اینورتر برق (Inverter) یا اینورتور یک دستگاه الکتریکی است که می تواند جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل کند.

با استفاده از ترانسفورماتورها ، سوئیچ ها و مدارات کنترل ، AC تبدیل شده می تواند هر مقدار ولتاژی و فرکانسی داشته باشد.

اینورترهای استاتیک قطعات متحرک ندارند و در رنج وسیعی از کاربردها استفاده می شوند.

از منابع تغذیه سوئیچینگ در کامپیوترها تا کاربردهای جریان مستقیم ولتاژ بالای تاسیسات الکتریکی برای انتقال عمده توان.

اینورترها معمولا برای تغذیه توان AC از منبع DC استفاده می شود.

مثل پنل خورشیدی یا باتری ها. اینورترهای الکتریکی اسیلاتورهای الکتریکی توان بالا هستند.

علت نامگذاری این است که قبلا برای تبدیل کردن DC به AC از مبدل های AC به DC به صورت معکوس استفاده می شد.

اینورتر عمل مخالف تابع یکسوساز را انجام می دهد.

شرح و توصیف اینورتر برق :

یک ترانسفورمر منبع AC را به هر ولتاژ مطلوب تبدیل می کند ، اما در همان فرکانس .

اینورترها ، به علاوه یکسوسازهای DC ، می تواند برای تبدیل از هر ولتاژ ، AC یا DC ، به هر ولتاژ دیگر ، ACیا DC ، در هر فرکانس مطلوب طراحی شود.

توان خروجی هرگز از توان ورودی تجاوز نمی کند ، اما راندمان می تواند زیاد باشد ، با یک نسبت از توان اتلافی به عنوان گرمای تلف شده .

اینور تر برق چیست؟

در یک مدار اینورتر ساده ، منبع DC از طریق سر وسط سیم پیچ ورودی به یک ترانسفورمر متصل می شود.

یک کلید به سرعت بین سیم پیچ های بالا و پایین سوئیچ می شود تا جریان منبع DC  به صورت متناوب از طریق یک سر سیم پیچ اولیه و سپس از دیگری جاری شود.

تناوب جریان در سیم پیچ اولیه ترانسفورمر در سیم پیچ ثانویه جریان متناوب (AC) تولید می کند.

نوع الکترومکانیکی تجهیزات سوئیچینگ شامل دو اتصال ثابت و یک اتصال متحرک با نگهدارنده فنری است.

فنر اتصال متحرک را خلاف جهت یکی از اتصالات ثابت نگه می دارد و یک آهنربای مغناطیسی اتصال متحرک را به سمت اتصال ثابت مخالف می کشد.

جریان آهنربای مغناطیسی با عمل سوئیچ قطع می شود.

به طوری که کلید دائما و به سرعت بین سیم پیچ های بالا و پایین سوئیچ می شود.

این نوع کلید اینورتر الکترومغناطیسی ، ویبراتور یا بیزر نامیده می شود ، که قبلا در رادیوهای لامپی اتومبیل استفاده می شد.

مکانیزمی مشابه در زنگ درها ، بیزرها و سرنگ خالکوبی استفاه شده است.

هنگامی که آنها در حال در دسترس بودن با توان نامی مناسب بودند ، ترانزیستورها و انواع مختلف دیگر سوئیچ های نیمه هادی در طراحی مدارات اینورتر وارد شدند.

طراحی های پیشرفته Inverter:

پیکره بندی های مختلفی برای مدارات قدرت وجود دارد و راه حل های مختلفی در طراحی اینورتر استفاده می شود.

روش های مختلف طراحی که ممکن است کما بیش اهمیت داشته باشد ، به این که اینورتر برای چه مقصودی طراحی شده است ، بستگی دارد.

برامد کیفیت شکل موج به روش های زیادی می تواند مرتب شود.

خازن ها و سلف ها می توانند برای فیلتر کردن شکل موج استفاده شوند.

اگر طراحی شامل یک ترانسفورمر باشد ، فیلتر می تواند به اولیه یا ثانویه ترانسفورمر یا به هر دو سمت آن اعمال شود.

فیلتر پایین گذر برای اجازه عبور دادن به مولفه اصلی شکل موج به خروجی در حین محدود کردن عبور مولفه های هارمونیک به کار برده می شود.

اگر اینورتر برای تامین انرژی در فرکانس ثابت طراحی شده است ، یک فیلتر تشدید می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

برای یک اینورتر فرکانس متغیر ، فیلتر باید برای فرکانسی تنظیم شود که بالاتر از حداکثر فرکانس مولفه اصلی باشد .

