جادوی تبدیل

هر آنچه که باید در مورد اینورتر، درایو، کنترل دور  (inverter) بدانید!

خلاصه این مقاله :

یکی از اصلی ترین و مهمترین کاربردهای اینورتر در تبدیل انرژی برق پنلهای خورشیدی به برق شهری می باشد. چون برق تولیدی در این پنل ها به شکل جریان مستقیم یا DC است، نمی توان آن را مستقیما به شبکه های برق شهری متصل نمود. بنابراین از inverter برای تبدیل برق تولید شده توسط نیروگاه های خورشیدی به منابع برق شهری استفاده می شود. شایان ذکر است که چند برابر کننده های ولتاژ نیز نوعی درایو محسوب می شوند. این مدارات عمدتا در شوکرها، فلاش های عکاسی ، مانیتورهای CRT وغیره  به کار برده می شوند.

چنانچه بخواهیم واژه ی Inverter را از انگلیسی ترجمه نماییم، به مفهوم معکوس کننده خواهد بود؛ اما در اصل منظور از اینورتر، مبدل جریان DC به AC می باشد. علت این نام گذاری نیز آن است که این وسیله کار عکس مبدل برق متناوب به مستقیم (AC به DC) متداول را انجام می دهد. در حقیقت اینورترها را می توان نوعی نوسان ساز الکترونیکی با قدرت بالا دانست که سطح ولتاژ و فرکانس تولیدی توسط آن می تواند به کمک تقویت کننده ها به سطح دلخواهی تبدیل شود.

مدار پایه ساخت این مبدل شامل یک مدار کنترلی، نوسانگر، مدار درایو برای تجهیزات قدرت، لوازم سوئیچینگ و ترانسفورماتور می باشد. موجی که اینورترها تولید می کنند یک موج مربعی می باشد که می توان توسط المان هایی چون سلف و خازن آن را به موج سینوسی تبدیل نمود. این مبدل دارای نام های متعددی است که از این میان می توان به کنترل دور موتور، درایو، درایو فرکانس متغیر یا در اصطلاح تخصصی VFD اشاره کرد.

inverter از لحاظ لغوی، به مفهوم مبدل است که از جمله قابلیت های آن تبدیل ولتاژ و فرکانس تولیدی با استفاده از تقویت کننده ها به ولتاژ و فرکانس دلخواه می باشد. البته قابل ذکر است که اینورتر در علم الکترونیک مفهوم دیگری دارد و به المانی گفته می شود که مبدل جریان DC یا مستقیم به جریان AC یا متناوب باشد. در واقع هرگونه وسیله ای که برق DC را به AC تبدیل کند، اینورتر گفته می شود.

کاربردهای اینورتر  ( کنترل دور ) :

در حالت کلی می توان گفت هرجایی که دسترسی به برق شهری ۲۲۰ ولت امکان پذیر نباشد؛ همچون باغ ها، ویلا، فعالیت های ساختمانی، مواقع قطعی برق منزل، در سفر و…می توان از inverter بهره گرفت؛ و دستگاه های برقی معمول و پر کاربرد مانند: شارژر موبایل، لپ‌تاپ، تبلت، فن کوچک، سیستم صوتی، سشوار و آمپلی‌فایر و… را با استفاده از این وسیله روشن کرد.

اما یکی از اصلی ترین و مهمترین کاربردهای اینورترها در تبدیل انرژی برق پنلهای خورشیدی به برق شهری می باشد. چون برق تولیدی در این پنل ها به شکل جریان مستقیم یا DC است، نمی توان آن را مستقیما به شبکه های برق شهری متصل نمود. لذا از این وسیله برای تبدیل برق تولید شده توسط نیروگاه های خورشیدی به منابع برق شهری استفاده می شود.

شایان ذکر است که چند برابر کننده های ولتاژ نیز نوعی inverter محسوب می شوند. این مدارات عمدتا در شوکرها، فلاش های عکاسی، مانیتورهای CRT وغیره به کار برده می شوند.

