در این مقاله می‌خواهیم در مورد دستگاهی بنام اینورتر صحبت کنیم که تاثیر بسیار زیادی در صنعت و همچنین در زندگی روزمره ما داشته است. در رواقع می‌توان این‌طور گفت که این دستگاه باعث بروز تحول بزرگی در صنعت و بویژه صنعت برق شده است. همینطور در زندگی روزمره ما نیز تاثیر بسیار زیادی داشته است. در ادامه حتما در مورد این تحول بزرگ و تاثیری که این دستگاه در زندگی ما داشته توضیح خواهیم داد.

اما قبل از هر چیزی باید به این سوال پاسخ دهیم که اینورتر چیست؟

در واقع هدف اصلی ما در این مقاله پاسخ به این پرسش است و برای اینکه به این پرسش پاسخ دهیم باید به چندین پرسش دیگر که مستقیم یا غیر مستقیم به این پرسش مربوط می‌شوند نیز پاسخ دهیم. پرسش‌هایی مانند:

 اهمیت استفاده از اینورتر چیست؟

دلایل استفاده از اینورتر چیست؟

تفاوت جریان AC و DC چیست؟

همچنین برای اینکه به پرسش اینورتر چیست پاسخ جامعی داده شود نیاز است تا انواع اینورترها را بشناسیم، ویژگی‌ها و کاربردهای اینورتر را بدانیم و با اجزای سازنده و طرز کار اینورتر آشنا شویم. اینها بخشی از مواردی است که باید در موردشان اطلاعات کسب کنیم تا درک درستی از واژه اینورتر داشته باشیم تا در نهایت بتوانیم به پرسش اینورتر چیست پاسخ دهیم.
پس اگر به این موضوع علاقمند هستید با ما همراه باشید.

اینورتر چیست؟

تقریبا تمام افرادی که در صنعت برق و تجهیزات برق صنعتی فعالیت می‌کنند، کلمه اینورتر را شنیده‌اند. اما زمانی که برای اولین بار واژه اینورتر را شنیدید، مسلما اولین چیزی که به ذهنتان رسید این بود که اینورتر چیست؟

در مورد این پرسش و پاسخ آن باید گفت که وقتی این سوال را می‌پرسید احتمالا جواب اشتباهی به شما خواهند داد. شاید بنظر عجیب بیاید ولی در حقیقت افراد کمی هستند که بتوانند به سوال اینورتر چیست پاسخ درست و دقیقی بدهند. حتی اگر از این دستگاه در صنعت استفاده می‌کنید، باز هم ممکن است تعریف آن را بطور دقیق ندانید. دلیلش هم این است که در صنعت، در بسیاری از مواقع بجای اینورتر از کلمات دیگری استفاده می‌شود. برای همین است که پاسخ به پرسش اینورتر چیست ممکن است حتی برای متخصصان هم دشوار باشد. در ادامه این مورد را بیشتر توضیح می‌دهیم. اما قبل از هر چیز باید در مورد خود کلمه اینورتر صحبت کنیم.

اگر بخواهیم معنای لغوی اینورتر را بگوییم می‌توان گفت که اینورتر (Inverter) به معنی معکوس کننده یا وارون‌گر می‌باشد. اما اگر بخواهیم در صنعت به این سوال پاسخ دهیم می‌توان اینچنین گفت که اینورتر دستگاه الکترونیکی است که جریان مستقیم یا Direct Current را به جریان متناوب یا Alternating Current تبدیل می‌کند. به عبارت دیگر اینورتر دستگاهی است که برق DC را به برق AC تبدیل می‌کند.

همچنین می‌توان گفت می‌توان گفت اینورتر دستگاهی الکترونیکی می‌باشد که قادر است سرعت یک موتور سه فاز را بدون کاهش قدرت و گشتاور موتور کنترل کند.
اما شاید بپرسید دلیل نام گذاری این دستگاه بنام اینورتر چیست؟

اگر به تعریف لغوی کلمه اینورتر برگردیم، گفتیم که اینورتر به معنی معکوس کننده یا وارونگر است.

در واقع می‌توان این طور گفت که پیش از اینکه از عبارت اینورتر استفاده شود، دستگاهی وجود داشت بنام یکسو ساز یا رکتیفایر (Rectifier) که برق AC را به DC تبدیل می‌کرد. اما همانطور که گفتیم اینورتر برق DC را به AC تبدیل می‌کند. یعنی برعکس کاری که رکتیفایر انجام می‌داد و بر همین اساس بود که نام این دستگاه را اینورتر یا معکوس کننده گذاشتند.

اینورتر یکی از قسمت‌های مهم در دستگاه درایو فرکانس متغیر (Variable Frequency Drive) است و شاید به این دلیل است که گاهی به درایو فرکانس متغیر یا درایو VFD، اینورتر هم گفته می‌شود.
نکته مهمی که در این جا وجود دارد این است که در واقع در صنعت برق اینورتر را به دو چیز نسبت می‌دهند.

1. اینورتری که نام دیگر دستگاه درایو فرکانس متغیر یا VFD است.
2. اینورتری که صرفا به عنوان یک مدار است.

انواع اینورتر

اگر بپرسید که انواع اینورتر چیست در جواب باید گفت با توجه به کدام فاکتور، ویژگی و یا کاربرد؟ این بدین معناست که نمی‌توان صرفا یک نوع دسته بندی را برای اینورترها مشخص کرد و اینورترها تنها شامل یک نوع طبقه بندی نمی‌شوند. درنتیجه اینورترها یا درایوهای فرکانس متغیر را با توجه به ویژگی‌ها و کاربردهایشان می‌توان به انواع مختلفی تقسیم کرد.
حال اگر بخواهیم یک دسته بندی کلی با توجه به کاربرد اینورترها در نظر بگیریم، می‌توان گفت اینورترها به سه دسته تقسیم می‌شوند.

1. اینوترهای کنترل دور موتور (VFD)
2. اینورترهای جوشکاری (Welding Machine)
3. اینورترهای مبدل برق 12 ولت DC به برق 220 ولت AC

همانطور که گفتیم، اینورترها را برحسب ویژگی‌ها و کاربردهایشان می‌توان به دسته‌های مختلفی تقسیم کرد که شاید طبقه بندی بر اساس نوع ورودی و همچنین شکل موج خروجی اینورترها از جمله مهمترین طبقه بندی‌هایی باشد که برای اینورترها می‌توان در نظر گرفت.

