بررسی تفاوت اینورتر تک فاز و سه فاز؛ کدام را انتخاب کنیم؟

اینورترها، که در صنعت با نام درایو فرکانس متغیر (VFD) نیز شناخته می‌شوند، تجهیزات الکترونیکی پیشرفته‌ای هستند که نقش مهمی در کنترل و بهینه‌سازی عملکرد موتورهای الکتریکی ایفا می‌کنند. وظیفه اصلی اینورتر، تبدیل برق مستقیم (DC) به برق متناوب (AC) است. اینورترها با تنظیم فرکانس و ولتاژ خروجی، امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را بدون کاهش گشتاور فراهم می‌آورند.

اینورترها به دو دسته اصلی تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند که هر یک کاربردهای خاص خود را دارند. تفاوت کلیدی آن‌ها در نوع برق ورودی است. در این مقاله، به بررسی تفاوت‌ها، مزایا، معایب و کاربردهای هر یک از این دو نوع اینورتر می‌پردازیم تا شما را در انتخاب بهترین گزینه بر اساس نیازهایتان یاری دهیم.

اینورتر سه فاز چیست؟

اینورتر سه فاز وسیله‌ای برای تبدیل جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) است که دارای سه فاز خروجی (A، B و C) است. این نوع اینورتر معمولاً برای کاربردهای صنعتی بزرگتر و دستگاه‌های پرقدرت استفاده می‌شود. اینورتر سه فاز یک نوع کنترل کننده فرکانس متغیر است که سرعت موتورهای الکتریکی سه فاز را کنترل می‌کند. اینورتر سه فاز معمولاً به یک منبع تغذیه سه فاز (مانند شبکه برق سه فاز) متصل می‌شود.

عملکرد اینورتر سه فاز

اینورتر سه فاز با روشن کردن کلیدهای برق داخلی خود (مانند ماسفت‌ها و IGBT‌ها) شروع به کار می‌کند. این اجزا می‌توانند پالس‌های الکتریکی تولید کنند که ولتاژ الکتریکی را در خروجی اینورتر القا می‌نمایند. ساختار داخلی اینورتر شامل 4 بخش اصلی است:

1. منبع تغذیه AC: ورودی ولتاژ شبکه سه فاز (مانند 380 ولت).
2. یکسو ساز: تبدیل ولتاژ AC ورودی به ولتاژ DC.
3. باس DC و چوک: حذف ریپل و نوسان در ولتاژ DC تصحیح شده.
4. واحد اینورتر: تبدیل ولتاژ DC به ولتاژ موج سینوسی AC.

یک سیستم سه فاز دارای سه سیم برق است که معمولاً 120 درجه با یکدیگر خارج از فاز هستند و یک منبع AC سه فاز ایجاد می‌کنند.

مزایای اینورتر سه فاز

اینورترهای سه فاز مزایای منحصر به فردی دارند:

• کنترل دقیق سرعت و گشتاور: کنترل سرعت حرکت موتور و تنظیم دقیق دور موتور. امکان استفاده از نمونه برداری و انکودر برای کنترل دقیق‌تر.
• کاهش مصرف انرژی: کنترل و کاهش انرژی مصرفی. صرفه‌جویی بیشتر در انرژی به دلیل کارایی بالاتر.
• افزایش عمر تجهیزات و کاهش تعمیر و نگهداری: راه اندازی تدریجی و یکنواخت موتور برای کاهش تنش‌های مکانیکی و الکتریکی، کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیر و افزایش طول عمر موتور. کاهش جریان راه اندازی (که در روش‌های تک سرعته ناگهانی تا 10 برابر جریان بار کامل می‌رسد) به سطح جریان اسمی موتور یا کمی بیشتر از آن.
• خاموش کردن موتور در حالت بدون بار: مانند الکتروپمپ برای جلوگیری از خشک شدن موتور.
• برنامه ریزی گسترده: امکان انجام یک برنامه ثابت در زمان مقرر.
• استفاده از سنسورها: امکان استفاده از سنسورها برای تعیین مواردی مثل فشار، نور و غیره.
• امکان افزایش سرعت: افزایش سرعت تا حدی بیش از سرعت اسمی موتور الکتریکی.
• جبران گشتاور خروجی.
• پایداری و راندمان بالاتر: راندمان می‌تواند تا 95 تا 98 درصد برسد. داشتن سه فاز با اختلاف 120 درجه، ولتاژ خروجی پایدارتری ایجاد می‌کند و از افت جریان و ولتاژ جلوگیری می‌کند.
• کنترل همزمان چند الکتروموتور: امکان کنترل دو یا چند موتور به طور همزمان.
• کاهش نویز و لرزش: استفاده از اینورترهای سه فاز می‌تواند به کاهش نویز و لرزش موتورها منجر شود.
• ادامه کار در صورت قطع شدن یک فاز: برخی مدل‌ها (مانند اینورتر سه فاز تکنو) در صورت قطع شدن یکی از فازها همچنان به کار خود ادامه می‌دهند. اینورتر سه فاز می‌تواند افت ولتاژ بیشتری را نسبت به تک فاز تحمل کند قبل از توقف.

