معنی کلمه اینورتر چیست و چه کاربردی دارد؟ چگونه کار می کند؟

چه مزایایی اینورتر صنعتی به همراه دارد. واژه اینورتر، به انگلیسی “Inverter” به‌عنوان مبدل جریان مستقیم به متناوب به کار می‌رود. اینورتر یک وسیله پیشرفت تکنولوژی در دنیای مدرن است و به لطف این محصول، بهره وری از ماشین آلات و همچنین صرفه جویی در انرژی و هزینه های عملیاتی برای صنایع مختلف بهبود یافته است. اینورترها در زندگی و تولید به ویژه در صنعت کاربرد فراوانی دارند.

اینورتر یک قطعه ضروری از تجهیزات اتوماسیون صنعتی است که به طور گسترده در سیستم های الکتریکی مدرن استفاده می شود (به عنوان مثال – لوازم هوشمند، موتورهای الکتریکی، و بسیاری دیگر از دستگاه های قدرت) و همچنین به طور گسترده ای برای تأمین انرژی دستگاه های الکترونیکی (مانند چراغ ها، تلویزیون ها، رایانه ها و غیره) که جریان برق را تنظیم می کنند، استفاده می گردد. قابل ذکر است که برای منابع انرژی تجدیدپذیر (مانند سیستم‌های خورشیدی و توربین‌های بادی)، اینورترها نقش برجسته‌ای دارند که انرژی تجدیدپذیر را به برق AC تبدیل می‌کنند و برق AC را به شبکه تغذیه می‌کنند. با ما در این مقاله از مارش شاپ همراه باشید تا به بررسی اهمیت انواع اینورتر بپردازیم.

تاریخچه اینورتر
مخترع اینورتر دیوید پرینس است. او به‌عنوان یکی از افراد پیش‌گام در نام‌گذاری کلمه اینورتر شناخته می‌شود. او در سال ۱۹۲۵ مقاله‌ای با عنوان “The Inverter” در مجله GE Review منتشر کرد. در این مقاله، پرینس تمام المان‌های ضروری برای ساخت یک اینورتر مدرن را توضیح داده است. قبل از پرینس، اینورتر در حوزه ماشینی (ترکیبی از موتور و ژنراتور) وجود داشته، اما نام مشخصی برای آن در نظر گرفته نشده بود.

کار اینورتر صنعتی چیست؟
امروزه اغلب دستگاه های برقی مانند تهویه هوا و یخچال ها مجهز به اینورتر هستند تا مصرف انرژی را کاهش دهند. اینورترها درایوهای AC یا VFD (درایو فرکانس متغیر) نیز نامیده می شوند. آنها دستگاه های الکترونیکی هستند که می توانند DC (جریان مستقیم) را به AC (جریان متناوب) تبدیل کنند. همچنین وظیفه کنترل سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی را بر عهده دارند.

اینورتر صنعتی

موتورهای الکتریکی در اکثر وسایلی که ما برای انجام کارهایی مانند وسایل الکترونیکی کوچک، حمل و نقل و لوازم اداری استفاده می کنیم، یافت می شوند. این موتورها برای کار به برق نیاز دارند. تطبیق سرعت موتور با فرآیند مورد نیاز برای جلوگیری از اتلاف انرژی ضروری است. در کارخانه ها، انرژی و مواد هدر رفته می تواند کسب و کار را در معرض خطر قرار دهد، بنابراین از اینورترها برای کنترل موتورهای الکتریکی استفاده می شود که باعث افزایش بهره وری و صرفه جویی در انرژی می شود.

اینورتر صنعتی یا درایو AC چیست؟
اینورتر صنعتی یا درایو AC بین منبع تغذیه و موتور الکتریکی کار می کند. برق به درایو AC می رود و آن را تنظیم می کند. سپس قدرت تنظیم شده به موتور ارسال می شود. یک درایو AC از یک واحد یکسو کننده، یک مدار میانی DC و یک مدار تبدیل معکوس تشکیل شده است. واحد یکسو کننده داخل درایو AC می تواند یک طرفه یا دو طرفه باشد. اولی می تواند موتور را با گرفتن انرژی از شبکه الکتریکی شتاب داده و راه اندازی کند. یکسو کننده دو طرفه می تواند انرژی چرخش مکانیکی را از موتور گرفته و به سیستم الکتریکی بازگرداند. یک مدار DC توان الکتریکی را برای استفاده واحد تبدیل معکوس ذخیره می کند.