انواع اینورتر برحسب شکل موج خروجی

شکل موج خروجی یکی از مواردی است که از طریق آن می‌توان اینورترها را دسته بندی کرد.

برحسب شکل موج خروجی انواع اینورتر چیست؟

اگر بخواهیم بر اساس شکل موج خروجی، اینورترها را دسته بندی کنیم، می‌توان گفت اینورترها بر این اساس به سه دسته اینورتر موج مربعی، اینورتر موج سینوسی و اینورتر موج سینوسی اصلاح شده طبقه بندی می‌شوند که در ادامه هر کدام را توضیح خواهیم داد.

اینورتر موج مربعی

همین طور که از اسم این دسته مشخص است، در این نوع از اینورترها شکل موج خروجی ولتاژ، به شکل مربعی است.
اینورترهای موج مربعی کمترین استفاده را در لوازم خانگی و همچنین تجهیزات صنعتی در بین سایر انواع اینورترها دارند. دلیل استفاده کمتر از اینورتر موج مربعی هم بخاطر این است که بیشتر لوازم صنعتی و تقریبا تمام لوازم برقی خانگی بصورت موج سینوسی بوده و اگر به تجهیزات و لوازمی که بر اساس موج سینوسی طراحی شده اند، ولتاژی بر اساس موج مربعی وارد کنیم، مسلما دستگاه دچار اشکال می‌شود و آسیب می‌بیند.

اینورترهای موج مربعی را معمولا در دستگاه‌هایی که دارای مورتر یونیورسال هستند می‌توان مشاهده کرد.

این نوع از اینورترها نسبت به سایر اینورترها ارزان‌تر هستند و جزء اینورترهای قیمت مناسب محسوب می‌شوند.

اینورتر موج سینوسی

شکل موج ولتاژ خروجی این نوع از اینورتر به شکل موج سینوسی است که این نوع شکل موج در واقع ویژگی مهم آن محسوب می‌شود. چرا که بخاطر این ویژگی این نوع از اینورترها پرکاربردترین نوع بین سایر انواع اینورتر محسوب می‌شوند که این هم بخاطر این است که در بیشتر لوازم برقی خانگی و تجهیزات صنعتی از اینورتر موج سینوسی استفاده می‌شود و استفاده از سایر اینورترها با شکل موج خروجی غیر از سینوسی باعث آسیب رساندن به دستگاه خواهد شد. قیمت اینورتر موج سینوسی نسبت به اینورتر موج مربعی بیشتر است.

ضمن اینکه باید به این مورد اشاره کرد که ساختار اینورتر موج سینوسی به مراتب از ساختار اینورتر موج مربعی پیچیده‌تر است و همچنین قیمت اینورتر موج سینوسی بیشتر از اینورتر موج مربعی می‌باشد.

اینورتر موج سینوسی اصلاح شده

شکل موج ولتاژ خروجی این نوع اینورتر نه کاملا مربعی شکل و نه کاملا سینوسی است. در واقع شکل موج خروجی این دسته از اینورتر بین مربعی و سینوسی است. اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده ساختار پیچیده تری نسبت به اینورترهای موج مربعی دارند اما نسبت به اینورترهای موج سینوسی دارای ساختاری نسبتا ساده تری هستند.

این نوع اینورتر در مدار قدرت خروجی درایوهای فرکانس متغیر یا VFD ها استفاده می‌شود که در قسمت‌های قبلی در مورد آن صحبت کردیم.

انواع اینورتر برحسب نوع ورودی

همانطور که قبلا هم گفتیم، اینورترها را برحسب کاربردها و یا ویژگی‌هایشان طبقه بندی می‌کنند. همچنین انواع اینورتر بر حسب شکل موج خروجی را هم گفتیم. حال می‌خواهیم بر اساس یک پارامتر مهم دیگر یعنی نوع ورودی بگوییم که اینورترها به چند دسته تقسیم می‌شوند.

پارامتر دیگری که بر حسب آن میخواهیم اینورترها را طبقه بندی کنیم، نوع ورودی است.

بر حسب نوع ورودی انواع اینورتر چیست؟

از نظر نوع ورودی اینورترها را می‌توان به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم کرد. اما این نکته را باید در نظر گرفت که خروجی تمام اینورترهای صنعتی سه فاز است.

اینورتر تک فاز

می‌توان این طور گفت که اینورتر تک فاز ساده‌ترین نوع اینورتر محسوب می‌شود که ورودی آن جریان یا برق تکفاز است ولی خروجی آن جریان یا برق سه فاز می‌باشد. به بیان دیگر اینورتر تکفاز، دامنه ولتاژ 220 ولت تکفاز را به دامنه 220 ولت سه فاز تبدیل می کند.

از جمله ویژگی همه اینورترها کاهش مصرف انرژی می‌باشد. اینورترهای تک فاز هم مانند سایر اینورترها باعث بهینه سازی مصرف انرژی می‌شوند. ضمن اینکه قابلیت ذخیره سازی انرژی تا حدود 50 درصد را نیز دارند. از دیگر ویژگی این نوع از اینورترها می‌توان به افزایش راندمان، از بین بردن شوک‌های ناشی از استارت و همچنین افزایش طول عمر قطعات مکانیکی اشاره کرد.

ولتاژ ورودی اینورتر تکفاز که بصورت سینوسی و فرکانس 50 هرتز است، توسط این نوع اینورتر تبدبل به یک موج سینوسی با فرکانس دلخواه می‌شود.

این نوع از اینورترها بواسطه اینکه ولتاژ 220 ولت تک فاز را به ولتاژ 220 ولت سه فاز تبدیل می‌کنند می‌توانند گزینه مناسبی برای راه اندازی موتورهای سه فاز با برق خانگی باشند و برای همین در خانه ها و همچنین در مشاغل کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند. از جمله موارد استفاده از اینورترهای تک فاز می‌توان به آسانسورها، الکتروموتورها، پنل‌های خورشیدی و ... اشاره کرد.

