اینورتر چیست؟

یکی از میراث تسلا و همینطور جرج وستینگهاوس، شریک تجاری او و رئیس شرکت الکتریکی وستینگهاوس این است که، بیشتر لوازم برقی‌ای که ما در خانه‌هایمان استفاده می‌کنیم، مخصوصا طوری طراحی شده‌اند که با برق AC کار کنند. وسایلی که با برق DC کار می‌کنند ولی باید برقشان را از پریزهای AC بگیرند، به قطعه‌ای اضافی نیاز دارند که یکسوساز نامیده می‌شود و معمولا از قطعات الکترونیکی‌ای به نام دیود برای تغییر AC به DC استفاده می‌کنند.

حال میخواهیم بدانیم تفاوت یکسوساز با اینورتر چیست؟ کاری که اینورتر ایرانی انجام می‌دهد دقیقا برعکس یکسوساز است و فهم اساس کارش بسیار آسان است. فرض کنید یک باتری در چراغ قوه‌ای گذاشته‌اید و کلید آن هم وصل است، بنابراین جریان DC مانند یک ماشین مسابقه که در پیستی در حال حرکت است، همیشه در یک جهت در مدار جریان پیدا می‌کند. حالا اگر باتری را دربیاورید و برعکس در جایش قرار دهید چه اتفاقی می‌افتد؟

با فرض این که بتوان باتری را برعکس جا زد، با احتمال قریب به یقین باز هم چراغ قوه کار خواهد کرد و شما هم متوجه تغییری در نوری که ایجاد می‌کند، نخواهید شد. اما در واقع جریان برق در حال حرکت در جهت مخالف است. فرض کنید که دست‌هایتان سرعتی جادویی داشتند و آنقدر سریع بودند که می‌توانستید جهت باتری را در هرثانیه 50 الی 60 بار عوض کنید. در این حالت شما به نوعی یک اینورتر موتور مکانیکی بودید که برق DC باتری را به AC با فرکانس 50-60 هرتز تبدیل می‌کرد.

البته اینورترهایی که از فروشگاه‌های الکتریکی می‌خرید دقیقا به این شکل عمل نمی‌کنند، گرچه بعضی از آن‌ها در حقیقت مکانیکی هستند. این نوع اینورترها از کلیدهای الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که برای تغییر جهت جریان، با سرعتی بالا قطع و وصل می‌شوند. اینگونه اینورترها اغلب یک خروجی موج مربعی دارند:

جریان یا در جهت مستقیم است و با در جهت خلاف آن، و یا دارد با سرعت بین این دو حالت تغییر وضعیت می‎دهد.

این تغییر سریع جهت جریان برای برخی از انواع وسایل برقی بیش از حد خشن است. در برق AC معمولی، تغییر جهت جریان به تدریج و طی یک شکل موج سینوسی به شکل زیر انجام می‌شود:

می‌توان برای تولید انواع متنوعی از چنین موج‌های نرمی، از اینورترهای الکتریکی استفاده کرد. در این اینورترها از قطعات الکترونیکی‌ای به نام سلف و خازن استفاده می‌کنند تا موج خروجی جریان، آرام‌تر از حالت خاموش/روشن ناگهانی موج مربعی بالا و پایین برود.

می‌توان برای تغییر یک ولتاژ ورودی DC خاص به یک ولتاژ خروجی AC کاملا متفاوت (چه بالاتر و چه پایین‌تر)، از اینورترها در کنار مبدل‌ها هم استفاده کرد. البته در این حالت توان خروجی باید همیشه کمتر از توان ورودی باشد. این موضوع به قانون پایستگی انرژی برمی‌گردد که طبق آن، اینورتر موتور و مبدل نمی‌توانند توان خروجی‌ای بالاتر از توان ورودی‌شان داشته باشند و مقداری از انرژی به شکل گرمای عبور جریان برق از قطعات مختلف الکتریکی و الکترونیکی از بین می‌رود.

بازدۀ اینورتر تک فاز و سه فاز در عمل بالای 90% است، گرچه فیزیک پایه به ما می‌گوید که همیشه مقداری انرژی -هرچند خیلی کم- در جایی هدر می‌رود!

اینورتر تکفاز به سه فاز چیست؟

آیا می‌دانید دلیل استفاده واحدهای صنعتی از اینورتر چیست؟ به برقی که سازمان توزیع برق به عنوان خروجی به محل‌های مسکونی، کشاورزی و کارگاه‌ها می‌فرستد تک‌فاز است. این در‌حالی است که دستگاه‌های صنعتی و کشاورزی بزرگ مثل پمپ‌ها به برق سه‌فاز نیاز دارند. به همین‌دلیل در واحدهای صنعتی و کشاورزی، برای تبدیل برق تک‌فاز به سه‌فاز از اینورتر استفاده می‌شود. اینورتر تک‌فاز به سه فاز، برق ورودی تک‌فاز که 220 ولت است را می‌گیرند و پس از انجام تغییرات به وسیله مدارات پیشرفته داخلی خود، برق سه‌فاز با قدرت 380 ولت در خروجی ارائه می‌کند. برق سه‌فاز مناسب دستگاه‌های بزرگ است و کاربرد خانگی ندارد. دستگاه‌هایی مثل موتورهای الکتریکی صنعتی و پمپ‌های الکتریکی می‌توانند با این میزان برق کار کنند.

انواع اینورتر

اگر فقط یک جریان DC را قطع و وصل کنید، یا دائم بچرخانیدش تا جهتش مکررا تغییر کند، در نهایت تنها چیزی که به دست می‌آورید، تغییرات بسیار ناگهانی جریان است: کل جریان در یک جهت، کل جریان در جهت مخالف، و تکرار به همین شکل. اگر نموداری بر اساس جریان (ولتاژ) و زمان بکشید، یک موج مربعی به دست خواهید آورد.

