اینورتر چیست و چگونه کار می کند؟

دستگاه اینورتر قادر است ولتاژ DC را به ولتاژ AC تبدیل کند که در بیشتر موارد، ولتاژ DC (ولتاژ ورودی) از ولتاژ AC (ولتاژ خروجی) که مقدار آن تقریبا 120 یا 240 می باشد کمتر است و از آنجائیکه بیشتر بارهای تجاری، صنعتی و مسکونی به منابع جریان متناوب (AC) نیاز دارند نیاز به تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب است.

 اینورتر را با نام های درایو، کنترل دور موتور، درایو فرکانس متغیر یا VFD (VARIABLE FREQUENCY DRIVE)  نیز می شناسند. به طور کلی میتوان گفت  اینورتر ها این قابلیت را دارند که توسط تقویت کننده های تعبیه شده در ساختار مکانیکی خود فرکانس و ولتاژ تولیدی را به ولتاژ و فرکانس دلخواه مبدل کنند.

 اینورتر ممکن است به عنوان تجهیزات مستقل برای کاربردهایی مانند انرژی خورشیدی یا برای کار به عنوان منبع تغذیه پشتیبان از باتری هایی که جداگانه شارژ می شوند ساخته شود. و برق AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز کاربر تامین و تولید کنند. در نهایت از برق AC تولید شده در خروجی اینورتر می توانیم انواع موتور های AC سه فاز را کنترل و راه اندازی کنیم.

چرا باید از اینورتر استفاده کنیم؟

اما سوالی که در اینجا مطرح می شود این است که چرا نیاز به تبدیل جریان مستقیم به یک جریان متناوب وجود دارد؟ و مزایایی استفاده از اینورتر چیست؟ در ادامه به پاسخ به این سوال ها پرداخته ایم.

همه ما می دانیم که برق اصلی که از نیروگاه ها به خانه های ما می رسد جریان متناوب 220 ولت است و بیشتر لوازم الکتریکی که ما استفاده می‌کنیم، به گونه ای طراحی شده‌اند که با برق AC کار کنند. اما در برحی موارد وسایلی که با برق DC کار می‌کنند مورد نیاز شما بوده است در اینجاست به اینورتر نیاز است.

همانطور که قبلا بیان شد اینورتر یک دستگاه الکتریکی است که ولتاژ DC را تقریباً همیشه از باتری ها به ولتاژ AC استاندارد خانگی تبدیل می کند تا بتوان از آن برای وسایل معمولی استفاده کرد. به طور خلاصه، یک اینورتر جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می کند و به این شکل شما می توانید از تجهیزات الکتریکی با ولتاژ DC استفاده کنید.

به غیر از این، برق AC به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد و از آنجایی که بیشتر وسایل برقی به مقدار نسبتاً بالاتری از جریان مستقیم نیاز دارند، زیرا برق DC برای کار در ولتاژهای پایین طراحی شده است. بنابراین به دلیل اینکه برق تولید شده توسط دستگاه های تولید DC باید در اختیار لوازم خانگی معمولی ما قرار گیرد، امروزه به اینورتر نیاز داریم.

از مزایایی اینورتر می توان به موارد زیر اشاره کرد :

1. کاهش جریان راه اندازی به کمتر از 10درصد جریان نامی موتور
2. کاهش اختلالات در شبکه برق
3. کاهش ضربه های مکانیکی
4. طولانی شدن عمر مفید موتور
5. افزایش سرعت موتور تا 20 درصد سرعت نامی
6. تغییر زمان صعود و نزول ACC & DCC از 0.1 تا 6000 ثانیه
7. امکان کنترل نحوه استوپ شدن موتور
8. داشتن اضافه بار (در حد توان موتور)
9. راه اندازی نرم موتور بدون شوک و ضربه به قسمت های مكانیكی مثل كوپلینگها، گیربكس ها، تسمه زنجیرها و … باعث افزایش طول عمر مفید موتور و سایر قسمتهای مكانیكی را به دنبال خواهد داشت.
10. حفاظت از موتور در برابر اضافه بار؛ چون با افزایش بار موتور اینورتر موتور را خاموش می کند و به كاربر پیام اضافه بار نشان می دهد.
11. جلوگیری از گرم كردن و در نهایت سوختن موتور در كابرد هایی كه موتور به طور مداوم چپگرد و راستگرد و یا خاموش می شود.
12. 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 تاسیسات برق رسانی و سایر دستگاهها می گردد. این جریان به 8 برابر جریان نامی موتور می رسد كه بسیار نا مطلوب می باشد.
13. با کنترل حرکت موتور، دور مناسب الکتروموتور را مشخص می کند که سرعت و گشتاور آن را تنظیم کند.
14. می تواند جهت حرکت موتور را تغییر دهد
15. قابلیت کار در شرایط با ولتاژ متغیر و …… می باشد.
16. کاهش انرژی و برق و در نتیجه کاهش هزینه ها
17. امکانات نرم افزاری جهت مدیریت کنترل ، کاهش استهلاک و افزایش مقاومت و طول عمر دستگاه
18. جلوگیری از افزایش دما و گرم شدن موتور

انواع اینورتر

اینورترها بر اساس منبع ورودی اعمال شده، اتصال، ولتاژ خروجی و غیره به دسته های مختلفی تقسیم می شوند.

