برد اینورتر چیست و چگونه کار می­کند؟

اینورتر یکی از میراث­های تسلا است. اکثر وسایلی که ما در خانه داریم به طور خاص برای کار با برق AC طراحی شده­ اند. وسایلی که نیاز به DC دارند اما باید برق را از پریزهای AC دریافت کنند، برای تبدیل از AC به DC به تجهیزات اضافی به نام یکسو کننده نیاز دارند که معمولاً از قطعات الکترونیکی به نام دیود ساخته می­شود.

منبع تغذیه جریان متناوب (AC) تقریباً برای تمام نیازهای مسکونی، تجاری و صنعتی استفاده می­شود. اما بزرگترین مشکل AC این است که نمی­توان آن را برای استفاده در آینده ذخیره کرد. بنابراین AC به DC تبدیل می­شود و سپس DC در باتری­ها و ابرخازن­ها ذخیره می­شود و هر زمان که AC مورد نیاز باشد، DC دوباره به AC تبدیل می­شود تا دستگاه­های مبتنی بر AC را اجرا کند. بنابراین دستگاهی که DC را به AC تبدیل می­کند اینورتر نامیده می­شود. اینورتر برای تبدیل DC به AC متغیر استفاده می­شود. این تغییر می­تواند در بزرگی ولتاژ، تعداد فازها، فرکانس یا اختلاف فاز باشد.

آموزشگاه فن آموزان در دپارتمان برق خود دوره های تخصصی الکترونیک، تعمیرات و کنترل ابزار دقیق نظیر آموزش تعمیرات برد ، آموزش طراحی برد ، آموزش تابلو برق ، آموزش آردوینو و بیش از هشتاد دوره دیگر را با تمرکز بر یادگیری عملی کارآموزان در کارگاههای مجهز ارائه می دهد. برای دریافت اطلاعات بیشتر و مشاوره رایگان با شماره 02191321001 تماس بگیرید.

فیلم معرفی برد اینورتر و نحوه کار آن

اینورتر چیست؟

یک اینورتر ولتاژ DC را به ولتاژ AC تبدیل می­کند. در بیشتر موارد، ولتاژ DC ورودی معمولا کمتر است در حالی که AC خروجی برابر با ولتاژ تغذیه شبکه 120 ولت یا 240 ولت بسته به کشور است.

اینورتر ممکن است به عنوان تجهیزات مستقل برای کاربردهایی مانند انرژی خورشیدی یا برای کار به عنوان منبع تغذیه پشتیبان از باتری­هایی که جداگانه شارژ می­شوند ساخته شود.

به عبارت دیگر، یک اینورتر برعکس عمل می­کند و درک ماهیت نحوه کار آن بسیار آسان است. فرض کنید یک باتری در چراغ قوه دارید و سوئیچ بسته است تا DC در اطراف مدار جریان یابد، مانند یک ماشین مسابقه در اطراف یک پیست که همیشه در یک جهت باید حرکت کند. حالا اگر باتری را بیرون بیاورید و بچرخانید چه می­شود؟ با فرض اینکه به شکل دیگری مناسب باشد، تقریباً مطمئناً همچنان چراغ قوه را روشن می­کند و هیچ تفاوتی در نوری که دریافت می­کنید متوجه نخواهید شد، اما جریان الکتریکی در واقع برعکس جریان خواهد داشت. فرض کنید دست‌­هایتان برق آسا بود و به اندازه‌­ای ماهر بودید که باتری را 50 تا 60 بار در ثانیه معکوس کنید. در این صورت شما یک نوع اینورتر مکانیکی خواهید بود که برق DC باتری را با فرکانس 50 تا 60 هرتز به AC تبدیل می­کند.

بر اساس شکل موج سوئیچینگ انواع مختلفی از اینورترها وجود دارد. اینها پیکربندی مدار، کارایی، مزایا و معایب متفاوتی دارند. یک اینورتر ولتاژ ac را از منابع برق DC فراهم می­کند و برای تغذیه تجهیزات الکترونیکی و الکتریکی با ولتاژ اصلی ac مفید است. علاوه بر این، آنها به طور گسترده در مراحل معکوس منبع تغذیه حالت سوئیچ استفاده می­شوند. مدارها بر اساس تکنولوژی سوئیچینگ و نوع سوئیچ، شکل موج، فرکانس و شکل موج خروجی طبقه­بندی می­شوند.

