اینورتر چیست؟
اینورتر یا همان دستگاه تبدیل‌کننده جریان، دستگاه الکترونیک قدرت است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. جریان مستقیم یک جریان الکتریکی است که در یک‌جهت جاری می‌شود. جریان متناوب یک جریان الکتریکی است که در طول زمان جهت و شدت متغیر است. بسیاری از منابع برق مانند صفحه‌های خورشیدی، باتری‌ها، ژنراتورهای DC، و خطوط انتقال HVDC، جریان مستقیم تولید می‌کنند. بسیاری از دستگاه‌های الکترونیک و الکترومکانیک نظیر تلویزیون، رادیو، کامپیوتر، لامپ‌های فلورسنت، موتورهای AC، و فن‌ها، نیاز به جریان متناوب دارند؛ بنابراین، نیاز به یک دستگاه واسط بین منابع و مصارف برق وجود دارد که جریان DC را به AC تبدیل کند.
اینورتر چگونه کار می‌کند؟
این دستگاه با استفاده از سوئیچ‌های الکترونیک قدرت مانند IGBT و MOSFET، جریان DC را به شکل‌های موج مختلف AC تبدیل می‌کند. سوئیچ‌های الكترونيك قدرت قطعاتي هستند كه با كمك يك سيگنال كوچك كنترلي (gate) قادر به قطع و وصل كردن يك جريان بزرگ (drain-source ) هستند.
شکل‌های موج AC که اینورتر تولید می‌کند، ممکن است سینوسی، مربع، نمایشگر، یا PWM باشند. شکل موج سینوسی یک‌شکل موج نرم و متناوب است که در بسیاری از منابع طبیعی برق مانند ژنراتورهای AC و خطوط انتقال AC دیده می‌شود. شکل موج مربع یک‌شکل موج تند و دو‌حالته است که در برخی از دستگاه‌های الکترونیک مانند تایمرها و مولتی‌مترها استفاده می‌شود. شکل موج نمایشگر یک‌شکل موج پالسی است که در برخی از دستگاه‌های الکترونیک مانند نمایشگرهای دیجیتال و ساعت‌ها به کار می‌رود. شکل موج PWM یک‌شکل موج پالسی است که با تغییر نسبت زمان روشن به خاموش (duty cycle )، امکان کنترل ولتاژ و جریان خروجی را فراهم می‌کند. شکل موج PWM در بسیاری از کاربردهای کنترل قدرت و سرعت مانند کنترل سرعت موتورهای DC و AC، کنترل دمای هیترها، و کنترل روشنایی LEDها به کار می‌رود.
نوع شکل موج خروجی اینورتر به نوع طراحی و کاربرد آن بستگی دارد. برای مثال، نوع تمام موج تک‌فاز از چهار سوئيچ استفاده می‌کنند كه به‌صورت دو به دو در هر نیم‌دوره جريان را قطع و وصل می‌کنند. نوع سه‌فاز نيز از شش سوئيچ استفاده می‌کنند كه به‌صورت سه‌فاز جريان AC را توليد می‌کنند. نوع سینوسی از فیلترهای القائی و خازنی استفاده می‌کنند تا شکل موج خروجی را نزدیک به سینوس کنند. نوع PWM از تولید پالس‌های با فرکانس بالا و نسبت زمان روشن به خاموش (duty cycle) قابل‌تغییر استفاده می‌کنند تا شکل موج خروجی را نزدیک به سینوس کنند.
این دستگاه چه کاربردهایی دارد؟
تولید برق AC از منابع DC: اینورترها با تبدیل جریان DC به AC، امکان استفاده از منابع برق DC در دستگاه‌هایی که نیاز به برق AC دارند را فراهم می‌کنند. برخی از مثال‌های این کاربرد عبارت‌اند از:
استفاده از صفحه‌های خورشیدی برای تولید برق AC: صفحه‌های خورشیدی با تبدیل نور خورشید به جریان DC، یک منبع برق تجدیدپذیر و پاک هستند. با استفاده از یک دستگاه تبدیل‌کننده جریان، جریان DC تولید شده توسط صفحه‌های خورشیدی را می‌توان به جریان AC تبدیل کرد و به شبکه برق شهری وصل کرد. به‌این‌ترتیب، می‌توان هزینه برق را کاهش داد و آلودگی زیست‌محیطی را کم کرد.
استفاده از باتری‌ها برای تولید برق AC : باتری‌ها با ذخیره جریان DC، یک منبع برق قابل‌حمل و قابل‌شارژ هستند. با استفاده از یک اینورتر، جریان DC ذخیره شده در باتری‌ها را می‌توان به جریان AC تبدیل کرد و دستگاه‌های الکترونیک و الکترومکانیک را روشن کرد. به‌این‌ترتیب، می‌توان در موارد قطع‌شدن برق شهری یا در محله‌ای دورافتاده، دستگاه‌های موردنظر را به کار بست.
