اینورتر زیمنس چیست : اینورتر زیمنس که عموماً تحت نام تجاری SINAMICS شناخته میشود، یک مبدل فرکانس-ولتاژ پیشرفته و هوشمند است که برای کنترل دقیق سرعت، گشتاور و موقعیت موتورهای الکتریکی AC در کاربردهای صنعتی و تجاری طراحی و تولید شده است.
در واقع، اینورترهای زیمنس قلب تپنده سیستمهای مدرن اتوماسیون صنعتی محسوب میشوند که با تنظیم هوشمندانه فرکانس و ولتاژ اعمال شده به موتور الکتریکی، امکان بهینهسازی مصرف انرژی، بهبود فرآیند کنترل و افزایش قابلیت اطمینار تجهیزات را فراهم میکنند.
این دستگاهها فراتر از یک مبدل الکترونیک قدرت ساده عمل کرده و به عنوان یک کنترلر پیشرفته حرکت، دقت، انعطافپذیری و هوشمندی بیسابقهای را به طیف وسیعی از فرآیندها از خطوط تولید صنعتی تا سیستمهای تهویه مطبوع ساختمانهای بزرگ اضافه مینمایند.
فلسفه وجودی اینورترها مبتنی بر این اصل فیزیکی است که سرعت موتورهای القایی AC با فرکانس تغذیه آنها نسبت مستقیم دارد؛ بنابراین با تغییر فرکانس برق ورودی موتور، میتوان سرعت چرخش آن را به دقت کنترل نمود.
زیمنس با درک عمیق از این اصل و ترکیب آن با فناوریهای پیشرفته کنترل دیجیتال، نیمههادیهای قدرت و ارتباطات صنعتی، محصولاتی را خلق کرده که امروزه به عنوان استانداردی طلایی در بسیاری از صنایع جهان شناخته میشوند.
تکامل اینورترهای زیمنس داستانی همگام با پیشرفت صنعت الکترونیک قدرت و اتوماسیون صنعتی است. شرکت زیمنس آلمان که قدمتی بیش از ۱۷۰ سال در صنایع الکتریکی و الکترونیکی دارد، از دهه ۱۹۶۰ و با ظهور نیمههادیهای قدرت نخستین گامها را در توسعه درایوهای کنترل سرعت موتور برداشت.
در آن دوره، تکنولوژی غالب مبتنی بر تریستورها (SCR) بود و دستگاهها عمدتاً حجیم، کمبازده و با قابلیت کنترل محدود بودند. با معرفی ترانزیستورهای دو قطاری با گیت عایقشده (IGBT) در دهه ۱۹۸۰، انقلابی در صنعت اینورترها رخ داد.
مطالب مرتبط : درایو زیمنس چیست
زیمنس با بهرهگیری از این فناوری، نسل جدیدی از اینورترها را با نامهای تجاری مانند MICROMASTER و SIMOVERT به بازار عرضه کرد که نسبت به مدلهای قبلی کوچکتر، کارآمدتر و قابل اطمینانتر بودند. نقطه عطف اصلی در اوایل قرن بیست و یکم با معرفی خانواده یکپارچه SINAMICS رخ داد.
این نام که از ترکیب SIEMENS و DYNAMICS گرفته شده است، نشاندهنده رویکرد جدید زیمنس برای ایجاد یک پلتفرم جامع، ماژولار و یکپارچه برای تمام نیازهای کنترل حرکت بود. فلسفه SINAMICS فراتر از ارائه یک سختافزار بود؛ هدف ایجاد یک اکوسیستم کامل مهندسی، از طراحی و شبیهسازی تا راهاندازی و نگهداری، تحت چتر نرمافزار TIA Portal (اتوماسیون یکپارچه توتال) بود.
امروزه، نسلهای جدید اینورترهای SINAMICS مجهز به قابلیتهای ارتباطات صنعتی پیشرفته (Industrial IoT)، تحلیل داده و یکپارچهسازی با ابر هستند و نقش محوری در تحقق مفهوم صنعت ۴٫۰ ایفا میکنند.