اینورتر سه فاز

همانطور که گفته شد دسته بندی اینورترها بر حسب نوع ورودی به دو دسته اینورتر تکفاز و سه فاز تقسیم می‌شود. در مورد اینورتر سه فاز می‌توان گفت این نوع از اینورترها گونه‌ای از کنترل کننده‌های فرکانس متغیر می‌باشند که ورودی آنها جریان یا برق سه فاز است، همچنین خروجی آنها نیز برق سه فاز می‌باشد. در واقع تفاوت اینورتر سه فاز یا اینورتر تک فاز در نوع خروجی آنها است.

در مورد اجزای اینورترهای سه فاز باید گفت که این نوع از اینورترها از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده اند که از جمله آن‌ها می‌توان به ماسفت، کلیدهای قدرت و IGBT اشاره کرد که توانایی شارژ کردن پالس‌های الکتریکی و ایجاد ولتاژ در خروجی را دارند.

می‌توان گفت هر اینورتر سه فاز ترکیبی از سه اینورتر تک فاز است که هریک از آنها می‌توانند به ترمینال بار متصل شوند. همچنین این نوع از اینورتر شامل 4 سیم بوده که سه تا از سیم‌ها فعال بوده و 120 درجه نسبت به یکدیگر اختلاف فاز دارند و ورودی آنها برق سه فاز 380 ولت می‌باشد. در مورد سیم چهارم هم باید گفت که این سیم در واقع خنثی است و در تابلو برق به زمین متصل می‌شود. این نوع از اینورترها اغلب مصارف صنعتی داشته و کاربردهای زیادی در صنایع مختلف دارند.

تفاوت اینورتر تک فاز و سه فاز

خب اینورتر تک فاز و سه فاز را شرح دادیم و گفتیم که از نظر نوع ورودی اینورترها را می‌توان به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم کرد و سطح دامنه ولتاژ خروجی اینورتر همیشه برابر با ولتاژ ورودی است. با اینکه با تشریح هر یک متوجه مقداری از تفاوت‌های آنها شدیم، اما در این قسمت می‌خواهیم با عنوان کردن پرسش تفاوت این دو نوع اینورتر چیست؟ بیشتر و جامع‌تر در مورد تفاوت‌های آنها توضیح دهیم.

پس در این قسمت می‌خواهیم بگوییم که از دو منظر ساختاری و کاربردی تفاوت اینورتر تک فاز و سه فاز به چه صورت است.

تفاوت از نظر ساختاری

اگر به ساختار اینورتر تک فاز نگاهی بیاندازیم متوجه می‌شویم که در این نوع از اینورتر فقط دو سیم وجود دارد که یکی از آنها فعال و دیگری خنثی می‌باشد. زمانی که مسیر جریان دچار اشکال شود، سیم خنثی قادر است جریان را به تابلو برق بازگرداند و متصل کردن این سیم به زمین نیز به همین دلیل است. اما همانطور که گفته شد در اینورترهای سه فاز 4 سیم وجود دارد که سه تای آنها فعال بوده و برای ایجاد جریان استفاده می‌شوند و فقط یک سیم خنثی است.

تفاوت از نظر کاربردی

بجز تفاوت ساختاری، اینورترهای تک فاز و سه فاز از نظر کاربردی هم تفاوت‌هایی با هم دارند. در واقع می‌توان این‌طور گفت که اینورترهای تکفاز اغلب مصارف خانگی دارند و همچنین در مشاغل کوچک مورد استفاده قرار می‌گیرند و توانایی پشتیبانی تا توان 3.7 کیلو وات (5 اسب بخار) را دارند. اما در مورد اینورترهای سه فاز اوضاع فرق می‌کند. این نوع از اینورترها کاربردهای بسیاری در صنایع و کارخانه‌های مختلف دارند که در قسمت کاربردهای اینورتر به طور کامل در مورد آن توضیح خواهیم داد.

چگونگی تشخیص اینورتر تک فاز و سه فاز

خب تا اینجا اینورتر تکفاز و سه فاز را توضیح دادیم و همچنین تفاوت آنها را نیز گفتیم. خب حالا شاید سوال شود که چطور این دو نوع اینورتر یعنی تک فاز و سه فاز را از هم تشخیص دهیم؟

معمولا برای اینکه بتوان اینورترهای تک فاز و سه فاز را از هم تشخیص داد، معمولا از سه روش استفاده می‌شود

 روش اول: ابتدا باید به تابلو برق مراجعه کنید و آن را بررسی کنید. اگر کلید اصلی استفاده شده در تابلو برق شامل سه قطب باشد، این یعنی اینورتری که استفاده می‌کنید اینورتر سه فاز بوده و اگر کلید اصلی تنها یک قطب داشته باشد این به معنای این است که اینورتری که استفاده می‌کنید تک فاز است.

روش دوم: روش دیگری که از طریق آن می‌توانید متوجه این شوید که اینورت تکفاز یا سه فاز است، پرسیدن از ارائه دهنده برق در مورد منبع تغذیه است که برای این‌کار باید فتوکپی قبض برق را داشته باشید.

روش سوم: در این روش شما می‌توانید فیوزهای سرویس را بررسی کنید. در واقع خانه‌هایی که فیوز تک فاز دارند یا بعبارت دیگر به فیوزهای تکفاز متصل هستند، تنها یک فیوز سرویس دارند و درنتیجه از اینورتر تکفاز استفاده می‌شود. اما در در خانه‌ها، کارخانه‌ها و یا مشاغلی که سه فیوز سرویس وجود دارند، از منبع تغذیه سه فاز استفاده می‌شود.

در ادامه می‌خواهیم اهمیت استفاده از اینورتر را توضیح دهیم و به سوال اهمیت استفاده از اینورتر چیست که از جمله پرسش‌های ابتدایی در این مقاله است پاسخ دهیم. از آنجایی که کار اصلی اینورتر تبدیل جریان DC به AC است، ابتدا باید این دو جریان را بشناسیم و درک خوبی از آنها داشته باشیم. سپس تفاوت های آنها را مورد بررسی قرار می‌دهیم تا در نهایت بهتر متوجه اهمیت اینورتر و استفاده از آن شویم.

جریان متناوب یا AC

جریان متناوب یا AC گونه ای از جریان الکتریکی محسوب می‌شود که در آن جهت جریان با گذشت زمان و در طول مسیر جریان بصورت متناوب همواره در حال تغییر است. در واقع در این نوع جریان قطب های منفی و مثبت همواره و بصورت متناوب معکوس می‌شوند که به تعداد این تغییرات یا بعبارتی تغییر قطب‌ها در یک ثانیه فرکانس گفته می‌شود.

