاب چغندر
  • پمپ آب خام
  • پمپ آب سولفیت دار
  • پمپ شهد
  • پمپ انتقال چغندر
  • پمپ های تزریقی
  • برج های خنک کننده و پمپ های مربوطه
  • پمپ سانتریفیوژ شکر پخت با دوز شیمیایی
اینورتر های ولتاژ پایین LV سانترنو ایتالیا SINUS PENTA ریجنریتیو سانتریفیوژ های تصفیه شکر کارخانه قند اصفهان طراحی و نصب گروه مهندسی الکترومارکت 1
اینورتر های ولتاژ پایین LV سانترنو ایتالیا SINUS PENTA ریجنریتیو سانتریفیوژ های تصفیه شکر کارخانه قند اصفهان طراحی و نصب گروه مهندسی الکترومارکت ۱

 

اینورتر های ولتاژ پایین LV سانترنو ایتالیا SINUS PENTA ریجنریتیو سانتریفیوژ های تصفیه شکر کارخانه قند اصفهان طراحی و نصب گروه مهندسی الکترومارکت 2
اینورتر های ولتاژ پایین LV سانترنو ایتالیا SINUS PENTA ریجنریتیو سانتریفیوژ های تصفیه شکر کارخانه قند اصفهان طراحی و نصب گروه مهندسی الکترومارکت ۲

برنامه های کاربردی

الف. برنامه های کاربردی پمپ

به طور خاص، صنعت تولید قند و شکر برای انتقال مایعات به همراه رعایت موارد زیر از پمپ استفاده می کنند؛

پمپاژ و ۵ دلیل بر مزیت استفاده از اینورتر در کاربرد پمپ

  1. میزان جریان کنترل شده
  2. فشار کنترل شده
  3. سطح کنترل شده در مجاری

از پمپ علاوه بر انتقال مایعات همچنین برای تولید برق در تامین آب دیگ بخار استفاده می شود.

استفاده از چنین برنامه های منجر به پتانسیل بالایی برای ذخیره انرژی، و تبدیل شدن آن به اقتصادی ترین و کارآمد ترین روش موجود در جوامع امروزه، می گردد.

ب. برنامه های کاربردی نوار نقاله

اینورتر ها می توانند برای کنترل سرعت و گشتاور تسمه نقاله استفاده شوند که در نتیجه این استفاده، مدیریت آسان و کنترل بسیار دقیق حاصل می شود.

ج. برنامه های کاربردی فن های ID و FD

کارخانجات تولید قند و شکر برای تولید بخار فشار بالا برای تولید انرژی الکتریکی و همچنین بخار کم فشار برای مبدل های حرارتی از دیگ های بخار استفاده می کنند.

از آنجا که مصرف بخار بسته به نیاز به آن است، دیگ بخار باید به وسیله کنترل هوا و سوخت این تغییرات را همساز کند.

به منظور دستیابی به عملکرد بهتر و ذخیره قابل توجه انرژی، برای کنترل فن های طرح القایی (ID or Induced Drafts ) و فن های طرح نیرویی (FD or Forced Drafts) در فضای دیگ بخار، از اینورتر ها استفاده می کنند.

د. برنامه های کاربردی سانتریفیوژ

اینورتر ها همچنین می توانند در برنامه های کاربردی سانتریفیوژ نصب شوند که مهم ترین بخش تصفیه شکر برای کنترل سرعت سانتریفیوژ دسته غذایی است.

بعلاوه در این برنامه ها استفاده از اینورتر ها با باس DC پیوسته و در اخر متصل به یک یونیت ریجنریتیو و احیای انرژی برگشت  قابل اعتمادترین و کارآمد ترین روش کنترل، کمک به حداقل تجهیزات تأسیسات الکتریکی، پایین ترین مصرف انرژی و تقریبا دارای تأثیر ناچیز بر شبکه برق می باشد.

ه. تعمیر و نگهداری کم

نیاز به نگهداری و تعمیرات یک سیستم، به عملکرد مواردی مانند فیلتر هوا در یک درایو خنک کننده هوا یا مجرای دیونیزه کننده در خنک کننده آب و یا باتری پشتیبان، بستگی دارد. (فواصل در عملکرد موارد ذکر شده به شرایط محیط بستگی دارد)

 

مزایای سیستم های اینورتر های ولتاژ پایین LV

الف. ذخیره انرژی

اینورتر ها بازه وسیعی از مزایا را ارائه می کنند از قبیل بهبود کیفیت یک محصول با داشتن کنترلی بهتر از در روند کاری، با توجه به یک فشار بهینه و کنترل جریان و ذخیره قابل توجه انرژی.

ب. تعمیر و نگهداری حداقل

با تعویض قطعات مکانیکی از قبیل دریچه ها، کمک فنر، دامپر ها و توربین های گازی/بخاری با تجهیزات الکتریکی مانند یک سیستم اینورتر های ولتاژ پایین LV ، تلاش برای تعمیر و نگهداری به حداقل خواهد رسید. یک سیستم VFD مورد اعتماد و خوب طراحی شده، با حداقل زمان کارکرد و حداقل نگهداری، کافی خواهد بود. بعلاوه اینکه سیستم طی ده سال اول به تعویض هیچ یک از اجزاء اصلی نیاز نخواهد داشت.

تنها اجزائی که لازم است سالانه چک و بررسی شوند بعنوان مثال باتری های پشتیبان، مجاری هیت سینک ها در سیستم خنک کننده  و همچنین فیلتر های هوا در سیستم خنک کننده هوا می باشند.

اگرچه برای نگهداری از سیستم باید یک برنامه تعمیر و نگهداری منظم داشت، تمام بررسی ها می تواند طی استفاده از سیستم انجام گیرد که باعث می شود عمر سیستم افزایش یابد.

