اینورتر چیست و چه کاربردی دارد + مزایای انواع Inverter

اینورترها برای تبدیل نوع جریان برق مورد استفاده قرار می‌گیرند و کاربردهای جدیدی نیز مثل کنترل قدرت و سرعت موتورهای گردشی و کمپرسورها نیز به آن‌ها اضافه شده است. چه بخواهید از پنل‌های خورشیدی استفاده کنید یا انرژی ذخیره‌شده در باتری‌ها را برای راه‌اندازی لوازم برقی پرمصرف به‌کار بگیرید، استفاده از اینورتر ضروری است. همچنین، بسیاری از لوازم خانگی مدرن مثل کولرهای گازی و ماشین‌های لباسشویی جدید دارای اینورتر هستند. برای آشنایی با اینورتر و کاربردهای فراوان آن در خانه‌های امروزی، این مقاله از شرکت خانه هوشمند فریتز را از دست ندهید.

اینورترها در بسیاری از وسایل خانگی و صنعتی که به‌نوعی در آنها حرکت وجود دارد، مانند کولر گازی، یخچال، ماشین لباس‌شویی، پمپ آب، آسانسور و موتورهای الکتریکی کاربرد دارند. اینورترها با کنترل سرعت و گشتاور موتورها، باعث صرفه‌جویی در انرژی، کاهش ضربه‌های مکانیکی و افزایش عمر موتورها می‌شوند.

امروزه اینورترهای مختلفی در بازار وجود دارد که هر کدام دارای ساختار متفاوت، توان‌های مختلف، مزایا و معیاب گوناگون هستند؛ اما اینورتر چیست و چه کاربردی دارد. در مقاله حاضر، ضمن آشنایی بیشتر با کاربرد اینورتر (inverter)، به بررسی انواع، مزایا و معایب اینورتر و کاربرد آن خواهیم پرداخت.

اینورتر inverter چیست؟

اینورتر (Inverter) یا مبدل جریان مستقیم به متناوب دستگاهی است که می‌تواند جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل ‌کند. معمولاً اینورترها برای تبدیل جریان متناوب (DC) باتری‌ها به جریان مستقیم (AC) شبکه برق شهری به کار می‌روند تا بتوان با استفاده از انرژی ذخیره‌شده باتری از وسایل برقی استفاده کرد.

بسیاری از دستگاه‌های برقی کوچک مثل سامانه‌های انرژی خورشیدی از جریان مستقیم استفاده می‌کنند زیرا سلول‌های خورشیدی فقط قادر به تولید ولتاژ DC هستند. همچنین، جریان مستقیم در ابزارهایی که به ولتاژ کمتری نیاز دارند به‌کار می‌رود. از جمله این ابزارها می‌توان به باتری‌ها اشاره کرد که فقط امکان تولید ولتاژ DC را دارند.

خرید کلید پریز هوشمند با بهترین قیمت

برای درک بهتر تفاوت جریان مستقیم و متناوب، خوب است بدانید که جریان مستقیم (DC) جریانی است که در یک جهت جریان پیدا می‌کند. باتری‌ها، سلول‌های خورشیدی و ژنراتورهای خانگی از جمله وسایلی هستند که با جریان مستقیم سروکار دارند. از سوی دیگر، جریان متناوب (AC) جریانی است که در دو جهت جریان دارد و نمونه بارز آن شبکه برق شهری با ولتاژ 120 یا 240 ولت است.

حال، این سؤال مطرح می‌شود که اصلاً چرا باید جریان مستقیم را به جریان متناوب تبدیل کرد؟ خوشبختانه، جواب این سؤال بسیار ساده است.

همه می‌دانیم که جریان شبکه‌ی برق شهری که وظیفه تأمین انرژی لوازم خانگی را برعهده دارد از نوع متناوب با ولتاژ 220 است. این موضوع، مهم‌ترین دلیل تولید لوازم خانگی پرمصرف منطبق با جریان متناوب است، چراکه جریان ورودی برق منازل نیز از نوع متناوب بوده و وسایل برقی به آن نیاز دارند.