برای درک عمیق اینورتر زیمنس، باید به معماری داخلی و اصول عملکرد آن پرداخت. یک اینورتر استاندارد AC زیمنس از سه بخش اصلی تشکیل شده است: یکسوساز (Rectifier)، لینک DC (DC Link) و اینورتر (Inverter). در ورودی، یکسوساز برق AC شبکه (مثلاً ۳۸۰ ولت، ۵۰ هرتز) را به برق DC یکسو شده تبدیل میکند.
این یکسوساز میتواند غیرکنترلشده (دیودی)، کنترلشده (تریستوری) یا از نوع فعال (Active Front End یا AFE) باشد. نوع AFE که در مدلهای پیشرفته SINAMICS وجود دارد، یک قابلیت کلیدی است؛ این مدار نه تنها هارمونیک جریان ورودی را به شدت کاهش میدهد و ضریب توان را به نزدیک یک میرساند، بلکه امکان بازگرداندن انرژی ترمز موتور به شبکه را نیز فراهم میکند که در کاربردهایی با ترمززدگی مکرر (مانند آسانسور یا جرثقیل) منجر به صرفهجویی انرژی چشمگیری میشود.
مطالب مرتبط : کلید حرارتی زیمنس چیست
در مرحله بعد، برق DC توسط یک بانک خازن بزرگ در بخش لینک DC صاف و ذخیره میشود تا انرژی پایدار و بدون ریپل لازم برای مرحله نهایی را تأمین نماید. قلب تپنده سیستم، بخش اینورتر است. در این بخش، با استفاده از ماژولهای IGBT که مانند کلیدهای بسیار سریع عمل میکنند، ولتاژ DC به یک ولتاژ AC پالسای (PWM) با فرکانس و دامنه دلخواه تبدیل میشود.
فرکانس این ولتاژ خروجی، همان عاملی است که سرعت موتور را تعیین میکند. کنترل این فرآیند توسط یک واحد پردازش مرکزی دیجیتال (DSP یا میکروکنترلر قدرتمند) انجام میشود که الگوریتمهای کنترلی پیچیده را با سرعت بالا اجرا میکند.
مغز این کنترل، نرمافزار درایو است که شامل روشهای کنترلی مختلفی میشود. سادهترین روش کنترل V/f است که در آن نسبت ولتاژ به فرکانس ثابت نگه داشته میشود، اما روشهای پیشرفتهتر مانند کنترل بردار (Vector Control) که در آن جریان موتور به دو مؤلفه تولیدکننده گشتاور و تولیدکننده شار تجزیه میشود، امکان کنترل گشتاور و سرعت با دقت بسیار بالا را حتی در سرعتهای نزدیک به صفر فراهم مینماید. کنترل مستقیم گشتاور (DTC) نیز یک تکنولوژی انحصاریتر است که پاسخ گشتاور را در حد میکروثانیه ارائه میدهد.
اینورترهای زیمنس در قالب خانوادههای مختلفی عرضه میشوند که هر کدام برای رنج توان، سطح عملکرد و کاربرد خاصی بهینهسازی شدهاند. شناخت این خانوادهها اولین قدم در انتخاب صحیح است. خانواده SINAMICS G120 احتمالاً پرکاربردترین و شناختهشدهترین اینورتر زیمنس در جهان است.
این اینورترهای کامپکت و ماژولار برای موتورهای AC القایی استاندارد در رنج توان ۰.۳۷ تا ۹۰ کیلووات طراحی شدهاند. قابلیت نصب روی دیوار (Book Format) و طراحی ماژولار که امکان انتخاب واحد کنترل (CU) و واحد قدرت (PM) به صورت جداگانه را میدهد، انعطافپذیری بالایی ایجاد کرده است.
این خانواده برای کاربردهای عمومی صنعتی مانند پمپها، فنها، نوار نقالهها و میکسرها ایدهآل است. خانواده SINAMICS S120 یک سیستم درایو ماژولار و پرformance بالا است. معماری آن مبتنی بر ماژولهای منبع تغذیه، موتور و سروو است که از طریق یک باس DC مشترک به هم متصل میشوند.