قبل از اینکه برق تنظیم شده توسط موتور دریافت شود، در داخل درایو AC فرآیندی را طی می کند. برق ورودی به واحد یکسو کننده می رود و ولتاژ AC به ولتاژ DC تبدیل می شود. مدار میانی DC ولتاژ DC را صاف می کند. سپس در مدار تبدیل معکوس جریان می یابد تا ولتاژ DC را دوباره به ولتاژ AC تبدیل کند.

این فرآیند به درایو AC اجازه می دهد تا فرکانس و ولتاژ عرضه شده به موتور را بسته به نیاز فرآیند تنظیم کند. هنگامی که ولتاژ خروجی در فرکانس بالاتری باشد، سرعت موتور افزایش می یابد. این بدان معنی است که سرعت موتور را می توان از طریق رابط اپراتور کنترل کرد.

 

انواع اینورتر سه فاز و تک فاز
اینورترها در صنعت برق، مصارف خانگی و صنعتی، مانند ماشین لباسشویی، یخچال، آسانسورهای خانگی، پمپ‌های آب، کولرهای گازی و سایر دستگاه‌هایی که حرکت در آن‌ها وجود دارد، استفاده می‌شوند. اینورترها به‌وسیله تقویت‌کننده‌ها فرکانس و سطح ولتاژ تولیدی را به سطح ولتاژ و فرکانس موردنیاز کاربر تبدیل کرده و برق AC خروجی را با ولتاژ و فرکانس موردنظر تأمین می‌کنند. با استفاده از برق AC تولیدشده در خروجی اینورتر، می‌توان موتورهای AC سه‌فاز مختلف را کنترل و راه‌اندازی کرد.

اینورتر سه فاز چیست
یکی از انواع اینورترها، اینورتر سه‌فاز است که از سه سیم تشکیل شده و میان هر دو سیم آن ۱۲۰ درجه اختلاف وجود دارد. در این نوع اینورترها از مدارهای Delta و Wye استفاده می‌شود و تنظیمات آن‌ها متفاوت است. در مدل Delta، سیم خنثی وجود ندارد، اما در مدل Wye علاوه بر سیم خنثی، سیم اتصال به زمین نیز وجود دارد. منابع انرژی و برق سه‌فاز دارای جریان پایدار و سرعت ثابت هستن که این امر به حمل بار بیشتر کمک می‌کند.

تفاوت اینورتر و درایو
خوب شاید برایتان سوال باشد که درایو صنعتی چیست و چه فرقی با اینورتر دارد. در پاسخ به سوال تفاوت اینورتر و درایو می توان گفت که درایوها مسئول تنظیم ولتاژ، فرکانس، توان ورودی و خروجی هستند، درحالی‌که اینورترها فقط ولتاژ و توان خروجی را تغییر می‌دهند. در اینورترها، تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب اتفاق می‌افتد، اما درایوها علاوه بر این تبدیل، جریان را یکسان‌سازی می‌کنند که منجر به کنترل دور موتور می‌شود. همچنین، در اینورترها برخلاف درایوها، قطعات متحرک وجود ندارند.

اینورتر یا درایو تک فاز به سه فاز چیست؟
اینورترها یا درایوهای صنعتی قابلیت راه‌اندازی الکتروموتورهای سه‌فاز با برق تک‌فاز را دارند که این یکی از مزیت‌های اساسی آن‌هاست. اینورترها و درایوهای تک‌فاز، برای کارگاه‌ها و مکان‌هایی که به دلایلی به برق سه‌فاز دسترسی ندارند، مناسب هستند.

مزایای اینورتر و درایو تک فاز به سه فاز
درایوهای تک‌فاز به سه‌فاز دارای مزایای متعددی هستند. این درایوها قابلیت راه‌اندازی موتورهای سه‌فاز تا ۴ کیلووات را دارند. همچنین، قادر به چپ و راست‌گرد کردن الکتروموتور بوده و در استارت اولیه به کاهش ضربه‌های مکانیکی کمک می‌کنند. از طریق جلوگیری از جریان کشش اولیه الکتروموتور، می‌توانند از خرابی‌های ناشی از جریان بالایی که در استارت اولیه ایجاد می‌شود، جلوگیری کنند.

