اينورتر

در اواسط قرن 19 تا 20 با کمک مجموعه‌های MG (مجموعه ژنراتورهای موتور) و مبدل‌های چرخشی، تبدیل توان از جریان مستقیم به جریان متناوب انجام شد. در اوایل قرن بیستم، لوله‌های پر از گاز و همچنین لوله‌های خلاء به عنوان کلید در مدارهای اینورتر استفاده می‌شدند.

اینورتر یک دستگاه الکتریکی است و قادر است جریان DC را به جریان AC در یک فرکانس مشخص و همچنین ولتاژ تغییر دهد. به عنوان مثال، اگر بخواهیم برق لوازم خانگی را تامین کنیم، از 230 ولت AC استفاده می‌کند. در برخی موارد، هنگامی که برق متناوب در دسترس نیست، می‌توان از طریق یک اینورتر 12 ولت، برق مورد نیاز لوازم خانگی را تامین کرد. در این مقاله قصد داریم به اینورتر چیست؟ انواع و نحوه ساخت اینورتر، کار و کاربردهای آن بپردازیم.

اینورتر چیست؟

اینورتر را می‌توان اینگونه تعریف کرد که یک سری تجهیزات الکتریکی فشرده و مستطیلی است که برای تبدیل ولتاژ جریان مستقیم (DC) به ولتاژ جریان متناوب (AC) در وسایل معمولی، استفاده می‌شود. کاربردهای DC شامل چندین نوع کوچک تجهیزات مانند سیستم‌های انرژی خورشیدی است. جریان مستقیم در بسیاری از تجهیزات الکتریکی کوچک مانند: سیستم‌های انرژی خورشیدی، باتری‌های نیرو، منابع نیرو، سلول‌های سوختی استفاده می‌شود زیرا این‌ها به سادگی جریان مستقیم تولید می‌کنند.

نقش اصلی یک اینورتر تبدیل برق DC به برق AC است. برق AC را می‌توان به خانه‌ها و صنایعی که از خدمات عمومی استفاده می‌کنند، تحویل داد.

به طور کلی، ولتاژ خروجی معادل ولتاژ تغذیه شبکه 120 ولت و در غیر این صورت 240 ولت بر اساس کشور است. این دستگاه‌ها، دستگاه‌های مستقل برای برخی از کاربردها مانند انرژی خورشیدی هستند. انواع مختلفی از اینورترها بر اساس شکل موج سوئیچینگ در بازار موجود است. یک اینورتر از منابع تغذیه DC برای تامین ولتاژ AC برای تامین تجهیزات الکترونیکی و همچنین الکتریکی استفاده می‌کند.

اینورتر در صنعت با اسامی مختلفی شناخته شده است از جمله:

• درایوهای سرعت متغیر ( variable speed drive)VSD یا VFD( variable frequency drive)
• درایوهای ولتاژ متغیر و فرکانس متغیر VVVF یا VF (3 (variable voltage variable frequency
• فرکانس کنترل FC (frequency control)

بسیاری از مردم اینورتر را به عنوان یک “دستگاه” می‌دانند که ولتاژ و فرکانس را به میزان دلخواه تغییر می‌دهد.

انواع اینورتر

اینورترها به دو نوع تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند:

اینورتر تک فاز

اینورترهای تک فاز به دو نوع اینورتر نیم پل( Half bridge)و اینورتر تمام پل (Full bridge) تقسیم می‌شوند.

اینورتر نیم پل(Half H-Bridge)

اینورتر نیم پل یک بلوک ساختمانی ضروری در اینورتر پل کامل است. می‌توان آن را با دو کلید ساخت که هر یک از خازن‌های آن دارای یک ولتاژ معادل (±Vdc/2) است. علاوه بر این، سوئیچ‌ها یکدیگر را متعادل می‌کنند، اگر یک سوئیچ فعال شود، سوئیچ دیگر به طور خودکار غیرفعال می‌شود.

