اینورتر

علت تولید هارمونیک در اینورتر چیست؟

از آنجایی که یک اینورتر ذاتا از نوع الکترونیک قدرت است و در آن سوئیچ زنی در تعداد بالا صورت‌ می‌پذیرد بنابراین داشتن هارمونیک امری طبیعی به شمار‌ می‌آید.

بهترین راه حذف هارمونیک چیست؟

فیلتر گذاری یکی از روش‌های موثر در حذف هارمونیک‌ها‌ می‌باشد، دقت داشته باشید که هرچه مرتبه هارمونیک‌ها بالاتر باشد حذف آن راحت‌تر است چراکه فیلتر مورد استفاده کوچکتر خواهد شد.

تعریف دقیق اینورتر

ابتدا اجازه دهید انواع مبدل توان در الکترونیک قدرت را نام ببریم؛

• مبدل DC به DC
• مبدل AC به DC
• مبدل DC به AC
• مبدل AC به AC

بحث امروز ما کاملا در حوزه مبدل DC به AC است که به آن Inverter‌ می‌گویند،‌ می‌باشد.

اینوِرتِر یا مبدل جریان مستقیم به متناوب، به دستگاهی گفته می‌شود که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند.

فرکانس، ولتاژ و توان تولیدی اینورتر می‌توانند به مقادیر دلخواه تنظیم شوند.

در ساده‌ترین حالت، خروجی اینورترها یک موج مربعی است که می‌توان با استفاده از فیلتر آن را به موج سینوسی تبدیل کرد. در حالت پیشرفته و بهینه‌تر، خروجی اینورتر به‌صورت شکل موج PWM است. اینورترها می‌توانند تک‌فاز یا سه‌فاز باشند. در واقع، کار این مبدل‌ها برعکس کار یکسوکننده‌ها است.

VFD یا Variable Frequency Drive (راه انداز با فرکانس متغیر) یک “درایو” محسوب‌ می‌شد که مهمترین ویژگی آن (تولید فرکانس متغیر) توسط یک اینورتر صورت‌ می‌پذیرد به همین دلیل در بازار فروش به آن اینورتر VFD نیز اطلاق‌ می‌شود.

اینورترها قطعات متحرک ندارند

• و در طیف گسترده‌ای از کاربردها استفاده می‌شوند.
• مثلاً از اینورترها برای تأمین جریان AC از منابع DC مانند پنل‌های خورشیدی یا باتری استفاده می‌گردد.
• بدون اینورترها، تحقق خودروهای برقی (Electric Cars) امروزی غیرممکن می‌بود.
• دلیل نام‌گذاری اینورتر (معکوس‌گر)، این است که این دستگاه عمل عکس مبدل متداول برق AC به DC را انجام می‌دهد.
• از نظر ورودی، اینورترها به دو دسته تک‌فاز و سه‌فاز تقسیم می‌شوند، هرچند که خروجی همه آن‌ها سه‌فاز است.
• برای اینورترهای با توان بالای ۳ اسب بخار (2292 وات) فقط از ورودی سه‌فاز استفاده می‌گردد.

کاربردها و ویژگی‌ها

از آنجایی که اینورتر به تنهایی در تجهیزات استفاده نمی شود و در اکثر مواقع به عنوان بخشی از یک درایو ایفای نقش‌ می‌کند، اغلب ویژگی هایی که برای آن برشمرده‌ می‌شود نیز با ویژگی‌های یک درایو یکسان‌ می‌باشد، در ادامه در ابتدا ویژگی های منحصر به فرد یک اینورتر و پس از آن ویژگی‌های مشترک آن با درایو برشمرده خواهد شد؛

• سیستم منابع تغذیه قطع نشدنی (UPS)
• کوره‌های القایی
• منابع توان DC؛ نیروگاه خورشیدی، پیل سوختی و …
• تولید کننده یا جبران کننده توان راکتیو (Static VAR Compensator)
• فیلترهای اکتیو
• کاهش انرژی مصرفی و لذا کاهش هزینه برق
• کاهش جریان راه اندازی و در نتیجه طولانی‌تر شدن عمر موتور
• امکان تغییر سرعت موتور، امکان تغییر جهت حرکت موتور بدون نیاز به کنتاکتور
• روشن و خاموش کردن موتور بدون نیاز به قطع و وصل برق اصلی
• داشتن حفاظت در برابر اضافه بار
• کنترل از راه دور
• ایجاد سرعت بیشتر از سرعت نامی موتور
• کاهش ضربه‌های مکانیکی و در نتیجه افزایش طول عمر مفید قسمت مکانیکی
• جلوگیری از آسیب‌دیدن موتور در مقابل افزایش ولتاژ
• حذف اضافه‌جریان‌ِ (Overcurrent) راه‌اندازی موتور (در اکثر کاربردها)
• برنامه ریزی کردن حرکت موتور (مدهای متفاوت لباسشویی، پمپ‌های متفاوت و کارکردهای مختلف موتوری) به شکل‌های متفاوت با کمک PLC