این بدین معناست که جریان در هر لحظه بر خلاف جهت جریان لحظه قبلی است.

این تغییر جهت جریان متناوب باعث می‌شود که برق AC بتواند به طور موثر توسط ترانسفورماتورها تغییر ولتاژ شود و به فاصله‌های زیاد منتقل شود.

جریان مستقیم یا DC

جریان مستقیم یا DC ساده ترین نوع جریان الکتریکی گفته می‌شود که جهت جریان در طول مسیر و با گذشت زمان تغییر نمی‌کند و همواره ثابت است. با اینکه در این نوع جریان، جهت جریان همواره ثابت است، اما مقدار جریان می‌تواند ثابت یا متغیر باشد. اگر مقدار جریان در این نوع جریان الکتریکی به مانند جهت جریان ثابت باشد، به آن جریان مستقیم خالص و درصورتی که مقدار جریان ثابت نباشد، به آن جریان مستقیم ناخالص گفته می‌شود.

از آنجایی که در جریان مستقیم جهت جریان تغییر نمی‌کند پس می‌توان گفت فرکانس جریان DC برابر با صفر است.

همچنین برای تولید جریان مستقیم می‌توان از وسیله‌هایی تحت عنوان Rectifier یا یکسو کننده نیز استفاده کرد که جریان برق AC را به DC تبدیل می‌کنند. بعلاوه در باتری‌ها نیز جریان مستقیم DC ناشی از واکنش شیمیایی درون باتری تولید می‌‌شود.

جریان DC در طول جریان تغییر جهت نمی‌دهد. اما در جریان AC، جهت جریان به طور مداوم در طول جریان تغییر می‌کند.

تفاوت جریان AC و DC

همانطور که در ابتدای این مقاله عنوان شد برای اینکه بتوانیم به پرسش اینورتر چیست پاسخ دهیم باید درک خوبی از عبارت اینورتر داشته باشیم و برای اینکه بتوانیم به این درک برسیم باید به برخی موضوعاتی که با این دستگاه ارتباط مستقیم و غیر مستقیم دارند بپردازیم و به برخی پرسش‌ها پاسخ دهیم. از آنجایی که گفتیم اینورتر تبدیل کننده جریان DC به جریان AC است، پس می‌توان گفت یکی از مواردی که باید در مورد آن بدانیم تا درک خوبی از واژه اینورتر داشته باشیم تفاوت جریان‌های AC و DC است.

در واقع مهمترین تفاوت این دو نوع جریان به لحاظ ساختاری و کاربردی شامل موارد زیر است.

• در جریان AC جهت جریان همواره در حال تغییر است ولی در جریان DC جهت جریان تغییری نمی‌کتد.
• فرکانس جریان DC برابر صفر است ولی فرکانس جریان AC با توجه به منطقه مورد استفاده 50Hz یا 60Hz است.
• جریان AC را می‌توان بدون افت و به شکل بهینه به فواصل دور انتقال داد. اما در انتقال جریان DC به فواصل دور شاهد افت شدید انرژی به مقدار زیاد هستیم.
• جریان AC قابلیت ذخیره سازی ندارد و باید بصورت لحظه ای استفاده کرد ولی جریان DC را می‌توان در باتری‌ها ذخیره کرد و بعدا از آن استفاده کرد.
• جریان AC توسط یکسوکننده یا رکتیفایر تبدیل می‌شود ولی جریان DC توسط اینورتر تبدیل می‌شود.
• هزینه نگهداری از جریان AC نسبت به جریان DC بیشتر است.
• جریان DC خطرناک‌تر از جریان AC برای انسان است. به بیان دیگر تلفات جانی برق AC نسبت به برق DC به دلیل تغییر جهت قطب‌ها و الکترون‌ها بسیار کمتر است.
• جریان DC قابل استفاده در دستگا‌ها و لوازم صنعتی نیست. اما جریان AC را می‌توان بصورت مستقیم در تجهیزات و وسایل صنعتی و اکترونیکی استفاده کرد.
• مقدار مصرف جریان DC نسبت به جریان AC در یک مقدار ثابت از مسیر بیشتر است.

پس اگر سوال شود که استفاده از برق AC و DC در مصرف انرژی متفاوت هستند یا خیر؟

با توجه به مطالبی که گفته شد میتوان گفت بله این دو جریان میزان مصرف انرژی متفاوتی دارند.

اهمیت استفاده از اینورتر چیست؟

همانطور که بالاتر هم گفتیم برای اینکه اهمیت اینوتر و استفاده از آن را درک کنیم ابتدا باید تفاوت بین جریان های DC و AC را متوجه شویم. برای همین اول این دو جریان و تفاوتشان را گفتیم. حال می‌خواهیم بگوییم اهمیت استفاده از اینورتر چیست و چرا استفاده از این دستگاه اهمیت زیادی دارد.

همانطور که گفته شد جریان های AC و DC تفاوت هایی در ساختارشان با هم دارند و این تفاوت‌ها در ساختار باعث شده که کاربردهای متفاوتی داشته باشند. پس یعنی عدم وجود هر یک از این دو نوع جریان باعث بروز مشکلات بسیار زیادی هم در صنعت و هم در زندگی روزمره خواهد شد.

در واقع اگر بخواهیم اهمیت استفاده از اینورتر را بصورت خلاصه بیان کنیم می‌توان این‌طور گفت که این دستگاه با تبدیل برق DC به AC از بروز مشکلاتی که عدم وجود جریان AC می‌تواند باعث شود، جلوگیری می‌کند.

احتمالا می‌دانید که موتورهای الکتریکی در لحظه شروع یا استارت، تقریبا به اندازه 6 تا 8 برابر توان نامی خود از شبکه و یا منبع تغذیه استفاده می‌کنند که این کار باعث ایجاد صدماتی به تاسیسات و دستگاه های برق رسانی می‌شود و علت اینکه در بسیاری مواقع، خاموش و روشن کردن پیوسته موتورهای الکتریکی در بلند مدت، نسبت به حالت پیوسته روشن بودن این دستگاه باعث افزایش هزینه برق می‌شود این نکته است. درنتیجه می‌توان گفت بهینه سازی مصرف برق، یکی از مهمترین کارهایی است که این دستگاه‌ها انجام می‌دهند.

