اینورتر چیست؟ | کاربرد + انواع + مزایا و معایب
اینورتر چیست؟
کاربرد اصلی اینورتر یا معکوس‌کننده، انجام عمل عکس مبدل‌های متداول برق AC به DC است و کاربرد دیگر اینورتر (یا درایو AC)، کنترل دور و سرعت موتورهای الکتریکی AC سه‌فاز بدون کاهش قدرت و گشتاور موتور و کاهش مصرف انرژی بدون هیچ گونه تأثیری در عملکرد سیستم است.پس در واقع اینورتر دستگاهی الکتریکی است و نقش آن تبدیل جریان برق DC به AC است. منظور از برق DC جریان برق مستقیم و منظور از برق AC جریان متناوب است. جریان مستقیم پس از تبدیل به جریان متناوب می‌تواند با توجه به نیاز، در ولتاژ و فرکانس مناسب کنترل شود.
در بیانی ساده تر می توان گفت که همه الکتروموتورها الکتریسیته مصرف می کنند بنابراین برای تامین گشتاور یا سرعت مورد نیاز به مقدار انرژی مربوطه نیاز دارند. اگر گشتاور یا سرعت خیلی زیاد یا کم باشد، از کنترل های مکانیکی برای کنترل خروجی استفاده می شود. سرعت موتور باید دقیقاً مطابق با آنچه فرآیند مورد نیاز است مطابقت داشته باشد، در غیر این صورت نتیجه ناکارآمدی با مقدار زیادی مواد و انرژی است.بنابراین نحوه کنترل الکتروموتور از اهمیت زیادی برخوردار است تا باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه های نگهداری شود ، و یکی از این راه ها استفاده از اینورتر است.
بنابراین اینورتر ابزار الکترونیکی برای کنترل سرعت موتورهای الکتریکی در فعالیت‌های صنعتی است و در واقع تنطیم سرعت از فاکنورهای کلیدی مهم در صنایع است. با استفاده از انواع اینورتر می‌توانیم دامنه گسترده‌ای از تنظیم سرعت در موتورهای الکتریکی داشته باشیم. تا جاییکه می‌توانیم هر موتور را در سرعتی بسیار کم و یا سرعتی بسیار زیاد تنظیم کنیم. اینورترها بدون نیاز به حضور مکانیکی و تنها با اعمال تغییر در سطح فرکانس و یا ولتاژ قابلیت تغییر سرعت موتورها را دارند.
در صنایع مختلف از انواع الکتروموتورهای تک فاز و یا انواع موتورهای سه فاز استفاده می‌شود که با سرعت‌های استانداردی طراحی می‌شوند و در هنگام کار نیاز به سرعت‌های متغیر داریم که در طراحی های قدیمی از موتورهای روتور سیم پیچی شده و یا ابزارهای مکانیکی مانند گیربکس‌ها برای تنظیم سرعت موتورهای الکتریکی استفاده می کردند اما حالا با قرار دادن اینورتر در مسیر تغذیه موتور شرایط تنظیم سرعت آن فراهم است.
اجزای اینورتر موتور
بخش‌های اصلی یک اینورتر عبارتند از:
- کنترل
- مدار اصلی
- منبع تغذیه
بخش کنترل شامل : 1-برد کنترل(محل پردازش سیگنال های ورودی به درایو، مغز سیستم)، 2-ترمینال برد (اعمال کنترلی مثل اتصال سنسور به درایو، کم و زیاد کردن دور موتور) ،3- کی پد (انجام تنظیمات) است.
مدار اصلی پیچیده‌ترین قسمت اینورتر است که تبدیلات ولتاژ هم در این محل انجام می‌گیرد و تمام سوئیچ‌ها در این محل قرار دارند.و منبع تغذیه که در واقع عامل اصلی راه اندازی اینورتر است.
کاربرد های مهم اینورتر
- سیستم های انرژی خورشیدی: از آنجایی که تقاضا برای انرژی های تجدیدپذیر همچنان در حال افزایش است، منبع خورشیدی یک گزینه انرژی محبوب است. اینورترها با تبدیل برق DC جمع آوری شده از طریق پنل های خورشیدی به برق AC برای استفاده در خانه ها، صنایع و تجهیزات تجاری، نقش کلیدی در سیستم های انرژی خورشیدی دارند. اینورترها کیفیت برق را تضمین می کنند و منبع تغذیه قابل اعتماد را ارائه می دهند.
