اینورتر چیست؟ کاربرد+نحوه کار

یکی از دستگاه های بسیار مهم تجهیزات برق صنعتی می‌باشد و عملکرد آن این است که جریان برق مستقیم را تبدیل به جریان متناوب می‌کند. از همین رو است که نام این دستگاه معکوس گر یا اینورتر می‌باشد. این دستگاه این قابلیت را نیز دارد که ولتاژ، توان تولیدی و فرکانس را تنظیم نماید. در سیستم‌های برق خورشیدی نیز اینورتر خورشیدی، به عنوان مبدل برق 12 یا 24 ولت به برق 220ولت استفاده می‌شود.

خروجی این دستگاه‌ در حالت ساده آن به این صورت می‌باشد که یک موج مربعی را می‌تواند بوسیله فیلتر به موج سینوسی تبدیل کند. اینورتر در حالت پیشرفته‌تر خروجی بهینه‌تری را ارائه می‌دهد و شکل مربع بصورت PWM می‌باشد. دستگاه های اینورتر در دو شکل تک  فاز و سه فاز در بازار موجود است.

این دستگاه‌ها کاربردهای گوناگونی دارند زیرا که قطعات محرک در آن ها وجود ندارد بنابراین بیشتر در کارهای صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

تاریخچه اینورتر خورشیدی

اگر بخواهیم در مورد تاریخچه ی اینورتر صحبت کنیم باید گفت که برای اولین بار واژه ی اینورتر بصورت علمی توسط دیوید پرنس در سال 1925 مطرح شد و باعنوان مقاله ای بنام “The Inverter” به چاپ رسید. پس از چاپ این مقاله توسط دیوید پرنس، اینورتر را به عنوان یک دستگاهی که برعکس رکتیفایر عمل می‌کند معرفی و نامگذاری کرد و از همان سال 1925 این واژه در بقیه مقالات مورد استفاده قرار گرفت.اگرچه قبل از اینکه پرنس واژه ی اینورتر را عنوان کند، دستگاهی تحت همین عنوان وجود داشته است؛ اما نام مشخصی برای آن در نظر گرفته نشده بود.

 Inverter چگونه عمل می‌کند؟

Inverter دستگاهی الکترونیکی است که جریان برق DC (جریان مستقیم) را به AC (جریان متناوب) تبدیل می‌کند. از طرفی وظیفه کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را بر عهده دارد. موتورهای الکتریکی در اغلب وسایلی که ما برای انجام کارهای روزمره مانند وسایل الکترونیکی کوچک، لوازم اداری و حمل و نقل استفاده می‌کنیم، یافت می‌شوند.

در مراکز صنعتی مانند کارخانه‌ها که اتلاف و هدر رفت انرژی می‌تواند به کسب و کارها آسیب وارد نماید، استفاده از اینورترها برای کنترل موتورهای الکتریکی می‌تواند باعث افزایش بهره وری و صرفه جویی در انرژی شود. در اغلب موارد ولتاژ DC ورودی به دستگاه، کمتر می‌باشد در صورتی که ولتاژ AC خروجی، برابر با ولتاژ در منبع تغذیه شبکه یعنی 120 یا 240 ولت است. در کشورهای مختلف این مقدار می‌تواند متفاوت باشد.

تفاوت اینورتر و درایو

درایوها وظیفه دارند که دور موتورها را کنترل و تنظیم نمایند. عملکرد درایوها این گونه است که به آرامی  راه اندازی می‌شوند و در زمان توقف و مکث چرخش الکتروموتورها، باعث کاهش جریان دریافت شده از منبع می‌‌شوند. همین امر باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و جریان اسمی الکتروموتورها می‌شوند. این درحالیست که Inverter وظیفه معکوس کردن جریان برق از DC به AC را دارند.

اکنون به سراغ تفاوت های اصلی دو دستگاه می‌رویم که عبارتند از:

1. اینورترها دارای قطعات محرک نمی‌باشند این در حالیست که درایوها در داخل خود دارای تعدادی قطعات متحرک هستند.