معایب اینورتر

هر دستگاهی در نوع خود معایبی نیز به همراه دارد و اینورتر نیز از این قاعده مستثنا نیست.

در کیفیت سنجی Inverter سه پارامتر بیشتر از سایر موارد مورد توجه هستند، این موارد عبارتند از؛

• هارمونیک‌های تولیدی (THD)
• ضریب توان
• مرتبه اولین هارمونیک

در دنیای برق، بدست آوردن هرچیزی معمولا مساوی است با از دست دادن چیز دیگری، و شما در این بین تنها یک مصالحه (Trade Off) را انتخاب‌ می‌کنید، به عنوان مثال اگر شما در یک اینورتر خواستار افزایش دامنه برق AC خروجی باشید درنتیجه هارمونیک‌های اینورتر افزایش خواهند یافت که درنهایت سبب خراب شدن موج سینوسی تولید شده‌ می‌گردد، این مسئله (THD) اگر بیش از اندازه مجاز باشد‌ می‌تواند به دستگاه‌های تغذیه شده با خروجی اینورتر طراحی شده توسط ما، صدمه وارد سازد.

مستقیم یا غیر مستقیم

• دسته بندی کاربردی دیگری نیز وجود دارد که در آن جهت تبدیل توان مشخص‌ می‌گردد،
• به این صورت که اگر یک مبدل هم امکان تبدیل DC به AC داشته و در کنار آن امکان تبدیل AC به DC نیز فراهم نماید
• به آن مبدل مستقیم گفته‌ می‌شود،
• به این صورت اکثر مبدل‌های اینورتری به دلیل اینکه تنها در یک جهت (DC to AC) فعالیت‌ می‌کنند در دسته “غیر مستقیم”ها قرار‌ می‌گیرند.

شبیه سازی اینورتر

• جهت پیاده سازی یک اینورتر، به ظاهر نرم افزارهای زیادی وجود دارد چرا که اینورتر می تواند قسمتی از یک درایو باشد
• و درایو در بسیاری از نرم افزارهای مهندسی تعریف شده است، مثلا شما در قسمت Maxwell circuit editor نرم افزار مکسول به راحتی‌ می‌توانید
• به عنوان یک راه انداز موتور یک اینورتر را طراحی نمایید
• ولی آیا این محیط مکان مناسبی برای تحلیل خود اینورتر هست؟ جواب قطعا “خیر”‌ می‌باشد.

سطوح در اینورتر

• یکی از مواردی که در اینورتر‌ها و به صورت کلی مبدل‌ها تعریف‌ می‌گردد، سطوح مبدل‌ می‌باشد، دقت داشته باشید ک
• ه هرچه تعداد سطوح یک مبدل افزایش یابد هارمونیک آن کاهش یافته و شکل موج خروجی بیشتر به سمت سینوسی میل خواهد کرد
• بااین حال با افزوده شدن هر سطح جدید، تعداد سوئیچ‌های به کار رفته افزایش خواهد یافت که نتیجه آن افزایش قیمت نهایی و البته تلفات بیشتر‌ می‌باشد.
• در حال حاضر اینورتر های 5 سطحی به دلیل سادگی بیشتر نسبت به سایر اینورترها بیشتر تجاری سازی شده اند، دقت داشته باشید
• که افزایش سطوح باعث پیچیده تر شدن فرآیند کلید زنی نیز خواهد شد و این مسئله در اینورترهای سبک SVM کار تحلیل را بسیار دشوار خواهد نمود.

