احتمالا بارها و بارها و شاید بدون این که از این موضوع آگاه باشید از وسایلی استفاده کرده‌اید که در ساختار آن اینورتر به کار رفته است. در این مطلب قصد داریم تا همه چیز در مورد اینورتر را بررسی کنیم.
اینورتر را باید در تعریف کلی، یک مبدل دانست. اینورتر در واقع مبدلی است که جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کند اما اگر با صنعت برق آشنا باشید احتمالا می‌پرسید که این کار چه لزومی دارد؟ برق شهری متناوب یا AC است که با فرکانس ثابت، معمولا پنجاه هرتز، ارائه می‌شود و اینورتر این جریان متناوب را ابتدا به جریان مستقیم یا DC تبدیل می‌کند و سپس مجددا آن را به نوع متناوب یا AC تبدیل می‌کند.
احتمالا حالا سوالات شما چند برابر شده است! پیش از پاسخ دقیق به این سوال که اینورتر چیست لازم است تا این سوالات احتمالی را برطرف کنیم. اول از همه این که اصلا چرا برق شهری متناوب یا AC است؟ پاسخ می‌تواند بسیار مفصل باشد اما نکته‌ای که باید به طور خلاصه به آن اشاره کنیم این است که در تولید و انتقال برق، مسائل متعددی وجود دارد و هر نوعی از جریان که بتواند این فرایندها را ساده‌تر کند؛ قطعا گزینه بهتری خواهد بود. جریان برق مستقیم، قابلیت انتقال ندارد و اگر بخواهیم این نوع جریان را برای برق شهری برگزینیم باید در کنار هر خانه نیروگاه مخصوصی تاسیس کنیم که طبیعتا غیر ممکن است. به عبارت دیگر باید گفت که انتقال جریان برق متناوب، بسیار ساده‌تر است و باعث می‌شود تا اتلاف انرژی کمتری داشته باشیم.
اینورتر چیست
حالا که با این موضوع آشنا شدیم وقت آن رسیده تا بپرسیم که کار اینورتر چیست و چرا ابتدا جریان را به DC تبدیل کرده و مجددا آن را به متناوب یا AC تغییر می‌دهد؟ پاسخ در فرکانس و ولتاژ ثابت برق شهری نهفته است! برق شهری معمولا با ولتاژ ۲۲۰ و فرکانس ۵۰ هرتز در اختیار ما قرار می‌گیرد؛ اما بسیاری از وسایل از موتورهای الکتریکی گرفته تا پمپ‌های آب و … برای فعالیت خود به ولتاژ یا فرکانس متفاوتی نیاز دارند. حالا بهتر می‌فهمیم که کار اینورتر چیست. اما پیش از بحث مفصل در باره وظیفه و عملکرد و تعاریف اینورتر باید نکته‌ای را ذکر کرد و آن هم این است که بسیاری از وسایل الکترونیکی، با جریان برق مستقیم یا DC کار می‌کنند و معمولا ما در دنیای صنعت با برق متناوب سر و کار داریم. برای تبدیل جریان متناوب به مستقیم از یکسو کننده‌ها استفاده می‌شود که نمونه آن آداپتورهایی است که نمونه‌های بسیاری از آن را دیده‌ایم و برای این کاربرد (یعنی تبدیل برق متناوب به مستقیم) از اینورتر استفاده نمی‌شود.
وظیفه اینورتر چیست؟
تا اینجا به صورت ابتدایی با کارکرد و تعریف اینورتر آشنا شدیم و حالا وقت آن رسیده تا وظیفه این عنصر مهم در برق صنعتی را بیشتر بررسی کنیم. گفتیم که اینورتر جریان برق متناوب را به مستقیم تبدیل کرده و سپس آن را به جریان برق متناوب، با ولتاژ و فرکانس مورد نیاز تبدیل می‌کند.