2. اینورترها فقط می‌توانند توان و ولتاژ خروجی را مشخص کنند، در حالی که در درایوهای صنعتی این امکان وجود دارد که بصورت دستی ولتاژ، توان و فرکانس ورودی تنظیم شود و می‌توان مقادیر خروجی را بصورت دلخواه مشخص نمود.

3.تفاوت اصلی و اساسی این دو دستگاه در اینجاست که اینورتر‌ها فقط این امکان را دارند که جریان برق DC را به AC تبدیل نمایند.اما درایوهای صنعتی بوسیله‌ی معکوس کردن و یکسویی جریان برق، می‌توانند دور موتور دستگاه های صنعتی و الکتروموتورها را کنترل نمایند.

تفاوت Inverter با سافت استارتر:

اینورتر و سافت استارتر هر دو برای راه اندازی موتورهای الکتریکی به دور از جریان‌های هجومی، مورد استفاده قرار می‌گیرند. همچنین، عملکرد هر دو دستگاه برای راه اندازی موتور، مبتنی بر نیمه هادی هاست. گرچه عملکرد هر دو دستگاه تقریبا یکسان است، قیمت اینورتر نسبت به سافت استارتر بالاتر است. گاهی اوقات شرایطی وجود دارد که می‌بایست حتما از اینورتر استفاده کرد.

به عنوان مثال، در شرایطی که چپگرد و راستگرد کردن موتور الزامی باشد، شما ملزم به استفاده از اینورتر خواهید بود. زیرا سافت استارترها چنین قابلیتی ندارند.

کاربردهای دستگاه Inverter

از این دستگاه بصورت گسترده در مصارف خانگی، صنعتی، اداری  و همچنین سیستم های برق خورشیدی مورد استفاده قرار می‌گیرند.  به خصوص در فصل‌هایی که قطعی ، نوسانات و کمبود برق زیاد می‌باشد، بسیار موثر و کارآمد است. برخی دیگر از کاربردهای اینورترها عبارتند از:

1.انواع جرثقیل های برجی سنگین و سقفی

2.درایوهای الکتریکی وسایل نقلیه

3.سیستم‌های آبرسانی بوستر پمپ

4.انتقال انرژی به روش HVDC

5.فن‌های صنعتی

6.نوار نقاله

7.آسانسور

8.انواع پمپ‌های صنعتی و ساختمانی

9.دستگاه های اکسترودر

11.انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک

12.گرمکن القایی

13.انواع ماشین آلات صنایع چاپ

14.منبع تغذیه

15.منابع برق اضطراری

انواع اینورتر :

این دستگاه ها انواع مختلفی دارند که هر کدام از این ها کارایی، معایب و مزایای خاص خود را داشته و امواج خروجی با شکل و پیکربندی خاص خود را نیز دارند. از این رو این دستگاه ها از نظر سرعت دور چرخش موتور و نوع فاز ورودی، دسته بندی می شوندکه در اینصورت داریم:

1.انواع Inverter از لحاظ سرعت دور چرخش موتور

2.انواع Inverter از لحاظ شکل موج خروجی

3.انواع Inverter از لحاظ فاز الکتریکی

انواع Inverter از لحاط سرعت دور موتور:

از آنجایی که سرعت دور موتور باعث ایجاد فرکانس های مختلف در دستگاه می‌شود. لذا می‌توان آن‌ها را بصورت ذیل طبقه بندی کرد:

1.اینورتر فرکانس بالا

2.اینورتر فرکانس پایین

از طرفی چرخش دور موتور با فرکانس رابطه‌ی مستقیمی دارد. از این رو هرچه فرکانس بالاتر باشد چرخش دور موتور بیشتر می‌شود. واحد فرکانس برحسب هرتز (Hz) بیان می‌شود و سرعت دور موتور برحسب دور بر دقیقه (RPM) مشخص می‌شود.

