امروزه اکثر وسایلی که در خانه داریم برای کار با برق AC طراحی شدهاند. این میراث دانشمند بزرگ، تسلاست. برقی که شرکتهای توزیع در اختیار ما میگذارند برق DC است و دستگاههای الکتریکی نیاز به تبدیل برق DC به AC دارند. پس ملزم به تبدیل جریان AC به DC هستیم. دستگاهی که این کار را برای ما انجام میدهد اینورتر نام دارد. در ادامه مقاله به نحوه کارکرد اینورتر ها برای تبدیل جریان DC به AC میپردازیم تا بیشتر با جزییات عملکرد آنها آشنا شوید.
جزییات بیشتری درباره اینورتر
اینورتر ولتاژ DC را به AC تبدیل میکند. در اکثر موارد، ولتاژ DC ورودی کمتر است درحالیکه AC برابر با ولتاژ ذخیره 120ولت یا 240ولت است. ممکن است اینورتر بعنوان تجهیزات مستقل مثل تجهیزات انرژی خورشیدی یا برای کار بعنوان منبع تغذیه پشتیبانی باتریهایی که جداگانه شارژ میشوند ساخته شود. همچنین میتوانند بخشی از یک مدار بزرگتر مثل منبع تغذیه یا UPS باشند. اینورتر، بر اساس شکل موج سوییچینگ، انواع مختلفی دارد که دارای پیکربندی، مدار، کارایی، مزایا و معایب متفاوتی هستند. یک اینورتر ولتاژ AC را از منبع برق DC فراهم میکند و برای تغذیه تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی با ولتاژ اصلی AC مفید است. بعلاوه، در مراحل معکوسسازی نیز استفاده میشوند. مدارها بر اساس تکنولوژی سوییچینگ و نوع سوییچ، شکل موج، فرکانس و شکل موج خروجی طبقهبندی میشوند.
روش کار کردن اینورتر
اینورتر مسئول کنترل ولتاژ و فرکانس منبع تغذیه و تغییر یکپارچه چرخش موتورهای مورد استفاده از لوازمخانگی و ماشینآلات صنعتی است. برای درک ساختار و نحوه کارکرد اینورتر باید در نظر داشته باشید که مدار مبدل، جریان متناوبی (AC) که از منبع تغذیه وارد میشود را به جریان مستقیم (DC) تبدیل میکند و مدار اینورتر، جریان مستقیم تغییریافته (DC) را دوباره به AC تبدیل میکند. آنها به صورت یک مجموعه عمل میکنند. شکل زیر نشاندهنده کار آنهاست.
ابتدا، مدار مبدل بکار رفته در قسمت چپ جریان متناوب را به جریان مستقیم تبدیل میکند. این فرآیند، اصلاح نامیده میشود. جهت و بزرگی موج، متناوبا تغییر میکند چون جریان متناوب دارای موج سینوسی است. بنابراین برای عبور الکتریسیته به جلو و تبدل آن به جریان مستقیم و نه برعکس، از دیود که یک نیمههادی است استفاده میشود. وقتی جریان مستقیم از دیود عبور میکند، الکتریسیته را تنها درجهت روبه جلو عبور میدهد که باعث ایجاد پیک مثبت میشود. بهاینترتیب نیمه دیگر چرخه که در جهت منفی است هدر میرود. این فرآیند یکسوسازی تمامموج نامیده میشود و دیود هم پیکهای منفی و هم مثبت را تبدیل میکند.
بااینحال یکسوسازی تمام موج به خودی خود نمی تواند موج صافی ایجاد کند چرا که آثاری از جریان متناوب و نوسانات آن باقی میماند. بنابراین خازن، بارها شارژ و دشارژ میشود تا این نوسانات به آرامی از بین بروند. سپس اینورتر جریان متناوب را با ولتاژ و فرکانس متغیر به عنوان خروجی میدهد. مکانیسم تبدیل جریان مستقیم به متناوب با سوییچهای ترانزیستورها و تغییر فواصل ON/OFF برای ایجاد امواج پالسی با عرضهای مختلف انجام میشود. سپس آنها را در یک موج شبهسینوسی که مدولاسیون عرض پالس (PWM) نامیده میشود ترکیب میکند. بهاینترتیب جریان DC به AC تبدیل میشود.