ج. عملکرد کنترل فرآیند بهبود یافته

در مقایسه راهکار های مکانیکی مانند روشن/خاموش بودن دمپر/دریچه/پره یا کنترل گام، اینورتر های LV راه بسیار هموارتر و دقیق تری را برای کنترل فرآیند فراهم می سازد.

با یک سیستم اینورتر های ولتاژ پایین LV می توان سرعت و گشتاور را با دقت ۰.۱ درصد و دقیق تر تنظیم نمود. در نتیجه،  بسته به برنامه و کاربرد، فرآیند در یک راه کارآمدتر کنترل می شود و خروجی آن دارای کیفیت بهتری است.

از مزایای دیگر سیستم LV-VFD، داشتن سطح نویز پایین تر و برخورداری از تجهیزات یکپارچه حفاظت موتور را می توان برشمرد که تنها بخشی از دامنه خدماتی اینورتر می باشد.

د. طول عمر طولانی موتور و تجهیزات مکانیکی

با توجه به قابلیت های سافت استارت نرم و هموار، محدوده گسترده سرعت قابل تنظیم و قابلیت کنترل گشتاور یک سیستم اینورتر های ولتاژ پایین LV ، طول عمر موتور و تجهیزات مکانیکی استفاده شده مجددا تمدید خواهد شد.

[quote author=”” animation_delay=”0″ animate=”” ]بعنوان مثال؛ با توجه به کاهش فشار در بار جزئی، طول عمر لوله ها و دیگر اجزائ افزایش می یابد. با استفاده از یک سستم VFD ارتعاشات می تواند کاهش یابد که این موضوع طول عمر تجهیزات را افزایش می دهد.[/quote]

ه. رفع جریان هجومی موتور

جریان هجومی بالا می تواند از ۵ الی ۷ بار از جریان نامی موتور با استارت مستقیم DOL تجاوز کند. این مشکل می تواند با نصب یک سیستم اینورتر کاملا رفع شود.

به خصوص در برنامه هایی با اینرسی بالا (بعنوان مثال؛ فن ها)، جریان هجومی بالا ممکن است در یک موتور با توان بالا رخ دهد که با توجه به زمان شتاب طولانی در جریان هجومی بالا،هزینه انرژی موتور افزایش می یابد. با یک سیستم LV-VFD، راه اندازی بسیار نرم و راحت است، و جریان در هر دو طرف منبع خط و موتور از مقدار نامی در طول راه اندازی تجاوز نمی کند.

در راه اندازی الکتروموتور با اینورتر به هیچ وجه جریان نامی موتور از جریان نامی تجاوز نمیکند.

باید به این نکته تأکید کرد که یک راه اندازی و استارت با یک-به اصطلاح- سافت استارتر همان مقدار جریان پایین موتور که در یک استارت با سیستم اینورتر داشتیم را نخواهد داشت.

اگرچه در مقایسه با استارت مستقیم DOL بطور قابل توجهی کاهش می یابد، اما هنوز هم هنگامی که سافت استاتر ها اعمال می شوند، جریان هجومی از میزان جریان نامی موتور تجاوز می کند.

بهبود ایمنی در مقابل اختلالات  برق ورودی و احتمالات خطا در شبکه

به طور معمول اختلالات در شبکه عرضه از قبیل موارد زیر می باشد:

  • تعویض جهش جرقه
  • عدم توازن ولتاژی بین فاز ها
  • افت ولتاژ در طی چند سیکل یا ناگهانی
  • انحراف فرکانس یا شدیدترین وقفه، تأثیری روی عملکرد یک موتور با راه انداز مستقیم DOL خواهد گذاشت.

افت فشار خاص به میزانی معلوم (معمولا بیشتر از ۱۰ درصد) بلافاصله توان خروجی را کاهش می دهد و یا اینکه روند پیش برده شده را بطور کامل تلف خواهد کرد.

با یک اینورتر ولتاژ متوسط  MVیا همان VFD-MV، قابلیت گذر از خطا این را تضمین می کند که توسط اختلالات عرضه شبکه که بالاتر نام برده شد، همه یا مقدار کاهش یافته را تحت تأثیر قرار نخواهد داد.

این موضوع با یک پیوند DC حاصل می شود که بعنوان بخشی از سیستم VFD، موتور را از منبع تغذیه جدا می سازد؛ درست مانند طرح های کنترل موتور پیچیده.

همچنین یک اتصال کوتاه در حین کار موتور DOL، تأثیر منفی قابل توجهی بر شبکه عرضه خواهد داشت. با یک VFD بین موتور و شبکه، این اتصال کوتاه ها توسط سیستم VFD به شیوه بسیار سریع رسیدگی می شوند و همچنین حداقل تأثیر منفی روی سیستم عرضه گذاشته می شود.

ادامه دارد….

گروه مهندسی الکترومارکت در خدمت شما است. 

متشکرم که تا انتهای این مقاله با ما بودید منتظر نظرات خوبتون هستم.

نظرات شما دوستان باعث ارتقای سطح کیفی الکترومارکت میگردد.

ما در ۲۴ ساعت از ۷ روز هفته منتظر شنیدن صدای شما هستیم
۰۲۱۴۳۸۴۴۴۴۰
۰۲۱۴۳۸۴۴۴۴۱

برچسب ها

یوسف رجبی

یوسف-مهندسی کنترل صنعتی,برنامه نویس و بنیان گذار الکترومارکت طراح و برنامه نویس سیستم های مبتنی بر اتوماسیون صنعتی.طراح پروژه های انرژی سیوینگ بر پایه تکنیک های نوین, حرفه ای در برنامه نویسی اتوکد,ای پلن و طراحی وب سایت

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

بستن