بازار اینورتر

• متاسفانه یا خوشبختانه نزدیکی دو کشور ژاپن و چین باعث شده بازار جهانی به شکل کلی تحت تاثیر قرار بگیرد
• و اگر نگاهی به مقالات منتشر شده در این زمینه بیاندازید متوجه خواهید شد تمام شرکت‌های اروپایی و آمریکایی به دلیل از دست دادن بازار خود بسیار نگران هستند،
• علت این مسئله حضور دانش فنی سطح بالا در ژاپن و البته کارگر بسیار ارزان در چین‌ می‌باشد.
• در مورد کشورمان ایران نیز نیازی به ارائه آمار نیست
• چرا که اکثر اینورتر‌های موجود در بازار، تولید شده در کشور چین‌ می‌باشند.
• به همین دلیل همین ابتدا باید اذعان داشت که بازیگر اصلی این بازار نه شرکت‌های اروپایی و آمریکایی بلکه صرفا چین‌ می‌باشد.
• حجم بازار اینورتر در جهان به دلیل استقبال بیشتر دولت‌ها و مردم از انرژی‌های تجدیدپذیر روز به روز درحال افزایش‌ می‌باشد.
• با توجه به کند شدن رشد اقتصادی در جهان، بازار Power Inverter نیز دچار تحولاتی شده است
• با این حال در 6 سال اخیر شاهد بهبود نسبی این بازار بوده ایم، این رشد به گونه‌ای بوده که سهم بازار آن از 721 میلیون دلار در سال 2014 به بیش از 752 میلیون دلار در سال 2019 رسیده است، تحلیل گران بر این باوراند که رشد این بازار همچنان ادامه خواهد داشت و در سال 2024 به عدد 794 میلیون دلار خواهد رسید.

تاثیرات اینورتر

تاثیر اینورتر را‌ می‌توان بروی دو مقوله مجزا؛ تولید و مصرف بررسی نمود که در ادامه به بررسی آنها خواهیم پرداخت؛

تولید انرژی

در حال حاضر اینورترها یکی از کلیدی ترین عناصر تشکیل دهنده یک سیستم تولید انرژی تجدیدپذیر به حساب‌ می‌آیند هرچند که متاسفانه اکثر افراد از این واقعیت آگاه نیستند و بیشتر تمرکز خود را بروی پنل‌های خورشیدی قرار‌ داده اند.

از آنجایی که بیشتر منازل و ادارات از برق AC (متناوب – فرکانس غیر صفر) استفاده‌ می‌کنند به همین دلیل نیاز است

تا برق تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی که قطعا DC (جریان مستقیم – فرکانس صفر)‌ می‌باشد

به یک برق شهری AC با فرکانس مناسب 50 هرتز تبدیل گردد.

با توجه به موارد یاد شده عملا تولید برق AC در هنگام استفاده از پنل‌های خورشیدی بدون بهره گیری از اینورتر‌ها امکان پذیر نمی باشد.

تا قبل از ظهور ادوات مبدل الکترونیک قدرت، پنل‌های خورشیدی تنها برای ما یک منبع تولید توان DC به شمار‌ می‌رفتند

و از آنجایی که مصرف توان DC بسیار نادر است عملا تولیدی هم به این شیوه صورت نمی گرفت.

در یک نیروگاه خورشیدی خانگی، برق تولیدی توسط پنل‌های خورشیدی توسط یک رگولاتور ولتاژ، از دید سطح ولتاژ، مناسب سازی شدهو به باتری‌های ذخیره کننده تحویل داده‌ می‌شود، سپس خروجی باتری‌ها به یک اینورتر جهت تبدیل به برق AC جهت مصرف خانگی انتقال داده‌ می‌شود، به مقوله نیروگاه خورشیدی به شکل مفصل پیش‌تر پرداخته شده است.

اینورترهای‌ می‌توانند به شکل‌های گوناگونی در یک شبکه خورشیدی نقش بازی کنند، برخی از آنها تنها یک مبدل DC به AC‌ می‌باشند، برخی دیگر به شما رنج متفاوتی از توان الکتریکی خروجی را با توجه به بار مدنظر تحویل‌ می‌دهند، برخی نیز تمرکزشان بروی شکل موج‌های متفاوت (سینوسی خام (مشکل ترین حالت) تا شکل موج مربعی)‌ می‌باشند و درنهایت برخی دیگر نیز برای اتصال برق تولیدی به شبکه برق طراحی شده اند.