از آنجایی که اکثر مصرف کننده ها شامل سلف هستند ، یکسوسازهای فیدبک یا دیود های موازی-معکوس اغلب به دو سر هر یک از سوئیچ های نیمه هادی متصل می شود تا مسیری برای پیک جریان بار القائی موقع قطع سوئیچ ایجاد کند.

دیودهای موازی-معکوس تا حدی شبیه دیودهای هرزگرد استفاده شده در مدارات مبدل های AC/DC هستند.

تحلیل فوریه نشان می دهد که یک شکل موج ، مثل موج مربعی ، که حدودا در نقطه۱۸۰ درجه غیر متقارن هستند ، فقط شامل هارمونیک های فرد هستند ، سوم ، پنجم ، هفتم و الی آخر.

شکل موج هایی که پله هایی با عرض های معین و سعود و نزول محو دارند ، هارمونیک های اضافی را حذف می کنند.

برای مثال با اضافه کردن یک پله صفر ولت بین قسمت های مثبت و منفی موج مربعی ، همه ی هارمونیک هایی که بر ۳ بخش پذیر هستند ، حذف می شوند و فقط هامونیک های پنجم ، هفتم ، یازدهم ، سیزدهم و … باقی می ماند.

عرض مورد نیاز برای پله ها یک سوم پریود هر پله مثبت یا منفی و یک ششم پریود هر پله صفر ولت است.

تغییر موج مربعی توضیح داده شده در بالا یک مثال از مدولاسیون پهنای باند (PWM) است.

مدولاسیون ، یا رگولاسیون عرض یک پالس موج مربعی اغلب به عنوان متودی از رگوله کردن یا تنظیم ولتاژ خروجی اینورتر است.

زمانی که کنترل ولتاژ لازم نیست ، یک عرض پالس ثابت می تواند برای کاهش یا خذف کردن هارمونیک مورد نظر انتخاب شود.

تکنیک حذف هارمونیک معمولا روی پایین ترین هارمونیک ها ( از لحاظ فرکانسی ) به کار برده می شود چون فیلترینگ در فرکانس های بالاتر موثرتر از فرکانس های پایین است.

طرح های کنترلی Multiple pulse-width یا carrier based PWM شکل موج هایی را ارائه می دهد که با پالس های کم عرض زیادی ترکیب شده اند.

فرکانس به نمایندگی از تعداد پالس های باریک در ثانیه ، فرکانس سوئیچینگ یا فرکانس کریر نامیده می شود.

این طرح های کنترلی اغلب در اینورترهای کنترل موتورهای فرکانس متغیر استفاده می شوند زیرا رنج وسیعی از ولتاژ و فرکانس خروجی را قابل تنظیم می کنند در حین بهتر کردن کیفت شکل موج.

اینورترهای چند سطحی روش دیگری را برای حذف هارمونیک ها ارائه می کنند.

اینورترهای چند سطحی شکل موجی را در خروجی ایجاد می کند که چندین پله مجزا از سطوح مختلف ولتاژ را ارائه می کند.

برای مثال ممکن است که چند موج سینوسی را با داشتن ورودی های جریان مستقیم در دو سطح ولتاژ یا ورودی های مثبت و منفی با زمین مرکزی ایجاد کند.

با اتصال ترمینال های خروجی اینورتر به ترتیب بین مثبت و زمین ، مثبت و منفی ، زمین و منفی ، سپس هر دو به زمین ، یک شکل موج پله ای در خروجی اینورتر تولید می شود.

این مثالی از اینورتر سه سطحی است :

دو ولتاژ و یک زمین.

کاربرد اینورتور برق به عنوان منبع تغذیه DC

یک اینورتر الکتریسیته ی DC را از منابعی از قبیل باتری ها ، پنل خورشیدی یا پیل های سوختی به الکتریسیته AC تبدیل می کند.

برق تولیدی می تواند هر مقدار مورد نیاز باشد.

در اصل می توان از اینورتر برای راه اندازی تجهیزات AC به عنوان کاربرد اصلی استفاده کرد یا آن را برای تهیه ولتاژ مطلوبی یکسو کرد.

اینورترهای Grid tie می توانند انرژی را به شبکه ی توزیع برگشت دهند زیرا جریان متناوب را با همان شکل موج و فرکانس اعمالی به شبکه ی توزیع تهیه می کنند.

همچنین می توانند در صورت تاریکی بصورت اتوماتیک خاموش شوند.