این طراحی امکان کنترل همزمان چندین موتور از یک منبع DC واحد و همچنین بازگرداندن انرژی بین موتورها را فراهم میکند. S120 برای ماشینآلات پیچیده، رباتها و سیستمهایی که نیاز به هماهنگی دقیق چند محور دارند، انتخاب نخست مهندسین است. خانواده SINAMICS V90 یک راهحل سروو drive-and-motor یکپارچه و مقرونبهصرفه است.
اینورتر V90 به همراه موتور سرووی SIMOTICS، بستهای کامل برای کاربردهای موقعیتیابی دینامیک متوسط ارائه میدهد و به دلیل پیکربندی آسان و عملکرد قابل اعتماد، در ماشینآلات بستهبندی، تغذیه مواد و دستگاههای برش بسیار محبوب است.
برای توانهای بسیار بالا، خانواده SINAMICS S150 و SINAMICS SM150 (برای موتورهای سنکرون) به عنوان اینورترهای متوسط ولتاژ (MV) تا توان چندین ده مگاوات عرضه میشوند که در صنایع سنگینی مانند سیمان، معدن، نفت و گاز و دریایی کاربرد دارند.
استفاده از اینورترهای زیمنس در مقایسه با روشهای کنترل سنتی (مانند کنترل دالاندر یا استفاده از شیرهای کنترلی در پمپها) مزایای متعددی ایجاد میکند که سرمایهگذاری اولیه را به سرعت برگشت میدهد. صرفهجویی انرژی چشمگیر مهمترین مزیت است. در بسیاری از کاربردها مانند پمپها و فنها، نیاز به دبی یا فشار متغیر است.
در روشهای قدیمی، موتور با سرعت ثابت کار میکرد و خروجی با روشهای اتلافی (مثلاً شیر) کنترل میشد. اینورتر با تنظیم دقیق سرعت موتور متناسب با نیاز واقعی، از اتلاف انرژی جلوگیری میکند. این صرفهجویی گاه تا ۶۰٪ نیز میرسد.
کنترل نرم راهاندازی و توقف نیز از مزایای کلیدی است. راهاندازی مستقیم موتور (DOL) جریان هجومی بسیار بالایی (تا ۷ برابر جریان نامی) ایجاد میکند که به شبکه برق و خود موتور شوک وارد میکند. اینورتر با افزایش تدریجی فرکانس و ولتاژ، موتور را به آرامی تا سرعت کار بالا میبرد و جریان راهاندازی را معمولاً به زیر جریان نامی محدود میکند.
این امر استرس مکانیکی روی کوپلینگها، گیربکسها و یاتاقانها را drastically کاهش داده و طول عمر تجهیزات را افزایش میدهد. دقت کنترل فوقالعاده با روشهایی مانند کنترل بردار بدون سنسور (Sensorless Vector Control) امکان کنترل سرعت با دقت بهتر از ۰.۱٪ و کنترل گشتاور پایدار را در محدوده وسیعی از سرعتها فراهم میکند. این سطح از دقت برای فرآیندهای حساسی مانند کشش فیلمهای پلاستیکی یا کنترل تنش در صنایع نساجی و کاغذ حیاتی است.
یکپارچگی عمیق با پلتفرم TIA Portal نیز یک مزیت رقابتی منحصر به فرد است. تمام پیکربندی، پارامترسازی، برنامهنویسی و عیبیابی اینورتر در محیط نرمافزاری یکپارچه و گرافیکی TIA Portal انجام میشود که زمان مهندسی و خطاهای احتمالی را به شدت کاهش میدهد.
قابلیت اطمینان و طول عمر بالا با طراحی مستحکم، استفاده از قطعات با کیفیت (مانند خازنهای لینک DC با طول عمر بالا) و تستهای سختافزاری گسترده تضمین میشود. پشتیبانی از پروتکلهای ارتباطی متنوع مانند PROFINET، PROFIBUS، EtherNet/IP، Modbus TCP و EtherCAT امکان اتصال به هر نوع سیستم کنترل (اعم از PLC زیمنس SIMATIC یا سایر برندها) را فراهم میآورد.
