اینورتر چیست؟

اگر بخواهیم واژه اینورتر (Inverter) را از انگلیسی ترجمه کنیم، به معنای: معکوس کننده است؛ اما در اینجا منظور از اینورتر، مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب است. دلیل این نام گذاری آن است که این دستگاه عمل عکس مبدل برق AC به DC متداول را انجام می دهد.

در واقع اینورتر یک نوسان ساز الکترونیکی قدرت بالا است که فرکانس و سطح ولتاژی تولیدی آن می تواند توسط تقویت کننده ها به سطح ولتاژ و فرکانس دلخواه تبدیل گردد.

مدار پایه اینورتر شامل یک نوسانگر، مدار کنترل، مدار درایو برای دستگاه های قدرت، دستگاه های سوئیچینگ و ترانسفورماتور است. موج تولیدی توسط اینورترها یک موج مربعی است که می توان با استفاده از فیلتر (سلف و خازن) آن را به موج سینوسی تبدیل کرد.

کاربرد اینورتر

به طور کلی در هرجایی که دسترسی به برق ۲۲۰ شهری امکان پذیر نباشد ( باغ، باغشهر، ویلا، کارهای ساختمانی، هنگام قطع برق خانه، مسافرت، روشنایی با لامپ و…) می توان از اینورتر استفاده کرد؛ و می توانیم دستگاه های برقی معمول مانند: شارژر لپ‌تاپ، تبلت، گوشی موبایل، لامپ روشنایی، کولر کوچک، پنکه، دریل، مینی فرز، پمپ آب، کف‌کش، یخچال، تلویزیون، سیستم صوتی و آمپلی‌فایر، پلوپز، سشوار و… را توسط آن روشن کنیم.

در UPS ها هم برای تولید برق مورد نیاز سیستم ها از تکنولوژی اینورتر استفاده می شود. همچنین در تجهیزات پزشکی، استریو، پرینتر های لیزری، مبدل های شبکه و تجهیزات متصل به شبکه و موارد دیگر.

اما یکی از مهمترین استفاده های اینورتر در تبدیل برق پنلهای خورشیدی به برق شهر است. چون برق تولید شده در نیروگاههای خورشیدی به صورت جریان مستقیم (DC) است، نمی توان آن را به طور مستقیم به شبکه برق شهری متصل کرد. بنابراین از اینورتر جهت تبدیل برق تولیدی نیروگاه های خورشیدی به برق شهر استفاده می شود.

انواع اینورتر

از نظر شکل موج خروجی

اینورترها با توجه به شکل موج خروجی آنها به سه نوع زیر طبقه بندی می شوند:

• موج مربعی
  • اینورتر با خروجی موج مربعی، ساده و ارزانتر است. با این حال کیفیت آن در مقایسه با دو نوع دیگر کمتر است.
• موج مربعی اصلاح شده یا شبه سینوسی
  • موج مربعی اصلاح شده کیفیت قدرت بیشتری را ارائه می دهد (THD ~ 45٪) و برای اکثر وسایل الکترونیکی مناسب است. نقاط مرده بین نیم سیکل مثبت و نیم سیکل منفی با پالس های مستطیلی (THD ~ 24٪) اصلاح می شود.
• موج سینوسی خالص
  • اینورتر موج واقعی سینوسی دارای بهترین شکل با کمترین THD حدود 3٪ است. با این حال، گران قیمت ترین نوع اینورتر است و در کاربردهای حساس که نیاز به شکل موج های سینوسی دارند استفاده می شود.

از نظر تعداد فاز

تعداد فازهای خروجی را می توان به دلخواه در طراحی اعمال نمود اما نوع متداول و استاندارد آن تک فاز و سه فاز می باشد.

