راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر

 

در بسیاری از مقالات تخصصی از کلمه اینورتر و درایو به صورت مشترک استفاده می شود. با وجود این که درایو و اینورتر تفاوت های جزئی با یک دیگر دارند. در این مقاله به طور کامل به موارد مهمی از جمله اینورتر چیست؟ ساختمان داخلی آن چگونه است؟ و چگونه می توان با استفاده از آن موتور سه فاز را راه اندازی کرد می پردازیم. دستگاه های بزرگ و کوچک الکتریکی همواره برای کار کردن به برق نیاز دارند. در این میان استفاده از برق پر قدرت برای دستگاه های بزرگ و پیشرفته اهمیت بیشتری دارد. زمانی که برق سه فاز در دسترس نباشد، یا برای مدتی برق در اختیار دستگاه ها قرار نگیرد برای راه اندازی موتور سه فاز از برق تک فاز استفاده می شود. در همین راستا برای راه اندازی موتور با برق تک فاز دو روش پیشنهاد می شود:

• راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر
• راه اندازی موتور سه فاز با برق تک فاز با خازن

اجرای روش اول چالش ها و مشکلاتی را به دنبال دارد و به همین دلیل راه اندازی با اینورتر استفاده گسترده تری دارد. در این مقاله به طور کامل با نحوه راه اندازی و اجرای روش اول  آشنا می شویم.

اینورتر چیست؟

قبل از شروع پرداختن به نحوه راه اندازی موتور سه فاز، لازم است که با اصطلاحات مهمی از جمله اینورتر چیست؟ موتور سه فاز چیست؟ و … آشنا شوید. اینورتر نام های پر کاربرد دیگری از جمله اینورتر موتور، درایو سرعت متغیر، میکرو درایو، کنترل دور موتور، درایو سرعت قابل تنظیم و درایو AC دارد. اینورتر در معنای لغوی یعنی مبدل. امروزه در بسیاری از وسایل صنعتی و خانگی که حرکت دارند، از جمله ماشین لباسشویی ، جارو برقی، یخچال و … از اینورتر استفاده می شود. دستگاه اینورتر (Inverter) معادل با دستگاهی است که به کمک آن بتوان جریان برق مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل کرد. اینورترها این قابلیت را دارند که توسط تقویت کننده ها سطح ولتاژ تولیدی و فرکانس را به سطح ولتاژ و فرکانس مورد نظر تبدیل کنند. سپس برق AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز تامین و تولید کند. در نهایت از برق AC تولید شده در اینورتر می توان انواع موتورهای AC سه فاز را راه اندازی یا کنترل کرد.

موتور سه فاز چیست؟

موتور سه فاز به موتورهای الکتریکی گفته می شود که کاملا بر خلاف الکتروموتور تک فاز که برای کارکرد از فاز و نول استفاده می کند، برای ایجاد نیروی مکانیکی به برق سه فاز متصل می شود. الکتروموتور سه فاز برای ایجاد نیروی مغناظیسی چرخان مورد نیاز، از اختلاف فاز بین سه فاز تغذیه به صورت مجزا استفاده می کند. در واقع الکتروموتور نوعی ماشین است که قادر است انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کند. اغلب موتورهای الکتریکی سه فاز و یک فاز به صورت دوار طراحی و تولید می شوند. هر موتور الکتریکی دوار دارای دو بخش محرک و متحرک است. به بخش متحرک روتور و به بخش ثابتی که درون موتور قرار دارد، ایستانه یا استاتور گفته می شود.