انواع اینورتر

اینورترها بر اساس منبع ورودی اعمال شده، اتصال، ولتاژ خروجی و غیره به دسته­ های مختلفی تقسیم می­شوند.

1. با توجه به ویژگی خروجی

• اینورتر موج مربعی
• اینورتر موج سینوسی
• اینورتر موج سینوسی اصلاح شده

2. با توجه به منبع اینورتر

• اینورتر منبع جریان
• اینورتر منبع ولتاژ

3. با توجه به نوع بار

• اینورتر تک­فاز
• اینورتر نیم­پل
• اینورتر تمام­پل
• اینورتر سه فاز
• حالت 180 درجه
• حالت 120 درجه

4. با توجه به تکنیک­های مختلف PWM

• مدولاسیون عرض پالس ساده (SPWM)
• مدولاسیون عرض پالس چندگانه (MPWM)
• مدولاسیون عرض پالس سینوسی (SPWM)
• مدولاسیون عرض پالس سینوسی اصلاح شده (MSPWM)

5. با توجه به تعداد سطح خروجی

• اینورتر دو سطحی معمولی
• اینورتر چند سطحی

در این مقاله قصد داریم به معرفی اینورتر با توجه به شکل موج خروجی بیشتر بپردازیم.

6. با توجه به ویژگی خروجی

همانگونه که پیش­تر گفته شد، با توجه به مشخصه خروجی یک اینورتر، سه نوع مختلف اینورتر وجود دارد.

• اینورتر موج مربعی
• اینورتر موج سینوسی
• اینورتر موج سینوسی اصلاح شده

اینورتر موج مربعی: شکل­ موج خروجی ولتاژ برای این اینورتر یک موج مربعی است. این نوع اینورتر در بین انواع دیگر اینورترها کمتر مورد استفاده قرار می­گیرد زیرا همه دستگاه­ها برای تامین امواج سینوسی طراحی شده­اند. اگر موج مربعی را به دستگاه مبتنی بر موج سینوسی عرضه کنیم، ممکن است آسیب ببیند یا تلفات بسیار زیاد باشد. هزینه این اینورتر بسیار کم است اما کاربرد آن بسیار نادر است. می­توان از آن در ابزارهای ساده با موتور یونیورسال استفاده کرد.

موج سینوسی: شکل­ موج خروجی ولتاژ، یک موج سینوسی است و خروجی بسیار مشابهی با منبع برق به ما می­دهد. این مزیت اصلی این اینورتر است زیرا تمام وسایلی که ما استفاده می­کنیم برای موج سینوسی طراحی شده­اند. بنابراین، این خروجی عالی است و تضمین می­کند که تجهیزات به درستی کار خواهند کرد. این نوع اینورترها گران‌تر هستند اما به طور گسترده در کاربردهای مسکونی و تجاری استفاده می‌شوند.

موج سینوسی اصلاح شده: ساخت این نوع اینورتر نسبت به اینورتر موج مربعی ساده پیچیده است اما در مقایسه با اینورتر موج سینوسی خالص ساده­تر است. خروجی این اینورتر نه موج سینوسی خالص است و نه موج مربعی. خروجی چنین اینورتر مقداری از دو موج مربعی است. شکل موج خروجی دقیقاً موج سینوسی نیست، اما شبیه شکل موج سینوسی است.

به بیان دیگر، یک اینورتر موج سینوسی اصلاح شده در واقع یک شکل موج بیشتر شبیه موج مربعی دارد، اما با یک پله اضافی یا بیشتر. یک اینورتر موج سینوسی اصلاح شده با اکثر تجهیزات به خوبی کار می­کند، اگرچه بازده یا قدرت با برخی کاهش می یابد. موتورهایی مانند موتور یخچال، پمپ ها، فن ها و غیره به دلیل راندمان پایین­تر از اینورتر انرژی بیشتری مصرف می­کنند. اکثر موتورها حدود 20 درصد قدرت بیشتری مصرف می­کنند. این به این دلیل است که درصد مناسبی از یک موج سینوسی اصلاح شده فرکانس­های بالاتری دارد – یعنی 60 هرتز – بنابراین موتورها نمی­توانند از آن استفاده کنند.

کاربرد برد اینورتر

اینورترها برای کاربردهای مختلفی از آداپتورهای کوچک خودرو گرفته تا کاربردهای خانگی یا اداری و سیستم‌های شبکه بزرگ استفاده می‌شوند. در زیر تعدادی از این کاربردها ذکر شده­اند.