از نظر ولتاژ و فرکانس

فرکانس خروجی اینورترها را نیز می توان به صورت دلخواه طراحی کرد؛ اما فرکانس، بسته به استاندارد شبکه برق و مصرف کننده ها تعیین می شود. به طور کلی در سرتاسر  دنیا دو نوع ولتاژ با چهار نوع مختلف از فرکانس وجود دارد که عبارتند از:

• 220 تا 240 ولت با فرکانس 50HZ
  • تمامی کشورهای آسیایی به استثنای عربستان، ژاپن و فیلیپین، کلیه کشورهای اروپائی و تقریبا تمامی کشورهای آفریقایی، آرژانتین و گرینلند
• 220 تا 240 ولت با فرکانس 60HZ
  • اروگوئه، گینه و پرو در قاره آمریکا و فیلیپین و کره در قاره آسیا
• 110 تا 127 ولت با فرکانس  60HZ
  • کلیه کشورهای آمریکای شمالی، بیشتر کشور های آمریکای جنوبی به استثنای مواردی که در بالا ذکر شد، عربستان سعودی، مناطق جنوبی  ژاپن در آسیا و ساحل عاج در آفریقا
• 110 تا 127 ولت با فرکانس 50HZ
  • ماداگاسگار و شمال ژاپن

از نظر نوع کاربری

اینورتر مستقل (Stand Alone Inverter)

اینورترهای مستقل یا جدا از شبکه (Off-Grid) فقط دارای ورودی از سمت بانک باتری سیستم سولار هستند و دارای ورودی تغذیه پشتیبان (Backup Power Supply) از سمت شبکه برق سراسری یا دیزل ژنراتور نمی باشند؛ و برای بارهای غیرحساس که قطع تغذیه آنها مشکل خاصی ایجاد نمی نماید، استفاده می شوند.

در این اینورترها، در واقع پنل، باتری را شارژ می کند و با اینورتر ارتباط برقرار نمی کند؛ و علاوه بر تبدیل ولتاژ DC به AC دامنه ولتاژ را نیز افزایش می دهد و در نتیجه باعث تغییر در فرکانس می شود.

این نوع اینورترها ولتاژ و فرکانس پایدار را برای بارگیری فراهم می کنند؛ و در صنعت مانند صنعت خودرو سازی کاربرد زیادی دارند و دارای ورودی با توان مشخص هستند. خروجی این مبدل ها یک موج سینوسی است؛ اما در برخی موارد خروجی تغییر خواهد کرد و به شکل یک موج سینوسی تغییر یافته یا یک موج مربعی ظاهر می شود.

مهم این است که به طور دقیق سایز اینورترهای مستقل را انتخاب کنید تا بتوانند حالت پایدار و ظرفیت بالاتری از نیاز AC بار اتصال را تأمین کنند. اینورترهای مستقل وقتی که بیش از حد گرم شوند به طور خودکار خاموش می شوند.

روش ساخت یک نمونه Inverter مستقل 300W را در این لینک ببینید

اینورتر متصل به شبکه (Grid Tied Inveter)

این نوع اینورتر که از متداول ترین نوع اینورترها است، در تبدیل ولتاژ DC به AC برخی از تجهیزات مانند : پنل های خورشیدی یا توربین های بادی و… جهت اتصال به شبکه برق به کار می رود.

در این نوع اینورتر علاوه بر ورودی اصلی از سیستم سولار، یک ورودی کمکی از برق شهری یا دیزل ژنراتور نیز وجود دارد و در مواقع بروز مشکل برای سیستم سولار (مانند تداوم چندین روز ابری خارج از ظرفیت پیش بینی شده برای بانک باتری که سبب تخلیه کامل بانک باتری قبل از وجود فرصت برای شارژ از طرف پنل های سولار می‌گردد)، سوییچ خودکار تغذیه از سیستم سولار به برق شهری یا دیزل ژنراتور صورت پذیرفته تا تغذیه بارهای ویژه مانند تجهیزات پزشکی یا بارهای حساس صنعتی دچار وقفه نگردد.

یکی از مزیت های این اینورترها این است که به باتری یا دستگاهی برای ذخیره انرژی نیازی ندارند و طول عمر بالایی نیز دارند.

این نوع اینورتر خود به دو نوع اینورتر متصل به شبکه تکفاز یا سه فاز یا متصل به شبکه مرکزی تقسیم می شود.