ویژگی های موتور سه فاز

همان طور که در پاراگراف بالا اشاره شد ، موتور سه فاز دارای دو بخش استاتور و روتور است. روتور که یک بخش دوار است از یک هسته مسی تشکیل شده که سیم پیچ ها روی آن پیچ می شوند. در واقع این میدان مغناطیسی دوار، باعث القای الکترو مغناطیس و ایجاد جریان الکتریکی می شود. الکتروموتور سه فاز به طور کلی برای اجرای عملکرد خود از سه فاز R,S,T استفاده می کند. به همین دلیل توان بیشتری نسبت به الکتروموتور تکفاز دارد. درایو الکتروموتورهای سه فاز به دلیل قابلیت های ویژه ای از جمله کاربرد آسان، قیمت مقرون به صرفه، هزینه بهره برداری کم، و استحکام بالایی که دارند تمام نیاز دستگاه های صنعتی و غیر صنعتی را برآورده می کنند. علاوه بر این، 99 درصد نیاز و استفاده صنعت کنترل دور از موتورهای سه فاز است. چون موتورهای تکفاز با کیلو وات های یکسان قیمتی بالاتر از موتورهای سه فاز داشته و معایبی هم دارند. موتورهای سه فاز القایی برای موارد زیر طراحی و تولید می شوند:

• کنترل گشتاور
• کنترل موقعیت
• کنترل سرعت
• بار افزایشی
• پیکر بندی سفارشی
• حرکت آرام

همچنین کاربرد عمده الکتروموتور سه فاز در صنایع زیر است:

• کشاورزی
• معادن
• خودرو سازی
• صنایع غذایی
• صنایع دارویی
• صنایع فولادی
• صنایع نفت و گاز و پتروشیمی
• صنایع دریایی

راه انداز موتور سه فاز چیست؟

راه انداز موتور سه فاز یک دستگاه یا مجموعه ای از قطعات است که درون یک تابلو برق قرار می گیرد. سپس با استفاده از قطعات برق سه فاز 380 ولت شبکه به سیم پیچ الکتروموتور سه فاز متصل می شود. در نتیجه باعث می شود که الکتروموتور سه فاز از سرعت صفر که حالت توقف نامیده می شود، شروع به حرکت کرده و به سرعت مورد نظر برسد. انجام این کار باید به بهترین نحو و با کم ترین میزان تنش صورت گیرد. همچنین برای افزایش امنیت راه انداز باید ضروریت های مربوط به امنیت را روی دستگاه داشته باشد.

روش های راه اندازی موتور سه فاز

از گذشته  تاکنون روش های متنوعی برای راه اندازی موتور سه فاز وجود دارد. هر کدام از روش های راه اندازی معایب و مزایایی دارند که در این مقاله به صورت مختصر به معرفی آن ها می پردازیم. برای کاهش جریان راه اندازی موتور سه فاز و جلوگیری از افت ولتاژ شبکه، همچنین برای جلوگیری کردن از تولید شتاب اضافی مهلک روش های کاربردی مهمی برای راه اندازی موتور سه فاز استفاده می شود. در انتخاب روش راه اندازی به فاکتورهای مهمی از جمله فاکتورهای الکتریکی، مکانیکی، موارد اقتصادی و مالی، نوع بار و … وابسته است.  انواع روش ها به شرح زیر است:

• راه اندازی با مقاومت راه انداز سری با سیم پیچ استاتور
• راه اندازی مستقیم (Direct On Line) (DOL)
• راه اندازی با اتو ترنس
• راه اندازی ستاره مثلث
• راه اندازی با سافت استارتر
• راه اندازی با مقاومت راه انداز روتور (در الکتروموتورهای اسلیپ رینگ)
• راه اندازی با اینورتر

انواع الکتروموتور سه فاز و نحوه کار آن

الکتروموتور سه فاز معمولا با نام دینام القایی شناخته می شود. در الکتروموتورهای سه فاز چرخش محور دینام دارای سرعت کمی نسبت به فرکانس منبع تغذیه اعمال شده بر الکتروموتور دارد. در واقع این شرایط باعث می شود محور الکتروموتور سه فاز حرکت کند. اما اگر زنجیره کامل این اتفاق انجام و رعایت نشود،  میدان های متعادل کننده ای که در روتور تولید می شود وجود نخواهد داشت. همچنین بین فازهای منبع تغذیه اختلافات نسبتا چشمگیری وجود دارد که الکتروموتور سه فاز القایی از این اختلاف برای ایجاد یک میدان الکترو مغناطیسی دوار در داخل آن ، استفاده می شود. موتورهای سه فاز با توجه به کاربردهای متنوع و مختلفی که دارند، در مدل های مختلفی تولید می شوند. به همین جهت انواع الکتروموتورهای سه فاز  با توان های متغیر و مختلفی تولید می شوند. انواع الکتروموتورهای سه فاز عبارتند از :