میکرو اینورترها جریان مستقیم یک پنل خورشیدی را برای اعمال به شبکه الکتریکی به جریان متناوب تبدیل می کند.

منبع تغذیه وقفه ناپذیر

یک منبع تغذیه وقفه ناپذیر (UPS) از چند باتری و یک اینورتر برای تغذیه توان AC زمانی که منبع اصلی در دسترس نیست ، استفاده می کند.

موقعی که منبع اصلی به مدار بازگشت ، یک یکسوساز برای شارژ مجدد باتری ها از منبع اصلی استفاده می شود.

اینورتر به عنوان گرمکن القائی

از اینورتر ها برای بالا بردن فرکانس برق اصلی جهت استفاده در گرمکن القائى استفاده می شود.

برای اینکار ابتدا برق اصلی با به DC تبدیل کرده و سپس بوسیله اینورتر برق DC را به AC با فرکانس بالاتر تبدیل می کنند.

اینورترها منبع فرکانس پایین AC اصلی را به فرکانسی بالاتر برای استفاده در گرمکن القائی تبدیل می کند.

سپس اینورتر منبع DC را به منبع AC فرکانس بالا تبدیل میکند.

درایوهای فرکانس متغیر

استفاده از باتری و اینورتر بعنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست.

وقتی که برق اصلی مجددا برقرار شد ، از یکسو کننده برای شارژ کردن باتری ها استفاده می شود.

درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه

در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه برقی مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی مانند تویوتا Prius استفاده می شود.

به طور خاص پیشرفت های مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها به خاطر کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی است.

در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور (که در این جا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.

درایو فرکانس متغیر یا VFD یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است.

اینورتر وظیفه کنترل برق را بعهده می گیرد.

در اغلب موارد ، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است به طوری که برق DC مورد نیاز اینوتر از برق AC اصلی تامین می شود.

از آنجا که در اینجا اینورتر یک عنصر اصلی است، بعضی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود.

از نظر کاربرد اینورترها به دسته های مختلفی تقسیم می شوند.

برای راه اندازی پمپ ها، فن ها،آسانسور،جرثقیل، نوارهای نقاله ، دستگاههای اکسترودر و…… از اینورتراستفاده می شود.

برای پمپ و فن از اینورترهای با گشتاور متغیر و برای آسانسورونوار نقاله و جرثقیل از اینورتر با گشتاور ثابت و برای اکسترودرها از اینورتر با فیدبک PG بهره برداری میکنند.

دیگر کاربردهای آن به صورت زیر است:

تهویه مطبوع

یک تهویه مطبوع ساخته شده با اینورتر از یک درایو فرکانس متغیر برای کنترل سرعت موتور و کمپرسور استفاده می کند.

انتقال انرژی به روش HVDC

در انتقال برق به روش HVDC (انتقال مقدار زیادی انرژی در مسافت‌های زیاد و با تلفات کم)، ابتدا برق AC به برق DC با ولتاژ بالا تبدیل شده و به مکان دیگری منتقل می شود.

سپس در محل دریافت، به کمک اینورتر آن را به برق AC تبدیل می کنند.

درایو فرکانس متغیر

درایو فرکانس متغیر یا VFD یک سیستم برای کنترل کردن سرعت چرخش یک موتور AC با کنترل کردن فرکانس برق اعمال شده به موتور الکتریکی است.

اینورتر وظیفه کنترل برق را بعهده می گیرد.

در اغلب موارد ، درایو فرکانس متغیر شامل یک یکسوساز است به طوری که برق DC مورد نیاز اینوتر از برق AC اصلی تامین می شود.

از آنجا که در اینجا اینورتر یک عنصر اصلی است، بعضی اوقات درایو فرکانس متغیر به نام درایو اینورتر یا کلا اینورتر نامیده می شود.

استفاده از باتری و اینورتر بعنوان منبع تغذیه اضطراری (یو پی اس) جهت تامین برق AC زمانی که برق اصلی در دسترس نیست.

وقتی که برق اصلی مجددا برقرار شد ، از یکسو کننده برای شارژ کردن باتری ها استفاده می شود.

درایوهای الکتریکی وسیله نقلیه

در حال حاضر از اینورتر جهت کنترل قدرت کشش موتور در برخی وسایل نقلیه برقی مانند قطار برقی و همچنین برخی از خودروهای الکتریکی و هیبریدی مانند تویوتا Prius استفاده می شود.

به طور خاص پیشرفت های مختلف انجام شده در تکنولوژی اینورترها به خاطر کاربرد آنها در وسایل نقلیه برقی است.