اینورتر پل کامل(Full bridge)

مدار اینورتر پل کامل جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند. با باز کردن و همچنین بستن سوئیچ‌ها در حالت صحیح می‌توان به آن دست یافت. این نوع اینورتر حالت‌های کاری متفاوتی دارد که به کلیدهای بسته بستگی دارد.

اینورتر سه فاز

یک اینورتر سه فاز برای تغییر یک DC ورودی به یک خروجی AC از 3 فاز استفاده می‌شود. معمولاً 3 بازوی آن با زاویه 120 درجه نسبت به هم قرار گرفته‌اند تا منبع AC 3 فاز تولید شود. کنترل اینورتر که دارای نسبت 50درصد است و همچنین کنترل می‌تواند بعد از هر T/6 از زمان T انجام شود. کلیدهای استفاده شده در اینورتر مکمل یکدیگر هستند.

اینورترهای سه فاز در سرتاسر منبع DC مشابه قرار می‌گیرند و ولتاژهای قطب در یک اینورتر 3 فاز معادل ولتاژهای قطب در اینورتر نیم پل تک فاز است. این اینورترها دارای دو حالت هدایت هستند، مانند: حالت هدایت 120 درجه و حالت هدایت 180 درجه.

انواع اینورتر از نظر منبع ورودی

اینورتر بر اساس منبع ورودی را می‌توان به طور کلی به دو نوع تقسیم کرد: اینورتر منبع ولتاژ (VSI) و اینورتر منبع جریان (CSI).

یک اینورتر منبع ولتاژ (VSI) به صورتی است که در آن منبع DC دارای امپدانس کوچک یا ناچیز است. به عبارت دیگر، VSI دارای منبع ولتاژ DC در پایانه‌های ورودی خود است.

یک اینورتر منبع جریان (CSI) با جریان قابل تنظیم از یک منبع DC با امپدانس بالا، یعنی از یک منبع جریان DC تغذیه می‌شود. در CSI تغذیه شده با منبع جریان امواج جریان خروجی تحت تاثیر بار قرار نمی‌گیرند.

انواع اینورترها از نظر اتصالات دستگاه‌های نیمه هادی

• اینورترهای پل
• اینورترهای سری
• اینورترهای موازی

اینورتر فرکانس متغیر(VFD) چیست؟

ایتورتر فرکانس متغیر که، اینورتر با سرعت متغیر و یا اینورتر با فرکانس قابل تنظیم نیز شناخته شده است، نوعی کنترل کننده و راه انداز موتور است که با تغییر دادن سرعت و ولتاژ باعث می‌شود موتور به نحو مناسب کنترل شود، یا به عبارتی دیگر، با تغییر مقدار سرعت مورد نیاز دستگاه، VFD هم سرعت را کم یا زیاد می‌کند تا به مقدار مناسب آن سرعت برسد. در واقع هر چقدر فرکانس بیشتر باشد، سرعت موتور نیز بیشتر است.

مزایای استفاده از فرکانس متغیر (VFD) چیست؟

• کاهش مصرف انرژی و هزینه‌های انرژی

اگر برنامه‌ای دارید که نیازی به اجرای آن با سرعت کامل ندارد، می‌توانید با کنترل موتور با درایو فرکانس متغیر، هزینه‌های انرژی را کاهش دهید که یکی از مزایای درایوهای فرکانس متغیر است. VFDها به شما این امکان را می‌دهند که سرعت تجهیزات موتور محور را با بار مورد نیاز مطابقت دهید. هیچ روش دیگری برای کنترل موتور الکتریکی AC وجود ندارد که به شما این امکان را می‌دهد این کار را انجام دهید.

• افزایش تولید از طریق کنترل دقیق‌تر فرآیند

با استفاده از کنترل موتور با کارآمدترین سرعت برای برنامه شما، اشتباهات کمتری رخ می‌دهد و در نتیجه سطح تولید افزایش می‌یابد که درآمد بیشتری را برای شما به ارمغان می‌آورد. در نوار نقاله‌ها و تسمه‌ها، تکان‌ها را در هنگام راه اندازی از بین می‌برید و اجازه می‌دهید تا از بین بروند.