انواع اینورتر  ( کنترل دور ) :

اینورترها از لحاظ شکل موج خروجی آنها به سه دسته زیر تقسیم بندی می شود:

1. موج مربعی: اینورترهای با خروجی موج مربعی در مقایسه با دو نوع دیگر ساده تر و ارزانتر هستند.با این وجود کیفیتی کمتر از دو نوع دیگر دارند.
2. موج شبه سینوسی یا مربعی اصلاح شده: اینورتر با موج خروجی از نوع مربعی اصلاح شده. کیفیت قدرت بیشتری داشته و برای اکثر لوازم الکترونیکی مناسب و مطلوب است. نقاط مرده ما بین نیم سیکل مثبت و منفی با استفاده از پالس های مستطیلی اصلاح می گردد.
3. موج سینوسی خالص: مبدل موج سینوسی بهترین شکل را با کمترینTHD  تقریبا سه درصدی دارد.

با این وجود، گرانترین نوع اینورترها می باشد و در کاربردهای ویژه ای که به شکل موج سینوسی نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرد.

اینورترهای فرکانس متغیر :

اینورتر فرکانس متغیر(VARIABLE FREQUENCY DRIVE) که اختصارا VFD گفته می شود نوعی راه انداز و کنترل دور موتور و سیستمی برای کنترل نمودن سرعت چرخش موتور AC  با کنترل نمودن فرکانس اعمالی به موتور می باشد.

این نوع اینورترها عموما با نامهای دیگری نیز قابل شناسایی هستند که از آن میان می توان به: اینورتر سرعت متغیر، سرعت قابل تنظیم، فرکانس قابل تنظیم و یا اینورتر صنعتی اشاره کرد. از آنجایی که اینورتر یک المان اصلی در تجهیزات صنعتی می باشد، اکثر مواقع درایو فرکانس متغیر با عنوان درایو اینورتر یا اینورتر خوانده می شود. اینورترها این قابلیت را دارند که با استفاده از جریان برق تک فاز موتورهای سه فاز تا توان ۱۱ کیلو وات را با مصرف بهینه و مقرون به صرفه راه اندازی و کنترل کنند.

کاهش انرژی برق مصرفی و همچنین هزینه ناشی از آن و در نتیجه  کاهش جریان راه اندازی موجب طولانی تر شدن عمر مفید موتور ازجمله مزایای استفاده از اینورترها در صنعت می باشد، که در صنعت بسیار کارآمد و حائز اهمیت است.

اینورترها ( درایو ) از لحاظ تعداد فاز :

شمار فازهای خروجی یک inverterرا می توان به طور دلخواه در طراحی اعمال کرد اما نوع استاندارد و رایج آن تکفاز و سه فاز است‌.

• اینورترهای (درایو )متصل به شبکه :

اینورتر های متصل به شبکه از رایج ترین اینورترها هستند. این اینورترها در تبدیل ولتاژ DC به AC در دستگاه هایی مانند تورین ها و پنل های خورشیدی مورد استفاده قرار می گیرند.

در این نوع از اینورترها افزون بر ورودی اصلی از سیستم خورشیدی، ورودی کمکی دیگری از برق شهری و یا دیزل ژنراتور حضور دارد .

 در هنگام بروز اختلاف و نقص برای سیستم سولار، تغییر خودکار تغذیه از سیستم خورشیدی به برق شهری و یا دیزل ژنراتور انجام می شود. بنابراین تغذیه بارهای ویژه و حساس مانند تجهیزات پزشکی دچار وقفه نمی شود.

از جمله مزیت های این نوع inverter در این است که به دستگاه یا باتری دیگری جهت ذخیره سازی انرژی نیاز نداشته و دارای طول عمر بالایی هستند. البته قابل ذکر است که این نوع مبدل خود به دو نوع اینورتر متصل به شبکه تکفاز یا سه فاز و یا اینورتر متصل به شبکه مرکزی تقسیم بندی می گردد.

• اینورتر دوگانه ( درایو ) :

اینورتر هیبریدی یا دوگانه ترکیبی از اینورترهای سنتی متصل به شبکه و اینورتر های مستقل است و صورت دوگانه عمل می کند؛ به عبارت دیگر می توان از آن ها هم به عنوان مدل مستقل و هم به صورت اینورتر متصل به شبکه  استفاده کرد؛ اما توجه داشته باشید که این اتفاق نمی تواند هم زمان بیفتد!