در نهایت، ویژگیهای هوشمند و دیجیتال مانند پورتال وب داخلی برای مانیتورینگ از طریق مرورگر، قابلیت اتصال به پلتفرم ابری MindSphere برای تحلیل داده و نگهداری پیشبینانه، و همچنین کارتهای تکنولوژی (Technology Cards) برای اضافه کردن توابع خاص (مانند کنترل پمپهای چندگانه یا همزمانسازی) اینورترهای زیمنس را به ابزاری آیندهنگر تبدیل کرده است.
اینورترهای زیمنس در تقریباً همه صنایع مدرن حضوری حیاتی دارند. در صنایع آب و فاضلاب، کنترل پمپهای تأمین آب، پمپهای تصفیه خانه و فنهای هوادهی استخرهای هوادهی با اینورتر انجام میشود. اینورتر نه تنها با کنترل دور پمپ، فشار خط لوله را دقیقاً ثابت نگه میدارد (کنترل PID داخلی) و از ضربه قوچ جلوگیری میکند، بلکه با کاهش دور در ساعات کممصرف، انرژی بسیار زیادی ذخیره مینماید.
در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی، کنترل کمپرسورهای سانتریفیوژ، پمپهای انتقال مواد شیمیایی و میکسرهای راکتورها اغلب به اینورترهای قوی و با قابلیت اطمینان بالا مانند SINAMICS S120 یا درایوهای متوسط ولتاژ نیاز دارد.
در این محیطهای حساس، قابلیت نصب در محیطهای قابل انفجار (نوع حفاظت Ex) نیز ارائه میشود. صنایع سیمان، معدن و فولاد به عنوان مصرفکنندگان بزرگ انرژی، بهرهگیری از اینورتر را به یک ضرورت تبدیل کردهاند.
مطالب مرتبط : اینورتر زیمنس g120
کنترل سنگشکنها، نوار نقالههای بلند (که نیاز به راهاندازی نرم و همزمانی دارند)، آسیابهای غلطکی عمودی (Vertical Roller Mills) و فنهای عظیم کوره با اینورترهای زیمنس انجام میشود که استحکام مکانیکی و تحول بارهای ضربهای سنگین را دارند. در صنایع غذایی، دارویی و آشامیدنی، نیاز به کنترل دقیق سرعت میکسرها، همزنیها، نوار نقالههای بطری و دستگاههای پرکن است.
اینورترهای زیمنس با درجه حفاظت IP65/۶۶ (قابل شستشو) و طراحی بدون درز (Sanitary Design) برای این محیطهای بهداشتی مناسب هستند. سیستمهای تهویه مطبوع (HVAC) در ساختمانهای اداری، مراکز خرید و بیمارستانها از بزرگترین مصرفکنندگان اینورتر هستند.
کنترل دور فنهای هواساز (AHU)، پمپهای چیلر و برج خنککن با اینورتر، علاوه بر صرفهجویی عظیم انرژی، کنترل دقیق دما و رطوبت را ممکن میسازد. در صنایع تولیدی و ماشینسازی، اینورترها برای کنترل محورهای اصلی ماشینابزار، سرعت خطوط مونتاژ، سیستمهای تغذیه مواد و رباتها استفاده میشوند که در اینجا دینامیک بالا و دقت حرکت (با استفاده از حالت سروو) از اهمیت ویژهای برخوردار است.
انتخاب صحیح اینورتر زیمنس برای یک کاربرد خاص، نیازمند تحلیل چندین فاکتور کلیدی است تا هم عملکرد مطلوب فراهم شود و هم از هزینههای اضافی جلوگیری گردد.
اولین و مهمترین قدم، تعیین مشخصات موتور است: توان نامی (کیلووات)، ولتاژ نامی (مثلاً ۳۸۰-۴۸۰V AC سهفاز)، جریان نامی (آمپر)، فرکانس نامی (معمولاً ۵۰/۶۰ هرتز) و سرعت نامی (دور در دقیقه). اینورتر انتخابی باید رتبهبندی توان و جریان برابر یا بالاتر از موتور داشته باشد.