در نیروگاه‌های بادی برق تولیدی با اینکه AC‌ می‌باشد دارای فرکانس متغیر ناکارآمدی‌ می‌باشد، در این حین نیز ابتدا با استفاده از کِنوِرتر به یک برق DC تبدیل شده و در ادامه با بهره گیری از اینورتر برق DC به برق AC با فرکانس‌های 50 و 60 هرتز تبدیل‌ می‌گردد.

رابطه اینورتر و توربین بادی به همراه پنل های خورشیدی

• مبدل‌های AC به AC نیز موجود است که‌ می‌تواند مستقیما ولتاژ و فرکانس را تحت تاثیر قرار دهد،
• با این حال به دلیل محدودیت‌های توانی آنها و بعضا مشکلات تئوری، به ندرت تجاری سازی شده اند.
• با توجه به مسائل طرح شده‌ می‌توان ظهور الکترونیک قدرت و زیرمجموعه‌های آن، بخصوص اینورتر را تحولی در بخش تولید به ویژه در زمینه انرژی‌های پاک دانست
• که بی شک بدون حضور آنها استفاده از چنین منابعی عملا بسیار سخت امکان پذیر‌ می‌بود.

چرا اینورتر قسمتی از درایو‌ می‌باشد؟

• در دستگاهای هوشمند امروزی نظیر مطبوع سازهای هوا (Air conditioner) راه اندازهای موتور الکتریکی یا همان “Drive”ها بسیار توانمند شده‌اند و به گونه‌ای عمل‌ می‌کنند
• که مصرف برق در کولرهای گازی (مطبوع سازها، این دستگاه‌ها باد گرم نیز تولید‌ می‌کنند) به شکل چشمگیری کاهش یافته است،
• اگر نگاهی دقیق به درایو یک مطبوع ساز بیاندازیم متوجه خواهیم شد که علاوه بر اینورتر درون آن یک کانورتر (Converter) نیز قرار دارد.

اینورتر برق DC را به برق AC با فرکانس مشخص تبدیل‌ می‌کند و کانورتر برق AC را به برق DC تبدیل‌ می‌کند.

تمام کاری که این دستگاه‌ها‌ می‌کنند بهینه سازی جریان اولیه موتور‌ می‌باشد،

همه‌ی ما‌ می‌دانیم که موتورهای الکتریکی در هنگام استارت جریانی تقریبا 8 برابر مقدار نامی خود را از منبع‌ می‌کشند

و همین عامل سبب افزایش هزینه برق این دستگاه‌ها‌ می‌شود.

پروژه شبیه سازی اینورتر 3 فاز دیود کلمپ 3 سطحی SPWM – متلب

باتوجه به گسترش روزافزون انرژی های نو بخصوص مدل خورشیدی شاهد افزایش تقاضا برای اینورتر های ساده تر و پایدارتر می باشیم تا با استفاده از آنها بتوان به سادگی به برق AC مورد نیاز دست پیدا کرد.

این نیاز و کنترل موتورهای الکتریکی یکی از دلایل به وجود آمدن مبدل های DC به AC یا اینورتر ها (Inverter) ها می باشد.

هدف نهایی

یک اینورتر تولید ولتاژ خروجی AC به شکل یک موج کاملا سینوسی می باشد که تقریبا غیرممکن است ولی به هرحال تکنولوژی در این زمینه روز به روز در حال پیشرفت و نزدیک شدن به این هدف می باشد.

اینورتر 3 فاز دیود کلمپ 3 سطحی SPWM یکی از گزینه های بسیار خوب برای تولید ولتاژ AC می باشد.

در پروژه اینورتر سه فاز NPC 3 سطحی با تحلیل Sinusoidal Pulse Width Modulation شاهد کلید زنی های پیوسته بدون ایجاد مشکل در بار هستیم که در این مدولاسیون تلفات کلید زنی هم در سطح پایینی قرار می گیرد.

خلاصه پروژه

در این پروژه یک مدار سه فاز 3 سطحی (Neutral Point Clamped (NPC طراحی گردیده است و از سمت دیگر نیز متد کنترلی سوئیچ زنی کلید های این مدار به روش مدولاسیون SPWM طراحی گردیده است که در نهایت با کنار هم قرار گرفتن آنها شاهد یک اینورتر 3 فاز سه سطحی هستیم، که خروجی آن نیز AC می باشد.