طبقه بندی بر اساس منبع ورودی

اینورتر را می توان به عنوان وسیله ای تعریف کرد که منبع ورودی DC را به خروجی AC تبدیل می کند که در آن ورودی ممکن است منبع ولتاژ یا منبع جریان باشد. اینورترها عمدتاً به دو دسته اصلی طبقه بندی می شوند.

اینورتر منبع ولتاژ (VSI)

هنگامی که ورودی اینورتر یک منبع ولتاژ DC ثابت باشد، اینورتر به عنوان اینورتر منبع ولتاژ شناخته می شود. ورودی اینورتر منبع ولتاژ دارای یک منبع ولتاژ DC سخت است. منبع ولتاژ DC سخت  به این معنی است که امپدانس منبع ولتاژ DC صفر است. در عمل، منابع DC مقداری امپدانس ناچیز دارند.

 فرض بر این است که VSI با منابع ولتاژ ایده آل (منابع امپدانس بسیار کم) عرضه می شود. ولتاژ خروجی AC به طور کامل توسط حالت های سوئیچینگ دستگاه ها در اینورتر و منبع DC اعمال شده تعیین می شود.

اینورتر منبع جریان (CSI)

هنگامی که ورودی اینورتر یک منبع جریان DC ثابت باشد، اینورتر به عنوان اینورتر منبع جریان شناخته می شود.

طبقه بندی براساس فاز خروجی

با توجه به فازهای ولتاژ و جریان خروجی، اینورترها به دو دسته اصلی تقسیم می شوند. اینورتر تک فاز و اینورتر سه فاز. در اینجا به اختصار به این دسته بندی ها پرداخته می شود.

اینورترهای تک فاز

اینورتر تک فاز ورودی DC را به خروجی تک فاز تبدیل می کند. ولتاژ/جریان خروجی اینورتر تک فاز دقیقاً یک فاز دارد که فرکانس اسمی آن 50 هرتز یا ولتاژ اسمی 60 هرتز است. ولتاژ نامی به عنوان سطح ولتاژی که سیستم الکتریکی در آن کار می کند تعریف می شود. ولتاژهای اسمی متفاوتی وجود دارد به عنوان مثال 120 ولت، 220 ولت، 440 ولت، 690 ولت، 3.3 کیلو ولت، 6.6 کیلو ولت، 11 کیلو ولت،

ولتاژهای اسمی پایین را می توان مستقیماً توسط اینورتر با استفاده از ترانسفورماتور داخلی  به دست آورد، در حالی که برای ولتاژهای اسمی بالا از ترانسفورماتورهای افزایش دهنده خارجی استفاده می شود.

از اینورترهای تک فاز برای بارهای کم استفاده می شود. در تکفاز تلفات بیشتری وجود دارد و همچنین راندمان تکفاز نسبت به اینورتر سه فاز پایین است. بنابراین، اینورترهای 3 فاز برای بارهای بالا ترجیح داده می شوند.

اینورترهای سه فاز

اینورترهای سه فاز DC را به برق سه فاز تبدیل می کنند. برق سه فاز سه جریان متناوب را فراهم می کند که به طور یکنواخت در زاویه فاز از هم جدا می شوند. دامنه و فرکانس هر سه موج تولید شده در خروجی با تغییرات جزئی ناشی از بار یکسان است در حالی که هر موج دارای یک شیفت فاز 120 درجه از یکدیگر است.

اساسا یک اینورتر 3 فاز از 3 اینورتر تک فاز است که فازهای هر اینورتر 120 درجه از هم فاصله دارند و هر اینورتر تک فاز به یکی از سه ترمینال بار متصل می شود.

اینورترها از لحاظ موج تولیدی

اینورتر موج مربعی

اینورتر موج سینوسی اصلاح شده یا شبه‌سینوسی

اینورترهای موج سینوسی خالص

طبقه بندی بر اساس تکنیک کنترل

• مدولاسیون عرض پالس (PWM تک)
• تعدیل عرض پالس چندگانه (MPWM)
• مدلاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM)
• مدلاسیون عرض پالس سینوسی اصلاح شده (MSPWM)