همچنین، بیشتر لوازم خانگی برقی به ولتاژ زیادی نیاز دارند که جریان مستقیم از پس تأمین آن بر نمی‌آید زیرا همان‌گونه که گفتیم، جریان مستقیم قادر به تولید ولتاژهای بالا نیست؛ بنابراین، در صورتی که دستگاهی از جریان متناوب استفاده کند، برای اتصال آن به جریان برق شهری منازل، باید از اینورتر برق استفاده کرد.

افزون‌ بر این، یکی از معایب جریان متناوب، عدم امکان ذخیره‌ در باتری‌ها به‌دلیل ویژگی‌های خاص آن است که باعث می‌شود استفاده از اینورتر جهت ذخیره انرژی یا تبدیل انرژی ذخیره‌شده به جریان قابل استفاده در لوازم برقی خانگی به یکی از ضرورت‌های زندگی امروزی تبدیل شود.

با این‌حال، کاربرد اینورترهای امروزی فراتر از موارد گفته‌شده است. امروزه، اینورترهای مدرن علاوه‌بر امکان تبدیل جریان مستقیم به متناوب، می‌توانند عکس این عمل را نیز انجام دهند. همچنین، بسیاری از دستگاه‌های جدید از موتور اینورتر با قابلیت کاهش و افزایش سرعت و گشتاور موتور استفاده می‌کنند که در بسیاری از لوازم خانگی و صنعتی مثل کولر گازی اینورتر به‌کار می‌روند. اینورترها با کنترل سرعت و گشتاور موتورها، باعث صرفه‌جویی در انرژی، کاهش ضربه‌های مکانیکی و افزایش عمر موتورها می‌شوند.

بیشتر بخوانید: سیستم برق هوشمند BMS چیست؟

اینورتر چگونه کار می‌کند؟

وظیفه اینورتر تولید یا ذخیره برق نیست، بلکه همان‌طور که گفته‌ شد، کاربرد اصلی آن تبدیل جریان مستقیم به متناوب و برعکس است.

برای درک نحوه کار اینورتر (inverter)، باید بدانید که این دستگاه از چندین قسمت تشکیل شده است که عبارتند از:

• اسیلاتور: یک مدار الکترونیک است که می‌تواند پالس‌های الکتریکی با فرکانس مشخص تولید ‌کند. این پالس‌ها به عنوان سیگنال کنترل برای روشن و خاموش شدن سوئیچ‌های قدرت استفاده می‌شوند.
• سوئیچ‌های قدرت: قطعات الکترونیکی هستند که بسته به سطح ولتاژ سیگنال کنترل، جریان را از منبع DC به بار AC عبور داده یا قطع می‌کنند.
• ترانسفورماتور: یک قطعه الکترومغناطیسی است که ولتاژ AC را با تغییر نسبت تعداد دور سمت اولیه و ثانویه تغییر می‌دهد. ترانسفورماتور همچنین باعث جداسازی الکتریکال بین منبع DC و بار AC می‌شود.
• فیلتر: دسته‌ای از عناصر الکترومغناطیسی هستند که هارمونیک‌های ناخواسته را از جریان AC خروجی حذف کرده یا آن‌ها را کاهش می‌دهند. فیلتر همچنین باعث کمک به صاف‌شدن شکل موج AC خروجی می‌شود.

بیشتر بخوانید: موتورخانه هوشمند چیست: مزایا و معایب هوشمندسازی موتورخانه

نحوه عملکرد اینورتر به این صورت است که ابتدا، جریان مستقیم را به جریان متناوب با فرکانس بالاتر تبدیل می‌کند. در گام بعدی، جریان متناوب با استفاده از ترانسفورماتور به ولتاژ مناسب تغییر می‌یابد. سپس، جریان متناوب با استفاده از فیلتر پالس‌شده به جریان متناوب صاف‌شده تبدیل می‌شود.

به‌بیان ساده‌تر، اینورتر ابتدا جریان برق مستقیم (DC) را از منبعی مانند باتری یا پنل خورشیدی دریافت کرده و با استفاده از ترانزیستورها و قابلیت‌های الکترونیکی، آن را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. سپس، جریان متناوب تولید‌شده با ولتاژ و فرکانس مناسب در دسترس لوازم برقی یا شبکه‌ی برق خانه قرار می‌گیرد.