گرچه الکتریسیته‌ای که به آن شکل تغییر می‌کند، از نظر فنی جریان متناوب است، اما کاملا شبیه جریان متناوبی که در خانه‌هایمان داریم و به شکل یک موج سینوسی بسیار نرم‌تر تغییر می‌کند، نیست. به طور کلی برای وسایل برقی خانگی سنگینی که برق خام مصرف می‌کندد، (وسایلی مثل هیترهای برقی، لامپ‌های رشته‌ای، کتری برقی، یا یخچال) شکل موج ورودی چندان مهم نیست؛ تنها چیزی که این وسایل نیاز دارند مقدار زیادی انرژی است.

برای همین هم موج‌های مربعی آزاری به آن‌ها نمی‌رسانند. از سوی دیگر، وسایل الکترونیکی ایرادگیرتر هستند و موج نرم‌تر سینوسی را به عنوان ورودی ترجیح می‌دهند.

این توضیح می‌دهد که چرا اینورتر صنعتی در دو نوع به بازار آمد. در ادامه به این نکته که تفاوت اینورتر چیست، می‌پردازیم:

اینورترهای موج سینوسی خالص: درست که اغلب با حروف اختصاری PSW شناخته می‌شوند.
اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده: شبه سینوسی که به اختصار MSW نامیده می‌شوند.

اینورترهای خالص همانطور که از اسمشان پیداست، برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب آرام تغییر کنی بسیار شبیه به همان موج سینوسی اصلی نرمالی که در خانه‌هایمان داریم، از مبدل‌های چنبره‌ای (دونات شکل) و مدارهای الکترونیکی استفاده می‌کنند. می‌توان از این نوع اینورترها برای تغذیۀ هر نوع وسیلۀ برقی AC، مثل تلویزیون‌ها، کامپیوترها، بازی‌های ویدیویی، رادیو و استریوها، توسط یک منبع DC استفاده کرد.

در مقابل، اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده از قطعات الکترونیکی نسبتا ارزان قیمت (مثل تریستور، دیود، و سایر قطعات ساده) برای تولید نوعی موج مربعی “گرد شده” ( شبیه موج سینوسی بسیار خشنی است) استفاده می‌کنند و گرچه در رساندن برق به وسایل الکتریکی سنگین خوب عمل می‌کنند. اما می‌توانند برای وسایل الکترونیکی ظریف یا هرچیزی که کنترل کنندۀ الکترونیکی یا میکروپروسسوری دارد، مشکل ایجاد کنند و این کار را هم می‌کنند.

پس آنچه گفته شد در کل به این معنا است که، این نوع اینورترها برای وسایلی مثل لپ‌تاپ، تجهیزات پزشکی، ساعت‌های دیجیتال، و لوازم خانگی هوشمند، نامناسب هستند. در ضمن، اگر کمی در موردش فکر کنید، می‌بینید موج مربعی گرد شدۀ این اینورترها در مجموع نسبت به موج سینوسی خالص، توان کل بیشتری به وسایل منتقل می‌کنند. زیرا مساحت زیر نمودار یک مربع بیشتر از یک منحنی است.

این موضوع اینورترهای اصلاح شده را به وسایلی با بازدهی کمتر و اتلاف توان بیشتر به شکل گرما، تبدیل کرده است که یعنی هنگام استفاده از اینورترهای MSW خطر بالارفتن بیش از حد دما وجود دارد. اما اگر بخواهیم نکات مثبتشان را ببینیم، این نوع اینورترها از اینورترهای خالص ارزان‌ترند.

تصویر: موج سینوسی اصلاح شده MSW، به رنگ سبز بیشتر از موج مربعی به رنگ نارنجی شبیه به یک موج سینوسی است، اما هنوز هم تغییرات ناگهانی و شدید جریان را دارد. هرچه پله‌های موج سینوسی اصلاح شده بیشتر باشد، شکلش به فرم ایده‌آل موج سینوسی خالص نزدیک‌تر خواهد بود.

اگرچه بسیاری از اینورترها به عنوان واحدی مستقل، کاملا جدا از شبکه و با باتری کار می‌کنند، برخی از آن‌ها که با نام اینورترهای تعاملی شبکه‌ای یا اینورترهای متصل به شبکه شناخته می‌شوند به شکل خاص برای این که همیشه به شبکه متصل باشند ساخته شده‌اند. معمولا از این اینورترها برای فرستادن برق از چیزی مثل پنل خورشیدی به شبکه، با ولتاژ و فرکانس درست، استفاده می‌کنند. اگر هدف اصلی‌تان تولید برق برای خودتان باشد، این حالت مناسب است.

اما اگر می‌خواهید گاهی از شبکه مستقل باشید و در صورت قطعی یک منبع برق پشتیبان داشته باشید، و خودتان هیچ‌گونه برقی تولید نمی‌کنید (مثلا شب است و پنل‎های خورشیدی‌تان غیرفعال هستند)، اینورتر هم با قطع برق خاموش می‌شود و بدون برق می‌مانید. دقیقا مثل بقیه! تفاوتی ندارد که برقتان را خودتان تولید می‌کنید یا نه. به همین دلیل، بعضی از مردم از از اینورترهای دو جهته استفاده می‌کنند که می‌تواند هم به شکل مستقل و هم متصل به شبکه کار کند گرچه هردوی این حالت‌ها در یک زمان اتفاق نمی‌افتد. از آنجایی که این نوع اینورتر موتور قطعات و بخش‌های بیشتری دارند، بزرگ‌تر و گران‌تر هستند.

عکس: نیکولا تسلا. اگرچه او بود که برندۀ نبرد جریان‌ها شد، اما هنوز هم رقیبش توماس ادیسون به عنوان پیشگام در زمینۀ برق در یادها مانده است. کنده کاری روی چوب از تسلا اثر سارونگ، 1906. با تشکر از کتابخانۀ کنگرۀ ایالات متحده.