• الکتروموتور AC
• الکتروموتور سه فاز یونیورسال
• الکتروموتور سه فاز DC
• موتورهای خطی
• الکتروموتور سه فاز پله ای
• موتورهای القایی

نحوه راه اندازی موتور سه فاز

راه اندازی موتور سه فاز توان بالا باعث کشیده شدن جریان زیادی از شبکه می شود. در شبکه هایی که برق آن ها ضعیف است، این جریان زیاد باعث افت ولتاژ شدید متناسب با قدرت الکتروموتور و تحت تاثیر قرار دادن سایر تجهیزات می شود. به گونه ای که این افت ولتاژ در تجهیزات روشنایی هم به خوبی قابل مشاهده است. به طور کلی دو روش کاربردی مهم و مقرون به صرفه نسبت به روش های بالا برای راه اندازی موتور سه فاز وجود دارد که عبارتند از :

• راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر
• راه اندازی موتور سه فاز برق تک فاز با خازن

در روش اول باید از یک اینورتر تک فاز به سه فاز استفاده می شود. اینورتر می تواند برق تک فاز 220 ولت را به تغذیه سه فاز 200 ولت تبدیل کرده و با این روش موتور را راه اندازی می شود. با توجه به این که خرید اینورتر نسبت به خرید و استفاده از خازن قیمت بالاتری دارد. اما راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر مزایایی نیز دارد. اینورتر گشتاور و سرعت موتور توسط اینورتر به خوبی قابل کنترل است و این ویژگی باعث صرفه جویی در مصرف انرژی برق نیز می شود. همچنین این روش تاثیر ویژه ای باعث راه اندازی موتور با اصطکاک و جریان کم می شود.

در پاراگراف های قبلی در مورد انواع روش های اندازی موتور سه فاز صحبت شد. تمام روش های ذکر شده به غیر از روش راه اندازی تک ضرب یا DOL، بر مبنای کاهش ولتاژ اجرا می شود. رابطه بین گشتاور و ولتاژ به صورت زیر است:

Istart ∝ (Voltage) ²

Tstart ∝ (Voltage) ²

به همین دلیل با کاهش ولتاژ، جریان راه اندازی و گشتاور راه اندازی هم کاهش پیدا می کند.

به همین دلیل راه اندازی موتور سه فاز با اینورتر جزء یکی از بهترین روش ها محسوب می شود. در واقع اینورتر (VFD یا VSD) بر مبنای گشتاور و ولتاژ کار نمی کند. درایو فرکانس برق اعمالی به الکتروموتور سه فاز به تدریج از 0 تا مقدار نامی افزایش می یابد. در واقع با این روش سرعت الکتروموتور کاملا نرم افزایش یافته تا به سرعت نهایی برسد. علاوه بر این، همزمان با تغییر فرکانس، ولتاژ اعمال شده بر موتور نیز به صورت متناسب تغییر پیدا می کند. به طور کلی می توان گفت الکتروموتور از همان زمان شروع استارت خوردن تحت ولتاژ نامی است. به همین دلیل از لحظه استارت خوردن، اندازه گشتاور راه اندازی و جریان راه اندازی و مقادیر نامی با یک دیگر برابر می شوند.

نکته حائز اهمیت این است که قطعات اینورتر برای راه اندازی موتور به گونه ای انتخاب می شوند که قابلیت تحمل بارهای سنگین تا 1.5 برابر جریان نامی را موقع راه اندازی داشته باشند. در این صورت گشتاور راه اندازی 1.5 برابر گشتاور راه اندازی موتور می شود.