ساختار داخلی اینورتر VX40 یکی از بحث‌برانگیزترین موضوعات برای مهندسین برق و تکنسین‌های تعمیرات است. چرا؟ زیرا این درایو صنعتی دقیقاً در مرز بین تکنولوژی‌های کلاسیک و مدرن قرار دارد. بسیاری از خرابی‌های درایو ناشی از عدم شناخت صحیح “مسیر جریان انرژی” در داخل دستگاه است. وقتی درب یک اینورتر VX40 را باز می‌کنید، با انبوهی از بردهای الکترونیکی، شمش‌کشی‌های مسی و قطعات قدرت مواجه می‌شوید که هر کدام وظیفه‌ای حیاتی دارند.

در این مقاله، ما قصد داریم از کلی‌گویی فاصله بگیریم. ما دقیقاً بررسی خواهیم کرد که ولتاژ ۳۸۰ ولت ورودی چگونه مرحله به مرحله پردازش می‌شود تا در نهایت یک موج سینوسی PWM دقیق را به موتور تحویل دهد. شناخت ساختار داخلی اینورتر VX40 کلید اصلی برای عیب‌یابی سریع، تعمیرات کم‌هزینه و انتخاب صحیح در پروژه‌های اتوماسیون است.

۲. طبقه ورودی: فیلتر EMI و یکسوسازها در ساختار داخلی اینورتر VX40
اولین نقطه تماس برق شهر با دستگاه، ترمینال‌های R, S, T است. اما قبل از اینکه ولتاژ به یکسوساز برسد، از مدارات حفاظتی عبور می‌کند:

وریستورها (MOVs)

در ورودی مدار، وریستورهای اکسید فلزی قرار دارند که وظیفه آن‌ها حفاظت از درایو در برابر اسپایک‌های ولتاژ (Voltage Surges) ناشی از صاعقه یا سوئیچ‌زنی در شبکه است. اگر ولتاژ ورودی ناگهان بالا رود، این قطعات اتصال کوتاه شده و فیوز ورودی را می‌سوزانند تا به مدارات گران‌قیمت داخلی آسیبی نرسد.

پل دیود یا تریستور؟

در مدل‌های توان پایین VX40، از پل دیود سه فاز یکپارچه استفاده می‌شود. اما در توان‌های بالا (معمولاً بالای 30 کیلووات)، ساختار داخلی اینورتر VX40 از ماژول‌های نیمه تریستوری (Semi-controlled Thyristor Bridge) بهره می‌برد. این تغییر ساختار دو مزیت دارد: کنترل جریان هجومی اولیه و قابلیت قطع مدار در صورت بروز اتصال کوتاه در لینک DC.

۳. مدار حیاتی سافت استارت و شارژ اولیه (Pre-charge)
یکی از بخش‌هایی که اغلب تعمیرکاران با خرابی آن مواجه می‌شوند، مدار “پیش‌شارژ” است. وقتی برق وصل می‌شود، خازن‌های لینک DC کاملاً خالی هستند و مثل یک اتصال کوتاه عمل می‌کنند. اگر ولتاژ مستقیماً به آن‌ها اعمال شود، جریان وحشتناکی از دیودها عبور کرده و آن‌ها را منفجر می‌کند.

۴. تحلیل عمیق لینک DC و بانک خازنی
لینک DC در واقع استخر ذخیره انرژی درایو است. ولتاژ در این نقطه برای درایوهای 400 ولت، حدود 560 تا 650 ولت DC است. در ساختار داخلی اینورتر VX40، کیفیت خازن‌ها تعیین‌کننده طول عمر دستگاه است.

علاوه بر خازن‌های الکترولیتی بزرگ (برای ذخیره انرژی)، خازن‌های کوچک فیلم (Snubber Capacitors) نیز موازی با آن‌ها نصب شده‌اند. وظیفه این خازن‌های کوچک، جذب نویزهای فرکانس بالا و جلوگیری از اعمال ولتاژهای گذرا به ماژول‌های IGBT است. خرابی این خازن‌های کوچک می‌تواند منجر به سوختن ناگهانی IGBT شود.

