چوکهای Inductors راهکاری مؤثر برای کاهش هارمونیک جریان، محدودسازی dv/dt و افزایش پایداری عملکرد اینورتر و موتور هستند.
چوکهای Inductors شامل چوکهای ورودی، چوک DC و چوکهای خروجی هستند که برای بهبود کیفیت توان، کاهش هارمونیک جریان، محدود کردن پیک جریان ورودی و کاهش اثرات dv/dt در سیستمهای اینورتر و موتور به کار میروند. این تجهیزات نقش مهمی در حفاظت از اینورتر، کابل، سیمپیچی موتور و تجهیزات الکتریکی متصل به شبکه دارند.
در سیستمهای صنعتی، بارهای غیرخطی مانند یکسوسازها، منابع تغذیه سوئیچینگ، تجهیزات الکترونیک قدرت و اینورترها میتوانند باعث تولید هارمونیک جریان شوند. استفاده از چوک ورودی، چوک DC و چوک خروجی باعث کاهش این اثرات، بهبود ضریب توان، افزایش طول عمر خازنهای داخلی اینورتر و کاهش تنشهای الکتریکی روی موتور میشود.
درایوهای Santerno بهصورت ویژه برای کاهش هارمونیکهای خط طراحی شدهاند. با این حال، برای دستیابی به سطح بالاتری از کیفیت توان و حفاظت بیشتر، میتوان از راکتورهای ورودی AC، چوکهای DC و چوکهای خروجی کاهشدهنده dv/dt استفاده کرد.
معرفی چوکهای Inductors
چوکها یا Inductors قطعاتی الکتریکی هستند که با ایجاد خاصیت القایی در مدار، تغییرات سریع جریان را محدود میکنند. این ویژگی باعث میشود چوکها در مدارهای قدرت، اینورترها، یکسوسازها و سیستمهای کنترل موتور نقش حفاظتی و اصلاحی مهمی داشته باشند.
در کاربردهای صنعتی، چوکها برای کاهش نویز، کنترل هارمونیک، محدودسازی پیک جریان، بهبود کیفیت توان و حفاظت از موتور و اینورتر استفاده میشوند. برای آشنایی بیشتر با مفهوم سلف میتوان به صفحه Inductor مراجعه کرد.
چوک ورودی اینورتر
چوکهای ورودی در مسیر تغذیه اینورتر نصب میشوند و وظیفه اصلی آنها محدود کردن پیک جریان ورودی و کاهش تنش واردشده به یکسوساز داخلی اینورتر است. این چوکها میتوانند جریانهای لحظهای شدید را کاهش داده و عملکرد ورودی اینورتر را پایدارتر کنند.
یکی از کاربردهای مهم چوک ورودی، محدود کردن dv/dt ورودی یکسوکننده و بارهای خازنی مجموعه خازنها است. در مدارهایی که خازنهای DC-Link وجود دارند، جریان شارژ اولیه میتواند باعث ایجاد پیک جریان شود؛ چوک ورودی به کاهش این پیکها کمک میکند.
چوک DC
چوک DC در لینک DC اینورتر قرار میگیرد و برای کاهش ریپل جریان و بهبود کیفیت توان مورد استفاده قرار میگیرد. این چوکها میتوانند به کاهش هارمونیکهای جریان تغذیه کمک کرده و فشار واردشده به شبکه و اجزای داخلی اینورتر را کاهش دهند.
استفاده از چوک DC همچنین موجب افزایش پایداری لینک DC و کاهش تنش روی خازنهای داخلی اینورتر میشود. این موضوع در افزایش طول عمر خازنها و بهبود قابلیت اطمینان سیستم نقش مهمی دارد.
چوک خروجی اینورتر
چوکهای خروجی در خروجی اینورتر و در مسیر اتصال به موتور نصب میشوند. وظیفه اصلی این چوکها کاهش dv/dt در کابل و سیمپیچی موتور است. کاهش dv/dt باعث کم شدن تنش عایقی روی موتور و کاهش احتمال آسیب به سیمپیچی میشود.
زمانی که فاصله درایو تا موتور زیاد باشد، مخصوصاً در طول کابلهای بیش از 100 متر، احتمال بروز خطاهای جریان افزایش مییابد. علت این مسئله پالسهای جریانی ناشی از ولتاژ خروجی پالسی اینورتر و اتلاف توان کابل است. نصب چوک خروجی میتواند این پالسهای جریان را کاهش دهد.
کاهش هارمونیک جریان
هارمونیکهای جریان توسط بارهای غیرخطی تولید میشوند. از جمله این بارها میتوان به پلهای یکسوساز، تجهیزات الکترونیک قدرت، منابع تغذیه سوئیچینگ و لامپهای فلورسنت اشاره کرد.