دلیل این موضوع هم بیشتر به ساختار و شیوه طراحی و تامین انرژی وسایل صنعتی از جمله موتورهای الکتریکی بستگی دارد. به عبارت دیگر موتورهای الکتریکی یا سایر تجهیزات صنعتی که برای کار کردن به برق متناوب نیاز دارند؛ با ولتاژ و فرکانس خاصی کار می‌کنند در حالی که ولتاژ و فرکانس برقی که از نیروگاه دریافت می‌کنیم ثابت است. حالا شاید سوال این باشد که آیا نمی‌توان این تجهیزات صنعتی را به نحوی طراحی کرد که با همان ولتاژ و فرکانس برق شهری هماهنگ باشند و دیگر نیازی به استفاده از اینورتر نداشته باشیم؟
پاسخ این است که، این کار از نظر تئوری ممکن است اما در دنیای صنعت، مباحث اقتصادی اهمیت بالایی دارند. شما با ایده‌هایی جذاب از دانشمندان بزرگ روبرو می‌شوید که هیچگاه اجرایی نشده‌اند و علت آن هم این است که اجرای این ایده‌ها از لحاظ اقتصادی به صرفه نیست. در ادامه هم باید به این نکته اشاره کرد که استفاده از اینورتر مزایای دیگری مثل کاهش مصرف برق یا تنظیم سرعت موتور را نیز برای شما به ارمغان خواهد آورد و اگرچه وظیفه اصلی آن تبدیل جریان برق به جریانی است که قطعات صنعتی به آن نیاز دارند اما قطعا مزایای دیگری هم دارد که در جای خود به آن خواهیم پرداخت.
تعریف اینورتر از نظر علمی
با توجه به چشم اندازهای متفاوت علم و دنیای آکادمیک با جهان صنعت، تعاریف و حتی نام قطعه‌ها ممکن است در این دو جهان با یکدیگر متفاوت باشد. در این قسمت قصد داریم تا به شما بگوییم که تعریف اینورتر چیست؛ البته از نظر علمی!
تاریخچه اینورتر را باید در نظریات دانشمند بزرگ، نیکولا تسلا جستجو کرد اما اصطلاح اینورتر به شکل رسمی و در قالب یک مقاله علمی و آکادمیک، توسط شخصی به نام دیوید پرینس مطرح گشت.
در مهندسی برق اینورتر به قطعه‌ای گفته می‌شود که می‌تواند جریان مستقیم یا DC را به متناوب تبدیل کند و احتمالا متوجه تفاوت ظریف این تعریف، با تعریف اینورتر در دنیای صنعت شده‌اید. در دنیای صنعت اینورتر قطعه‌ای است که ابتدا متناوب را به مستقیم و سپس مستقیم را به متناوب با ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل می‌کند. این در حالی است که وظیفه تبدیل جریان متناوب به مستقیم، از لحاظ تئوری به عهده قطعاتی به نام یکسوساز یا یکسو کننده است.
در واقع در دنیای صنعت به تلفیق یکسو کننده و اینورتر با تعریف علمی، به صورت یک جا، اینورتر گفته می‌شود و ما هم در ادامه مطلب به همین تعریف توجه داریم. البته تعریف اینورتر در دنیای صنعت با تعریف قطعه دیگری به نام درایو هم تلفیق شده که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
اینورتر چیست؟
فرق درایو و اینورتر چیست؟
شاید به کرات نام قطعه درایو صنعتی را در کنار نام اینورتر شنیده باشید یا حتی دیده باشید که عده‌ای این دو مفهوم را به جای هم به کار می‌برند. این موضوع را هم باید ناشی از همان تفاوت دیدگاه صنعت و علم دانست. در ابتدای این مطلب اشاره کردیم که اینورتر می‌تواند با تغییر فرکانس، سرعت چرخش موتور را تغییر دهد. این مسئله توسط قطعه‌ای دیگری به نام درایو صنعتی هم انجام می‌شود.
در حقیقت درایو صنعتی قطعه‌ای است که می‌تواند از طریق تغییر فرکانس برق، ولتاژ و سرعت چرخش موتور الکتریکی را کنترل کند اما توانایی تبدیل جریان از متناوب به مستقیم یا بالعکس را ندارد. همین موضوع باعث شده است تا عده‌ای درایو و اینورتر را یکسان بدانند؛ در حالی که این دو قطعه از لحاظ ساختاری و علمی با یکدیگر متفاوت هستند.
اگر بخواهیم به صورت اجمالی به این نکته بپردازیم که تفاوت درایو با اینورتر چیست؛ باید به نکات زیر اشاره نماییم:
اینورترها هیچ قطعه متحرک و چرخنده‌ای ندارند در حالی که درایو صنعتی شامل این گونه قطعات است.
وظیفه اصلی اینورتر تبدیل نوع جریان است در حالی که وظیفه درایو، کنترل ولتاژ و سرعت موتور می‌باشد.