معایب اینورتر سه فاز

• هزینه بالا: اینورترهای سه فاز به دلیل پیچیدگی بیشتر و توان بالاتر، قیمت بالاتری نسبت به تک فاز دارند. (البته یک منبع اشاره می‌کند که درایوهای تک فاز عموماً گران‌تر از درایوهای سه فاز هستند).
• پیچیدگی نصب و نگهداری: نصب و راه‌اندازی اینورترهای سه فاز پیچیده‌تر است و نیاز به تخصص و دانش فنی دارد. نیازمند نگهداری و تعمیرات منظم هستند.

کاربردهای اینورتر سه فاز

تجهیزات اینورتر سه فاز کاربردهای گسترده‌ای در صنایع و زمینه‌های مختلف دارند:

• صنعت ساخت و تولید: کنترل دور موتورهای الکتریکی برای تنظیم دقیق سرعت ماشین آلات و بهینه سازی مصرف انرژی.
• انرژی‌های تجدیدپذیر: اتصال انرژی تولید شده توسط توربین‌های بادی و آبی به شبکه برق.
• حمل و نقل الکتریکی: کنترل سرعت موتور و تنظیم مصرف برق در قطار، اتوبوس و ماشین‌های برقی.
• اتوماسیون صنعتی: کنترل دقیق سرعت و قدرت موتورها و دستگاه‌های الکتریکی.
• سیستم‌های تهویه مطبوع: تنظیم سرعت فن و کمپرسور برای کاهش مصرف انرژی و افزایش راندمان در ساختمان‌ها.
• صنعت معدن: کنترل موتورها و تجهیزات معدن با دقت بالا.
• صنعت فولاد: کنترل موتورهای الکتریکی در فرآیندهای مختلف مانند ذوب و پرس. اینورترها شوک‌های ناشی از حرکت آرام موتور را از بین می‌برند.
• پمپاژ و آبیاری: کنترل فشار آب خروجی از پمپ و اندازه گیری سطوح فشار آب.
• تولید و توزیع انرژی: تبدیل و توزیع انرژی الکتریکی به مناطق مختلف.

اینورتر تک فاز چیست؟

اینورتر تک فاز از برق ورودی تک فاز (معمولاً 220 ولت AC) استفاده می‌کند. منابع مختلفی در مورد خروجی اینورتر تک فاز اطلاعات متفاوتی ارائه می‌دهند: برخی می‌گویند اینورتر تک فاز برق سه فاز خروجی می‌دهد. برخی دیگر می‌گویند خروجی می‌تواند تک فاز یا سه فاز باشد. منبع دیگری مشخصاً به اینورترهای “تک فاز به سه فاز” اشاره می‌کند که ورودی 220 ولت تک فاز را دریافت کرده و خروجی سه فاز تا سطح ولتاژ 220 ولت یا 380 ولت ارائه می‌دهند.

اینورترهای تک فاز معمولاً برای مصارف خانگی، صنایع کوچکتر و کاربردهای سبک و نیمه‌صنعتی طراحی شده‌اند.

اجزای تشکیل دهنده اینورتر تک فاز

ساختار داخلی اینورتر تک فاز شامل بخش‌های کنترل، مدار اصلی و منبع تغذیه است. بخش‌های جزئی‌تر شامل کی پد (با صفحه نمایش LCD یا Segment)، ترمینال برد و برد کنترل است.