استفاده از خطوط انتقال HVDC: HVDC مخفف High Voltage Direct Current است و به روش انتقال جریان DC با ولتاژ بالا (بالاتر از ۱۰۰ کیلوولت) اطلاق می‌شود. با استفاده از خطوط انتقال HVDC، می‌توان جريان DC را با كمترين تلفات و هزينه به فواصل طولاني (بيش از ۵۰۰ كيلومتر) منتقل كرد. با استفاده از يك اينورتر در نقطه پایان خط، جريان DC را می‌توان به جريان AC تبديل كرد و به شبكه برق AC محلي وصل كرد.
انواع این دستگاه
این دستگاه‌ها را می‌توان بر اساس: نوع شکل موج خروجی، نوع سوئیچ‌های استفاده شده، نوع فیلترهای استفاده شده، و نوع کاربرد آنها به چندین دسته تقسیم کرد.
در ادامه به برخی از این دسته‌بندی‌ها و مثال‌های آنها اشاره می‌کنم:
بر اساس نوع شکل موج خروجی: اینورترها را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:
مربع
دستگاه تبدیل‌کننده جریانی که شکل موج خروجی آن مربع است. این نوع از ساده‌ترین و ارزان‌ترین نوع دستگاه‌ها است. با استفاده از دو سوئیچ، جریان DC را به AC با دو حالت +V و -V تبدیل می‌کند. این نوع دستگاه برای تغذیه دستگاه‌های الکترونیک کم حساس مانند چراغ‌های LED، فن‌ها، و پمپ‌ها مناسب است. برخی از مزایای این نوع اینورتر عبارت‌اند از:
- سادگی طراحی و ساخت
- هزینه پایین
- بازده بالا
- برخی از معایب آن عبارت‌اند از:
- شکل موج خروجی غیر سینوسی و دارای هارمونیک‌های بالا
- تولید نویز الکترومغناطیس
- عدم قابلیت کنترل ولتاژ و فرکانس خروجی
یک مثال از طرح یک اینورتر مربع تک‌فاز را در ادامه می‌توانید ببینید.
PWM
دستگاهی است که شکل موج خروجی آن PWM است. PWM مخفف Pulse Width Modulation است و به روش تغییر نسبت زمان روشن به خاموش (duty cycle) در یک‌شکل موج پالسی گفته می‌شود. با استفاده از چندین سوئيچ، جريان DC را به AC با فركانس بالا (بيش از ۲۰ کیلوهرتز) و نسبت زمان روشن به خاموش قابل‌تغییر تبديل می‌کند. با استفاده از يك فيلتر القائي و خازني، شكل موج خروجي را نزديك به سينوس كند. با تغيير نسبت زمان روشن به خاموش، می‌توان ولتاژ و فركانس خروجي را كنترل كرد. اين نوع اينورتر براي تغذيه دستگاه‌های الكترونيك حساس مانند تلویزیون، راديو، كامپيوتر، و موتورهاي AC مناسب است. برخي از مزاياي اين نوع اينورتر عبارت‌اند از:
- شکل موج خروجی نزدیک به سینوسی و دارای هارمونیک‌های کم
- تولید نویز الکترومغناطیس کم
- قابلیت کنترل ولتاژ و فرکانس خروجی
- برخی از معایب این نوع اینورتر عبارت‌اند از:
- پیچیدگی طراحی و ساخت
- هزینه بالا
- بازده پایین
یک مثال از طرح یک دستگاه PWM تک‌فاز را می‌توانید ببینید.
سینوسی
دستگاه تبدیل‌کننده جریانی است که شکل موج خروجی آن سینوسی است. این نوع دستگاه از پیچیده‌ترین و گران‌ترین نوع این دستگاه‌ها است. با استفاده از چندین سوئیچ، جریان DC را به AC با شکل موج سینوسی تبدیل می‌کند. برای تولید شکل موج سینوسی، معمولاً از روش‌های مبتنی بر تقارن، مدولاسیون جبران، یا تبدیل دستگاه‌های الکترومغناطیس کم استفاده می‌شود. برای تغذیه دستگاه‌های الکترومغناطیس کم حساس مانند تلفن، صدابردار، و سخت‌افزارهای صوتی مناسب است.
برخی از مزایای این نوع اینورتر عبارت‌اند از:
- شکل موج خروجی سینوسی و دارای هارمونیک‌های خیلی کم
- تولید نویز الکترومغناطیس خیلی کم
- عدم نیاز به فیلتر
- برخی از معایب آن عبارت‌اند از:
- پیچیدگی زیاد طراحی و ساخت
- هزینه خیلی بالا
- بازده خیلی پایین
خرید ابزار
علاوه بر تمام موارد فوق، همانطور که دریافتیم استفاده از دستگاه های اینورتر می تواند در جهت صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی و کاهش هزینه ها نقش به سزایی داشته باشد.
شما می توانید ابزار موردنظر خود را، توسط فرهان ابزار، اولین ابزارفروشی آنلاین در شهر رشت خریداری کنید.