اینورتر چیست و چگونه کار میکند؟
زندگی بشر امروز به برق وابسته است و در صورت نبود آن، زندگی انسان با مشکلات متعددی رو به رو خواهد شد. اگر نگاهی به اطراف خود بیاندازید، متوجه خواهید شد که برای به کار افتادن تمام لوازمات خانگی و صنعتی به برق نیاز می باشد. حال برای آن که بتوان استفاده بهتر و بهینه تری از نیروی برق داشت، ابزار و وسایل خاصی به وجود آمده اند. در این مقاله از وب سایت آژند برق به بررسی اینورتر و چگونگی کار آن می پردازیم. بنابراین برای کسب اطلاعات بیشتر تا انتهای این مقاله با تیم آژند برق همراه باشید.
اینورتر چیست و چگونه کار می کند ؟
لازم به ذکر می باشد که اینورتر ( Inverter) همان مبدل برق می باشد، مبدل برق یک دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند. جریان AC تبدیل شده می تواند بر اساس نیاز در هر ولتاژ (ماکزیمم تا سطح ولتاژ DC) و فرکانسی باشد.
اینورترها در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی استفاده می شوند، مانند :
- منبع تغذیه انواع کامپیوتر ها
- درایو موتورهای AC در تجهیزات بزرگ حمل و نقل و ماشین آلات صنعتی
امروزه به دلیل کاربرد گسترده درایو موتور AC در صنعت و تکرار زیاد آن (در بین فعالان حوزه اتوماسیون صنعتی و عامه مردم) واژه اینورتر به جای واژه درایو موتور AC جایگزین شده است و ما در این مقاله پیش رو از این به بعد هر جا از واژه اینورتر استفاده کنیم، منظور همان درایو موتور AC می باشد. به طور کلی اینورتر (درایو موتور AC) یا مبدل برق به دستگاهی گفته می شود که به کمک آن می توان سرعت یک موتور AC سه فاز را کنترل کرد.
پنل های فتوولتائیک جریان مستقیم (DC ) تولید می کنند، اما جریان بسیاری از تجهیزات الکتریکی یا شبکه سراسری متناوب است. لذا در کاربردهایی که به برق سینوسی نیاز می باشد باید از اینورتر یا مبدل برق استفاده شود. شایان به ذکر است که اینورتر دستگاهی می باشد که یک ولتاژ سینوسی را از یک ولتاژ مستقیم تولید می کند. در اینورتر از سوئیچ های الکترونیک قدرت استفاده می شود. ضمناً از نظر تعداد فاز اینورترها به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند :
- اینورتر تک فاز
- اینورتر سه فاز
نکته بسیار مهم درباره اینورترها این است که خروجی همه آن ها سه فاز است.
شایان به ذکر می باشد که اینورترها قطعات متحرکی ندارند و در طیف گسترده ای از ابزارهای کاربردی در زندگی ما استفاده می شوند. اینورتر نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا می باشد. دلیل این نام گذاری آن است که دستگاه اینورتر عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد.
در واقع همان گونه که در ابتدای مقاله بیان کردیم اینورتر یا درایو AC به دستگاهی گفته می شود كه به كمك آن می توان سرعت یك موتور AC سه فاز را كنترل كرد و نکته حائز اهمیت درباره این دستگاه ها این است که بدون آن كه قدرت و گشتاور موتور كاهش یابد این عمل را انجام خواهد داد. اینورترها در ظرفیت های مختلف ساخته می شوند و در بازار ارائه می گردند برای مثال می توان اذعان داشت که یك موتور با توان 20 اسب بخار باید از اینورتر 20 HP استفاده كرد.
مزایای استفاده از اینورتر :
قطعاً این دستگاه تولید شده است تا نیازهای بشر را فراهم کند و مزایای فراوانی خواهد داشت، از جمله مزایای دستگاه اینورتر به صورت زیر می باشد :
- با استفاده از دستگاه اینورتر كاهش انرژی مصرفی و لذا كاهش هزینه برق را می توان تضمین کرد
- كاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی شدن عمر موتور با استفاده از این دستگاه نتیجه می دهد
- امكان تغییر سرعت موتور نیز وجود دارد
- امكان تغییر جهت حركت موتور
- داشتن حفاظت مناسب و تا حدی کامل در برابر اضافه بار
- امكان كار موتور در شرایطی كه ولتاژ ورودی متغیر می باشد
- امكان كنترل از راه دور نیز توسط این دستگاه وجود دارد
- ایجاد سرعت بیشتر از سرعت اسمی موتور
- برنامه ریزی كردن حركت.
از ویژگی های بسیار مهم دستگاه اینورتر می توان به این موضوع اشاره داشت که :
اینورتر به صورت هوشمند میزان بار وارده به موتور را تشخیص می دهد و متناسب با همان بار، به موتور جریان لازم را می دهد و این جریان در بسیاری از مواقع از جریان اسمی موتور كم تر می باشد. بنابراین با توجه به تمامی موارد ذکر شده می توان بیان کرد که اینورتر یک دستگاه الكترونیكی است كه به وسیله آن می توان سرعت موتورهای سه فاز را تغییر داد.