با درایو می‌توان ولتاژ ورودی و توان ورودی را به صورت دستی تنظیم کرد در حالی که در اینورترها تنها امکان تغییر توان و ولتاژ خروجی وجود دارد.
علی رغم این تفاوت‌ها می‌بینیم که در دنیای صنعت تمایزی میان این دو قطعه قائل نمی‌شوند و ما هم در ادامه بحث و به خاطر کاربردی‌تر بودن موضوع، این دو مفهوم را حدودا یکی در نظر خواهیم گرفت. بعد از تمامی این بحث‌ها اگر بخواهیم بگوییم که منظور ما از اینورتر در این مطلب چیست؛ باید گفت که علی رغم تمام تفاوت‌های موجود میان این قطعه و قطعاتی نظیر درایو و یکسو ساز، تعریف ما همان چیزی است که در ابتدای مطلب ارائه شد. اینورتر قطعه‌ای است که جریان برق را از متناوب به مستقیم و از مستقیم به جریان متناوب با ولتاژ و فرکانس مدنظر تبدیل می‌کند و می‌توان از آن برای کنترل سرعت و ولتاژ موتور هم استفاده نمود.
انواع اینورتر
پس از بحثی مفصل درباره ماهیت اینورتر صنعتی وقت آن رسیده تا ببینیم انواع اینورتر چیست و چه تفاوتی میان انواع مختلف آن وجود دارد. اینورترها را می‌توان بر اساس عوامل متعدد و به شکل‌های گوناگون و متنوعی دسته بندی کرد. برای مثال تقسیم بندی اینورتر بر اساس عواملی مثل ولتاژ خروجی، توان، قیمت، برند تولید کننده و… امکان پذیر است. اما آن نوع از دسته بندی که می‌تواند جامع‌تر و کارآمدتر باشد؛ دسته بندی بر اساس دو عامل کلی زیر است.
اینورتر امرن چیست؟
دسته بندی بر اساس تعداد فاز
احتمالا بارها روی کنتور برق خود، عبارت برق تکفاز را دیده‌اید و در محیط‌های صنعتی با برق سه فاز روبرو شده‌اید. این موارد مختلف، برای برآورده کردن نیازهای گوناگون ایجاد شده‌اند و اینورترها هم بر این اساس به دو نوع تکفاز و سه فاز تقسیم می‌شوند.
دسته بندی بر اساس حالت موج‌خروجی
نوع دسته بندی دیگر برای اینورترها، تقسیم آنها به انواع مختلف بر اساس شکل موج خروجی آنها است. گفتیم که اینورتر جریان برق شهری را به مستقیم و سپس و به متناوب تبدیل می‌کند اما جریان متناوب خروجی می‌تواند شکل‌های متفاوتی داشته باشد. به صورت کلی، موج خروجی اینورتر به سه دسته مربعی، مربعی اصلاح شده و سینوسی یا خالص تقسیم بندی می‌شود.
شکل موج مربعی ساده‌ترین شکل موج خروجی است و طبیعتاً اینورترهایی که این نوع موج را تولید می‌کنند ساختاری ساده‌تر و بهای پایین‌تری هم خواهند داشت. نوع اصلاح شده یا msw نوعی است که شکل مربعی تا حدودی به شکل سینوسی نزدیک شده اگرچه هنوز هم با آن متفاوت است و در نهایت نوع سینوسی خالص یا PSWنوعی از موج خروجی است که کاملا سینوسی است البته با فرکانس و ولتاژی دلخواه و طبیعتا اینورتری که شکل موج خروجی آن PSW باشد گران‌‌تر از سایر مدل‌ها خواهد بود. حالا می‌دانید که یکی از اصلی‌ترین دلایل تفاوت قیمت در انواع اینورتر چیست.