انواع اینورتر از لحاظ ولتاژ ورودی خروجی

منبع تغذیه موتور اینورتر چیست و با ولتاژی کار میکنند؟ اینورتر‌ها نیازمند یک منبع تغذیه DC پایدار هستند تا بتوانند جریان کافی برای سیستم را تامین کنند. ولتاژ ورودی اینورتر‌ها به طراحی و هدفی که اینورتر دنبال می‌کند، بستگی دارد و می‌تواند شامل موارد زیر باشد:

12 ولت DC برای اینورتر‌های کوچکتر که معمولا یک باتری قابل شارژ دارند یا با برق خودرو کار می‌کنند.
24، 36 و 48 ولت که استانداردهای رایج سیستم‌های انرژی خانگی هستند.
200 تا 200 ولت که برای برق از پنل‌های خورشیدی فتوولتائیک است.
300 تا 450 ولت وقتی برق از بسته‌های باتری موتور الکتریکی به شبکه وارد می‌شود.
چند صد هزار ولت وقتی که اینورتر بخشی از یک سیستم انتقال مستقیم جریان با ولتاژ بالاست.

ولتاژ خروجی AC اینورتر در اغلب موارد برابر با ولتاژ خط شبکه تنظیم می‌شود که معمولا 120 یا 240 VAC است، حتی وقتی اینورتر درحال کار باشد و توزیع برق تغییر کند. این مسئله باعث می شود اینورتر دستگاه های زیادی که برای برق استاندارد طراحی شده اند را تغذیه کند. برخی اینورترها نیز ولتاژ خروجی پیوسته یا قابل انتخاب دارند. این مسئله بستگی به کاربرد آن ها و همچنین نوع دستگاهی دارد که از برق خروجی اینورتر استفاده می کند.

کاربرد اینورتر

اینورتر ها کاربردهای متعددی در صنعت دارند. بعضی از آنها در آسانسور استفاده می شوند که به اینورتر آسانسور معروف هستند. بعضی از آنها در بالابرها و پله‌های برقی کاربرد دارند و بعضی دیگر نیز در صنایع کشاورزی و سایر صنایع استفاده می شوند. در این قسمت از مقاله به شما لیستی از کاربردهای اینورتر موتور را ارائه خواهیم داد:

استفاده در پمپ های صنعتی و ساختمانی
گرمکن های القایی
منابع برق اضطراری
فن های صنعتی
منابع تغذیه
آسانسورها
انواع جرثقیل ها
استفاده در پنل های خورشیدی
نوار نقاله
درایو وسیله نقلیه
انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک
دستگاه های اکسترودر
انواع ماشین آلات صنایع چاپ

در ادامه به شما مهمترین این کاربرد اینورترها را معرفی خواهیم کرد.

استفاده در پمپ های صنعتی و ساختمانی

یکی از کاربردهای اصلی اینورتر صنعتی AC، برای پمپ‌های آب می باشد. از مزایای استفاده از اینورتر برای پمپ های آب کاهش هزینه نگهداری، بهینه‌سازی مصرف، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و… می‌باشد. در بخشی که برای کنترل پمپ‌ها باید از موتورهای الکتریکی استفاده شود، برای دستیابی به مدیریت بهتر و نوآورانه سیستم باید راندمان انرژی و پایداری اقتصادی را در نظر گرفت. از این رو می‌توان تجربه صرفه‌جویی در مصرف انرژی با اینورتر صنعتی را درنظر گرفت. با استفاده از اینورتر می‌توانید مصرف انرژی را به طرز چشمگیری کاهش دهید. اینورتر صنعتی تمامی متغیرهای اساسی موتور مانند ولتاژ، جریان و سرعت اسمی را کنترل می‌کند. این روند باعث کاهش هزینه در چرخه عمر سیستم می‌شود. اینورتر پمپ هنگام استفاده در یک سیستم استاندارد با موتور ثابت به دلیل عملکردهای خاص کنترل موتور، موجب صرفه‌جویی فوری و قابل توجه در انرژی می‌شود. با این حال راندمان بیشتری به دست خواهد آمد و بدین ترتیب راه‌حل‌های خوبی به دست می‌آید.

درایو وسیله نقلیه

در حال حاضر از اینورتر موتور برای کنترل قدرت کشش موتور در تعدادی از وسایل نقلیه مانند قطار های برق، خودروهای هیبریدی و برقی مانند تویوتا prius و… استفاده می شود. پیشرفت های مختلف صورت گرفته در تکنولوژی اینورتر ها به دلیل استفاده از آنها در وسایل نقلیه برقی می باشد. البته این پایان ماجرا نیست؛ در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور گرفته و در باتری ها ذخیره سازی می کند.

گرمکن های القایی

از اینورتر موتور الکتریکی برای بالا تر بردن فرنکانس برق اصلی در جهت بهره بری از آن در گرمکن های القایی استفاه می شود. برای این کار در مرحله اول برق اصلی را به DC تبدیل کرده و بعد از آن با کمک اینورتر موتور برق DC را به AC با فرنکانس بالاتر تبدیل می کنند و به این ترتیب از اینورتر دز گرمکن های القایی نیز استقاده می شود.

استفاده در پنل های خورشیدی

همانطور که ی دانید پنل های خورشید با دریافت نور آفتاب و ذخیره سازی آن به شکل انرژی کمک بسیار زیادی به انسان ها می کنند؛ به همین دلیل صفحه های خورشیدی درارای خروجی DC هستند که با اسفاده از اینورتر های صنعتی این توان تبدیل به AC می شود.

منابع برق اضطراری

شما می توانید برای مواقعی که برق در دسترس نیست با کمک باتری و اینورتر موتور برقی اضطرای برای خود به وجود بیاورید. استفاده از باتری و اینورتر صنعتی به عنوان منبع تغذیه اضطراری برای تامین برق AC برای مواقعی مثل مورد بالا. وقتی هم که برق اصلی دوباره وصل شد، از یکسوکننده ای برای شارژ کردن مجدد باتری ها استفاده می شود.

منابع تغذیه

اصلی ترین وظیفه اینورتر موتور، تبدیل برق DC به برق AC می باشد؛ این موتور الکتریکی برق اولیه خود را که از منابع ذخیره انرژی مانند باتری، پنل های خورشیدی، سلول های سوختی و… به دست می آورند و طی یک فرآیند آنها را به برق AC تبدیل می کنند. دقت داشته باشید که با کمک اینورتر می توان برق خروجی را به هر ولتاژی که لازم است تبدیل کنیم.