- لوازم خانگی: مناسب برای خانوارهای کوچک، به ویژه مناطق روستایی، کوه ها، جزایر،پست های مرزی و سایر مناطق دور از شبکه برق یا شبکه برق توسعه نیافته برای زندگی نظامی و غیرنظامی. با استفاده از این برنامه های اینورتر، نیازی به ادغام در شبکه برق نیست، که به طور موثر زندگی اساسی نظامیان و غیرنظامیان را در مناطق بدون برق حل می کند.همچنین به طور گسترده ای در بسیاری از لوازم خانگی مثل ماشین لباسشویی و یخچال و … استفاده می شوند،این لوازم خانگی اغلب برای عملکرد صحیح نیاز به برق متناوب دارند. اینورتر می تواند برق DC منبع تغذیه خانه را به برق AC مورد نیاز تبدیل کند.
- روشنایی در فضای باز: در فعالیت های خارج از منزل، منبع تغذیه عمدتاً برای محصولات الکتریکی دیجیتال مانند روشنایی، پنکه ها، تلویزیون ها و تلفن های همراه استفاده می شود. سیستم تولید برق خورشیدی طراحی قابل حملی را اتخاذ می کند و دارای ویژگی های اندازه کوچک، وزن سبک، عملکرد بالا، عملی بودن قوی و دوام است.
- نیروی باد: نیروی باد یکی دیگر از انواع مهم انرژی های تجدیدپذیر است که کاربردهای اینورتر نیز نقش مهمی در آن ایفا می کند. برق تولید شده توسط توربین های بادی جریان مستقیم است، اما اکثر سیستم های قدرت به جریان متناوب نیاز دارند. با استفاده از اینورتر، جریان مستقیم تولید شده توسط نیروی باد را می توان به جریان متناوب برای رفع نیازهای شبکه تبدیل کرد. اینورترها همچنین نقش کلیدی در تثبیت توان خروجی و نظارت بر سیستم دارند.
- وسایل نقلیه الکتریکی و هیبریدی: با افزایش تقاضا برای حمل و نقل سازگار با محیط زیست، وسایل نقلیه الکتریکی و خودروهای هیبریدی به طور فزاینده ای محبوب می شوند. نقش اینورتر در این خودروها تبدیل برق DC باتری به برق AC برای راه اندازی موتور الکتریکی است. اینورترها تاثیر بسزایی در عملکرد و کارایی خودروهای الکتریکی و هیبریدی دارند.
- صنعت برق: کاربرد اینورتر نقش بسیار مهمی در صنعت برق و به خصوص در انواع الکتروموتورها دارد. آنها برای کنترل کیفیت توان، تثبیت ولتاژ و فرکانس و اطمینان از قابلیت اطمینان انتقال نیرو استفاده می شوند. اینورترها می توانند به تنظیم خروجی یک سیستم قدرت با توجه به نیازهای بار مختلف کمک کنند. اینورترها همچنین می توانند برق پشتیبان را برای اطمینان از تداوم منبع تغذیه در هنگام خرابی شبکه یا سایر شرایط اضطراری فراهم کنند.
- کشاورزی: آبیاری یک وظیفه بسیار مهم در تولیدات کشاورزی به ویژه در مناطق خشک که منابع آبی محدود است، می باشد. با این حال، در عین حال، شدت و زمان تابش آفتاب در مناطق خشک بسیار زیاد است، بنابراین استفاده از سیستم های تولید برق خورشیدی برای تکمیل عملیات مزرعه به طور موثر مناسب است.پنل های خورشیدی برای جذب انرژی تابش خورشیدی استفاده می شود و پس از تبدیل شدن توسط اینورتر، مستقیماً برای تامین برق تجهیزات کشاورزی استفاده می شود و تا حد زیادی در هزینه های عملیات کشاورزی صرفه جویی می شود.