این نوع مبدل همچون اینورترهای مستقل متصل به منبع تغذیه باتری بوده و آن را شارژ می کند. پس از کامل شدن شارژ باتری، اینورتر فرایند بارگذاری انرژی سولار را به ساختمان عملی می کند. در این فرایند، انرژی خارج از نیاز بار ساختمان و باتری، با استفاده از اندازه گیری خالص به شبکه برق انتقال می یابد.

دقت داشته باشید که این نوع از اینورترها با اینکه از دو نوع دیگر گران قیمت تر می باشند، از محبوبیت ویژه ای جهت تأمین انرژی برق برخوردار هستند.

می تواند برای مصارف خانگی نظیر یخچال و فریز و روشنایی اضطراری و… ، همینطور بیمارستان ها، سردخانه ها و سایر بخش های اضطراری و شرکت هایی نظیر شرکت میزبانی وب بسیار مفید بوده و مورد استفاده قرار گیرند.

از این رو، در این مدل اینورتر همچون سیستم های مستقل از شبکه، سیستم ذخیره سازی باتری بایستی با دقت و به درستی انتخاب شوند.با این کار بارهای حساس و بحرانی مورد نیاز را در هنگام خاموشی و یا دیگر علل وقفه های قدرت، عمل برق رسانی را بر عهده گیرند.

• کنترل دور از لحاظ نوع کاربری :

inverter مستقل : اینورترهای جدا از شبکه (Off-Grid) یا مستقل تنها دارای ورودی از طرف بانک دباتری سیستم خورشیدی بوده و ورودی تغذیه ای پشتیبان از سوی شبکه برق شهری و یا دیزل ژنراتور ندارند. این نوع از اینورترها در بارهای غیرحساسی که قطعی منبع تغذیه آنها اختلال خاصی ایجاد نمی کند، استفاده می شوند. در این نوع از اینورترها، در حقیقت پنل خورشیدی، باتری را شارژ می نماید و با اینورتر ارتباطی برقرار نمی کند.

همچنین علاوه بر مبدل ولتاژ DC به AC بودن دامنه ولتاژ را نیز افزایش داده و موجب تغییر در میزان فرکانس می شود. اینورترها مستقل فرکانس و ولتاژ پایداری را جهت بارگیری فراهم می آورند؛ و در صنعت خودروسازی کاربردهای فراوانی داشته و دارای ورودی با توان معینی هستند.

خروجی این اینورترها یک موج سینوسی می باشد؛ اما در برخی مواقع ممکن است خروجی تغییر کرده و به صورت یک موج مربعی یا موج سینوسی اصلاح شده ظاهر شود.

نکته: اینورترهای مستقل هنگامی که بیش از حد گرم می شوند به طور اتوماتیک خاموش می گردند.

استفاده از اینورتر چه مزایایی دارد؟

• کاهش هرینه های برق مصرفی 
• بالا رفتن طول عمر موتور با پایین آوردن جریان برق
• کاهش ضربه های مکانیکی و افزایش عمر قطعات
• عدم استفاده از کنتاکتور برای تعیین جهت و سرعت موتور
• قابلیت هوشمند کردن برای حرکت موتور
• on/off کردن موتور بدون وابستگی به برق اصلی
• محافظت از موتور  در مقابل سوختن برای اضافه بار 
• امکان افزایش سرعت موتور، بیشتر از سرعت مشخص شده
• امکان حفاظت از موتور در شرایط تغییر مکرر ولتاژ ورودی

نحوه ی صرفه جویی در مصرف برق با اینورتر (کنترل دور ) :

اینورترها متناسب به میزان فشار  وارده به موتور ، جریان آن را کم می کنند. در صورتی که از کنترل دور برای راه اندازی و کنترل سرعت موتور استفاده شود، بار اکتیو را از شبکه مصرف می کند و جریان مصرفی را تا حدی کاهش می دهد.

در اکثر کاربرد ها انرژی بسیار بالایی جهت راه اندازی موتور لازم است. موتورهای با توان بالا مقدار جریان بالاتری را نیز در حین عمل از شبکه می کشند. در صورت استفاده از اینورتر، به شکل کاملا اتوماتیک جریان مذکور در هنگام راه اندازی به میزان نیاز افزایش و در هنگام کار تا حد زیادی کاهش می یابد. از این رو به طور کلی هزینه های برق مصرفی به شدت کاهش می یابد.