استفاده از اینورترها در درایوها به منظور بهینه سازی مصرف انرژی که بواسطه کاهش جریان استارت موتورها می‌باشد، به قدری حائز اهمیت است که می‌تواند تاثیر بسیار زیادی در استفاده از منابع تجدید‌پذیر حتی در سطح جهانی داشته باشد.

تقریبا در تمامی لوازم برقی خانگی و بسیاری از لوازم برقی صنعتی از برق AC استفاده می‌شود و همانطور که در قسمت تفاوت‌های جریان AC و DC گفتیم، با استفاده از جریان AC می‌توانیم انرژی را به مکان‌هایی در فواصل دور منتقل کنیم. اما اگر بخواهیم انتقال انرژی را توسط جریان DC انجام دهیم، این کار باعث اتلاف مقدار قابل توجهی از انرژی خواهد شد. بنابراین با صرف انرژی کمتری قادر به انتقال انرژی هستیم که در نتیجه استفاده از جریان AC باعث کاهش در مصرف برق خواهد شد و شاید مهمترین اهمیتی که استفاده از جریان AC دارد، بهینه سازی انرژی است که در این نوع جریان به مقدار زیادی قادر هستیم انرژی را صرفه جویی کنیم.

البته اهمیت اینورتر در بهینه سازی مصرف انرژی صرفا به انتقال انرژی در فواصل دور خلاصه نمی‌شود. شاید بتوان این‌طور گفت که هر دستگاه الکترونیکی که اینورتر دارد به نوعی در حال کاهش مصرف انرژی است.

در واقع کاری که اینورتر انجام می‌دهد این است که جریان را با دور موتور و تعداد دیگری از ویژگی‌ها هماهنگ می‌کند که این کار بصورت هوشمند با تشخیص میزان باری که به سمت موتور می‌رود، جریانی متناسب با همان میزان بار را به موتور می‌دهد که این مقدار جریان از مقدار جریان نامی موتور کمتر است و درنتیجه این‌کار شاهد کاهش مصرف انرژی و همچنین کاهش صدمات وارده به دستگاه هستیم.

در لوازم خانگی قدیمی اینورتر استفاده نمی‌شد که همین دلیل باعث طول عمر کم این دستگاه‌ها بود. اما امروزه با استفاده از اینورتر در تجهیزات صنعتی و لوازم خانگی، با کاهش دور موتور و فعالیت در مدت زمان بیشتر، علاوه بر کاهش استهلاک، امکان رسیدن به نتیجه مورد نظر فراهم شده است که برای مثال می‌توان کولرهای گازی را نام برد که در مدل‌های قدیمی برای خنک کردن هوا، می‌بایست بصورت پی در پی خاموش و روشن می‌شدند. اما با اضافه شدن اینورتر، این دستگاه‌ها قادرند با توان بسیار کمتر بصورت پیوسته به کار خود ادامه دهند.

در واقع امروزه با استفاده از تکنولوژی اینورتر در دستگاه‌های الکترونیکی هم باعث کاهش مصرف انرژی می‌شویم و هم باعث افزایش عمر مفید دستگاه‌ها و تجهیزات صنعتی می‌شویم.

بهینه سازی مصرف انرژی

در قسمت قبل سعی کردیم به این پرسش که اهمیت استفاده از اینورتر چیست پاسخ دهیم و تعدادی از مهمترین مواردی که باعث می‌شوند استفاده از اینورتر از اهمیت ویژه‌ای برخوردار شود را بیان کردیم.

حال می‌خواهیم به یکی از این موارد که از اهمیت بسیار زیادی برخوردار است بپردازیم. در واقع صرفه جویی در مصرف انرژی یا بهینه سازی مصرف انرژی بقدری مهم است که شاید بهتر باشد در یک قسمت جداگانه به آن پرداخت.

اما چرا بهینه سازی مصرف انرژی بسیار مهم است؟

در واقع اهمیت این موضوع یک اهمیت جهانی است و از مدت ها قبل تا به امروز با رشد جمعیت و همینطور جایگزینی انرژی الکتریکی با انرژی های فسیلی، تقریبا تمام کشورها و دولت ها با یک مساله و چالش جدی بنام کمبود انرژی مواجه شده‌اند و همانطور که می‌دانیم یکی از انواع انرژی، انرژی الکتریکی است که روز به روز استفاده از آن در حال افزایش است.

پس اگر افزایش نیاز روز افزون انرژی الکتریکی را در کنار جایگزینی انرژی‌های فسیلی با انرژی الکتریکی و محدودیت‌هایی که برای تولید انرژی الکتریکی وجود دارد در نظر بگیریم متوجه اهمیت بسیار زیاد و ویژه بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی خواهیم شد.

حال کاری که باید انجام شود این است که با انجام روش های گوناگون و استفاده از تکنولوژی‌های نوین تا حد امکان انرژی الکتریکی را به بهینه‌ترین شکل استفاده کرد.

یکی از این روش‌ها که اتفاقا به کاهش انرژی یا به بیان دقیق‌تر به بهینه سازی مصرف انرژی کمک بسیار زیادی کرده است، تبدیل برق DC به AC است که توسط اینورتر انجام می‌شود.

حال اگر یک نیم نگاهی به ابتدای مقاله داشته باشید، خواهید دید که گفتیم اینورتر تاثیر جهانی داشته است که با این توضیحات داده شده شاید بتوان اهمیت و تاثیر بسیار زیاد این دستگاه را درک کرد.

درایو یا اینورتر؟

ممکن است شما هم به این مورد برخورده باشید که متخصصان در حوزه صنعت، گاهی از اینورتر و گاهی از درایو استفاده می‌کنند و حتی وقتی مدل یا سری آن دستگاه را سرچ می‌کنید مشاهده خواهید کرد که در برخی مواقع عنوان اینورتر و در برخی مواقع عنوان درایو برای آن درنظر گرفته شده است. اینجا ممکن است سوال شود که اینورتر درست است یا درایو؟ و یا اینکه آیا اینورتر همان درایو است؟

در واقع برای پاسخ به این سوالات باید گفت اینورتر و درایو دو مفهوم کاملا مستقل هستند.