- فناوری اطلاعات: اینورترها در حوزه فناوری اطلاعات نیز کاربرد فراوانی دارند. سرورها، تجهیزات شبکه یا مراکز داده، همه آنها به منبع تغذیه AC پایدار نیاز دارند. اینورترها می توانند به طور موثر برق DC را به برق AC مورد نیاز تبدیل کرده و ولتاژ و فرکانس ثابتی را برای اطمینان از عملکرد طبیعی این دستگاه ها فراهم کنند.
- استفاده در پمپ های صنعتی و ساختمانی: یکی از کاربردهای اصلی اینورتردر پمپ‌های آب می باشد. از مزایای استفاده از اینورتر برای پمپ های آب کاهش هزینه نگهداری، بهینه‌سازی مصرف، صرفه‌جویی در مصرف انرژی و… می‌باشد. در بخشی که برای کنترل پمپ‌ها باید از موتورهای الکتریکی استفاده شود، برای صرفه‌جویی در مصرف انرژی از اینورتر استفاده می شود.بوسیله اینورتر تمامی متغیرهای اساسی موتور مانند ولتاژ، جریان و سرعت اسمی کنترل می‌شود.
- نوار نقاله: اینورتر موتور در انواع نوار نقاله در جهت کنترل سرعت موتور و گشتاور AC با تغییر فرکانس و ولتاژ ورودی موتور الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد. به دلیل اینکه اینورترها به کاربران اجازه می دهند تا سرعت و گشتاور موتور نقاله را مشخص کند، با شناسایی رفتار های غیر عادی موتور، از خود واکنش نشان می دهد و با خاموش کردن تجهیزات قبل از بروز آسیب از آنها محافظت می کند.
- اینورتر آسانسور: در صنعت آسانسور، شروع به حرکت نرم و آرام، کنترل مناسب سرعت در بازه های زمانی مختلف از شروع به حرکت تا پایان حرکت، توقف نرم و… از اهمیت بالایی برخوردار است.به کمک اینورتر آسانسور می توان این موارد را به راحتی و با تنظیم تنها چند پارامتر اینورتر انجام داد. بصورتی که امروزه تقریبا هرکجا که موتور استفاده شده، یک دستگاه اینورتر نیز در کنار موتور برای کنترل و بهبود حرکت موتور قرار داده شده است. در سیستم آسانسور هم اینورتر آسانسوری یا همان اینورتر ایرانی آسانسور وظیفه کنترل دور موتور را برعهده دارند.
موارد موثر کاربرد اینورتر
1. کاربرد اینورتر در کاهش مصرف انرژی
کاهش مصرف انرژی باعث صرفه جویی در هزینه‌ها می شود. امروزه میزان زیادی از مصرف انرژی در صنعت ، به انرژی الکتریکی مربوط می‌شود. استفاده از اینورتر موتور با افزایش راندمان موتور در کاهش مصرف برق به ویژه در فن‌ها و پمپ‌ها بسیار موثر است. در واقع اینورتر موتور با محاسبه و کنترل میزان توانی که باید در موتور اعمال شود، میزان برق مصرفی را نیز کنترل می‌کند و کاهش می‌دهد.
2. کاربرد اینورتر در افزایش طول عمر موتور و تجهیزات
اینورتر یا همان درایو می‌تواند فرکانس و ولتاژ کاری موتور را به طور بهینه کنترل کند. به همین دلیل یکی از مهم‌ترین کاربردهای اینورتر موتور را می‌توان حفاظت از آن دربرابر آسیب‌های ناشی از بار اضافه‌ی الکتریکی، اتصال فاز به فاز، ولتاژ پایین یا بالا و سایر آسیب‌های دیگر محافظت کند. از آن‌جا که سرعت بهینه‌ی الکتروموتورها با اینورتر تنظیم می‌شود، طول عمر دستگاه‌ها افزایش می‌یابد.
کاربران دستگاه‌ها غالبا با مشکلاتی چون شوک‌های زمان استارت مواجه هستند. اینورتر با کاهش جریان برق در راه اندازی، مانع از ایجاد این شوک‌ها می‌شود. به همین دلیل عمر دستگاه‌ها افزایش می‌یابد. با راه‌اندازی نرم موتور، ضربات مکانیکی که در بخش‌های مختلف موتور در زمان راه‌اندازی وارد می‌شد، کاهش می‌یابد. به این ترتیب عمر تجهیزات و قطعات نیز افزایش خواهد یافت.
