چکیده در این مقاله به بررسی جامع عملکرد اینورترها با تمرکز بر اصل کنترل V/F می‌پردازیم. این بررسی شامل مبانی تئوری، طراحی سخت‌افزار، پیاده‌سازی عملی، مزایا و محدودیت‌ها، کاربردهای صنعتی و مقایسه با سایر روش‌های کنترل خواهد بود.
فصل اول: مقدمه‌ای بر اینورترها و ضرورت استفاده از آنها
1-1 تاریخچه توسعه اینورترها توسعه اینورترها به دهه 1960 بازمی‌گردد. در ابتدا از تریستورها استفاده می‌شد که محدودیت‌های فراوانی داشتند. با معرفی IGBT در دهه 1980، انقلابی در صنعت اینورترها ایجاد شد.
1-2 تعریف اینورتر اینورتر یا درایو فرکانس متغیر (VFD) دستگاهی الکترونیکی است که با تغییر فرکانس و ولتاژ اعمالی به موتور الکتریکی، سرعت آن را کنترل می‌کند.
مقدمه: اگر شما هم از آن دسته افرادی هستید که می‌دانید نصب اینورتر روی موتورهای الکتریکی باعث صرفه‌جویی انرژی می‌شود، اما درک درستی از نحوه عملکرد جادویی آن ندارید، این مقاله برای شماست. پاسخ در یک اصل کلیدی به نام کنترل V/F (ولت بر هرتز) نهفته است. در این مقاله، به زبان ساده و بدون پیچیدگی‌های ریاضی، توضیح می‌دهیم که اینورتر چگونه با استفاده از این اصل، سرعت یک موتور القایی را به دقت کنترل می‌کند.
یک سوال ساده: چرا موتور AC با برق شهر با سرعت ثابت می‌چرخد؟
سرعت چرخش یک موتور القایی AC مستقیماً به فرکانس برق ورودی آن بستگی دارد. از آنجایی که فرکانس برق شهر ثابت است (۵۰ هرتز در ایران)، موتور نیز همیشه با یک سرعت تقریباً ثابت می‌چرخد. برای تغییر سرعت، باید فرکانس را تغییر دهیم. این دقیقاً کاری است که یک اینورتر (درایو فرکانس متغیر) انجام می‌دهد.
گام اول: اینورتر برق AC ثابت را به DC تبدیل می‌کند.
اولین بخش اینورتر، یک یکسوساز (Rectifier) است. این بخش برق AC 50Hz شهر (مثلاً ۳۸۰ ولت) را دریافت کرده و آن را به برق DC تبدیل می‌کند.
گام دوم: برق DC دوباره به AC "متغیر" تبدیل می‌شود!
این بخش، قلب تپنده اینورتر و همان جایی است که معجزه رخ می‌دهد. بخشی به نام اینورتر (درایو) (متشکل از کلیدهای IGBT) برق DC را برمی‌دارد و با روش خاموش و روشن کردن بسیار سریع این کلیدها، یک موج AC مصنوعی می‌سازد. نکته کلیدی اینجاست: اینورتر می‌تواند "فرکانس" این موج AC مصنوعی را به هر مقدار که بخواهد تنظیم کند. اگر بخواهیم موتور با نصف سرعت بچرخد، فرکانس را روی ۲۵ هرتز تنظیم می‌کنیم.
معمای اصلی: اگر فقط فرکانس را کم کنیم، موتور می‌سوزد!
این بخش، همان جایی است که اصل کنترل V/F (V/Hz) وارد عمل می‌شود. وقتی فرکانس را کاهش می‌دهیم، راکتانس سیم‌پیچ‌های موتور کاهش یافته و جریان زیادی از آن عبور می‌کند که منجر به过热 و سوختن موتور می‌شود. برای جلوگیری از این مشکل، باید همزمان با کاهش فرکانس، ولتاژ اعمالی به موتور را نیز کاهش دهیم.
اصل کنترل V/F (ولت بر هرتز) به زبان ساده:
اینورتر طوری برنامه‌ریزی شده است که یک نسبت ثابت بین ولتاژ (V) و فرکانس (F) را حفظ کند. این نسبت معمولاً بر اساس مشخصات نامی موتور (ولتاژ و فرکانس روی پلاک موتور) تنظیم می‌شود.
می‌گیرد: برق AC با فرکانس ثابت (50Hz).
تبدیل می‌کند: به برق DC.
می‌سازد: برق AC با فرکانس و ولتاژ متغیر، طبق منحنی V/F.
تحویل می‌دهد: این برق متغیر به موتور، تا سرعت آن را به دقت کنترل کند.
کنترل V/F در مقابل روش‌های پیشرفته‌تر
کنترل V/F یک روش ساده، قدرتمند و پرکاربرد برای اکثر applicationsها مانند پمپ‌ها، فن‌ها و نوار نقاله‌ها است. با این حال، برای کاربردهای که نیاز به دقت بسیار بالا در کنترل گشتاور و سرعت دارند (مانند درایوهای سروو)، از روش‌های پیشرفته‌تری مانند کنترل بردار (Vector Control) استفاده می‌شود.