استفاده از اینورترها برای كنترل دور موتور ها مزایای فراوانی دارد كه مهم ترین آن ها به صورت زیر می باشد :
- عدم نیاز به دستگاه های كنترل دبی مكانیكی.
- ذخیره انرژی تا 50%
- نبودن شوك راه اندازی.
- افزایش عمر مفید قطعات مكانیكی
کاربردهای دستگاه اینورتر:
قبل از آن که به کاربردهای دستگاه اینورتر بپردازیم، باید بیان شود که از اینورترها در سه ناحیه می توان استفاده کرد:
- فعالیت های گشتاور ثابت مثل میكسرها، اكسترودرها، نوارهای نقاله و . . .
- فعالیت های توان ثابت مثل كشش و دستگاه های ماشینی.
- فعالیت های گشتاور متغیر مثل فن و پمپ.
دستگاه اینورتر کاربردهای بسیار فراوانی در صنعت خواهد داشت که از کاربردهای آن به صورت زیر اشاره می کنیم:
- با استفاده از دستگاه اینورتر می توان سرعت موتور مورد نظر را تنظیم نمود به عبارتی دیگر، می توان دور موتور را تنظیم کرد.
- با استفاده از دستگاه مبدل برق یا اینورتر می توان جهت دور را به راحتی تغییر داد بدون آن که به کنتاکتور نیازی باشد.
- با استفاده از دستگاه اینورتر می توان موتور را روشن و خاموش کرد بدون آن که به قطع کردن و وصل کردن برق اصلی نیازی باشد.
- دستگاه اینورتر سبب كاهش ضربه های مكانیكی می شود و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مكانیكی را تضمین می کند.
- دستگاه اینورتر باعث حفاظت موتور در برابر افزایش ولتاژ می شود و این موضوع سبب خواهد شد که از آسیب دیدن موتور جلوگیری به عمل آید.
- با استفاده از دستگاه اینورتر می توان از گرم شدن دستگاه و سوختن موتور جلوگیری به عمل آورد. این موضوع در كاربردهایی است كه موتور به طور مداوم چپ گرد و راست گرد و یا خاموش می شود.
برای توضیح بیشتر درباره کاربرد مبدل برقی می توان اذعان داشت که دستگاه اینورتر سبب راه اندازی نرم موتور می شود بدون آن که ضربه ای به قسمت های مكانیكی مثل كوپلینگ ها، گیربكس ها، تسمه ها، زنجیرها و ... وارد شود و در نتیجه افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت .
لازم به ذکر می باشد که اضافه بارها همیشه باعث آسیب زدن به موتور می شوند و استفاده از دستگاه اینورتر حفاظت موتور در برابر اضافه بار را به دنبال خواهد داشت، در این حالت چنانچه بار موتور از مقدار معمول و مجاز بیشتر شود، اینورتر موتور را خاموش می نماید و به كاربر پیام اضافه بار نشان می دهد.
همچنین چون در بسیاری از كاربردها انرژی زیادی برای راه اندازی لازم است موتور انتخاب شده را با توان بالاتری انتخاب می كنند. بنابراین میزان جریان زیاد تری هم در حین كار از شبكه استفاده می كند. حال اگر از دستگاه اینورتر استفاده شود، اینورتر به صورت كاملاً اتوماتیك این جریان را در حین راه اندازی به مقدار لازم افزایش می دهد و در حین كار به مقدار لازم كاهش خواهد داد، بنابراین به طور كلی هزینه برق مصرفی به صورت چشم گیری کاهش می یابد و در مصرف انرژی صرفه جویی می شود.
در بسیاری از كاربردها به هنگام راه اندازی، موتور جریان بسیار بالایی از شبكه می كشد و موجب كاهش ولتاژ شبكه و ایجاد صدماتی به تأسیسات برق رسانی و سایر دستگاه ها می گردد. این جریان به 6 برابر جریان نامی موتور می رسد كه بسیار نا مطلوب می باشد.
اینورتر تک فاز :
لازم به ذکر است که در اینورتر تک فاز ولتاژ DC به ولتاژ تک فاز AC تبدیل خواهد شد. در این اینورتر تک فاز از 4 سوئیچ الکترونیک قدرت استفاده می شود. از دیگر تجهیزات تشکیل دهنده اینورتر می توان به موارد زیر اشاره داشت :
- فیلترها
- مدارات کنترلی
- منبع DC
نکته بسیار مهم در رابطه با اینورترهای تک فاز این است که سوئیچ ها می توانند از نوعIGBT یاMOSFET باشند.