تحلیل بار و کاربرد مرحله بعدی است. آیا بار دارای گشتاور ثابت است (مانند نوار نقاله، اکسترودر، بالابر) یا گشتاور متغیر (مانند پمپ سانتریفیوژ و فن که گشتاور با مربع سرعت تغییر میکند)؟ آیا بار اینرسی بالایی دارد؟ چرخه کاری چگونه است: کار مداوم، کار متناوب با توقفهای مکرر؟ تعداد راهاندازی در ساعت چقدر است؟ پاسخ این سوالات بر انتخاب رتبه جریان اینورتر و نوع خنککنندگی آن تأثیر میگذارد.
شرایط محیطی نصب بسیار حائز اهمیت است: دمای محیط (معمولاً تا ۵۰+ درجه سلسیوس بدون دیریتینگ)، ارتفاع از سطح دریا (بالای ۱۰۰۰ متر نیاز به دیریت جریان دارد)، وجود گردوغبار، رطوبت یا مواد خورنده.
این عوامل درجه حفاظت (IP) مورد نیاز (مثلاً IP20 برای تابلو، IP55/۶۵ برای نصب روی دیوار در محیط کارخانه) را تعیین میکنند. نیازمندیهای کنترلی و عملکردی نیز مشخص میکنند که کدام خانواده و کدام ماژولهای اضافی مورد نیاز است.
آیاکنترل ساده سرعت V/f کافی است یا به کنترل برداری برای گشتاور پایدار در سرعت پایین نیاز داریم؟ آیاتابع PID داخلی برای کنترل فشار/دبی لازم است؟ آیا نیاز به ارتباط با شبکههای صنعتی خاصی (PROFINET, Profibus, etc.) است؟ آیا توابع خاصی مانند پمپ Sequencing (کنترل چند پمپ) یا Energy Manager مورد نیاز است؟ برای کاربردهای پمپ و فن، اینورترهای سری SINAMICS G120 با ماژول Application “PUMP” یا “FAN” گزینهای بهینه هستند چرا که دارای توابع از پیش برنامهریزی شده مانند خواب (Sleep) و بیدار (Wake-up) خودکار، جایگزینی پمپ یدکی و کنترل PID اختصاصی هستند.
در نهایت، ملاحظات شبکه برق مانند وجود ژنراتور، نوسانات ولتاژ شدید یا کیفیت پایین برق ممکن است نیاز به فیلترهای EMI اضافی یا انتخاب یکسوساز فعال (AFE) را ایجاد کند.
نصب و راهاندازی اصولی اینورتر زیمنس تضمینکننده عملکرد پایدار و طول عمر آن است. مکانیابی نصب باید در محیطی با تهویه مناسب، به دور از تابش مستقیم آفتاب و منابع حرارتی شدید باشد. فاصله کافی (معمولاً حداقل ۱۰۰ میلیمتر از بالا و پهلوها) برای گردش هوا و خنککاری طبیعی یا اجباری ضروری است.
کابلکشی صحیح سه جزء دارد: کابلهای قدرت ورودی و خروجی، کابلهای کنترل و کابل اتصال زمین. کابلهای قدرت باید دارای سطح مقطع مناسب برای تحمل جریان و کاهش افت ولتاژ باشند. توصیه میشود از کابلهای شیلددار برای خروجی اینورتر به موتور استفاده شود تا نویز الکترومغناطیسی (EMI) تولید شده توسط شکل موج PWM کاهش یابد. طول کابل موتور نباید از مقدار مشخص شده در کاتالوگ (معمولاً ۵۰ تا ۱۰۰ متر بدون فیلتر خروجی) بیشتر شود، در غیر این صورت باید از فیلتر dv/dt یا سینوس فیلتر استفاده کرد.
کابل اتصال زمین (PE) با سطح مقطع مناسب و اتصال محکم به زمین با مقاومت کم، برای ایمنی و کاهش نویز حیاتی است. پارامترسازی مرحله ای است که اینورتر را با موتور و کاربرد تطبیق میدهد. با استفاده از پانل عملیاتی اصلی (BOP-2) یا نرمافزار TIA Portal و یک کابل ارتباطی، پارامترهای اصلی تنظیم میشوند.