اینورتر آسانسور

اختراع دستگاهی به نام اینورتر موتور الکتریکی در دهه 60 میلادی توسط شرکت ژاپنی یاسکاوا باعث ایجاد تحول در زمینه کاربری از موتور ها شد. اینورتر دستگاهی است که با کنترل سرعت چرخش موتور باعث بهبود حرکت و کنترل موتور می شود. در صنعت آسانسور، شروع به حرکت نرم و آرام، کنترل مناسب سرعت در بازه های زمانی مختلف از شروع به حرکت تا پایان حرکت، توقف نرم و… از اهمیت بالایی برخوردار است. به کمک اینورتر آسانسور میتوان این موارد به همراه خیلی موارد کنترلی و حفاظتی دیگر را به راحتی و با تنظیم تنها چند پارامتر اینورتر صنعتی انجام داد. بصورتی که امروزه تقریبا هرکجا که موتور استفاده شده، یک دستگاه اینورتر نیز در کنار موتور برای کنترل و بهبود حرکت موتور قرار داده شده است. در سیستم آسانسور هم اینورتر آسانسوری یا همان اینورتر ایرانی آسانسور وظیفه کنترل دور موتور را برعهده دارند.

نوار نقاله

اینورتر موتور نوعی رگولاتور الکترونیکی است که در انواع نوار نقاله و بقیه سیستم های اینورتر صنعتی در جهت کنترل سرعت موتور و گشتاور AC با تغییر فرنکانس و ولتاژ ورودی موتور الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل اینکه اینورترها به کاربران اجازه می دهند تا سرعت و گشتاور موتور نقاله را مشخص کند، با شناسایی رفتار های غیر عادی موتور، از خود واکنش نشان می دهد و با خاموش کردن تجهیزات قبل از بروز آسیب از آنها محافظت می کند. پس به دلیل بازدهی اثبات شده اینورترها در محافظت از تجهیزات در برابر آسیب های احتمالی، گروه سنابرق توان به شما استفاده از انواع اینور صنعتی ایرانی را پیشنهاد می کند.

ویژگی ها و مزایای اینورتر

کاربرد اینورتر موتور الکتریکی در کجاست؟

اینورتر ها کاربردهای متعددی در صنعت دارند. بعضی از آنها در آسانسور استفاده می شوند که به اینورتر آسانسور معروف هستند. بعضی از آنها در بالابر ها و پله های برقی کاربرد دارند و بعضی دیگر نیز در صنایع کشاورزی و سایر صنایع استفاده می شوند. در این قسمت از مقاله به شما لیستی از کاربرد های اینورتر موتور را ارائه خواهیم داد:

استفاده در پمپ های صنعتی و ساختمانی
گرمکن های القایی
منابع برق اضطراری
فن های صنعتی
منابع تغذیه
آسانسور ها
انواع جرثقیل ها
استفاده در پنل های خورشیدی
نوار نقاله
درایو وسیله نقلیه
انواع ماشین آلات صنایع تزریق پلاستیک
دستگاه های اکسترودر
انواع ماشین آلات صننایع چاپ

حال که با اینورتر و کاربرد آن آشنا شده اید، در ادامه به این سوال که مزیت اصلی استفاده از موتور اینورتر چیست، پاسخ می‌دهیم تا لزوم استفاده از این دستگاه پر کاربرد را به طور کامل متوجه شوید. از آنجایی که موتورهای الکتریکی مصرف برق بالایی دارند، مهم ترین مزیت استفاده از اینورترها کاهش مصرف برق در واحدهای صنعتی پرمصرف است.

موتور اینورتر با تنظیم برق ورودی دستگاه هنگام به کار افتادن و کار کردن آن، جلوی مصرف بیش از حد برق را می‌گیرد. اینورترها می‌توانند تا 70 درصد کاهش مصرف برق به همراه داشته باشند. از دیگر مزایای راه‌اندازی نرم دستگاه و استفاده از موتور اینورتر، ضربه وارد نشدن به قسمت‌های مکانیکی آن مثل گیربکس‌ها، تسمه و زنجیرها است، که باعث بیشتر شدن عمر مفید این قطعات مکانیکی می‌شود.

موتورهای الکتریکی در هنگام راه‌اندازی برق زیادی مصرف می‌کنند که در بلندمدت موجب ایجاد حرارت بالا و آسیب تجهیزات موتور می‌شود. اینورتر به دلیل کاهش جریان ورودی در هنگام راه‌اندازی، این حرارت و آسیب را کاهش می‌دهد و طول عمر موتور و قطعات آن به دلیل کاهش ضربه‌های مکانیکی و دمای مناسب‌تر بیشتر می‌شود.

اینورترها موتور الکتریکی را از شتاب و سرعت صفر راه‌اندازی می‌کنند و تا مقداری مشخص بالا می‌برند. اما اگر موتور الکتریکی مستقیما به برق وصل شود چون شتاب و سرعت اولیه صفر نیست باعث ایجاد شوک می‌شود و ناگهان موتور با سرعت بالایی شروع به حرکت می‌کند که موجب آسیب‌دیدگی و کوتاه شدن عمر موتور می‌شود.

گاهی مصرف بالای برق تجهیزات برقی موجب می‌شود ولتاژ کاهش پیدا کند و سایر تجهیزات کم‌مصرف‌تر مثل کامپیوترها و سنسورها از کار بیفتند. اینورتر جلوی پیش آمدن چنین مشکلاتی را می‌گیرد.

اینورترها می‌توانند سرعت و شتاب موتور را تنظیم کنند. همچنین، قادر به محدود کردن گشتاور دستگاه الکتریکی هستند تا از حد خاصی بیشتر نشود. به‌این‌ترتیب می‌توان جهت حرکت موتور را بدون نصب کنتاکتور و سایر ادوات برقی تغییر داد. به این ترتیب می‌توان حرکت موتور را به صورت هوشمندانه و در جهت گرفتن بهترین بازدهی تنظیم کرد.