انواع اینورتر
اگر یک جریان DC را خاموش و روشن کنید، یا آن را به عقب و جلو بچرخانید تا جهت آن مدام تغییر کند، چیزی که با آن مواجه میشوید، تغییرات ناگهانی جریان است یعنی جریان از یک جهت، به جهت دیگر سوییچ میکند. با اینکه الکتریسیته به این شکل تغییر میکند اما از نظر تکنیکی، یک جریان متناوب ، شبیه جریانی نیست که باید وارد لوازم خانگی ما شود. بهطورکلی، برخی از لوام خانگی از برق خام استفاده میکنند مثل بخاری برقی، لامپهای رشتهای، کتری یا یخچال و اهمیتی نمیدهند که موج ورودی به آنها چطور است.
بنابراین میتوانند با امواج مربعی کار کنند. اما دستگاههای الکترونیکی نیاز به موج نرمتری دارند که شبیه موج سینوسی باشد. بههمیندلیل اینورترها دو نوع اصلی دارند: اینورترهایی که موج مربعی دارند (PSW) و اینورترهایی که موج سینوسی اصلاح شده (MSW) دارند. آنها را میتوان برای تامین برق هر دستگاه AC از منبع DC از جمله تلویزیون، کامپیوتر، کنسول بازی، رادیو و … استفاده کرد. اینورترهای موج سینوسی اصلاحشده برای تولید نوع موج مربعی گرد از دستگاههای الکترونیکی نسبتا ساده مثل تریستور و دیود استفاده میکنند و با اینکه برای برخی دستگاههای برقی مناسبند اما برای وسایلی که با کنترلر یا ریزپردازنده کار میکنند مثل لبتاب ، تجهیزات پزشکی یا ساعت دیجیتالی مناسب نیستند. البته برخی اینورترها با باتری کار میکنند اما درعینحال، اکثر اینورترها برای اتصال مداوم به شبکه برق طراحی شدهاند. در هر صورت، کارکرد اینورتر ها مشابه هم است و تفاوت زیادی ندارد.
شکل موج خروجی اینورتر
اینورترها بر اساس شکل موج خروجی آنها به سه نوع اصلی تقسیم میشوند که موج مربعی، سینوسی کامل و سینوسی اصلاحشده است. موج مربع حالت ساده است بااینحال در مقایسه با دو مدل دیگر، کیفیت پایینی دارد. موج مربعی اصلاحشده کیفیت برق بهتری دارد (THD~ 45%) و برای اکثر تجهیزات الکترونیکی مناسب است. اینها پالس مستطیلی دارند که دارای نقاط مردهای بین نیمسیکل مثبت و نیمسیکل منفی هستند (THD حدود 24٪). اینورتر موج سینوسی بهترین شکل موج با THD در حدود 3درصد است. بااینحال، این پرهزینهترین حالت است و در تجهیزات پزشکی، استریو، چاپگرهای لیزیری و سایر کاربردهایی که نیاز به شکل موج سینوسی دارند استفاده میشود. همچنین در اینورترهای اتصالات شبکه و تجهیزات متصل به شبکه نیز به کار میروند.
کاربردهای اینورتر
کارکرد اینورتر ها متفاوت است. از اینورترها در کاربردهای گوناگونی استفاده میشود که طیفی از آداپتورهای ماشین برای برنامههای خانگی یا اداری و سیستمهای شبکه بزرگ را شامل میشود. اینورترها در موارد زیر بکار برده میشوند:
- منابع تغذیه بیوقفه
- به عنوان اینورترهای مستقل
- در سیستمهای انرژی خورشیدی
- به عنوان بلوک سازنده منبعتغذیه حالت سوییچ
جمع بندی
اینورترها دستگاه تبدیل جریان DC به AC هستند. کارکرد اینورتر در محافظت دستگاههای الکتریکی در برابر امواج نامناسب برق است. اینورترها این کار را با اصلاح جریان سینوسی موج برق انجام میدهند. برای این کار چند مولفه اصلی در هر اینورتر وجود دارد که برق با عبور از آنها به صورت AC درمیآید که برای دستگاههای الکتریکی و الکترونیکی مناسب است. استفاده از این دستگاه موجب امنیت و طول عمر دستگاههای الکتریکی میشود.