3. کاربرد اینورتر در کیفیت روند کار و تولید
یکی از کاربردهای مهم اینورتر، افزایش راندمان کاری است. بسیاری از تجهیزات برقی به دفعات در اثر شوک استارت یا وارد آمدن بار اضافه‌ی الکتریکی و ولتاژ ورودی بالا، دچار آسیب شده و از کار می‌افتند.برخی مواقع ممکن است حتی نتوان عیب دستگاه را رفع کرد . حتی اگر دستگاه از دور خارج نشده باشد و تنها نیازمند تعمیر باشد، هزینه و زمانی که برای اصلاح و راه‌اندازی مجدد صرف می‌شود، باعث زیان قابل توجهی می شود.از کاربردهای مهم اینورتر، کاهش این آسیب‌ها و صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان و هزینه‌های تعمیر و راه‌اندازی مجدد می شود.
انواع اینورتر
انواع اینورتر برای کنترل سرعت انواع موتورهای الکتریکی طراحی شده‌اند و از لحاظ فنی، طراحی آنها کاملاً وابسته به نوع موتور و چگونگی تغذیه موتور دارد. در حوزه صنعت با انواع موتورهای سه فاز و تک فاز کار می‌کنیم. برای راه‌اندازی موتورهای تک فاز از سطح ولتاژ ۲۲۰ ولت و برای موتورهای سه فاز از سطح ولتاژ ۳۸۰ ولت استفاده شده است. قاعدتاً انواع آن برای راه‌اندازی انواع موتور در دو گروه کلی قرار می‌گیرند.
- اینورتر سه فاز
- اینورتر تکفاز
مدل تکفاز مخصوص راه‌اندازی موتورهای سبک تک فاز طراحی شده است و با قرار گرفتن در تغذیه ۲۲۰ ولت موتور، عملیات کنترل سرعت را انجام می‌دهد. اما مدل سه فاز مخصوص نصب شدن در مسیر خطوط سه فاز طراحی شده است.
نوع دیگری از اینورتر هم داریم که خط تکفاز سمت ورودی خود را به یک خط سه فاز در سمت خروجی تبدیل می‌کنند. از این نوع اینورتر برای شرایطی استفاده می‌شود که دسترسی به برق سه فاز وجود ندارد.
طرز کار اینورتر چگونه است؟
اینورترها برای تبدیل سطوح ولتاژ و همچنین جابه‌جایی سطح فرکانس در سیستم‌های برق صنعتی طراحی شده‌اند. خروجی اینورترها همچنان برق سینوسی تکفاز و یا سه فاز است. اما این خط برق خروجی را تحت تغییرات گسترده در سطوح ولتاژ و فرکانس و با شرایط کاملاً ایمن در اختیار موتورهای الکتریکی قرار می‌دهند. هر اینورترطراحی شده است تا یک خروجی تحت کنترل با دقت بالا و کیفیت عالی موج سینوسی را تولید نماید.
در داخل هر دستگاه اینورتر از مبدل‌های AC به DC، یکسو سازها، انواع فیلترها، کنترل کننده‌ها استفاده شده است. خط برق موج سینوسی تکفاز و یا سه فاز ورودی اینورتر در مبدل AC به DC به یک خط ولتاژ DC با موج شکسته تبدیل می‌شود. در این مرحله خروجی DC اینورتر تهیه شده است و از آن می‌توانیم برای فرمانهای کنترلی استفاده کنیم.برای تأمین ولتاژ خروجی، طبقه اینورتر DC به AC حضور دارد. برق DC با عبور از این طبقه تبدیل به موج AC با تنظیم دقیق و مناسب راه‌اندازی موتور شده است. حالا موتورهای الکتریکی با حضور خط تغذیه کنترل شده تحت سرعت دلخواه کار می‌کنند.
تمام حرکت‌هایی که با الکتروموتور صورت می‌گیرد، می‌تواند با اینورتر موتور کنترل شود. اینورتر دستگاه فاقد قطعه‌ی متحرک است. این دستگاه حرکات را هوشمندانه‌تر کرده و در کنترل کامل می‌آورد. کاربردهای آن واقعا متنوع و گسترده است. مثلا در یک هتل که از پمپ برای بهبود جریان آب استفاده می‌شود، می‌توان سرعت گردش پمپ را مبتنی بر میزان مصرف آب و تعداد شیرهای باز تنظیم کرد. به این ترتیب زمانی که مصرف کم است، از فشار بیش از حد پیشگیری می‌شود.