• افزایش عمر تجهیزات و کاهش تعمیر و نگهداری

هنگامی که تجهیزات شما توسط VFD کنترل می‌شوند و سرعت کارکرد موتور بهینه را تضمین می‌کنند، مدت زمان بیشتری دوام خواهند آورد و به دلیل تعمیر و نگهداری، زمان خاموشی کمتری خواهند داشت. به دلیل کنترل بهینه فرکانس و ولتاژ موتور VFD، VFD محافظت بهتری برای موتور شما در برابر مسائلی مانند اضافه بار الکتریکی حرارتی، حفاظت فاز، افت ولتاژ، اضافه ولتاژ و غیره ارائه می‌کند. وقتی بار را با VFD راه‌اندازی می‌کنید، موتور را در معرض “شوک فوری” راه اندازی در سراسر خط قرار نمی‌دهد، اما می‌تواند به آرامی شروع به کار کند، در نتیجه سایش تسمه، دنده و یاتاقان را از بین می‌برد. همچنین یک راه عالی برای کاهش و با حذف ضربه ناگهانی است که در  چرخه‌های شتاب و کاهش سرعت رخ می‌دهد.

نمودار مدار اینورتر

مدارهای الکتریکی بسیاری برای دستگاه‌های قدرت، ترانسفورماتور و دستگاه‌های سوئیچینگ وجود دارد. تغییر DC به AC را می‌توان با انرژی ذخیره شده در منبع DC مانند باتری به دست آورد. کل فرآیند را می‌توان با کمک دستگاه‌های سوئیچینگ که دائماً روشن و خاموش می‌شوند و سپس با ترانسفورماتور افزایش می‌یابد، انجام داد.

ولتاژ DC ورودی را می‌توان با استفاده از دستگاه‌های برق مانند ماسفت‌ها و در غیر این صورت ترانزیستورهای برق، روشن/ خاموش کرد. تغییر ولتاژ در اولیه باعث ایجاد ولتاژ متناوب در سیم پیچی می‌شود. کار ترانسفورماتور معادل یک تقویت کننده است که در آن خروجی را می‌توان از منبع ولتاژ توسط باتری‌ها به 120 ولت در غیر این صورت 240 ولت افزایش داد.

سه مرحله پرکاربرد اینورتر وجود دارد که عبارتند از، ترانسفورماتور فشار-کشش توسط شیر مرکزی، فشار-کشش توسط نیم پل و فشار-کشش توسط پل کامل. این به دلیل سهولت و نتایج قطعی آن بسیار محبوب است. اما، از یک ترانسفورماتور بزرگ با راندمان پایین‌تر استفاده می‌کند. یک جریان مستقیم فشاری آسان به یک اینورتر جریان متناوب توسط مدار ترانسفورماتور شیر مرکزی در شکل زیر نشان داده شده است.

کارکرد اینورتر

عملکرد اینورتر به این صورت است که DC را به AC تبدیل می‌کند و این دستگاه‌ها هرگز هیچ نوع برقی تولید نمی‌کنند، زیرا برق توسط منبع DC تولید می‌شود. در برخی شرایط مانند زمانی که ولتاژ DC کم است، نمی‌توانیم از ولتاژ DC پایین در یک لوازم خانگی استفاده کنیم. بنابراین هر زمان که از پنل خورشیدی استفاده می‌کنیم می‌توان از اینورتر استفاده کرد.

ساختار داخلی اینورتر

ابتدا با نگاهی به ساختار داخلی اینورتر شروع می‌کنیم. یک اینورتر از قسمت ابتدایی و قسمت انتهایی تشکیل شده است. قسمت ابتدایی، “مدار مبدل” AC را به DC تبدیل می‌کند، در حالی که قسمت انتهایی، “مدار اینورتر” DC را به AC تبدیل می‌کند.

از دیدگاه دیگر، مدار مبدل و مدار اینورتر به عنوان مجموعه‌ای برای انجام تبدیل AC به AC استفاده می‌شود. در حالی که از یک منظر باریک، اینورترها، مدارها و عملکردهایی را نشان می‌دهند که به عنوان تبدیل DC به AC شناخته می‌شوند. با در نظر گرفتن این تفاوت‌ها، اکنون به درک بهتری از مکانیسم اینورتر خواهیم پرداخت.