اینورتر دوگانه (Hybrid Inverter)

اینورتر هیبریدی ترکیبی بین اینورتر های سنتی on-grid و اینورتر های off-gird است. این نوع از اینورتر ها به صورت دوگانه عمل می کنند. به عبارتی می توانند به عنوان مدل مستقل یا متصل به شبکه مورد استفاده قرار گیرند؛ اما نه به صورت هم زمان!

این نوع اینورتر مانند اینورتر مستقل به منبع تغذیه باتری متصل می شود و باتری را شارژ می کند. پس از اینکه شارژ باتری کامل شد، سپس اینورتر فرایند بارگذاری انرژی خورشیدی را به ساختمان انجام می دهد. در این پروسه، انرژی بیشتر از نیاز باتری و بار ساختمان، از طریق اندازه گیری خالص به شبکه برق منتقل می شود.

این نوع اینورترها با وجود اینکه از دو نوع دیگر گرانتر هستند، از محبوبیت خاصی برای تأمین انرژی برخوردارند؛ زیرا برخلاف اینورترهای متصل به شبکه که در زمان هایی که نور خورشید وجود ندارد، توسط پنل های خورشیدی نمی تواند با خروجی صفر برق را تامین کند

این نوع اینورترها برای مصارف خانگی مانند یخچال و فریز و روشنایی های اضطراری و… ، همچنین بیمارستان ها و سایر واحدهای اضطراری و همچنین شرکت هایی مانند شرکت های میزبانی وب مورد استفاده قرار می گیرند.

بنابراین، مانند سیستم های مستقل، اینورترها و سیستم های ذخیره سازی باتری باید به درستی انتخاب شوند تا بارهای بحرانی مورد نیاز سیستم را در زمان خاموشی و یا سایر وقفه های قدرت جریان در شبکه برق عرضه کنند.

روشهای تولید برق توسط اینورتر

یک دستگاه اینورتر نیاز به یک منبع قدرت نسبتا پایدار DC دارد که قادر به تامین جریان کافی برای نیازهای مورد نظر سیستم باشد. ولتاژ ورودی بستگی به طراحی و هدف اینورتر دارد.

به طور کلی دو روش برای تولید ولتاژ خانگی از یک منبع DC ولتاژ پایین وجود دارد:

• روش اول: با استفاده از مبدل تقویت کننده سوئیچینگ سطح ولتاژ DC را بالاتر برده و سپس به AC تبدیل می کنند.
• روش دوم: ابتدا جریان DC را به جریان AC در سطح باتری تبدیل نموده و برای تولید ولتاژ خروجی از ترانسفورماتور خطی استفاده می کنند.

مشکلات ناشی از اینورترها

تعداد زیادی از وسایل الکتریکی به طور کامل با اینورترهای موج سینوسی تغییر یافته سازگاری دارند. برای مثال لامپ های معمولی رشته ای و منابع تغذیه سوئیچینگ تقریبا بدون هیچ مشکلی عمل می کنند، اما ترانسفورماتورها با توجه به کیفیت طراحی و ساخت می توانند بیش از حد گرم شوند.

با این حال، بار ممکن است به دلیل هارمونیک های مرتبط با یک موج سینوسی تغییر یافته کار کند و موجب ایجاد سر و صدا در طول عملیات شود. این بر کارایی سیستم به طور کلی تاثیر می گذارد، زیرا راندمان تبدیل نامی تولید کننده برای هارمونیک ها حساب نمی شود. بنابراین، اینورترهای موج سینوسی خالص ممکن است کارایی بسیار بهتری نسبت به مبدل های موج سینوسی تغییر یافته داشته باشند.

اکثر موتورهای AC در مبدلهای MSW با کاهش کارایی حدود 20 درصد به دلیل محتوای هارمونیک مواجه خواهند شد؛ و ممکن است کاملا پر سر و صدا باشند. یک سری فیلتر LC تنظیم شده ممکن است برای حل این مشکل کمک کند.