محل نصب اینورتر در سمت تغذیه ورودی موتورهای الکتریکی است. هر اینورتر بدون واسطه در ورودی خطوط تکفاز و یا سه فاز موتور نصب می‌شود. لذا در ارتباطی کاملاً الکترونیکی با موتور قرار دارد. به این ترتیب سطح کنترل کاملی در چگونگی تغذیه موتورهای الکتریکی خواهد داشت.
مزایا و معایب استفاده از اینورتر
مزایای اینورتر
مزایای استفاده از اینورتر عبارتند از:
- باعث صرفه‌جویی در مصرف برق و کاهش هزینه ها می شود.
- افزایش راندمان کاری ،به طور مثال وقتی کولر ماشین در حال کار کردن با برق خودرو است، اگر به هر دلیلی نتواند با حداکثری توانی که برای آن تعریف کرده‌اند، کار خود را انجام دهد، با کمک انرژی که در اینورتر ذخیره شده است، کولر قادر خواهد بود با حداکثر توان کار کند و دمای محیط را پایین آورد.
- بالا رفتن عمر قطعات بدلیل اینکه فشار وارد شده به آنها کمتر شده و دیرتر خراب می شوند.
- با استارت آرام موتور از ایجاد جریان بالای راه‌اندازی جلوگیری می‌کند.
- برای نصب و راه‌اندازی اینورتر به تجهیزات خاصی نیاز نیست و تنها با استفاده از کلید اتوماتیک یا مینیاتوری در کنار چند کلید حرارتی می توان اقدام به نصب اینورتر کرد.
- باعث ایجاد حرکت ملایم و یکنواخت موثری در حین تغییر سرعت می‌شود. لذا مانع از ایجاد ضربه و خرابی بخش‌های مکانیکی خواهد شد.
- توانایی گسترده در تغییر سرعت موتور دارد.
- بدون نیاز به استفاده از مدار فرمان کنتاکتوری قابلیت تغییر دور موتور را دارد.
- امکان هوشمند سازی کارکرد موتور طبق برنامه زمان‌بندی شده را فراهم می‌کند.
- بدون نیاز به قطع برق شرایط روشن و خاموش کردن موتور را دارد.
- از موتورهای الکتریکی در مقابل هر نوع اضافه بار و حتی اتصال کوتاه محافظت می‌کند. طول عمر مفید موتور افزایش پیدا می‌کند.
- از موتور در مقابل ولتاژهای متغیر محافظت می‌کند.
- قابلیت کنترل از راه دور سرعت موتور را دارد. می‌توانیم از PLC برای کنترل اینورترها استفاده کنیم.
- توانایی کنترل اتوماتیک حلقه بسته موتورها در طراحی سیستم‌های خودکار را دارد.
- اینورترها دارای سیستم حفاظت و خطایابی می‌باشند در نتیجه احتمال بروز آسیب به موتور به حداقل میزان خود می‌رسد.
معایب اینورتر
معایب اینورتر به شرح زیر است:
- یکی از معایب اینورتر بالا بودن قیمت آن است. به دلیل کاربرد و ساختار فوق‌العاده تخصصی که این دستگاه دارد، اینورتر با قیمت بالایی در بازار موجود است. البته به یاد داشته باشید، این عیب به عنوان یک عیب فنی دستگاه مطرح نیست. در واقع اینورتر با کاهش هزینه‌ها، می‌تواند بودجه‌ای را که برای خرید آن صرف شده است، جبران کند.
- از عیوب دیگر آن بالا رفتن هزینه تعمیر این دستگاه در شرایطی است که سیستم اینورتر پیچیده است. هر قدر سیستم اینورتر پیچیده‌تر باشد، قیمت آن بالاتر می‌رود.
- اگر اینورتر از نظر فنی دچار نقص شود و به یک تعمیرکار نیاز پیدا کند، تعداد کسانی که تجربه و تخصص کافی برای تعمیر این دستگاه را دارند، زیاد نیستند. این موضوع در نوع خود می‌تواند مشکلاتی را به بار آورد.