• منابع تغذیه بدون وقفه
• کولر گازی اسپلیت
• یخچال
• لوازم خانگی
• در سیستم­های انرژی خورشیدی
• منابع برق اضطراری
• ماشین­های چاپ
• منبع تغذیه لپ­تاپ و کامپیوتر
• تلویزیون
• آسانسور

نحوه کار اینورتر

ما مقدمه را با توضیح دقیق مکانیسم دستگاه اینورتر شروع می­کنیم. نقش دستگاه اینورتر کنترل ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه و تغییر یکپارچه سرعت چرخش موتورهای مورد استفاده در لوازم خانگی و ماشین آلات صنعتی است.

اولین چیزی که باید در هنگام آشنایی با ساختار داخلی یک دستگاه اینورتر در نظر داشته باشید، این است که مدار مبدل، جریان متناوب (AC) وارد شده از منبع تغذیه را به جریان مستقیم (DC) تبدیل می‌کند و مدار اینورتر جریان مستقیم تبدیل شده (DC) را دوباره به جریان متناوب (AC) تبدیل می­نماید. آنها به عنوان یک مجموعه کار می­کنند. نمودار زیر نقشی که هر دو ایفا می­کنند و نحوه کار آنها را نشان می­دهد.

اولاً مدار مبدل مورد استفاده در قسمت جلویی دائماً جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل می­کند. این فرآیند اصلاح نامیده می­شود. جهت و بزرگی موج به طور متناوب در طول زمان تغییر می­کند زیرا جریان متناوب یک موج سینوسی است. بنابراین از یک دیود که یک وسیله نیمه هادی است استفاده می­شود تا الکتریسیته را در جهت رو به جلو عبور دهد تا آن را به جریان مستقیم تبدیل کند، اما نه در جهت معکوس.

هنگامی که جریان مستقیم از دیود عبور می­کند، فقط جهت رو به جلو جریان الکتریسیته را عبور می­دهد و یک پیک مثبت ظاهر می­شود. با این حال، نیمه دیگر چرخه هدر خواهد رفت، زیرا از قله در جهت منفی عبور نمی­کند. دلیل اینکه ساختار دیود مانند یک پل است این است که می­تواند قله منفی را در جهت رو به جلو عبور دهد. این یکسوسازی تمام موج نامیده می­شود زیرا هر دو قله موج جلو و منفی را تغییر می­دهد.

با این حال، یکسوسازی تمام موج به خودی خود نمی­تواند یک شکل موج صاف ایجاد کند زیرا آثاری از جریان متناوب و نوسانات ولتاژ موج­دار باقی می­ماند. بنابراین، برای تمیز کردن اینها، خازن بارها شارژ و دشارژ می‌شود و شکل موج را به آرامی صاف کرده و نزدیک به جریان مستقیم تغییر می‌دهد.

مدار اینورتر سپس جریان متناوب با ولتاژ و فرکانس متغیر را در خروجی می­دهد. مکانیزم تبدیل DC/AC ترانزیستورهای قدرت مانند IGBT (Transistor Bipolar Bipolar Insulated Gate) را سوئیچ می­کند و فواصل ON/OFF را برای ایجاد امواج پالسی با عرض­های مختلف تغییر می­دهد. سپس آنها را به صورت یک موج شبه سینوسی باهم ترکیب می­کند. این “مدولاسیون عرض پالس (PWM)” نامیده می­شود.

رایانه به طور خودکار پهنای پالس را کنترل می­نماید. برخی از کامپیوترهای اختصاصی تک چیپ که موتور را کنترل می­کنند شامل محصولی با عملکرد PWM از قبل نصب شده است. این امکان ایجاد امواج شبه سینوسی با فرکانس­های مختلف و کنترل سرعت چرخش موتور را به سادگی با تعیین پارامترهای مورد نظر فراهم می­کند.

برخی دیگر از دوره های تخصصی و ویژه بازار کار که در آموزشگاه فنی حرفه ای فن آموزان ارائه می شود شامل آموزش تعمیرات موبایل ، آموزش تعمیرات لوازم خانگی ، آموزش برق ساختمان ، آموزش تعمیرات پکیج و … می باشد. تمامی دوره ها با اعطای مدرک معتبر و تحت نظارت سازمان فنی حرفه ای برگزار می شود. جهت دریافت جزئیات بیشتر با ما تماس بگیرید.