۵. منبع تغذیه سوئیچینگ (SMPS) داخلی
برد کنترل، فن‌ها و درایورهای گیت نیاز به ولتاژهای پایین (مثل 5V, 12V, 24V) دارند. این ولتاژها توسط یک برد تغذیه سوئیچینگ که مستقیماً از ولتاژ فشار قوی لینک DC تغذیه می‌کند، تامین می‌شود.

در ساختار داخلی اینورتر VX40، منبع تغذیه به صورت “ایزوله” طراحی شده است. یعنی زمین (GND) بخش کنترل از بخش قدرت جداست تا نویزهای شدید بخش قدرت روی میکروپروسسور تاثیر نگذارد. ترانس‌های پالس در این بخش نقش کلیدی ایفا می‌کنند.

۶. واحد اینورتر و تکنولوژی IGBT
بخش خروجی شامل 6 عدد سوئیچ IGBT (یا 3 ماژول دوبل) است که ولتاژ DC را با روش مدولاسیون پهنای پالس (PWM) قطع و وصل می‌کنند تا جریانی شبه‌سینوسی برای موتور بسازند.

نقش درایور گیت (Gate Driver)

IGBT ها مستقیماً به میکروپروسسور وصل نمی‌شوند. بین آن‌ها مداری به نام “Gate Driver” قرار دارد که دو وظیفه دارد:

تقویت سیگنال ضعیف 3.3 ولتی پردازنده به 15 ولت جهت روشن کردن IGBT.

ایزولاسیون نوری (Optocoupler) برای جلوگیری از انتقال برق فشار قوی به برد کنترل در صورت انفجار IGBT.

۷. مغز متفکر: برد کنترل و DSP
تمام تصمیمات در کسری از ثانیه توسط برد کنترل (Control Board) گرفته می‌شود. در معماری VX40 از پردازنده‌های دو هسته‌ای شامل یک DSP (برای محاسبات ریاضی موتور) و یک FPGA (برای تولید پالس‌های سریع PWM) استفاده شده است.
اجزای اصلی برد کنترل VX40

قطعه
عملکرد

پردازنده DSP
اجرای الگوریتم‌های وکتور کنترل و PID

ترمینال‌های I/O
ارتباط با سنسورها، PLC و شاسی‌های فرمان

چیپ ارتباطی
پشتیبانی از پروتکل‌های Modbus یا Profibus

حافظه EEPROM
ذخیره پارامترهای تنظیمی کاربر

۸. سیستم‌های حفاظتی و خنک‌کاری
آخرین حلقه در بررسی ساختار داخلی اینورتر VX40، سیستم‌های ایمنی است. سنسورهای جریان (CT یا Hall Effect) در خروجی هر فاز قرار دارند و دائماً جریان موتور را رصد می‌کنند. همچنین سنسورهای حرارتی (NTC) روی هیت‌سینک نصب شده‌اند.

طراحی تونل هوا (Air Tunnel Design) در VX40 به گونه‌ای است که هوا بدون برخورد با بردهای الکترونیکی حساس، فقط از بین پره‌های هیت‌سینک عبور می‌کند. این ویژگی باعث می‌شود گرد و غبار صنعتی کمتری روی قطعات الکترونیکی بنشیند و عمر دستگاه در محیط‌های آلوده افزایش یابد.

نتیجه‌گیری

همانطور که دیدیم، ساختار داخلی اینورتر VX40 مجموعه‌ای هماهنگ از الکترونیک قدرت، مدارهای آنالوگ دقیق و پردازش دیجیتال پرسرعت است. درک عملکرد متقابل این بخش‌ها، از یکسوساز ورودی گرفته تا گیت درایورها، تفاوت بین یک “تعویض‌کار قطعه” و یک “متخصص واقعی” را رقم می‌زند.

اگر در زمینه تعمیرات یا نصب این درایو سوالی دارید، تیم فنی ما آماده پاسخگویی به شماست.