تفاوت برق AC و DC

برای درک بهتر نحوه کارکرد اینورترها بتدا لازم است بدانیم که جریان AC و DC چه تفاوت هایی با یکدیگر دارند و چگونه تبدیل این دو جریان به یکدیگر باعث صرفه جویی در انرژی خواهد شد. تفاوت برق AC و DC در این است که در جریان AC، قطب های مثبت و منفی به طور مداوم تغییر میکنند که به تعداد دفعات تغییر قطب ها در ثانیه، فرکانس میگویند و واحد آن هرتز است. مثلا در ایران فرکانس برق شهری 50 هرتز است یعنی در یک ثانیه 50 بار قطب مثبت و منفی برق تغییر میکند.

علت اینکه برق شهری از نوع AC است این است که اولا برق تولید شده در نیروگاه ها به علت حرکت چرخشی ژنراتورها، ذاتا از نوع AC است و دلیل دوم که مهم ترین دلیل است این است که تلفات برق AC نسبت به برق DC به علت تغییر جهت الکترون ها خیلی کمتر است. برای درک علت کم بودن تلفات برق AC، اگر یک سنگ را با دست پرتاب کنیم حداکثر 10 متر به جلو میرود حال اگر یک سنگ دیگر نیز اضافه کنیم و سنگ قلاب بسازیم و آن را پرتاب کنیم، مسافت خیلی بیشتری را طی میکند. ولتاژ AC عموما یا 220 ولت است مانند ایران یا 110 ولت مانند ژاپن. در 220 ولت تلفات وسیله برقی کمتر است و در 110 ولت تلفات جانی

کاربردهای اینورتر

اینورتر اغلب در برق شهری و همچنین برای مصارف صنعتی و تجاری مورد استفاده قرار میگیرد. مشکل اصلی جریان AC این است که این نوع جریان، قابل دخیره برای استفاده در آینده نیست. به همین خاطر جریان AC تبدیل به جریان DC میشود و جریان DC در باتری ذخیره میشود و بعدا هر زمان که به جریان AC نیاز بود، جریان DC ذخیره شده به جریان AC تبدیل میشود تا در دستگاه هایی که با جریان AC کار میکنند مورد استفاده قرار گیرد. انیورتر برای تبدیل کردن جریان DC به انواع جریان AC با ولتاژ، تعداد فاز و فرکانس های مختلف مورد استفاده قرار میگیرد.

دستگاه کاهش مصرف برق کولر گازی

فرض کنید در تابستان از یک کولر گازی برای خنک کردن اتاق استفاده میکنیم و تنظیم کرده ایم که کولر دمای اتاق را در حدود 24 درجه نگه دارد.

در کولری که اینورتر ندارد، کولر با استفاده از خاموش و روشن شدن دمای اتاق را در حدود دمای تنظیم شده نگه میدارد.

به این صورت که وقتی دمای اتاق خنکتر از دمای تعیین شده بشود، کولر خاموش شده و وقتی که دمای اتاق چند درجه از دمای تعیین شده بیشتر شود،

کولر روشن شده و تا وقتی که دما خنکتر شود، روشن باقی میماند و بعد دوباره خاموش میشود تا هوا گرمتر شود و این چرخه ادامه پیدا میکند. این روشن و خاموش شدن های پی در پی علاوه بر اینکه از عمر مفید کولر میکاهد، با توجه به گشتاور راه اندازی بالای مورد نیاز، باعث افزایش مصرف انرژی هم میشود.

در کولرهای گازی که اینوتر دارند، ابتدا برق ایسی 220 ولت 50 هرتز به وسیله اینورتر به برق دیسی 220 ولت  تبدیل میشود یعنی فرکانس حذف میشود.

فرض کنید دمای کولر را روی 24 درجه تنظیم کرده ایم. اگر صبح باشد و دمای محیط خنکتر باشد لازم است

که موتور با قدرت و سرعت کمتری کار کند و اگر ظهر باشد و دمای محیط گرم باشد لازم است که موتور با قدرت و سرعت بیشتری کار کند. از طریق سنسورهای به کار رفته، تشخیص داده میشود

که موتور باید با چه قدرت و سرعتی کار کند و اینورتر برق 220 ولت دیسی را به برق ایسی با ولتاژ و هر فرکانس متناسب با قدرت و سرعت تشخیص داده شده تبدیل میکند.

در نتیجه بدون اینکه نیاز به روشن و خاموش شدن کولر باشد، دمای محیط در حدود دمای تعیین شده باقی میماند و در مصرف انرژی نیز صرفه جویی میشود.