• کی پد: برای تنظیم پارامترها، تغییر سرعت، انجام تنظیمات و موارد کاربردی دیگر.
• ترمینال برد: برای انجام عملیات کنترلی مانند کم و زیاد کردن دور، فرمان دهی و جهت دهی، صدور فرمان قطع و وصل و اضافه کردن سنسور.
• برد کنترل: وظیفه پردازش سیگنال‌های ورودی و فرماندهی مرکزی اینورتر را بر عهده دارد.
• مدار اصلی: تبدیل‌های مهم AC به DC و بالعکس توسط سوئیچ‌های IGBT در این بخش انجام می‌شود. این بخش یکی از قطعاتی است که احتمال خرابی آن زیاد است.

کاربردهای اینورتر تک فاز

اینورترهای تک فاز در موارد مختلفی کاربرد دارند:

• مصارف خانگی و صنایع کوچکتر: تجهیزات خانگی، تهویه مطبوع، ماشین آلات خانگی، دستگاه‌های الکترونیکی. پمپ‌های کوچک، فن‌ها.
• کسب و کارهای کوچک: فروشگاه‌ها، نانوایی‌ها و….
• الکتروموتورها و پنل‌های خورشیدی: استفاده در الکتروموتورها و سیستم‌های پنل خورشیدی.
• جریان برق شهری.
• آسانسورها: اینورتر آسانسوری تک فاز.
• بالابرها و تهویه سالن‌ها و انبارها.

مزایا و معایب اینورتر تک فاز

مزایا:

• هزینه پایین‌تر: به طور کلی ارزان‌تر از نوع سه فاز هستند (هرچند یک منبع این را نفی می‌کند vs).
• سادگی: طراحی ساختاری ساده‌تر، نصب و راه‌اندازی آسان‌تر. همگام سازی آسان با سیستم برق خانگی.
• اندازه و وزن کوچکتر: اغلب ابعاد و وزن کمتری نسبت به سه فاز دارند.
• ذخیره انرژی: ذخیره انرژی تا سطح پنجاه درصد.
• افزایش عمر موثر قطعات و از بین رفتن شوک راه اندازی.

معایب:

• توان و راندمان کمتر: قدرت و راندمان کمتری نسبت به نوع سه فاز دارند (راندمان حدود 85 تا 90 درصد).
• محدودیت در بار سنگین: کاهش کارایی در بارهای سنگین.
• محدودیت در تعداد موتورها: قابلیت اتصال به تعداد محدودی موتور.
• پایداری کمتر: در برابر افت ولتاژ نسبت به نوع سه فاز حساس‌تر است.
• مناسب نبودن برای کاربردهای صنعتی سنگین.

آیا می‌توان با برق تک فاز موتور سه فاز را روشن کرد؟

بله. با استفاده از اینورتر (درایو) تک فاز به سه فاز می‌توان یک موتور سه فاز را با برق ورودی تک فاز راه اندازی کرد. اینورترهای تک فاز به سه فاز، برق ورودی تک فاز 220 ولت را دریافت کرده و در خروجی برق سه فاز تولید می‌کنند.

نکته مهم این است که اینورترهای تک فاز به سه فاز معمولاً خروجی سه فاز 220 ولت تولید می‌کنند. برای استفاده از موتور سه فاز با این خروجی 220 ولت سه فاز، سیم بندی کلاف موتور باید به نحوی باشد که مناسب ولتاژ 220 ولت باشد (معمولاً حالت مثلث). راه اندازی موتور سه فاز 380/220 با ولتاژ 220 ولت سه فاز باعث می‌شود موتور جریان بیشتری نسبت به راه اندازی با ولتاژ 380 ولت در حالت ستاره مصرف کند.

برخی اینورترهای خاص تک فاز به سه فاز نیز وجود دارند که خروجی 380 ولت سه فاز می‌دهند، اما در بازار ایران کمیاب‌تر هستند و ممکن است از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشند. توصیه می‌شود برای موتورهای با توان بالاتر از 10 اسب بخار (5.7 کیلووات)، از مبدل‌های تک فاز به سه فاز و سپس اینورتر سه فاز به سه فاز استفاده شود.