پس تفاوت درایو و اینورتر چیست و دلیل استفاده از واژه درایو بجای اینورتر چیست؟

در  واقع با گذشت زمان به دلیل اینکه این دو دستگاه از لحاظ کاربردی تشابهات زیادی با هم دارند باعث شده است که این عبارات در برخی مواقع بجای یکدیگر استفاده شوند.

البته باید به دستگاه درایو فرکانس متغیر یا درایو VFD نیز اشاره کرد که با اینکه با تعریف اصلی واژه های درایو و اینورتر متفاوت است ولی گاهی به آن درایو و گاهی به آن اینورتر گفته می‌شود.

درایو چیست؟

در واقع بر اساس تعریف استاندارد می‌توان گفت درایو دستگاهی است که انرژی الکتریکی را تبدیل به انرژی مکانیکی می‌کند و از چند قسمت ساخته شده است. به بیان دقیق تر درایو شامل سه قسمت اصلی است که شامل موتور، گیربکس و واحد کنترل انرژی می‌باشد. در قسمت کنترل انرژی جریان DC تبدیل به جریان AC می‌شود. یعنی همان کاری که اینورتر انجام می‌دهد.

خب همانطور که گفتیم درایو شامل سه قسمت است که این سه قسمت عبارتند از:

• موتور
• گیربکس
• کنترل انرژی

موتور

موتور هسته مرکزی درایو و مبدل انرژی الکترومغناطیسی به انرژی مکانیکی است.

گیربکس

ورودی گیربکس به شفت موتور متصل می‌شود و انرژی مکانیکی آن را به دور و گشتاور مورد نیاز تبدیل می‌کند.

کنترل انرژی

این بخش به صورت کلی وظیفه کنترل موتور از طریق کنترل پارامترهای الکتریکی آن را دارد. این وظیفه عموما به عهده درایو فرکانس متغیر یا Variable Frequency Drive یا VFD است. مدار اینورتر هم یکی از واحدهای اصلی در مدار داخلی VFD محسوب می‌شود.

تفاوت درایو و اینورتر

اگر به تعاریفی که بالاتر در مورد اینورتر و درایو داشتیم بازگردیم و نیم نگاهی به آنها داشته باشیم می‌توانیم تا حدود زیادی متوجه تفاوت درایو و اینورتر شویم.

اولین تفاوت این دو دستگاه به اینصورت است که اینورتر بخشی از یک درایو محسوب میشود. در واقع می‌توان این‌طور گفت که اگر درایو را یک سیستمی در نظر بگیریم که از چندین بخش درست شده باشد، اینورتر یکی از قسمت‌های آن محسوب می‌شود.

ضمن اینکه اینورتر و درایو تفاوت‌های دیگری نیز با هم دارند که از آن جمله می‌توان به عدم وجود قطعات متحرک در اینورتر اشاره کرد. در صورتی که درایو شامل قطعات متحرک مثل موتور و گیربکس است.

اینورتر یا درایو VFD

درایو VFD یا درایو فرکانس متغیر، دستگاه الکترونیکی می‌باشد که بوسیله اعمال تغییرات در ولتاژ و همچنین فرکانس، قادر است موتوهای الکتریکی را کنترل کند یا بعبارتی مقدار گردش موتور را با ولتاژ و سرعت دلخواه و متناسب با نیاز تغییر دهد. این تغییر هم برای افزایش و هم کاهش ولتاژ، فرکانس و سرعت حرکت موتور می‌باشد و در مواقعی که نیازی به حرکت موتور با سرعت کامل نیست، از درایو فرکانس متغیر یا VFD به منظور کاهش فرکانس و ولتاژ استفاده می‌شود.

حال اگر بخواهیم تعریفی کوتاه برای درایو فرکانس متغیر یا VFD ارائه دهیم، می‌توان اینطور گفت که درایو فرکانس متغیر، دستگاهی الکتریکی است که می‌تواند توسط مدار اینورتر، فرکانس متغیر ایجاد کند و دلیل نام گذاری آن به درایو فرکانس متغیر یا Variable Frequency Drive هم همین مورد است.

اجزا و طرز کار اینورتر یا VFD

اینورتر یا دستگاه درایو فرکانس متغیر یا VFD شامل دو قسمت اصلی می‌شود که شامل بخش قدرت و بخش کنترل است که خود بخش قدرت به سه بخش تقسیم می‌شود. این سه بخش عبارتند از:

• رکتیفایر یا یکسوساز
• لینک DC یا فیلتر DC
• مدار اینورتر

رکتیفایر یا یکسوساز

بخش اول رکتیفایر یا یکسوساز است که به آن کانورتر نیز گفته می‌شود که همان‌طور که قبلا هم گفته شد جریان متناوب یا AC را به جریان مستقیم یا DC تبدیل می‌کند.

اما اگر بخواهیم نگاه دقیق‌تری به رکتیفایر داشته باشیم می‌توان این‌طور گفت که اولین دیود که وظیفه یکسو کنندگی را دارد، در نیم سیکل اول موج سینوسی در بایاس مثبت است و اجازه عبور جریان را می‌دهد. دومین دیود یکسو کننده نیز در نیم سیکل دوم اجازه عبور جریان را می‌دهد و بدین ترتیب هر دو نیم سیکل مثبت و منفی عبور می‌کنند. از آنجا که برای هر فاز برق دو عدد دیود یکسوکننده نیاز است، درنتیجه تعداد 6 دیود یکسوکننده در ورودی باید داشته باشیم.

وظیفه این 6 دیود یکسوسازی جریان است و تنها اجازه عبور جریان از یک قسمت را می‌دهند و با باز و بسته شدن هر دیود 6 پالس جریان دریافت می‌کنیم. اینورترهایی که با این روش کار می‌کنند اینورترهای 6 پالسه نامیده می‌شوند.

لینک DC یا فیلتر DC

بخش دوم فیلتر DC می‌باشد که به آن لینک DC یا باس DC هم گفته می‌شود. با اینکه در شکل‌ها و دیاگرام‌ها تنها یک خازن و مقاومت برای این قسمت مشاهده می‌کنید که بصورت نمادین ترسیم شده‌اند، اما در واقعیت لینک یا فیلتر DC شامل چندین مقاومت و خازن است که بصورت سری و موازی قرار گرفته‌اند.