انواع اینورتر

اینورتر میتواند بر اساس فاکتورهای متفاوت مانند موج خروجی، منبع، نوع سیم بندی و … به انواع مختلفی تقسیم شود.

• اینورتر موج مربع: شکل موج خروجی ولتاژ برای این نوع اینورتر به شکل مربع است. این نوع اینورتر در بین انواع اینورترها، کمترین استفاده را دارد
• زیرا اکثر لوازم خانگی بر اساس شکل موج سینوسی طراحی شده اند. اگر به وسیله ای که بر اساس ولتاژ با موج سینوسی کار میکند،
• ولتاژ موج مربعی بدهیم، دستگاه آسیب میبیند. این نوع اینورترها ارزان قیمت هستند اما همانطور که گفته شد موارد استفاده از آن ها نیز خیلی کم است.
• این نوع اینورترها اغلب برای دستگاه هایی با طراحی ساده که از موتور یونیورسال استفاده میکنند، مورد استفاده قرار میگیرد.
• اینورتر موج سینوسی: شکل موج ولتاژ خروجی این نوع اینورتر به شکل سینوس است و نکته مهم و مزیت اصلی این نوع اینورتر است
• زیرا تقریبا تمام وسایل خانگی مورد استفاده با استفاده از موج سینوسی کار میکنند،
• پس این نوع اینورتر بهترین خروجی را میدهد همچنین اطمینان داریم
• که دستگاه ها به طور صحیح کار میکنند. این نوع اینورترها گران قیمت هستند اما بیشترین استفاده را نیز دارند.
• اینورتر موج سینوسی اصلاح شده: ساختار این نوع اینورتر، پیچیده تر از اینورتر موج مربعی است اما نسبت به اینورتر موج سینوسی ساختار ساده تری دارد.
• خروجی این نوع اینورتر نه کاملا شیبه سینوس است و نه کاملا شبیه مربع و درواقع چیزی بین این دو است.

اینورتر چگونه کار میکند

گفتیم که اینورتر جریان DC را به AC تبدیل میکند. برای توضیح نحوه کار اینورتر باید ابتدا با نحوه کار ژنراتور و ترانسفورماتور و تفاوت بین این دو آشنا شویم.

ژنراتور یک دستگاه الکتریکی چرخان است که انرژی مکانیکی را از طریق پدیده طبیعی القای الکترومغناطیسی،

به انرژی الکتریکی از نوع AC تبدیل میکند(مثل دینام دوچرخه). به طور کلی، ژنراتور از یک سیم پیج و یک آهنربای چرخان نزدیک به آن تشکیل شده است.

به محض اینکه قطب های آهنربا به سیم پیج نزدیک میشوند، یک جریان القایی در سیم پیج به وجود می آید و در جهت مخالف چرخش آهنربا جریان میابد.

حال بیایید ببینم که چگونه یک ترانسفورماتور کار میکند. ترانسفورماتور هم جریان AC القایی در سیم پیچ ایجاد میکند

اما بر خلاف ژنراتور که با آهنربای دائم کار میکند، در ترانسفورماتور دو سیم پیچ وجود دارد،

سیم پیچ اولیه و سیم پیچ ثانویه. سیم پیچ اولیه در ترانسفورماتور نقش آهنربای دائم در ژنراتور را بر عهده دارد.

به این صورت که وقتی جریان الکتریکی AC از آن عبور میکند، این سیم پیچ به یک آهنربای اکتریکی تبدیل شده

و یک جریان مغناطیسی در اطراف خود ایجاد میکند. از آنجا که جهت جریان AC دائما در حال تغییر است،

با تغییر جهت جریان، جهت قطب های میدان مغناطسی تولیدی نیز تغییر میکند و باعث ایجاد جریان القایی AC در سیم پیچ ثانویه میشود.

مزیت ترانسفورماتور این است که ولتاژ تولید شده در سیم پیچ ثانویه، لزوماً همانند سیم پیچ اولیه نیست و قابل کنترل است.

اگر سیم پیچ ثانویه در مقایسه با سیم پیچ اولیه دو برابر شود، ولتاژ تولید شده در آن نیز دوبرابر ولتاژ سیم پیچ اولیه میشود. در واقع میتوان با تعداد سیم پیچی های متفاوت، ولتاژهای متفاوتی هم تولید کرد.