انواع Inverter از لحاظ شکل موج خروجی:

دستگاه‌های اینورتر از لحاظ موج خروجی به دسته بندی های ذیل تقسیم می‌شوند:

1. موج خروجی مربعی

2. موج خروجی سینوسی

3. موج خروجی سینوسی اصلاح شده

4. موج خروجی PWM

دستگاه‌های با خروجی PWM دارای پیشرفته ترین و بهینه ترین خروجی هستند. این در حالی است که ساده ترین موج خروجی، امواج مربعی می‌باشند.این دستگاه ها هم از لحاظ کیفی و هم قیمت پایین تر می‌باشند. اینورترهای حقیقی سینوسی از گران قیمت ترین نوع اینورترها می‌باشند زیرا که بهترین شکل موج را ارائه می‌دهند و بهترین نوع اینورتری است که برای سیستم‌های خورشیدی می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد.

از این نوع معکوس کننده‌ها برای تجهیزات پزشکی، استریو، چاپگرهای لیزری و سایر کاربردهایی که نیاز به شکل موج سینوسی دارند، استفاده می‌شود. همچنین در دستگاه‌های اتصالات شبکه و تجهیزات متصل به شبکه کاربرد دارند.

انواع Inverter از لحاظ فاز الکتریکی:

همه انواع دستگاه هایی که ذکر شده اند از لحاظ الکتریکی، به دو صورت فازی، تولید و تقسیم بندی می‌شوند:

1.تکفاز

2.سه فاز

در اینجا باید خاطر نشان کرد که از معکوس کننده‌های تک فاز در مواردی استفاده می‌شود که کاربردهای خانگی دارند و همچنین نوع سه فاز آن در دستگاه های صنعتی استفاده می‌شوند. اینورترهای سه فاز همگی به یک منبع متصل هستند و از سه مبدل تک فاز ساخته شده اند. عملکرد این دستگاه ها نیز با توجه به زمان در دو مد 120 و 180 درجه قابل تعریف می‌باشند.

اجزای دستگاه های Inverter:

دستگاه های معکوس کننده ولتاژ از بخش‌های مختلفی تشکیل می‌شوند که مهمترین اجزای این دستگاه ها عبارتند از:

1.مبدل تعذیه:

ولتاژ ورودی به دستگاه، در مبدل تغذیه تجمع پیدا کرده و ذخیره می‌شود. مبدل تغذیه وظیفه تأمین انرژی مورد نیاز دستگاه معکوس کننده را دارد.

2.کنترل کننده:

وظیفۀ کنترل عملکرد کلی دستگاه inverter را بر عهده دارد.

3.فیلتر و اصلاح کننده ها:

وظیفۀ بهبود کیفیت جریان ولتاژ و کاهش نویز در خروجی‌ها را بر عهده دارد.

4.سنسورها:

اطلاعات خروجی دستگاه، توسط سنسورها دریافت می‌شود تا بدین ترتیب، اطلاعاتی از بازخورد دستگاه به دست آید. انواع سنسورهای موجود در دستگاه عبارتند از سنسورهای جریان، ولتاژ و سنسور دما.

5.حفاظت پیشرفته:

این بخش، وظیفه حفاظت در برابر افزایش دما، افت ولتاژ و جریان بیش از حد را دارد.

6.رابط ها:

برای ارتباط inverter با دستگاه های دیگر، رابط های مختلفی را در آن تعبیه می‌شود. رابط ها نقش قابل توجهی در بهینه سازی انرژی دارند. همچنین رابط ها انواع مختلفی دارند؛ از جمله: Ethernet، RS-485 و RS-232.

7.مبدل DC به AC:

بخش اصلی دستگاه‌های اینورتر را تشکیل می‌دهد. وظیفۀ آن، تبدیل ولتاژ DC به AC است.

مزایا و معایب دستگاه inverter

مزایا:

1.کاهش مصرف برق

2.کاهش اختلالات خطوط برق

3.بهینه سازی عملکرد موتور و در نتیجه افزایش طول عمر موتور و کاهش هزینه‌های ناشی از تعمیر و تعویض موتور.

4.تامین یک منبع تغذیه پشتیبان در هنگام قطع برق، خاموشی یا مواقع اضطراری.

5.قابلیت استفاده در مکان‌های دور افتاده و خارج از شبکه.

6.تثبیت ولتاژ در هنگام قطع برق یا نوسانات ولتاژ.