همچنین، با کاهش صدا و نویز خروجی الکتروموتور، این درایوها برای مصرف‌کنندگان پمپ‌های خانگی که از صدای الکتروپمپ‌ها شکایت دارند، مناسب هستند. به دلیل عدم دسترسی اکثر منازل به برق سه‌فاز، درایوهای تک‌فاز به سه‌فاز برای کنترل دور الکتروپمپ و نصب سنسورها جهت سطح‌سنجی آب در طبقات مختلف بهترین گزینه هستند.

انواع اینورتر بر اساس نوع موتور الکتریکی
باتوجه‌به نوع موتور الکتریکی، اینورترها به انواع زیر تقسیم می‌شوند:

اینورترهای ولتاژ متغیر: (VFD) این نوع اینورترها برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی با استفاده از تغییر ولتاژ و فرکانس AC استفاده می‌شوند. این نوع اینورتر ولتاژ و فرکانس ورودی را تنظیم و سرعت موتور را به طور پیوسته کنترل می‌کند. پیشنهاد می کنیم مقاله VFD چیست را مطالعه کنید.
اینورترهای ماتریکس: این نوع اینورترها برای کنترل موتورهای الکتریکی با استفاده از ترکیب ولتاژ و فرکانس AC و ولتاژ و جریان DC استفاده می‌شوند.
اینورترهای تورک وکتور: این نوع اینورترها برای کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند. ابن نوع اینورتر با تولید گشتاور مستقل از سرعت (گشتاور تورک وکتور) در ماشین‌آلات دقیق و روباتیک کاربرد دارد.
اینورترهای باتری: این نوع اینورترها برای تبدیل برق DC از باتری‌ها به برق AC استفاده می‌شوند. این نوع اینورتر در سیستم‌های خورشیدی، سیستم‌های ذخیره انرژی و سیستم‌های پشتیبانی از قطع برق کاربرد دارد.
اینورترهای خانگی: این نوع اینورترها برای استفاده در منازل و ساختمان‌ها برای تبدیل برق DC به برق AC برای استفاده در سیستم‌های خورشیدی و سایر منابع تجدیدپذیر استفاده می‌شوند. این مدل بیشتر در مصارف خانگی و کوچک‌ترین نیازهای برق مورداستفاده قرار می‌گیرد.
اينورتر ها از نظر فاز و شكل موج خروجی
باتوجه‌به فاکتورهای متفاوت، اینورترها از نظر شکل موج خروجی به سه دسته اینورتر موج مربع، موج سینوسی و شبه سینوسی تقسیم می شوند.

اینورتر موج مربع
اینورترهای موج مربع، شکل موج خروجی ولتاژ را به‌صورت مربعی تولید می‌کنند. بااین‌حال، این نوع اینورترها کمترین استفاده را در مقایسه با سایر انواع دارند، زیرا بیشتر لوازم‌خانگی بر اساس شکل موج سینوسی طراحی شده‌اند. استفاده از اینورتر با شکل موج مربعی برای دستگاه‌هایی که بر اساس شکل موج سینوسی کار می‌کنند، ممکن است به آن‌ها آسیب برساند. این نوع اینورترها قیمت مناسبی دارند، اما استفاده آن‌ها محدود است.

اینورتر موج سینوسی
اینورترهای سینوسی ولتاژ خروجی را به شکل سینوسی تولید می‌کنند. این نوع اینورترها تقریباً در تمام وسایل خانگی به‌کاررفته و بهترین خروجی را ارائه می‌دهد. همچنین به لحاظ درست کار‌کردن دستگاه‌ها قابل‌اطمینان است. اینورترهای سینوسی اغلب گران هستند، اما بیشترین کاربرد را دارند.

اینورتر موج سینوسی اصلاح شده یا شبه سینوسی
ساختار این نوع اینورتر، پیچیده‌تر از اینورتر موج مربعی است، اما نسبت به اینورتر موج سینوسی ساختار ساده‌تری دارد. خروجی این نوع اینورتر نه شبیه سینوس است و نه به طور کامل به موج مربع شباهت دارد، بلکه چیزی میان این دو است. یکی از تکنیک‌های تولید موج سینوسی اصلاح شده، مدولاسیون عرض پالس (PWM) است.