وظیفه این خازن‌ها و مقاومت‌ها کاهش نوسان شکل موج است و در نتیجه می‌توان گفت که با کاهش نوسان، شکل موج نسبت به قبل یکنواخت‌تر می‌شود. در واقع در این قسمت ریپل‌های AC جذب شده و در نتیجه یک ولتاژ DC یکنواخت داریم.

درایوهایی که مقدار ولتاژ ورودی آنها 480 ولت است، مقدار ریپل AC در فیلتر DC معمولا کمتر از 3 ولت است. درنتیجه مقدار ولتاژ فیلتر DC در حدود 650 ولت است. ضمن اینکه باید به این نکته اشاره کرد که مقدار واقعی ولتاژ به چندین عامل مانند: بار موتور، آمپدانس، سطح ولتاژ AC و ... بستگی دارد.

مدار اینورتر

بعد از دو بخش رکتیفایر و فیلتر DC به بخش سوم یا مدار اینورتر می‌رسیم. اگر به انتهای قسمت اینورتر چیست که در اوایل مقاله نگاه دوباره داشته باشید مشاهده میکنید که گفتیم عبارت اینورتر در صنعت به دو چیز اطلاق می‌شود. مورد اول همان دستگاه VFD یا درایو فرکانس متغر است و مورد دوم یک مدار است که داخل دستگاه اینورتر یا درایو VFD است که به آن مدار اینورتر می‌گویند که سومین بخش پس از رکتیفایر و لینک DC است.

در مدار اینورتر جریان مستقیم یا جریان DC تولید شده تبدیل به جریان متناوب یا AC می‌شود. در واقع در اینجا با کلیدزنی IGBT ها شکل موج که بعد از فیلتر DC، دارای شکل یکنواخت و ثابت بود، تبدیل به شکل مربعی می‌شود.

ضمن اینکه باید گفت کلیدزنی IGBT ها براساس شکل موج سینوسی دلخواه است که توسط واحد کنترل درایو فرکانس متغیر یا VFD اعمال می‌شود. در مدار اینورتر 3 جفت IGBT وجود دارد و فرکانس خروجی معمولا 0 تا 50 هرتز است که بعضی اینورترها خروجی تا 3200 هرتز را نیز ساپورت می کنند.

بصورت خلاصه وظیفه مدار اینورتر تبدیل جریان DC به AC و همچنین تبدیل شکل موج یکنواخت به شکل موج سینوسی مربعی با استفاده از مدارات سوئیچینگ و تکنیک مدولاسیون PWM است.

مزایای اینورتر

همانطور که در ابتدای این مقاله گفته شد برای اینکه به پرسش اینورتر چیست پاسخ دهیم، باید موارد متعددی بررسی شوند و توضیحات کاملی در مورد هر کدام گفته شود و صرفا با گفتن چند جمله و پاراگراف نمی‌توان درک درستی از اینورتر و اهمیت استفاده از آن داشت. یکی از مواردی که به درک اهمیت اینورتر کمک زیادی می‌کند ویژگی‌ها و مزایای اینورتر است. در واقع بیان ویژگی‌های اینورتر به ما می‌گوید که دلایل استفاده از اینورتر چیست و توضیح می‌دهد که چرا در بسیاری از صنایع و تجهیزات باید و در بسیاری دیگر بهتر است از اینورتر استفاده شود.

در ادامه مزایای اینورتر گفته شده است.

 

• تولید و یا اصلاح کننده توان راکتیو
• کاهش جریان و افزایش طول عمر موتور
• کاهش هزینه برق که درنتیجه کاهش انرژی مصرفی است
• حفاظت در برابر اضافه بار
• برنامه ریزی حرکت موتور توسط PLC
• کنترل گشتاور و سرعت از راه دور
• تغییر جهت و سرعت حرکت موتور بدون نیاز به کنتاکتور
• افزایش سرعت حتی بیش از سرعت نامی موتور
• اصلاح جریان راه اندازی بواسطه حذف اضافه جریان
• مدیریت و برنامه ریزی حرکت
• خاموش و روشن کردن موتور بدون قطع و وصل کردن برق ورودی
• هوشمندسازی سیستم و مانیتوریگ نرخ مصرف سیستم جهت اهداف مدیریتی

 

بطور خلاصه می‌توان گفت که استفاده از اینورتر باعث کاهش مقدار انرژی، زمان بهره‌وری و آسیب به دستگاه‌ها می‌شود. ضمن اینکه با استفاده از این دستگاه بسیاری از کارها براحتی قابل انجام هستند.

در مورد کاهش انرژی با استفاده از اینورتر همانطور که قبل‌تر هم گفته شد، این مقدار انرژی، مقدار قابل توجهی است. این کاهش در موارد متعددی انجام می‌شود مانند انتقال انرژی مخصوصا به نقاط دور که اگر از جریان مستقیم استفاده شود اتلاف زیاد انرژی را به همراه دارد ولی با تبدیل برق DC به AC از اتلاف مقدار قابل توجهی از انرژی جلوگیری می‌شود. اما این مورد فقط یکی از موارد کاهش مصرف انرژی توسط اینورتر است.

مورد دیگر هنگام راه اندازی الکتروموتورها است. در واقع الکتروموتورها هنگام استارت و یا شروع کار بیشترین میزان مصرف انرژی را دارند بطوری که در برخی مواقع ممکن است این کار باعث کاهش ولتاژ شبکه و آسیب رساندن به سایر دستگاه‌ها و حتی تاسیسات برق رسانی شود. در چنین شرایطی نیاز است تا این مقدار انرژی مصرفی به میزان قابل توجهی کاهش یابد که برای اینکار از اینورتر استفاده می‌شود. در واقع اینورتر میزان تقریبی 7 برابری جریان نامی موتور در لحظه استارت را به مقدار تقریبی 1.2 برابری کاهش می‌دهد و همانطور که مشخص است این مقدار بسیار قابل توجه است و درنتیجه اینورتر از میزان مصرف انرژی و همچنین صدماتی که بواسطه جریان اعمالی بالا به تجهیزات و وسایل الکتریکی وارد می‌شود، به مقدار زیادی خواهد کاست.