7.قابلیت راه اندازی موتور در سرعت و فرکانس پایین.

8.تنظیم شتاب و سرعت موتور توسط اپراتور.

9.حذف اجزای محرک مکانیکی

معایب:

1.وزن و حجم بالای اینورترها

2.عدم سهولت در نصب

3.نیاز به متخصص در نصب

4.نیاز به بررسی و عیب یابی منظم

5.قیمت بسیار بالا

کاربردهای اینورتر خورشیدی در سیستم های خورشیدی

از آنجایی که اینورتر خورشیدی دستگاهی است که می تواند برق 12V/24V DC را به جریان متناوب 220V تبدیل نماید. لذا یک مبدل برق مناسب می‌باشد و یکی از تجهیزات اساسی یک پکیج برق خورشیدی است. اما کاربردهای این دستگاه برای سیستم های خورشیدی چیست؟

برای پاسخ به این سوال به موارد ذیل می توان اشاره کرد:

1.اینورتر خورشیدی برای تجهیزات خورشیدی در فضای باز

در فعالیت های خارج از منزل، نورپردازی، فن ها، تبلت ها و تلفن های همراه عمدتاً برای تامین انرژی محصولات الکترونیکی دیجیتال استفاده می شود. اینورتر خورشیدی از طراحی قابل حمل، با اندازه کوچک، وزن سبک، عملکرد بالا، کاربردی و دوام برخوردار است.

2.اینورتر خورشیدی برای تجهیزات انرژی خورشیدی خانگی

در این نوع تجهیز معمولاً جریان DC مستقیماً به جریان AC تبدیل می شود و سپس برای تغذیه دستگاه ها استفاده می شود. وسایل برقی قابل استفاده عبارتند از لامپ رومیزی، پنکه، کامپیوتر، پلوپز، تلویزیون، یخچال، ماشین لباسشویی، تهویه مطبوع، شیرساز سویا، کتری برقی، اجاق گاز، پروژکتور، سشوار و اجاق القایی برای اکثریت قریب به اتفاق لوازم خانگی.

3.اینورتر خورشیدی برای تجهیزات انرژی خورشیدی کشاورزی و دامداری

آبیاری یک کار مهم در صنعت کشاورزی است، به ویژه در مناطق خشک که منابع آب محدود است. شدت و زمان تابش نور خورشید در سایر اقلیم های خشک، زیاد است. بنابراین، استفاده از سیستم‌های تولید برق خورشیدی می‌تواند کارساز باشد. با استفاده از نقش پانل های فتوولتائیک خورشیدی برای جذب تابش نور و استفاده از یک اینورتر برای تامین مستقیم برق تجهیزات کشاورزی، عملکرد کشاورزی و مزارع، دیگر محدود به مسافت، زمین و قدرت نمی شود و هزینه های عملیاتی کشاورزی را تا حد زیادی کاهش می دهد. این یک انرژی ایده آل با فناوری جدید سبز است که اقتصاد، قابلیت اطمینان و مزایای زیست محیطی را یکپارچه می کند.

4.اینورتر خورشیدی برای تجهیزات خورشیدی در مناطق دور افتاده

مناسب برای خانوارهای کوچک و متوسط، به خصوص ساکنان مناطق دور از شبکه برق یا مناطق توسعه نیافته.

6.اینورتر خورشیدی برای تجهیزات خورشیدی در زمینه حمل و نقل

با کمک سیستم تولید برق خورشیدی می توان برق وسایل حمل و نقل مانند کمپینگ ها و کشتی ها را تامین کرد. پنل های خورشیدی نور خورشید را جذب کرده و باتری ذخیره انرژی را انجام می‌دهد. سپس از اینورتر برای تبدیل نیروی باتری به جریان AC روزانه استفاده می شود. این سیستم از نظر طراحی ساده، نصب و حمل و نقل آسان، بدون آلودگی، بدون نویز، انرژی سبز و عملکرد ایمن و قابل اعتماد است. سیستم منبع تغذیه خورشیدی پایدار و قابل اعتماد است و می تواند تقاضای برق را در هر زمان برآورده کند.