- یکی از معایب آن ، متصل بودن این دستگاه به یک منبع جریان پیوسته و مستقیم است. برای آنکه این دستگاه کار خود را به خوبی انجام دهد، باید به یک منبع جریان پیوسته، متصل باشد. این مورد برای آنکه دستگاه نیروی لازم برای تبدیل انرژی را در اختیار داشته باشد، لازم و ضروری به نظر می‌رسد.
تفاوت اینورتر و درایور
ممکن است برای کاربران این سوال پیش بیاید که تفاوت اینورتر و درایو چیست؟ در واقع یکی دیگر از اصلی ترین تفاوت های میان این دو وسیله این است که، اینورتر ها تنها معکوس کننده جریان برق از DC به AC هستند اما درایو های صنعتی با استفاده از همین معکوس و یک سو کردن جریان برق به کنترل دور موتور دستگاه های صنعتی و الکتروموتور ها می پردازد.ممکن است گاهی اینورتر و درایو به عنوان یک محصول شناخته شوند، در صورتی که این دو دستگاه یکسان نیستند اما وظایف کاملا مشابهی انجام می‌دهند.
تفاوت اول اینکه اینورترها قطعات محرک ندارند، درست برعکس درایوها که دارای تعدادی قطعه محرک در داخل خود می‌باشند. تفاوت دوم بین آنها این است که در اینورترها تنها ولتاژ و توان خروجی قابل مشخص کردن می‌باشد. در حالیکه در درایوهای صنعتی با تنظیم دستی ولتاژ، فرکانس و توان ورودی، می‌توان مقادیر خروجی دستگاه‌ها بصورت دلخواه مشخص کرد. و در نهایت تفاوت اصلی و عمده بین اینورترها و درایوهای صنعتی این است که، اینورترها تنها معکوس کننده جریان برق از DC به AC می‌باشند، درحالی‌که درایوهای صنعتی با استفاده از همین معکوس و یکسو کردن جریان برق به کنترل دور موتور دستگاه‌های صنعتی و الکتروموتورها می‌پردازد.
ورودی اینورتر به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شود، اما همه‌ی اینورترها خروجی سه فاز دارند. برای اینورتر موتورهای بالای 3 اسب از اینورتر سه فاز استفاده می‌شود.در نتیجه اینورترها در انواع تک فاز و سه فاز موجود هستند و به آنها اینورتر تک فاز به سه فاز و اینورتر سه فاز به سه فاز نیز گفته می‌شود.
نتیجه گیری
اینورتر که با نام‌های AC درایو، درایو با سرعت متغیر، درایو با فرکانس متغیر، کنترل دور موتور نیز شناخته می‌شود، تقریبا در تمام صنایع کاربرد دارد. دلیل این نام گذاری، کنترل سرعت گردش یک موتور AC است. اینورتر موتور یکی از انواع پرکاربرد اینورتر است، همانطور که از نامش پیداست، مختص استفاده در الکتروموتورهاست. به این نوع اینورترها، مبدل سه فاز به تکفاز و مبدل تک فاز به سه فاز هم گفته می‌شود.اصطلاح اینورتر به معنای معکوس کننده است و برای وسیله‌ای به کار برده می‌شود که جریان مستقیم DC را به جریان متناوب AC تبدیل می‌کند.
اینورتر صنعتی وظیفه کنترل دور الکتروموتور را دارد. وظیفه آن دقیقا مقابل وظیفه‌ی یک سو کننده است یعنی جریان DC را به AC تبدیل می‌کند.به طور کلی، موتورهای الکتریکی نقش به سزایی در زندگی روزمره ما انسان‌ها دارند. عدم آگاهی از چگونگی کنترل موتور می‌تواند به معنای اتلاف فراوان انرژی باشد،در صورتی که تمام تلاش ما در صنعت، جلوگیری از هدر رفتن انرژی است. روشی برای کنترل این موتورها که علاوه بر صرفه جویی در مصرف انرژی، سبب بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های نگهداری می‌شود، استفاده از اینورتر است.
شما عزیزان می توانید نظرات خود را با ما به اشتراک بگذارید و یا در صورت نیاز به مشاوره و راهنمایی بیشتر با کارشناسان ما تماس بگیرید.