در یکسوسازهای سهفاز، جریان شبکه شامل هارمونیکهایی با رابطه n = 6K ± 1 است که در آن K = 1, 2, 3, … در نظر گرفته میشود. دامنه هارمونیکهای جریان با افزایش فرکانس کاهش مییابد، اما همین جریانهای اضافی میتوانند باعث مشکلات قابل توجهی در شبکه و تجهیزات شوند. برای آشنایی بیشتر با هارمونیکها میتوان به صفحه Harmonic مراجعه کرد.
اثرات هارمونیک بر شبکه و تجهیزات
هارمونیکهای جریان حامل توان اکتیو نیستند، بلکه جریانهای اضافی محسوب میشوند که توسط کابلها و تجهیزات الکتریکی حمل میگردند. این جریانهای اضافی میتوانند باعث افزایش جریان کابلها، گرم شدن تجهیزات و کاهش بهرهوری سیستم شوند.
از دیگر اثرات هارمونیک میتوان به کاهش ضریب توان و ناپایداری در سیستمهای اندازهگیری اشاره کرد. همچنین ولتاژ ایجادشده در اثر شار جریان در راکتانس ترانسفورمر ممکن است باعث آسیب دیدن سایر تجهیزات یا ایجاد تداخل در عملکرد سیستمهای سنکرون شود.
کاهش جریان خط و افزایش ضریب توان
یکی از مزایای استفاده از چوکهای ورودی و DC، کاهش جریان خط و بهبود ضریب توان یا PF است. با کاهش هارمونیکهای جریان و محدود شدن جریانهای اضافی، جریان مؤثر عبوری از شبکه کاهش پیدا میکند.
افزایش ضریب توان باعث استفاده بهینهتر از انرژی الکتریکی و کاهش فشار روی تجهیزات تغذیه میشود. این موضوع در سیستمهای صنعتی با تعداد زیاد اینورتر یا بارهای غیرخطی اهمیت زیادی دارد. برای آشنایی بیشتر با مفهوم ضریب توان میتوان به صفحه Power factor مراجعه کرد.
افزایش طول عمر خازنهای داخلی اینورتر
چوکها با محدود کردن پیک جریان ورودی و کاهش تنشهای الکتریکی، به افزایش زمان فعالیت و طول عمر خازنهای داخلی اینورتر کمک میکنند. خازنهای DC-Link در اینورترها تحت تأثیر جریانهای ریپلی و پیکهای جریان قرار دارند.
استفاده از چوک ورودی یا چوک DC میتواند این فشار را کاهش دهد و از فرسودگی زودهنگام خازنها جلوگیری کند. در نتیجه، قابلیت اطمینان اینورتر افزایش یافته و هزینههای نگهداری کاهش مییابد.
نقش چوک در محدود کردن پیک جریان ورودی
در لحظه اتصال اینورتر به شبکه، خازنهای داخلی میتوانند جریان شارژ شدیدی ایجاد کنند. این جریان لحظهای ممکن است به دیودهای یکسوساز، فیوزها، کنتاکتورها و سایر تجهیزات ورودی آسیب وارد کند.
چوک ورودی با محدود کردن پیک جریان ورودی در مدار ورودی اینورتر، از این تجهیزات محافظت میکند. این ویژگی بهخصوص در سیستمهایی که تعداد زیادی اینورتر به شبکه متصل هستند، اهمیت زیادی دارد.
چوک خروجی و حفاظت از موتور
در خروجی اینورتر، ولتاژ با استفاده از پالسهای سریع تولید میشود. این پالسها دارای نسبت بالای du/dt یا dv/dt هستند و در صورت استفاده از کابلهای طولانی میتوانند باعث ایجاد تنش عایقی روی سیمپیچی موتور شوند.
چوک خروجی با کاهش شیب تغییرات ولتاژ، از موتور در برابر این تنشها محافظت میکند. این ویژگی در کاربردهایی که موتور با فاصله زیاد از درایو نصب شده یا کابلها دارای ظرفیت خازنی بالا هستند، بسیار مهم است.
تأثیر کابلهای شیلددار
کابلهای شیلددار به دلیل ساختار خود، معمولاً ظرفیت خازنی و اتلاف بیشتری نسبت به کابلهای معمولی دارند. به همین دلیل، حتی در طولهای کمتر از 100 متر نیز ممکن است پالسهای جریان و خطاهای مربوط به جریان خروجی ایجاد شود.
در چنین شرایطی استفاده از چوک خروجی میتواند عملکرد سیستم را پایدارتر کند. این چوکها به کاهش پالسهای جریان، کاهش تنش روی اینورتر و محافظت از موتور کمک میکنند.