از آنجایی که اینورتر‌ها برق ورودی به موتورهای الکتریکی را تنظیم می‌کنند با استفاده از آنها می‌توان موتور الکتریکی را بدون قطع و وصل جریان اصلی برق، خاموش و روشن کرد. این باعث می‌شود در عملکرد سایر دستگاه‌ها نیز اختلالی ایجاد نشود.

گاهی جریان برقی که شرکت توزیع برق در اختیار واحدهای صنعتی و کشاورزی قرار می‌دهد جریان پایداری نیست و فاکتورهای آن نوسان دارند. اینورتر‌ها جلوی ورود بار اضافه به موتور را می‌گیرند و از سوختن موتور جلوگیری می‌کنند. همچنین از بالا رفتن ولتاژ ورودی به موتور هم جلوگیری می‌کنند.

از دیگر مزایای اینورتر‌ها افزایش سرعت موتور، بیشتر از سرعت نامی آن است. به‌این‌ترتیب می‌توان سرعت موتور را در حد مورد نیاز تنظیم کرد.

اینورترها چه شکلی هستند؟

به این نکته توجه کنید که اینورترها کاربرد متفاوتی دارند و بنابر کاربردی که دارند ممکن است ابعاد متفاوتی نیز داشته باشند. ممکن است اینورترها خیلی بزرگ و سنگین باشند مخصوصا اگر برای این که بتوانند مستقل کار کنند، باتری داخلی داشته باشند. شما در بالا تعدادی زیادی عکس اینورتر ایرانی را مشاهده می‌کنید.

اینورترها گرمای زیادی تولید می‌کنند که به همین دلیل هم هست که هم هیت سینک‌های بزرگ (پره‌های فلزی) و هم فن دارند.

همانطور که در عکس بالا می‌بینید، مدل‌های معمولی‌شان تقریبا به اندازۀ یک باتری ماشین یا شارژر باتری ماشین هستند؛ واحدهای بزرگ‌تر تا حدی شبیه به چند باتری‌ ماشین که به شکل عمودی روی هم قرار داده شده باشند، به نظر می‌رسند. کوچکترین اینورترها جعبه‌های قابل حمل‌تری به اندازۀ رادیوی ماشین هستند که می‌توانید به فندک خودرویتان وصلشان کنید تا برای شارژ لپ‌تاپ با موبایلتان برق AC تولید کند.

همانطور که مصرف برق وسایل برقی با یکدیگر متفاوت است، برق تولیدی اینورترها هم با هم متفاوت است. معمولا برای اطمینان بیشتر، باید اینورتری انتخاب کنید که توانی حدود یک چهارم بیشتر از حداکثر توان وسیلۀ مورد نظرتان داشته باشد. با این کار در واقع این موضوع را در نظر گرفته‌ایم که بعضی از وسایل برقی (مثل یخچال و فریزر و لامپ‌های فلورسنت) در لحظه‌ای که روشن می‌شوند، حداکثر توان (پیک توان) را مصرف می‌کنند.

با این که اینورترها قادر به تامین پیک توان برای مدتی کوتاه هستند، اما مهم است این نکته را هم در نظر بگیریم که اینورترها برای کار کردن به مدت طولانی در پیک توان طراحی نشده‌اند.

مزایای استفاده از اینورتر نسبت به روش راه اندازی مستقیم

همان طور که دربالا اشاره شد، زمانی که موتور الکتریکی را مستقیما به برق وصل می‌کنیم، برق ورودی ولتاژ بالایی دارد و ورود آن به دستگاه باعث شروع ناگهانی کار آن می‌شود. این مسئله باعث ایجاد شوک به دستگاه شده و قطعات داخلی آن ناگهان از شتاب صفر به شتاب بالا برده می‌شوند که باعث استهلاک سریع‌تر قطعات داخلی موتور می‌شود. همچنین گرمای زیادی هم تولید می‌گردد که در بلند مدت آسیب‌زاست. به همین دلیل استفاده از اینورتر الزامی است.

استفاده از موتور اینورتر موجب می‌شود موتور الکتریکی از سرعت و شتاب صفر، بدون وارد شدن شوک به آن، شروع به کار کند و کم‌کم این شتاب و سرعت تنظیم شود تا به مقدار مورد نیاز برسد. این رویه موجب طولانی‌تر شدن عمر موتور و تجهیزات داخلی آن می‌شود.

بعلاوه موتور الکتریکی اگر مستقیما به برق وصل شود در زمان شروع به کار چندین برابر حالت عادی برق مصرف می‌کند که می‌تواند باعث افت ولتاژ در سایر دستگاه‌ها و از کار افتادن آنها شود. استفاده از اینورتر این مشکل را نیز برطرف می‌کند و همه دستگاه‌ها می‌توانند درکنار هم بدون افت ولتاژ و قطعی کار کنند.

انواع روش های راه اندازی اینورتر

روش استفاده از اینورتر چیست؟ برای راه‌اندازی موتور اینورتر روش‌هایی وجود دارد که در ادامه به برخی از آنها اشاره می‌کنیم:

روش مستقیم: در این روش، ولتاژ به صورت کامل وارد مدار می‌شود و به موتور می‌رسد. این راه ساده‌ترین راه است اما ولتاژ ورودی خیلی بالاست و برای موتورهایی که ظرفیت بالایی دارند مناسب نیست.
روش ستاره مثلث: این روش نیازمند سه کنتاکتور است که کنتاکتورهای اصلی، ستاره و مثلث هستند. این تجهیزات بار اضافی و حرارت تولیدی را کنترل می‌کنند. حالت ستاره برای راه‌اندازی و حالت مثلث برای رسیدن به زمان حداکثر دور می‌باشد. ابتدا سیستم با حالت ستاره راه‌اندازی می‌شود و بعد از رسیدن به حداکثر دور و حالت پایدار، ستاره از مدار خارج شده و وارد وضعیت مثلث می‌شود.
روش سافت‌استارت: روش علمی و درست راه‌اندازی است که نیاز به دستگاه سافت استارتر دارد. در این روش شتاب دستگاه کم‌کم افزایش می‌یابد و این باعث افزایش راندمان و جلوگیری از ورود ناگهانی جریان می‌شود.