در وسایل نقلیه مجهز به ترمز احیا کننده، اینورتر همچنین انرژی خود را از موتور (که در این جا به عنوان یک ژنراتور عمل می کند) گرفته و آن را در باتری ها ذخیره می کند.

استفاده در پنلهای خورشیدی

پنلهای خورشیدی دارای خروجی DC هستند که با استفاده از اینورترها این توان تبدیل به AC می‌شود.

انواع اینورترها از نظر فاز و شکل موج خروجی:

اینورترها از نظر فاز تبدیل به دو نوع عمده تک فاز و سه فاز تقسیم بندی می‌شوند همچنین از نظرشکل موج خروجیشان به چهار نوع زیر تقسیم می‌شوند.

1. خروجی به شکل موج مربعی

2. خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (معمولی)۳

3. خروجی به شکل سینوسی اصلاح شده (پله ای)

4. خروجی به شکل سینوسی خالص

کاربرد اینورتور در جوشکارى فولاد و خصوصا جوشکارى آلومینیوم

اینورتور جوشکاری

در گذشته دستگاههاى جوشکارى بر پایه ترانسفورماتور بوده اند .

عملکرد ترانسفورمرها درفرکانس ۵۰ یا ۶۰ هرتز معمولاً نا کارآمد مى باشد .

گرماى زیادى در ترانسفورمر تولید شده وترانسفورمر نیز باید نسبتاً بزرگ و سنگین باشد .

بخش مهمى از انرژى ، صرف گرم کردن ترانسفورمر و فضاى اطراف آن مىشود .

ترانسفورمر قدرت اصلى که با توان ۲۰۰۰۰ هرتز کار مى کند ، به مراتب بهینه تر وکارآمدتر از انواع ۵۰ هرتزى آن است که این به معناى کوچک شدن قابل توجه ترانسفورمر مى باشد .

بعنوان مثال در مقایسه بادستگاههاى رکتیفایر ترانسفورمرى باحدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ کیلوگرم وزن ، دستگاههاى مشابه اینورترى حدود ۸تا ۴۰ کیلوگرم وزن دارند.

بنابراین ازمزایاى سبک و قابل حمل بودن دستگاههاى اینورترى لذت خواهید برد .

دیگر برترى دستگاههاى اینورترى ، بهره ورى اقتصادى آنها مى باشد .

بعنوان مثال، مقدار جریان اولیه در یک دستگاه اینورتر سه فاز با جریان خروجى ۲۰۰ آمپر، ۱۲ آمپر مى باشد.

اما این جریان در مدل هاى ترانسفورمر معمولى حدود ۱۸ آمپر در جریانهاى مشابه است .

اگر چه گاهى اوقات در زمینه صرفه جویى در تبدیل سیستم هاى ترانسفورمر به اینورتر اغراق مى شود.

اما میتوان گفت شما بطور سالیانه حداقل % ۱۵ و بسته به سایر شرایط تا % ۳۰ در زمینه نیروى مصرفى ، کاهش هزینه خواهید داشت.

بسیار یکنواخت و عارى از هرگونه نوسانات DC ورودى به دستگاه ، در سیستم اینورترى به یک AC داشت .

شکل موج خروجی inverter :

کلید در اینورتر ساده ی توضیح داده شده در بالا یک شکل موج ولتاژ مربعی تولید می کند.

در عوض موج سینوسی که شکل موج متداول منبع تغذیه AC است.

با استفاده از تحلیل فوریه ، شکل موج متناوب متشکل از مجموعی از بی نهایت سری از موج های سینوسی است.

موج سینوسی که همان فرکانس را دارد به عنوان شکل موج اصلی ، مولفه ی اصلی نامیده می شود.

شکل موج های سینوسی دیگر ، هارمونیک نامیده می شوند ، که شامل یک سری با مضارب صحیح فرکانس اصلی هستند.

کیفیت شکل موج خروجی اینورتر می تواند برای محاسبه اعوجاج هارمونیکی کل (THD) با استفاده از اطلاعات آنالیز فوریه بیان شود.

اعوجاج هارمونیکی کل جذر مجموع مربعات ولتاژ هارمونیک ها تقسیم بر ولتاژ اصلی است.

کیفیت شکل موج خروجی که از یک اینورتر مد نظر است به مشخصات مصرف کننده وابسته است.

بعضی مصرف کننده ها برای کارکرد صحیح به منبع ولتاژ تقریبا سینوسی کامل نیاز دارند.

مصرف کننده های دیگر ممکن است با ولتاژ مربعی خیلی خوب کار کنند.