کاربردهای اینورتر چیست؟
در این بخش قصد داریم به این موضوع بپردازیم که کارکرد اینورتر چیست و در چه مواردی به کار می‌رود. از تعریف و بحث در مورد اینورتر می‌توان نتیجه گرفت که در هر جایی که به جریان متناوب با ولتاژ و فرکانسی خاص نیاز داشته باشیم؛ سراغ اینورترها خواهیم رفت. اما اگر بخواهیم اصلی‌ترین کاربردهای اینورتر industrial inverter را به صورت خلاصه مرور کنیم می‌توانیم به این موارد اشاره نماییم:
- پمپ‌ها، اعم از صنعتی، ساختمانی، ساده و …
- سیستم‌های تهویه و به طور خاص فن‌ها، مثلا فن کوره یا فن‌های به کار رفته در گلخانه‌ها و …
- بلوئرها
- آسانسورها و بالابرها
- دستگاه‌های CNC و برش چوب
- دستگاه‌های صنعتی خم و برش
- ادوات جوشکاری
- جرثقیل‌ها
- نوارهای نقاله
- دستگاه‌های چاپ
- دستگاه‌های بسته بندی صنعتی
- پنل خورشیدی
- تزریق پلاستیک
- برق اظطراری
- منابع تغذیه صنعتی
و…
مزایای اینورتر چیست؟
مهم‌ترین دلیل استقبال از اینورتر در صنعت و استفاده زیاد از آن، تا حدی که عده‌ای آن را مهم‌ترین قطعه در دنیای برق صنعتی می‌دانند؛ مزایای چشمگیری است که استفاده از اینورتر برای ما به ارمغان می‌آورد. از جمله این مزایا باید به موارد زیر اشاره کنیم:
کاهش مصرف انرژی، گفتیم که از طریق اینورتر می‌توانیم ولتاژ و سرعت حرکت موتور را کنترل کنیم و در بسیاری از موارد نیازی به کار کردن موتور با حداکثر سرعت نیست و از این طریق کاهش چشمگیری در مصرف برق ایجاد خواهد شد.
افزایش عمر مفید، به طور کلی باید گفت که هر قدر جریان مورد استفاده برای راه‌اندازی موتور کمتر باشد؛ عمر آن بیشتر خواهد شد و با استفاده از اینورتر و کنترل این عامل می‌توانیم عمر مفید قطعات و از جمله موتورهای الکتریکی ماشین آلات خود را افزایش دهیم. اینورتر می‌تواند اضافه جریان ایجاد شده در هنگام راه‌اندازی موتور الکتریکی را از بین ببرد.
عدم نیاز به کنتاکتور، کنتاکتور به صورت کلی برای چپ‌گرد و راست‌گرد کردن موتور یا به عبارت دیگر برای تغییر جهت چرخش موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد و با استفاده از اینورتر، می‌توانیم جهت چرخش موتور را بدون نیاز به کنتاکتور تغییر دهیم.
طول عمر بالای اینورتر، گفتیم که اینورترها قطعات متحرک ندارند و در نتیجه طول عمر بالا و فرسودگی کمتری خواهند داشت.
برنامه ریزی، با استفاده از اینورتر می‌توانیم، حرکت موتور را برنامه‌ریزی نموده یا حتی آن را از راه دور کنترل کنیم. همچنین مواردی مثل روشن و خاموش کردن موتور بدون ایجاد تغییر در منبع تغذیه اصلی را نیز باید در ذیل همین مورد و به عنوان یکی از مزایای اینورتر بیان نمود.
حفاظت بیشتر، احتمالا بارها دیده‌اید که ولتاژ برق شهری تغییر می‌کند و اگر از محافظ‌های مناسب استفاده نکنیم، این تغییر ولتاژ می‌تواند به لوازم ما آسیب وارد کند. استفاده از اینورتر سبب خواهد شد که دیگر نگرانی و دغدغه‌ای درباره این موضوع نداشته باشیم.
جمع بندی
در پایان باید گفت که اینورتر، تعاریف متعددی از نظر صنعتی، کاربردی و علمی دارد اما وظیفه اصلی این دستگاه تبدیل جریان مستقیم به متناوب با ولتاژ و البته فرکانس مناسب است. اینورتر می‌تواند سرعت چرخش موتور و ولتاژ را از طریق تغییر فرکانس کنترل کرده و سبب کاهش مصرف برق شود. اینورتر کاربرد فراوانی در صنعت داشته و مزایای زیادی را برای ما به ارمغان می‌آورد. ما در این مطلب تلاش کردیم تا به این سوال پاسخ دهیم که اینورتر چیست و چه تفاوتی با درایو یا یکسو کننده دارد و کاربردهای آن را تشریح نمودیم. نکته مهم این است که برندهای متفاوتی در زمینه تولید اینورتر فعالیت می‌کنند و با توجه به نقش حساس این قطعه، پیشنهاد می‌کنیم که در هنگام خرید اینورتر حتما سراغ برندهای معتبر و باکیفیت بروید.