اینورتر فرکانس متغیر چیست؟

یک اینورتر فرکانس متغیر (VFD) نوعی کنترلر موتور است که با تغییر فرکانس و ولتاژ ورودی به موتور الکریکی، آن را کنترل می‌کند. به آن اینورتر با سرعت متغیر، اینورتر با سرعت قابل تنظیم، اینورتر با فرکانس قابل تنظیم، اینورتر AC، میکرو اینورتر هم می‌گویند.

فرکانس یا هرتز مستقیما به سرعت موتور مرتبط می‌شود. به‌عبارت‌دیگر هرقدر فرکانس بیشتر باشد، سرعت موتور هم بیشتر است. اگر دستگاهی نیاز نداشته باشد که موتور الکتریکی آن با سرعت کامل کار کند، VFD فرکانس و ولتاژ را کم‌کم کاهش می‌دهد تا به مقدار مورد نیاز بار موتور برسد. با تغییر مقدار سرعت مورد نیاز دستگاه، VFD هم سرعت را کم یا زیاد می‌کند تا به مقدار مناسب آن سرعت برسد. در حقیقت اینورتر فرکانس متغیر، مسئول تنظیم سرعت دستگاه تا رسیدن به میزان مورد نیاز است. دلایل زیادی برای تنظیم سرعت موتور با استفاده از اینورتر AC وجود دارد:

ذخیره انرژی و بهبود بازدهی سیستم
تبدیل انرژی در کاربردهای هیبریداسیون
تطبیق سرعت اینورتر با نیازهای فرآیند
تطبیق گشتاور یا قدرت اینورتر با نیازهای فرآیند
بهبود محیط کار
کاهش نویز، مثلا در فن‌ها و پمپ‌ها
کاهش فشار میکانیکی روی ماشین برای بیشتر کردن طول عمر آن
اصلاح اوج مصرف برای جلوگیری از اوج گرفتن آن و نگهداشن آن در حد نیاز دستگاه

بعلاوه اینورتر های امروزی، شبکه‌بندی و قابلیت‌های تشخیصی را برای کنترل بهتر بازدهی و افزایش بهره‌وری، یکپارچه می‌کنند. به‌این‌ترتیب ذخیره انرژی، کنترل هوشمندانه موتور و کاهش نقطه اوج جریان، سه دلیل بزرگ برای انتخاب یک VFD بعنوان کنترلر در سیستم‌های موتوری هستند.

کاربرد اصلی VFD، کنترل فن‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورهاست که 75درصد از کل سیستم عملیاتی را تشکیل می‌دهند. سافت‌استارترها و کنتاکتورهای سراسری، دیگر انواع کنترل‌کننده های موتور هستند که پیچیدگی کمتری دارند. سافت‌استارترها دستگاه‌های حالت جامد هستند و سرعت را کم‌کم و با شیب ملایم، تا رسیدن به سرعت مورد نیاز دستگاه بالا می‌برند.

اجزای اینورتر AC

مدار VFD از سه بخش اصلی تشکیل شده که شامل یکسوکننده، فیلتر و بخش تعویض یا اینورتر است. جریان ابتدا وارد یکسوکننده شده سپس به فیلتر و سپس به اینورتر می‌رود. یکسو‌کننده از شش دیود تشکیل می‌شود که بعنوان پل عمل کرده و سیگنال AC را به DC تبدیل می‌کنند. خروجی DC یکسوکننده به اندازه کافی مناسب نیست و نویز دارد. به همین دلیل از فیلتر استفاده می‌شود که از از خازن و القاگرهای بزرگی تشکیل شده که موج‌های جریان AC را گرفته و آن را تبدیل به یک جریان صاف و بدون اعوجاج می‌کنند.

بخش اینورتر، DC را به AC تبدیل می‌کند. در این بخش ترانزیستورها و تجهیزات الکترونیکی پرقدرتی وجود دارد که ولتاژ را تغییر می‌دهند. فرکانس جریان AC خروجی با سرعت سوییچینگ متناسب است. هر قدر سرعت سوییچینگ بالاتر باشد خروجی فرکانس بیشتر است و برعکس.

روش های کنترل اینورتر AC

روش‌های کنترل اینورتر AC، روی بازدهی، کارآیی و حتی عملکرد آن تاثیر دارند. اگر مهندسان و اپراتورها، مزایا و معایب هر روش را بدانند می‌توانند بهترین مورد را انتخاب کنند. چهار روش اصلی برای کنترل VFD وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.

کنترل v/f

v/f یک متد ساده برای کنترل موتور است که معمولا به چند دلیل انجام می‌شود:

زمانی که اینورتر صنعتی برای کنترل موتور نیاز به اطلاعات کمی درباره آن دارد.
نیاز به انکدر نیست
نیازی به تنظیم VFD نیست
برق‌کشی کم باعث پایین آمدن هزینه‌ها می‌شود

از این روش زمانی استفاده می‌شود که احتمال دارد موتور به بالای 1000 هرتز برود. از آن اغلب در ماشین ابزار، دوک، فن و پمپ استفاده می‌شود. همچنین تنها متد کنترلی است که امکان می‌دهد چند موتور با یک VFD کار کنند. اگر موتورها همزمان نیاز به توقف و کار مجدد داشته باشند و سرعت آنها یکسان باشد، می‌توان از این روش کنترل استفاده کرد.

v/f با انکدر

با اینکه استفاده از انکدرها رایج نیست اما در شرایطی که نیاز به دقت بیشتری در تنظیم سرعت موتور باشد یا زمانی که نیاز به کار در فرکانس‌های بالا باشد، میتوان از آن استفاده کرد. این روش تنظیم سرعت را تا 0.03 درصد حداکثر فرکانس کاهش می‌دهد. همچنین ولتاژ و فرکانس از پیش تعیین شده است و امکان کنترل سرعت زیاد را بدون پاسخ‌های دینامیکی بالا فراهم می‌کند.