اینورترهای سه فاز :
شایان ذکر است که برای تولید جریان سه فاز از یک جریان DC از اینورتر سه فاز استفاده می‌شود. اینورتر سه فاز 6 سوئیچ دارد که با تنظیم زمان روشن و خاموش شدن می توان جبران سه فاز با اختلاف زمانی 120 درجه تولید کرد.
جهت کاهش میزان هارمونیک های تولید شده به وسیله‌ی سوئیچ ها و همچنین برای سینوسی تر شدن ولتاژ خروجی از فیلترهای سلفی ـ خازنی استفاده می شود. انواع فیلترها را می توان برای بهبود کیفیت ولتاژ در خروجی اینورتر نصب کرد. با این وجود انتخاب فیلتر به پارامترهای مختلف از جمله دو مورد زیر بستگی خواهد داشت:
- میزان هزینه
- کیفیت ولتاژ مورد نیاز
ولتاژ هارمونیک و مشکلات رایج آن :
قبل از آن که به بررسی ولتاژ هارمونیک بپردازیم، باید بیان کنیم که اینورترها در حالت خاص به دو دسته زیر تقسیم بندی می شوند :
- اینورترهای تمام سینوسی
- اینورترهای شبه سینوسی
حال منظور از تمام سینوسی و شبه سینوسی، ولتاژ خروجی تولید شده توسط دستگاه اینورتر می باشد. این که ولتاژ خروجی تولیدی تا چه حد و اندازه سینوسی است از اهمیت بسیاری برخوردار می باشد. شایان ذکر است که هر چه قدر ولتاژ خروجی اینورتر از حالت سینوسی خارج شود و به عبارتی دارای هارمونیک باشد مشکلات مختلفی را می تواند ایجاد کند. به عنوان مثال به موارد زیر توجه داشته باشید:
- در اینورترهای متصل به شبکه موجب تزریق جریان هارمونیکی به شبکه شده و تلفات را افزایش خواهد داد.
- همچنین در صورتی که کیفیت ولتاژ خروجی مناسب نباشد در راه اندازی و عملکرد موتور های دوار مشکل ایجاد خواهد شد.
لازم به ذکر است که کیفیت ولتاژ خروجی به طور کلی به پارامترهای زیر بستگی دارد:
- فیلتر مورد استفاده در خروجی اینورتر
- فرکانس سوئیچینگ
- روش کنترلی
نکته بسیار مهم این است که تفاوت اصلی بین اینورترهای شبه سینوسی و تمام سینوسی موارد ذکر شده در بالا می باشد.
اینورترهای تمام سینوسی :
همان گونه که از نام اینورترهای تمام سینوسی مشخص است، این نوع اینورترها ولتاژ تمام سینوسی خالص تولید می کنند و دارای تکنولوژی بالاتر و فیلترهای بهتر و مناسب تری می باشند.این اینورترها معمولاً در کنترل بارهایی که دارای موتور هستند مورد استفاده قرار می گیرند.
مناسب ترین شکل موج مورد استفاده برای تجهیزات حساس الکترونیکی، شکل موج سینوسی می باشد. به دلیل آن که شکل موج های متناوب غیر سینوسی به دلیل طبیعت خود، حاوی مؤلفه های فرکانسی بالاتر از 50 هرتز هستند که در حقیقت به عنوان فرکانس های ناخواسته حکم نویز یا اختلال را داشته و در برخی از موارد موجب اختلال در عملکرد این تجهیزات می گردند.
اینورترهای شبه سینوسی :
باید بیان شود که اینورترهای شبه سینوسی ولتاژ مربعی تولید می کنند و قیمت آن ها نسبت به سایر اینورترها ارزان می باشد. همچنین تلفات اینورترهای شبه سینوسی از اینورترهای تمام سینوسی معمولاً پایین تر است.
برندهای اینورتر:
از برندهای خاص موجود در بازار ایران این دستگاه می توان به صورت زیر اشاره داشت:
برندهای گوناگون غربی مانند:
- اینورتر زیمنس (SIEMENS)
- اینورتر ای بی بی (ABB)
- اینورتر دانفوس (DONFOOS)
- اینورتر اشنایدر (SCHNEIDER)
- اینورتر لنز (LENZE) و …
و اینورترهای شرقی مانند:
- اینورتر دلتا (DELTA)
- اینورتر اینوت (INVT)
- اینورتر ال اس (LS)
- اینورتر امرن (OMRON)
- اینورتر تکو (TECHO)
سخن آخر :
در این مقاله به طور مختصر درباره اینورتر ها و نحوه کارکرد آن ها نکات بسیار مهمی را عنوان کرده ایم. اینورترها مزایای بی شماری دارند و استفاده از آن ها بسیار مفید می باشد. در صورت استفاده از اینورتر می توان در مصرف انرژی یا برق صرفه جویی کرد و همچنین میزان هزینه انرژی را تا حد بسیاری کاهش داد.برای کسب اطلاعات بیشتر به وب سایت آژند برق مراجعه فرمایید.