 هنگام راه اندازی موتور جریان  بالایی را از شبکه می کشد و باعث افت ولتاژ چشمگیر شبکه می شود. در نتیجه این افت؛ باعث آسیب ها و صدماتی به تاسیسات و تجهیزات برق رسانی می گردد. این جریان تقریبا ۶ برابر جریان نامی موتور بوده و جریانی بسیار مضر و نامطلوب می باشد.

به عنوان مثال اگر موتوری دارای جریان نامی ۱۰ آمپر باشد در حین راه اندازی این جریان احتمالا به ۶۰ آمپر خواهد رسید. چنانچه از اینورتر استفاده شود، جریان راه اندازی موتور حداکثر ۱۲ آمپر خواهد بود. یکی از مزیت های اینورتر کاهش جریان راه اندازی موتور در هنگام کاهش بار موتور است. 

از آنجایی که اینورتر هسته اصلی تولید توان در منابع تغذیه  می‌باشد، لذا قابلیت اطمینان و کیفیت ولتاژ فاکتورهای اساسی در انتخاب یک درایو هستند. هارمونیک‌های ورودی و خروجی سایر فاکتورهای مهم در انتخاب اینورتر صنعتی می باشد.

روشهای تولید برق با استفاده از اینورتر ( درایو ) :

یک مبدل DC به AC یا در واقع کنترل دور نیازمند یک منبع قدرت پایدار DC  است؛ که بتواند جریان لازم و کافی برای  نیازهای سیستم را فراهم سازد.

ولتاژ ورودی اینورتر تا حدود زیادی به نوع طراحی و هدف این مبدل دارد.

در حالت کلی دو روش جهت تولید ولتاژ خانگی از منابع ولتاژ پایین DC  وجود دارد:

• بالا بردن ولتاژ DC و تبدیل آن به ولتاژ AC به واسطه تقویت کننده ها
• نخست تبدیل جریان DC  به AC در سطح باتری و سپس استفاده از ترانسفورماتور خطی برای تولید ولتاژ خروجی

مشکلات و اختلالات رایج اینورترها ( کنترل دور ) :

بسیاری از لوازم الکتریکی با اینورترهای موج سینوسی سازگاری دارند. همانند منابع تغذیه و لامپ ها که بدون اختلال در عملکرد خود کار می کنند.

اما ترانسفورماتورها بنا به کیفیت بالای طراحی و ساخت ممکن است بیش از حد داغ شوند.

این اختلال سبب ایجاد نویز و سر و صدا در طی عملیات می شود. نویزها و اختلالات به طور کلی بر کارایی و یازده سیستم تاثیر خواهند گذاشت. چرا که بازده تبدیل نامی تولید کننده برای هارمونیک ها به شمار نمی آید. اینورتر موج سینوسی کارایی بهتری نسبت به مبدل های موج سینوسی دارد.

مدارات الکترونیکی در داخل مبدل ها هم ممکن است اختلالاتی ایجاد نمایند. از جمله این اختلالات ایجاد نویز در تلویزیون، تلفن، رادیو و سایر تجهیزات صوتی و تصویری است. مبدل های موج سینوسی چنین اختلالات و مشکلاتی را به حداقل مقدار خود می رسانند.

سخن آخر

ینورترها دستگاه‌هایی هستند که انرژی جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل می‌کنند. آنها نقش بسیار مهمی در سیستم‌های تغذیه برق و استفاده از انرژی های تجدید پذیر دارند. از جمله کاربردهای آنها می‌توان به استفاده در پنل‌های خورشیدی، اتوماسیون صنعتی، سیستم‌های تغذیه نامنقطع و… اشاره کرد. به طور خلاصه، اینورترها ابزار حیاتی برای تبدیل انرژی و افزایش کارایی سیستم‌های برقی هستند. اینورتر ها در برند ها و قیمت های مختلفی در بازار وجود دارد. برخی از این برند ها دلتا، آی مستر، اینوت، هایتک، ال اس، کیاگستر، تتا، تکو، لایت آن و … است. 

برای خرید اینورتر به سایت کنترل۲۴ مراجعه کنید و یا از طریق لینک زیر با کارشناسان ما در ارتباط باشید.