کنترل بردار حلقه باز

متد کنترل حلقه باز (OLV) متد کنترلی است که سرعت موتور و گشتاور آن به صورت مستقل کنترل می‌شوند. از این روش زمانی استفاده می‌شود که اپراتورها نیاز به کنترل دینامیکی بیتشری روی دستگاه داشته باشند. OLV به خاطر گشتاور شروع بالاتر در سرعت‌های پایین‌تر، و همچنین در‌دسترس بودن محدودیت‌های گشتاور چهار‌ربعی، در دستگاه‌های زیادی استفاده می‌شود. چهار ربع OLV عبارتند از:

گشتاور مثبت و چرخش موتور رو به جلو
گشتاور مثبت و چرخش موتور معکوس
گشتاور منفی و چرخش موتور معکوس
گشتاور منفی و چرخش موتور رو به جلو

محدودیت‌های گشتاور را می‌توان برای جلوگیری از آسیب به ماشین آلات تنظیم کرد و می‌تواند به طور مستقل برای هر ربع تنظیم شود. کاربران می‌توانند محدودیت کلی گشتاور را در VDF برنامه‌ریزی کنند.

کنترل بردار حلقه بسته

کنترل بردار حلقه بسته مشابه OLV است که از الگوریتمی برای تعیین ولتاژ خروجی استفاده می‌کند اما این متد کنترل نیازمند عملکرد یک انکدر است. این متد کنترلی بهترین گزینه برای کاربردهاییست که بار را بدون حرکت نگه می‌دارند (مثل جرثقیل، آسانسور و غیره).

راهنمای خرید اینورتر

قبل از خرید اینورتر ایرانی بهتر است علاوه بر توجه به قیمت اینورتر، به نکاتی که در ادامه بیان می‌شود توجه کنید:

قبل از خرید باید بدانید اینورتری که می‌خواهید باید چقدر قدرت داشته باشد. اینورتر را برحسب قدرت ماشین الکتریکی مد‌نظر انتخاب کنید. معمولا اینورترها طیفی از وات‌های چند‌ده‌تایی تا چند‌ده‌هزارتایی را شامل می‌شوند.
در نظر داشته باشید که وقتی می‌گویند یک اینورتر مثلا 800 وات است. این مقدار برای اوج کارکرد اینورتر است. از‌آنجایی که این دستگاه باید به صورت مداوم کار کند، مقدار واقعی قدرت آن کمتر است و می‌تواند درحدود 650 وات در‌نظر گرفته شود. همیشه توان واقعی را حدود 20درصد کمتر از چیزی که در تبلیغات گفته می‌شود در نظر بگیرید.
بهتر است اینورتر شما صفحه نمایشی برای مشاهده اطلاعات داشته باشد.
برخی اینورتر‌ها خروجی‌های USB دارند که می‌توانند به دستگاه‌های دیگری متصل شوند. این گزینه می‌تواند کاربردی باشد.
برخی اینورترها همراه خودشان کابل دارند و برخی ندارند. بر حسب نیازی که دارید به این مورد توجه کنید.
تجربه می‌گوید اینورترهایی که موج سینوسی واقعی دارند نسبت به آنهایی که موج سینوسی اصلاح‌شده دارند، بهتر عمل می‌کنند. البته اینورترهایی که موج سینوسی واقعی دارند نیز می‌توانند برای دستگاه‌های معمولی‌تر نظیر تلویزیون استفاده شوند.
گارانتی، مسئله مهمی در خرید اینورتر است بخصوص اگر آن را برای محیط‌های صنعتی و موتورهای بزرگ الکتریکی درنظر دارید. چراکه احتمال آسیب‌های انسانی و غیرانسانی در چنین محیط‌هایی بیشتر است.

معرفی برندهای معتبر اینورتر

اینورترها دستگاه‌های مهمی هستند. کیفیت آنها تعیین‌کننده عملکرد موتورهای الکتریکی است. کارخانه های متعدد داخلی و خارجی این محصول را تولید می‌کنند که در ادامه برخی از آنها را نام می‌بریم:

برند دلتا

دلتا یک برند تایوانی است. این برند جوایز مختلف جهانی در حوزه کاری خود دارد و در سال 2015 جز شرکت‌های پیشرو بوده است. اینورترهای آن جز پرفروش‌ترین برندهای بازار است. دلتا در محصولات خود از تکنولوژی ریزپردازنده استفاده کرده و می‌تواند سرعت موتور را به خوبی کنترل کند.

برند چینت

یک برند چینی است که حدود 45 سال از فعالیت آن می‌گذرد. کیفیت و تنوع محصول بالایی دارد. بسیاری از محصولات کمپانی‌های معروفی مثل جنرال‌الکتریک در این کارخانه تولید می‌شوند. استفاده از فناوری روز دنیا باعث استقبال از محصولات این برند شده است. اینورترهای این کارخانه استاندارد و قابل قبول هستند و در‌عین‌حال قیمت اینورتر صنعتی آنها رقابتی و مناسب نیز هستند.

اینوت

این برند در سال 2002 شروع به کار کرد. ویژگی محصولات آن، کیفیت بالای آن است که باعث شده جز پرفروش‌ترین برندهای جهان باشد. این کارخانه از سال 2012 شروع به تولید اینورتر کرد. محصولات این کارخانه قیمت مناسبی دارند. اینورتر‌های اینوت، در ایران به صورت گسترده استفاده می‌شوند.

هیوندا

این شرکت در راستایی بهبود سیستم‌های اتوماسیون صنعتی کار می‌کند. اینورترهای این کارخانه علاوه بر داشتن آخرین فناوری روز، طراحی‌های جالب و آسانی نیز دارند.

یک اینورتر چگونه کار می‌کند؟

اینورترها سهم به‌سزایی در کاهش انرژی و افزایش طول عمر دستگاه‌ها دارند. به همین علت، استفاده از آن‌ها مزایای فراوانی به همراه خواهد داشت. یک اینورتر وظیفه دارد تا با تبدیل جریان DC به AC، عملکرد خود را نشان دهد.