اگر در سیم پیچ اولیه به جای جریان AC، جریان DC  برقرار کنیم، از آنجا که جهت جیان DC همواره ثابت است، هیچ نوع جریان القایی در سیم پیچ ثانویه تولید نمی شود،

زیرا در این حالت قطب های میدان مغناطیسی ثابت هستند. اما اگر خودمان جهت جریان را به طور پیوسته و سریع تغییر دهیم،

یک اینورتر خیلی ساده ساخته ایم. این اینورتر از نوع موج مربع است که فرکانس در آن وابسته به فاصله زمانی بین دو بار تغییر جهت جریان DC در سیم پیچ اولیه است.

اما چگونه میتوان به صورت خودکار این تغییر جهت دائم و پیوسته را به وجود آورد؟

با استفاده از یک مدار ترانزیستور یا حتی یک باتری و یک MOSFET و یا تریستور یا IGBT. در زیر یک تصویر شماتیک از ساختار اینورتر ساده مربعی را میتوانید ببینید.

تفاوت اینورتر و درایو

اینورتر در بازار به غلط به اسم درایور هم شناخته میشود. علت آن این است  که قبل از اینکه کنترل دور موتور AC وجود داشته باشد،

همه پروژه های کنترل دور با موتور DC انجام میشد. کنترل دور موتور DC به دو صورت انجام میشود:

مقاومت متغیر

• به این صورت است از طریق کم و زیاد کردن ولتاژ، سرعت موتور کنترل میشود.
• مثلا به موتور 24 ولت، برق 12 ولت بدهیم. عمل کم و زیاد کردن ولتاژ از طریق یک مقاومت متغیر انجام میشود. در این حالت افت گشتاور زیاد است. مثلا اگر سرعت خیلی کم بشود، متور قدرت لازم برای  حرکت را نخواهد داشت.

درایور

• از طریق روشن و خاموش کردن های زیاد موتور، عمل کنترل دور انجام میشود. به این روش اصطلاحا روش PWM گفته میشود.
• این کار توسط یک برد الکترونیکی به نام درایور انجام میشود.
• این روش نسبت به حالت قبل افت گشتاور کمتری خواهد داشت.

از آنجا که در گذشته تنها وسیله کنترل دور موتور درایور بوده و اینورتر نیز عمل کنترل دور موتور را انجام میدهد، به همین علت در بازار به غلط به اینورتر، درایور نیز گفته میشود. درایور مخصوص کنترل دور موتور DC است و اینورتر مخصوص کنترل دور موتور AC است. درایور ماهیت برق را تغییر نمیدهد و فقط با ولتاژ و جریان بازی میکند اما اینوتر علاوه بر بازی با ولتاژ و جریان، ماهیت برق را از طریق کنترل فرکانس تغییر میدهد.

تفاوت کنترلر با اینورتر و درایور

اینوتر و درایور عملی را انجام میدهند اما در مورد آن تصمیم گیری نمیکنند. کنترلر تحت شرایطی که از قبل برای آن تعریف شده، تصمیم میگرید که هر بار چه فرمانی به اینورتر و درایور بدهد تا آن ها با توجه به فرمان داده شده از طرف کنترلر عمل کنترل دور موتور را انجام دهند. به عنوان مثال در یک خودرو فرد راننده نقش کنترل را دارد و پدال ها نقش اینورتر و درایور را دارند.

مزایای اینورتر چیست و استفاده از آن چه نتایجی دارد؟

استفاده از اینورتر مزیت‌های زیادی دارد. یکی از قابلیت‌های مهم اینورتر، عملکرد هوشمند آن است. این ابزار میزان باری را که به‌سمت موتور می‌رود، تشخیص می‌دهد و بعد متناسب با همان میزان بار، به موتور فرمان جریان متناسب را صادر می‌کند. در بسیاری از مواقع، این جریان از جریان نامی موتور کمتر است. از مزایا و کاربردهای مهم اینورتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• صرفه‌جویی در مصرف انرژی الکتریکی و در نتیجه کاهش هزینه‌ها؛
• کاهش جریان راه‌اندازی برق و به‌دنبال آن، دوام و افزایش طول عمر موتور؛
• بالابردن عمر قطعات مکانیکی بعد از موتور به‌دلیل کاهش ضربه‌های مکانیکی در قسمت‌های مختلف موتور و تجهیزات حرکتی به‌دلیل راه‌اندازی نرم موتور؛
• قابلیت تغییر سرعت و جهت حرکت موتور بدون نیاز به کنتاکتور و ادوات برقی دیگر؛
• امکان هوشمندسازی و برنامه‌ریزی برای حرکت موتور؛
• روشن و خاموش‌کردن موتور بدون نیاز به قطع‌ووصل برق اصلی؛
• ایجاد محافظت در مقابل اضافه‌بار و در نتیجه جلوگیری از سوختن موتور؛
• امکان عملکرد موتور در شرایطی که ولتاژ ورودی به آن مدام در حال تغییر است و حفاظت از موتور دربرابر افزایش ناگهانی ولتاژ؛
• افزایش سرعت بیشتر از سرعت نامی در موتور.