ابتدا باید دادههای پلاک موتور (ولتاژ، جریان، توان، سرعت، فرکانس) به دقت در پارامترهای مربوطه وارد شوند. سپس با استفاده از تابع شناسایی خودکار موتور (Motor Identification)، اینورتر به طور دقیق پارامترهای الکتریکی موتور (مقاومت استاتور، القایی و …) را اندازهگیری و ذخیره میکند که برای عملکرد بهینه کنترل برداری ضروری است.
در ادامه، منحنی کنترل (V/f، Sensorless Vector و …) انتخاب شده، زمانهای شتاب و کاهش شتاب (Ramp-up/down times) تنظیم، محدودیتهای جریان و ولتاژ تعریف و در صورت نیاز، توابع خاص (مانند PID، منطقهای بولین) پیکربندی میشوند.
نگهداری پیشگیرانه شامل بازرسیهای دورهای میشود: بررسی ظاهری برای وجود گردوغبار Excessive (و تمیز کردن با هوای فشرده در صورت نیاز)، اطمینان از سفتبودن ترمینالها، کنترل عملکرد فنهای خنککننده و بررسی دمای هیتسینک.
در اینورترهای با توان بالا، کنترل ظرفیت خازنهای لینک DC به صورت دورهای توصیه میشود. عیبیابی نیز با کمک کدهای خطای واضح روی نمایشگر و دفترچه راهنمای مفصلی که توضیح هر خطا و اقدام اصلاحی را ارائه میدهد، به سادگی انجام میپذیرد. نرمافزار TIA Portal با قابلیتهای Trace (ثبت روند تغییر پارامترها در زمان) و تشخیص پیشرفته، ابزار قدرتمندی برای حل مشکلات پیچیده است.
اینورتر زیمنس (SINAMICS) بهوضوح چیزی فراتر از یک محصول الکترونیکی است؛ آنها راهحلهای جامع کنترل حرکت هستند که در مرکز تحول دیجیتال صنعت قرار دارند. ترکیب مهندسی دقیق آلمانی، کیفیت ساخت بیکموکاست، نوآوری مستمر و یکپارچگی عمیق در اکوسیستم اتوماسیون، جایگاهی بیرقابت برای این محصولات در بازار جهانی ایجاد کرده است.
سرمایهگذاری در اینورتر زیمنس تنها خرید یک دستگاه نیست، بلکه سرمایهگذاری در بهرهوری انرژی، قابلیت اطمینان فرآیند، کاهش هزینههای نگهداری و آیندهپذیری سیستم است. با ظهور انقلاب صنعت ۴٫۰، اینورترهای نسل آینده زیمنس نقش فعالتری به عنوان “گرههای هوشمند” در شبکههای صنعتی خواهند داشت.
آنها نه تنها دستورات را اجرا میکنند، بلکه دادههای حیاتی را جمعآوری، پردازش و برای تحلیل پیشبینانه به سیستمهای سطح بالا یا ابر ارسال خواهند کرد. توسعه الگوریتمهای مبتنی بر هوش مصنوعی برای بهینهسازی خودکار مصرف انرژی و تشخیص شرایط غیرعادی، یکپارچهسازی بیشتر با سرویسهای ابری، و افزایش سادگی در مهندسی و راهاندازی از دیگر روندهای آینده خواهد بود.
در نتیجه، انتخاب اینورتر زیمنس، انتخابی استراتژیک برای هر صنعتی است که به دنبال رقابتپذیری، پایداری و آمادگی برای چالشهای فرداست.
شرکت تامین صنعت با بیش از دو دهه تجربه با هدف تامین و توزیع تجهیزات صنعتی شروع به فعالیت کرده است. این شرکت در تلاش است با ارائه اجناس اصلی با نازل ترین قیمت موجود در بازار تقدیم شما مصرف کنندگان عزیز نماید تا گامی هرچند اندک در رشد و تعالی کشور عزیزمان ایران برداشته باشد. تامین صنعت با فعالیت گسترده اقدام به واردات مستقیم تجهیزات اتوماسیون صنعتی و فشار ضعیف در ایران کرده است.