چوکها در درایوهای Santerno
درایوهای Santerno بهصورت ویژه برای کاهش هارمونیکهای خط طراحی شدهاند. این ویژگی از طریق طراحی و ابعاد مناسب خازنهای DC، دیودهای یکسوساز و چوکهای ورودی فیلتر EMI امکانپذیر میشود.
با وجود این طراحی داخلی، در برخی کاربردهای صنعتی که سطح هارمونیک باید بیشتر کاهش یابد یا شرایط شبکه حساستر است، استفاده از راکتورهای ورودی AC و چوک DC توصیه میشود. این تجهیزات باعث بهبود کیفیت توان و افزایش پایداری سیستم میشوند.
کاربردهای اصلی چوکهای Inductors
چوکهای ورودی، DC و خروجی در کاربردهای مختلف صنعتی به کار میروند. این تجهیزات برای سیستمهای اینورتر، تابلوهای کنترل موتور، خطوط تولید، پمپها، فنها، کمپرسورها و ماشینآلات صنعتی مناسب هستند.
در کاربردهایی که کابل موتور طولانی است، بار غیرخطی در شبکه وجود دارد، کیفیت توان اهمیت دارد یا نیاز به حفاظت بیشتر از موتور و اینورتر وجود دارد، استفاده از چوکها میتواند عملکرد سیستم را به شکل قابل توجهی بهبود دهد.
مزایای استفاده از چوکهای ورودی، DC و خروجی
استفاده از چوکها باعث کاهش هارمونیک جریان، محدود شدن پیک جریان ورودی و افزایش پایداری عملکرد اینورتر میشود. این تجهیزات همچنین در کاهش جریان خط، افزایش ضریب توان و افزایش طول عمر خازنهای داخلی اینورتر نقش دارند.
چوکهای خروجی نیز با کاهش dv/dt در کابل و سیمپیچی موتور، از موتور در برابر تنشهای ولتاژی محافظت میکنند. در نتیجه، چوکها یکی از تجهیزات مهم برای افزایش قابلیت اطمینان، کاهش خرابی و بهبود عملکرد سیستمهای درایو صنعتی محسوب میشوند.
چوک های ورودی، DC، خروجی کاهش دهنده هارمونیک جریان و dv/dt
• محدود کننده dv/dt ورودی یکسو کننده و بارهای خازنی مجموعه خازن ها.
• محدود کننده پیک جریان ورودی در مدار ورودی اینورتر
• کاهنده هارمونیک جریان تغذیه
• کاهش جریان خط با افزایش PF
• افزایش زمان فعالیت خازن های داخلی اینورتر
• چوک های خروجی کاهش دهنده dv/dt در کابل و سیم پیچی موتور می باشند.
هارمونیک
هارمونیک های جریان توسط بارهای غیر خطی تولید می شوند از جمله پل های یکسو کننده (الکترونیک قدرت)، منبع تغذیه سوئیچینگ و لامپ های فلورسنت، یکسو کننده های سه فاز جریان شبکه با هارمونیک های …K=1,2,3 با n=6±1 شامل می شود. دامنه های هارمونیک جریان با افزایش فرکانس کاهش می یابد. هارمونیک های جریان حامل توان اکتیو نبوده بلکه جریان های اضافی می باشند که توسط کابل های الکترونیکی حمل می گردند که میتوانند به صورت افزایش جریان کابل ها، کاهش ضریب قدرت و ناپایداری سیستم های اندازه گیری باشند. ولتاژ تولید شده بوسیله شار جریان در راکتانس ترانسفورمر ممکن است باعث آسیب دیدگی سایر تجهیزات یا تداخل در عملکرد سیستم های سنکرون گردد.
Santerno Inverters
درایوهای سانترنو به صورت ویژه برای کاهش هارمونیک های خط طراحی شده اند. این کار به جهت طراحی و ابعاد خازن های DC، دیودهای یکسو کننده و همچنین چوک های ورودی فیلتر EMI امکان پذیر است. جهت کاهش بیشتر هارمونیک ها می توان از راکتورهای ورودی AC و چوک DC نیز استفاده کرد.
OUTPUT INDUCTORS
هنگامیکه فاصله درایو تا موتور به بیش از 100 متر میرسد خطای جریان اتفاق می افتد، علت این مسئله پالس های جریانی است که بعلت اتلاف توان کابل در خروجی اینورتر بوجود می آید این پالس های جریانی از نسبت بالای du/dt ولتاژ خروجی اینورتر به وجود می آیتند. پالس های جریان می توانند توسط یک سلف که در خروجی اینورتر نصب می شود کاهش یابند. کابل های شیلد دار از اتلاف توان بیشتری برخوردارند و حتی در طول های کمتر از 100 متر ممکن است دچار مشکل شوند. نسبت du/dt در خروجی اینورتر، همچنین ممکن است سبب به وجود آمدن اثر معکوس شود و به موتور آسیب برساند.