ابتدا مدار مبدل AC را به DC تبدیل می‌کند. با ترکیب دیودهایی که فقط جریان را در یک جهت عبور می‌دهند، AC یکسو می‌شود و با شارژ و تخلیه خازن‌ها به تدریج شکل خود را به صورت جریان مستقیم صاف تبدیل می‌کند.

ثانیاً، مدار اینورتر جریان متناوب با ولتاژ و فرکانس متغیر خروجی می‌دهد. تغییر نسبت روشن و خاموش با استفاده از عناصر سوئیچینگ مانند ترانزیستور قدرت، یک پالس مربعی شکل با عرض‌های مختلف ایجاد می‌کند. ترکیب این پالس‌ها منجر به خروجی یک موج سینوسی اصلاح شده (AC) می‌شود. این روش “مدولاسیون عرض پالس” (PWM) نامیده می‌شود.

کاربرد اینوتر

وظیفه اصلی یک اینورتر تبدیل برق DC به برق AC است. برای استفاده در خانه، برق DC را از باتری یا پنل خورشیدی به برق AC تبدیل می‌کند که به نوبه خود برای عملکرد لوازم خانگی مختلف استفاده می‌شود.

برخی از کاربردهای صنعتی اینورتر برای درایوهای AC با سرعت قابل تنظیم، گرمایش القایی، منابع تغذیه Stand by Air Craft، UPS (منابع تغذیه بدون وقفه) برای کامپیوترها، انتقال HVDC و غیره هستند.

از اینورترها می‌توان به عنوان منبع تغذیه اضطراری UPS، در سیستم‌های انرژی خورشیدی استفاده کرد.

به طور گسترده کاربرد اینورترها به شرح زیر است:

• ماشین‌های صنایع پلاستیک
• کنترل کمپرسور هوا
• ماشین ابزار و ماشین‌های ساخت و ساز
• سی ان سی چوب
• کشتی سازی
• صنایع متالورژی
• تجهیزات معدن
• تجهیزات ریخته‌گری و غیره

از اطلاعات بالا در نهایت می‌توان نتیجه گرفت که کاربرد اینورترها از منبع تغذیه بدون وقفه تا کنترل‌کننده‌های سرعت موتور الکتریکی را شامل می‌شود. نام اینورتر همچنین به گروهی از اینورترهای یکسو کننده اشاره دارد که توسط AC تحریک می شود و برای تغییر ولتاژ و همچنین فرکانس AC استفاده می شود.

نکات ایمنی و نصب اینورتر

• دمای محیط
• -10°C to +50°C
• اتلاف گرما
• درایو AC را روی سطح یک جسم غیر قابل احتراق نصب کنید و اطمینان حاصل کنید که فضای کافی در اطراف برای دفع گرما وجود دارد.
• درایو AC را با استفاده از پیچ به صورت عمودی روی تکیه گاه نصب کنید.
• محل نصب
• محیط عاری از نور مستقیم خورشید، رطوبت بالا و تراکم
• محیط عاری از گازهای خورنده، انفجاری و قابل احتراق
• محیط عاری از آلودگی روغن، گرد و غبار و پودر فلز
• لرزش
• کمتر از 0.6 گرم
• دور از دستگاه پانچ یا مانند آن
• محفظه محافظ
• درایوهای AC سری H300 دارای محفظه پلاستیکی داخلی هستند که از طریق کنترل از راه دور کار می‌کنند و نیاز به نصب در سیستم نهایی دارند. قوانین و مقررات منطقه‌ای و الزامات مربوط به IEC.

روش و فرآیند نصب مکانیکی

درایوهای AC سری H300 دارای دو نوع محفظه، محفظه پلاستیکی و محفظه فلزی با توجه به کلاس‌های مختلف ولتاژ و توان هستند. H300 از نصب دیواری و نصب تعبیه شده در برنامه‌های مختلف پشتیبانی می‌کند.