قیمت اینورتر و نکات مربوط به خرید آن

شما برای خرید اینورتر باید چند مورد را مشخص کنید: نخست، توان الکتروموتوری که می‌خواهید برای آن اینورتر بخرید. معمولا بهتر است توان اینورتر شما یک رنج بالاتر از توان موتور باشد؛ مثلا خوب است برای موتور ۷۵۰ وات از اینورتر ۱ یا ۱٫۵ کیلووات استفاده شود. همچنین به این نکته دقت کنید که توان های ذکرشده در اینورترها برای موتورهای معمولی است که دورشان ۱۴۰۰ دور بر دقیقه است. برای موتورهای ۲۸۰۰ دور، توان اینورتر نصف توان موتور و برای موتورهای ۷۰۰ دور، توان اینورتر دوبرابر توان الکتروموتور در نظر گرفته می‌شود.

حتما الکتروموتور سه‌فاز بخرید؛ زیرا اینورترها خروجی سه‌فاز دارند. مهم نیست که برق موجود شما تک‌فاز است یا سه‌فاز. اینورتر می‌تواند برق تک‌فاز شما را به سه‌فاز تبدیل کند.

در مرحله بعد باید ببینید که چه برقی در اختیار دارید: اگر برق تک‌فاز شهری دارید، باید اینورتری بخرید که ورودی تک‌فاز ۲۲۰ ولت داشته باشد؛ اگر هم برق سه‌فاز در دسترس است، اینورتر شما باید از نوع ورودی سه‌فاز باشد. در نظر داشته باشید که در صورت موجودبودن هردو، بهتر است از برق سه‌فاز استفاده شود تا موتور عملکرد بهتری داشته باشد.

کاربردی که می خواهید برای آن از اینورتر استفاده کنید مهم است. کاربردهایی مثل جرثقیل که به گشتاور راه‌اندازی اولیۀ بیشتری نیاز دارند، سطح تکنولوژی اینورتر بالاتری را می‌طلبند (مثلا نسبت به یک فن هواکش). اینورترها سه مدل کلی دارند: الف. کنترل برداری: همان V٫F که فقط امکان کم‌وزیادکردن سرعت به‌صورت دستی را دارد؛ ب. سنسورلس: که برای کاربردهای نیمه‌صنعتی و نیمه‌سنگین استفاده می‌شود و می‌تواند با حسگری که در خروجی جریان به موتور دارد، بدون سنسور فیزیکی، مقدار بار اعمالی به موتور را اندازه‌گیری و طبق آن سرعت موتور را کنترل کند؛ ج. حلقه‌بسته: که اینوترهای پیشرفته هستند و می‌توانند با خروجی‌گرفتن از یک سنسور فیزیکی خارجی مثل انکودر یا خط‌کش دیجیتال یا لیزر، مقدار سرعت موتور را کنترل کنند.

در نتیجه، قیمت اینورتر به این موارد بستگی دارد:

• توان اینورتر؛
• ولتاژ ورودی (تک‌فاز یا سه‌فاز)؛
• سطح تکنولوژی و امکانات کنترلی؛
• آپشن‌های ارتباطی با سایر کنترلرهای صنعتی.

اینورترهای پرفروش و برندهای مطرح در بازار ایران

اینورترهای مختلفی در بازار ایران وجود دارند: از اینورترهای LS ساخت کرۀ جنوبی، اینورتر یاسکاوا Yaskawa ساخت ژاپن، اینورتر Delta ساخت تایوان، اینورتر Nietz ساخت کشور چین تا اینورترهای ایرانی که عمدتا شامل قطعات مونتاژشده در داخل کشور هستند.