ما در ادامه می‌گوییم که طرز کار اینورترها چگونه است و چطور به دستگاه‌ها کمک می‌کنند. در هر اینورتر سه مرحله خروجی به چشم می‌خورد:

یک فشار کشش با ترانسفورماتور میانی
یک پل فشارآورنده کامل
یک نیمه‌فشار

در مدار اینورترها یک مدار کنترل، ترانسفورماتور، دستگاه سوییچینگ، اسیلاتور و مدار اینورتر وجود دارد. برای آنکه جریان به جریان متناوب تبدیل شود، باید انرژی موجود در منبع DC که می‌تواند یک خروجی یکسوساز یا باتری باشد، به جریان متناوب تبدیل شود.

در اصل، اینورترهای مکانیکی قدیمی، به زبان ساده متشکل از یک واحد سوئیچینگ (کلیدزنی) متصل به یک مبدل الکتریسیته هستند. ترانسفورمر قطعه‌ای الکترومغناطیسی است که با استفاده از دو سیم پیچ (که اولیه و ثانویه نامیده می‌شوند) و به دور یک هستۀ مشترک آهنی پیچیده شده‌اند، ولتاژ پایین AC را به ولتاژ بالای AC تبدیل می‌کند و برعکس.

قطعه‌ای که کار سوئیچینگ را انجام می‌دهد تا حدودی شبیه به زنگ در الکتریکی کار می‌کند. وقتی برق وصل می‌شود، با تولید نیروی مغناطیسی کلید را کشیده و برای زمانی بسیار کوتاه قطع می‌کند. یک فنر کلید را به جای اولش بر می‌گرداند، در این حالت کلید دوباره وصل می‌شود و این فرایند دوباره تکرار می‌شود بارها و بارها.

در شرح عملکرد اینورتر ابتدا به یک مبدل یا کانورتر برمی‌خوریم. کانورتر با دارا بودن ۶ دیود جریان را تنها از یک جهت عبور می‌دهد. هر زمان که ولتاژ یک فاز مثبت‌تر از دیگر فازها باشد، با باز شدن دیود آن، جریان برقرار خواهد شد. به‌عنوان نمونه اگر فاز C مثبت باشد، ابتدا دیود این فاز باز می‌شود و جریان شکل می‌گیرد؛ در نهایت سپس دیود سایر فازها بسته خواهد شد.

از آنجایی که دیودها در هر دو بخش مثبت و منفی چنین وضعیتی دارند، ۶ پالس جریان شکل می‌گیرد. به این ترکیب استاندارد برای یک اینورتر، VFD ۶ پالس جریان گفته می‌شود. از طرف دیگر، خازن‌ها در جریان DC ،AC ریپل را کنار می‌زنند. در حقیقت با اضافه کردن یک خازن، ریپل AC به یک جریان مستقیم تبدیل خواهد شد. این ریپل معادل ۳ ولت قرار می‌گیرد و در مقابل خازن حرفی برای گفتن ندارد.

در سوی دیگر، عوامل و متغیرهای مختلفی وجود دارند که موجب تولید ولتاژ حقیقی می‌شوند. به‌طور مثال، این عوامل شامل سطح عدم تعادل ولتاژ بر روی مدار قدرت، فیلتر هارمونیک یا راکتور قرار گرفته بر روی اینورتر، بار موتور، سطح ولتاژ جریان AC اینورتر و امپدانس سیستم قدرت هستند.

شکل موج خروجی اینورترها آن‌ها را به سه دسته موج سینوسی اصلاح شده، موج سینوسی خالص و موج مربع تقسیم‌بندی می‌کند. تفاوت این موج‌ها در این است که موج سینوسی خالص بهترین و گران‌ترین نوع موج به حساب می‌آید، در حالی که موج مربع با THD و در حدود ۴۵ درصد است. موج‌های مربع با پالس‌های مستطیلی اغلب در حوزه الکترونیک و تجهیزات آن به کار می‌روند، در حالی که موج سینوسی در چاپگرهای لیزری و دستگاه‌های پزشکی کاربرد بیشتری دارند.

تجهیزات جانبی اینورتر

تجهیزات جانبی موتور اینورتر برای عملکرد بهتر آن، اضافه می‌شوند که در ادامه مهم‌ترین آنها را بررسی می‌کنیم:

مقاومت ترمز

اکثر افراد فکر می‌کنند بحث راه‌اندازی اینورتر، تنها بحث چالش‌برانگیز است. اما این مسئله درباره توقف کار آن نیز وجود دارد. گاهی پارامتر توقف اینورتر را نمی‌توان از حد خاصی کمتر کرد چون با خطای اضافه ولتاژ روبرو می‌شود و این ولتاژ به اینورتر رفته و باعث بالاتر رفتن ولتاژ خازن‌های باس دی‌سی می‌گردد. برای تخلیه این انرژی اضافی از ترمز استفاده می‌کنند. به‌این‌ترتیب اینورتر با شتاب لازم متوقف می‌شود.

چوک ورودی

وظیفه چوک، محدود کردن جریان الکتریکی عبوری به وسیله تولید میدان مغناطیسی است. آنها اعوجاج ولتاژ را کاهش می‌دهند. به‌این‌ترتیب اینورتر از امواج بی کیفیت و هارمونی های نامطلوب در امان می‌ماند و عمر آن افزایش می‌یابد.

چوک خروجی

این چوک بین اینورتر و بار قرار می‌گیرد و باعث کاهش دمای موتور، کاهش سرو صدا، افزایش راندمان و محفاظت دربرابر اتصال کوتاه می‌شود.

فیلتر ورودی

جلوی نویزهای فرکانسی و اختلالات الکترومغناطیسی ورودی یا خروجی از اینورتر را می‌گیرد.

فیلتر خروجی

این فیلتر برای افزایش طول عمر کابل، کاهش نویز و کاهش جریان‌های مخرب دارد. این فیلتر، پیک ولتاژ را از بین می‌برد. همچنین جلوی فرکانس‌های بالا را می‌گیرد. موجب کاهش دمای موتور و افزاش عمر آن می‌شود.