کاربردهای اینورتر

از جمله مواردی که باید در مورد اینورترها بدانیم کاربردهایی است که این دستگاه می‌تواند داشته باشد. در واقع با اینکه ویژگی‌های اینورتر را گفتیم. اما ممکن است سوال شود که دستگاهی با چنین ویژگی‌ها و مزایایی در کدام صنایع و چه نوع تجهیزاتی استفاده می‌شود؟

در واقع پاسخ به این سوال را می‌توان به عنوان قسمتی از پاسخ پرسش اهمیت استفاده از اینورتر چیست در نظر گرفت.

پس در این قسمت می‌خواهیم در مورد کاربردهایی که اینورترها در صنایع و همچنین دستگاه‌های مختلف دارند بپردازیم و بگوییم که این کاربردها به چه شکلی انجام می‌شوند.

حال اگر بخواهیم این کاربردها را در صنایع و تجهیزات مختلف به صورت یک فهرست بیان کنیم می‌توان گفت کاربردهای اینورتر شامل موارد زیر است.

• منبع تغذیه
• جوشکاری
• کمپرسور
• پله برقی
• جرثقیل ها
• دستگاه حفاری
• دستگاه cnc
• کوره‌های القایی
• پنل خورشیدی
• فیلترهای اکتیو
• آسانسور و پله برقی
• دستگاه‌های صنعت چاپ
• دستگاه‌های اکسترودر
• دستگاه‌های همزن و میکسر
• دستگاه حفاری
• ماشین لباسشویی
• نوار نقاله یا کانوایر
• انواع پمپ‌های صنعتی و ساختمانی
• درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه
• ماشین آلات بسته بندی
• انواع فن های صنعتی مانند فن تونل ها
• ماشین آلات نساجی و دستگاه‌های ریسندگی

پنل‌های خورشیدی

یکی از کاربردهای اینورتر، استفاده از این دستگاه در پنل‌های خورشیدی است و از آنجایی که استفاده از پنل‌های خورشیدی بصورت روزافزون درحال افزایش است، درنتیجه استفاده از اینورتر نیز در حال افزایش است.

در مورد پنل های خورشيدی باید گفت که این پنل‌ها دارای خروجی DC می‌باشند كه با استفاده از اينورترها نور خورشید را دریافت و ذخیره می‌کنند و اين توان تبديل به AC می شود.

منبع تغذیه

همانطور که قبلا هم گفته شد، جریان AC قابلیت ذخیریه سازی را ندارد و بصورت لحظه‌ای قابل استفاده است. اما جریان DC را می‌توان در باتری‌ها ذخیره کرد. پس برای اینکه جریان AC داشته باشیم باید جریان DC را به AC تبدیل کنیم که این کار بوسیله اینورتر انجام می‌شود. در حقیقت اینورتر جریان DC را از منابعی مانند سلول‌های سوختی، باتری‌ها و پنل‌های خورشیدی به جریان AC تبدیل می‌کند. ضمن اینکه جریان خروجی قابل تبدیل به هر مقدار ولتاژی می‌باشد.

نوار نقاله

یکی از وظایف و ویژگی‌های اصلی اینورتر همانطور که قبلا هم گفته شد کنترل سرعت موتور است. اینورتر با دارا بودن این ویژگی در بسیاری از تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. یکی از این دستگاه‌ها نوار نقاله است. در واقع اینورتر در نوار نقاله با تغییر فرکانس و ولتاژ ورودی سرعت موتور را تغییر می‌دهد. ضمن اینکه اینورتر متناسب با هر گونه تغییر در رفتار موتور از خود واکنش نشان می‌دهد که در نتیجه صدمات وارده به موتور و همچنین میزان انرژی مصرفی به مقدار زیادی کاهش می‌یابد.

آسانسور

اگر دقت کرده باشید در زمان شروع و همچنین توقف آسانسور، تغییرات سرعت به آهستگی اتفاق می‌افتد و با توجه به توضیحاتی که تا الان گفته شد، مشخص است که این تغییر سرعت بواسطه استفاده از اینورتر است. در آسانسور استفاده از اینورتر به منظور کاهش مصرف انرژی، جلوگیری از صدمات وارده به دستگاه و همچنین راحتی ما در زمان شروع و یا توقف آسانسور است.

راهنمای خرید اینورتر مناسب

از آنجا که برای خرید دستگاه اینورتر مناسب با کار خود باید چندین عامل را در نظر بگیرید بهتر است قبل از خرید بجز قیمت به عوامل و نکات دیگری که در ادامه گفته شده توجه کنید.

• مطمعن باشید اینورتری که در نظر دارید دارای گارانتی می‌باشد.
• انتخاب و خرید اینورتر باید با توجه به قدرت موتور الکتریکی باشد.
• اینورتری انتخاب کنید که شبکه‌های کنترلی مد نظر پروژه کاری شما را پشتیبانی کند.
• حداکثر جریان مصرفی موتور الکتریکی مورد استفاده را در نظر بگیرید.
• قبل از خرید اینورتر مطمعن شوید که چه نوع اینورتری باتوجه به نوع ورودی مناسب شما است.
• اینورتری انتخاب کنید که توان آن مناسب با اپلیکیشن مورد استفاده باشد.
• داشتن صفحه نمایش را در مورد نوع کار خود مورد بررسی قرار دهید.

 

 

سخن پایانی

در این مقاله قصد این را داشتیم تا به سوال بسیار مهم اینورتر چیست پاسخ دهیم. اما برای پاسخ به این پرسش باید به درک درستی از اینورتر می‌رسیدیم که با بیان مواردی مانند انواع اینورتر، طرز کار اینورتر، مزایا و ویژگی‌های اینورتر و همچنین کاربردهای اینورتر در صدد رسیدن به پاسخ هر چه بهتر این پرسش بودیم. ضمن اینکه با ایجاد سوالات تکمیلی مانند اینکه اهمیت استفاده از اینورتر چیست و یا دلایل استفاده از اینورتر چیست خواستیم هر چه بهتر، جامع تر و دقیق‌تر مفهوم عبارت اینورتر را مورد بررسی قرار دهیم.

در انتها امیدواریم که این مطلب مورد توجه شما قرار گرفته باشد. خواهشمندیم در انتهای این برگه و در قسمت دیدگاه‌ها، نظرات و سوالات خود را با ما در میان بگذارید.