نصب دیواری H300

اقدامات احتیاطی نصب اینورتر

1) فاصله های نصب اینورتر را همانطور که در شکل 3-1 مشخص شده است در نظر بگیرید تا از فضای کافی برای اتلاف گرما اطمینان حاصل کنید. اتلاف حرارت سایر قسمت‌های کابینت را در نظر بگیرید.

2) درایوهای AC را به صورت عمودی نصب کنید تا اتلاف گرما تسهیل شود. اگر چند درایو AC در کابینت نصب شده است، آنها را در کنار هم نصب کنید. اگر یک ردیف از درایوهای AC باید بالای ردیف دیگر نصب شوند، یک صفحه راهنمای عایق، همانطور که در شکل  نشان داده شده است، نصب کنید.

3) از براکت آویزان غیر قابل احتراق استفاده کنید.

4) در پروژه‌هایی که همراه با پودر فلزات سنگین است، هیت سینک را در خارج از کابینت نصب کنید و اطمینان حاصل کنید که اتاق داخل کابینت کاملا مهر و موم شده و تا حد امکان بزرگ است.

نکات مهم قبل از خرید اینورتر

نکاتی که قبل از خرید اینورتر باید در نظر داشته باشید:

• توان مورد نیاز خود را محاسبه کنید.
• قبل از خرید باید بدانید اینورتری که می‌خواهید باید چقدر قدرت داشته باشد.
• بهتر است صفحه نمایشی برای مشاهده اطلاعات داشته باشد.
• خروجی اینورتر (موج سینوسی، موج مربعی، موج سینوسی پله‌ای)
• داشتن کابل به همراه اینورتر، بر حسب نیازی که دارید به این مورد توجه کنید.
• راندمان اینورتر و مصرف برق بدون بار
• مدت زمان پشتیبان‌گیری باتری
• داشتن گارانتی

خرید اینورتر از تام باهر

اینورتر برند باهر، یک برند چینی است که از کیفیت بالا و قیمت مناسبی برخوردار است. استفاده از فناوری روز دنیا باعث استقبال از محصولات این برند شده است.

ویژگی‌های کلی اینورتر باهر سری H300

• با تکنولوژی کنترل برداری حلقه باز پیشرفته و فناوری کنترل عالی ولتاژ و جریان.
• گشتاور راه اندازی 0.5 هرتز150 %، نسبت سرعت 1:100، پاسخ دینامیکی <20میلی ثانیه، دقت سرعت ± 0.2%
• طراحی رنج وسیعی از محدوده ولتاژ، AC 3PH: 380V(-30%)~ 400V(15%+).
• فیلتر داخلی، با عملکرد EMC عالی، که می‌تواند در مکان‌های با تداخل الکترومغناطیسی کار کند.
• اینورترهای کمتر از 22 کیلو وات دارای سیستم ترمز داخلی.
• پشتیبانی از حالت DC BUS و منبع تغذیه DC.
• با حالت‌های مختلف ترمز، مانند ترمز دینامیک، ترمز شار مغناطیسی و ترمز DC، می‌تواند یکباره متوقف شود.
• بدون توقف با قطع ناگهانی برق، که نیازهای مختلف مشتریان را برآورده می‌کند.
• تعبیه فن جهت تهویه هوا، پشتیبانی برای نصب به صورت آویزان، حالت‌های نصب فلنج و ایستاده بر روی زمین.

انواع مدل‌های اینورتر در شرکت تام باهر

• اینورتر سه فاز 380 ولت -22 کیلووات-برند باهر H300-T22GB/30PB
• اینورتر سه فاز 380 ولت -15 کیلووات-برند باهر H300-T11GB/15PB
• اینورتر سه فاز 380 ولت -11 کیلووات-برند باهر H300-T11GB/15PB
• اینورتر سه فاز 380 ولت -7.5 کیلووات-برند باهر H300-T7.5GB/11PB
• اینورتر سه فاز 380 ولت -5.5 کیلووات-برند باهر H300-T5.5GB/7.5PB