استفاده از درایو تک فاز به سه فاز برای جایگزینی موتورهای تک فاز با موتورهای سه فاز در مصارفی مانند پمپ‌ها یا تهویه سالن‌ها، می‌تواند باعث افزایش طول عمر موتور و کاهش هزینه‌های مصرف برق شود.

مقایسه کلیدی اینورتر تک فاز و سه فاز

مشخصه فنی	اینورتر تک فاز	اینورتر سه فاز	منابع
نوع برق ورودی	تک فاز (معمولاً 220 ولت AC)	سه فاز (معمولاً 380 یا 400 ولت AC)
نوع برق خروجی	سه فاز (معمولاً 220 ولت یا 380 ولت سه فاز، یا تک فاز در برخی موارد)	سه فاز (معمولاً 380 یا 400 ولت سه فاز)
ظرفیت توان	معمولاً برای موتورهای کوچک (تا 3 کیلووات یا 5 اسب بخار)	مناسب برای موتورهای بزرگتر (3 تا 500 کیلووات و بیشتر)
پیچیدگی مدار	ساده‌تر	پیچیده‌تر
هزینه	به طور کلی ارزان‌تر (یک منبع آن را گران‌تر می‌داند)	گران‌تر	vs
قدرت و راندمان	قدرت کمتر، راندمان متوسط (85-90%)	قدرت و راندمان بالاتر (95-98%)
پایداری	کمتر، حساس‌تر به افت ولتاژ	بیشتر، ولتاژ خروجی پایدارتر، تحمل افت ولتاژ بیشتر
کاربردها	مصارف خانگی، صنایع کوچک، کسب و کارهای کوچک	صنایع سنگین و بزرگ، ماشین آلات بزرگ، کاربردهای با بار سنگین
کنترل چند موتور	محدود	امکان کنترل همزمان چند موتور
ابعاد و وزن	اغلب کوچکتر و سبک‌تر	بزرگتر و سنگین‌تر

لازم به ذکر است که مقایسه اینورترها به عنوان “بهتر یا بدتر” اشتباه است؛ هر کدام برای کاربری و شرایط خاص خود ساخته شده‌اند.

کدام نوع اینورتر برای شما مناسب است؟ (راهنمای انتخاب اینورتر)

انتخاب بین اینورتر تک فاز و سه فاز به عوامل مختلفی بستگی دارد:

• نوع کاربری: آیا برای مصارف خانگی یا صنعتی کوچک نیاز دارید (اینورتر تک فاز) یا برای مصارف صنعتی بزرگ و سنگین (اینورتر سه فاز)؟.
• میزان قدرت و ظرفیت مورد نیاز: برای موتورهای کوچک اینورتر تک فاز کافی است، اما برای موتورهای بزرگ و بار سنگین، اینورتر سه فاز مورد نیاز است.
• نوع برق در دسترس: آیا به برق تک فاز دسترسی دارید یا سه فاز؟.
• راندمان مورد نیاز: اگر راندمان بالا اولویت دارد، اینورتر سه فاز گزینه بهتری است.
• بودجه شما: اینورترهای تک فاز معمولاً ارزان‌تر هستند (هرچند یک منبع نظر مخالفی دارد).

قبل از انتخاب، نیازهای خود را دقیق مشخص کنید. با در نظر گرفتن این عوامل و همچنین نیازهای خود، می‌توانید بهترین انتخاب را برای پروژه خود انجام دهید. استفاده از مشاوره متخصصان و افراد باتجربه در این زمینه نیز توصیه می‌شود.

جمع بندی

اینورترها دستگاه‌هایی هستند که جریان DC را به AC تبدیل کرده و امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را فراهم می‌کنند. اینورترهای تک فاز و سه فاز در نوع برق ورودی، توان خروجی، پیچیدگی، هزینه، راندمان و کاربردها تفاوت‌های کلیدی دارند. اینورترهای تک فاز برای مصارف خانگی و صنایع کوچک مناسب هستند، در حالی که اینورترهای سه فاز برای کاربردهای صنعتی سنگین و بزرگ طراحی شده‌اند. با استفاده از اینورتر تک فاز به سه فاز، می‌توان موتورهای سه فاز را با برق تک فاز راه اندازی کرد. انتخاب نوع مناسب اینورتر بستگی به نیازها و شرایط خاص پروژه شما دارد.