همچنین، نوع دیگر از اینورترها مواردی هستند که در لوازم خانگی مثل کولر گازی، یخچال یا ماشین لباسشویی به کار می‌روند. برای مثال، اینورتر با تغییر فرکانس و ولتاژ برق وارد‌شده به کمپرسور کولر گازی، سرعت و قدرت آن را تنظیم می‌کند. این کار باعث می‌شود که کولر گازی با دقت بالاتر به دمای مورد نظر کاربر رسیده و مصرف برق نیز کاهش یابد.

در این مدل از اینورترها، ابتدا، جریان مستقیم از منبع برق به اینورتر منتقل شده و در مرحله بعد، اینورتر با استفاده از یک مدار الکترونیک، جریان مستقیم را به جریان متناوب با فرکانس و ولتاژ قابل تغییر تبدیل می‌کند. در نهایت، جریان متناوب از اینورتر به کمپرسور کولر گازی یا موتور یخچال رسیده و سرعت و قدرت آن را مطابق با نیاز سامانه تنظیم می‌کند.

خرید منبع تغذیه هوشمند (منبع تغذیه خانه هوشمند)

کاربرد اینورتر

همان‌طور که گفتیم، اینورترها در وسایل و صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌کنیم:

• کنترل سرعت موتورهای الکتریکی: یکی از کاربردهای اصلی اینورترها کنترل سرعت موتورهای برقی است. اینورترها می‌توانند سرعت موتور را به طور دقیق و روان کنترل کنند که در وسایلی مثل ماشین‌های CNC و آسانسورها ضروری است.
• کولرهای گازی: اینورترها در کولرهای گازی به منظور کنترل دمای هوا و بهره‌وری انرژی استفاده می‌شوند. ماژول اینورتر توانایی تنظیم سرعت کمپرسور و در نتیجه، میزان خروجی سرما را داشته و باعث صرفه‌جویی در مصرف برق و حفظ دمای مطلوب محیط می‌شود که می‌تواند مهم‌ترین مزیت کولر گازی اینورتر باشد.
• ماشین لباسشویی: استفاده از موتور اینورتر لباسشویی به منظور صرفه‌جویی در انرژی، عملکرد بهتر و کاهش سروصدا و خرابی ماشین انجام می‌شود. اینورترها توانایی کنترل دقیق سرعت موتور را داشته و به ماشین لباسشویی اجازه می‌دهند هوشمندانه‌تر عمل کند. علاوه‌ بر این، ماشین‌های لباسشویی با اینورتر معمولاً کم‌صدا‌تر بوده و پایدارتری بیشتری در چرخش و عملکرد دارند که به بهبود عملکرد شستشو و طول عمر ماشین کمک می‌کند.
• سیستم‌های تأمین برق پشتیبان: به‌طور کلی اینورترها به کمک موتور برق اینورتر می‌توانند به عنوان تجهیزات تأمین برق پشتیبان در مواقع قطعی برق به کار ‌رفته و در تبدیل جریان برق مستقیم باتری به جریان متناوب شهری نقش ایفا کنند.
• انرژی‌های تجدیدپذیر: اینورترها در سیستم‌های انرژی خورشیدی و بادی استفاده گسترده‌ای دارند تا جریان مستقیم تولید‌شده توسط پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی را به جریان متناوب تبدیل کنند.
• لوازم برقی خانگی: اینورترها در تجهیزات برقی خانگی مانند تلویزیون‌، کامپیوتر و شارژر موبایل استفاده می‌شوند تا بتوانند با تبدیل جریان، امکان استفاده از این دستگاه‌ها را فراهم کنند.
• خودروهای برقی: اینورترها در خودروهای برقی و هیبریدی برای تبدیل جریان مستقیم باتری به جریان متناوب مورد استفاده قرار می‌گیرند تا امکان تغذیه موتورهای الکتریکی فراهم شود.
• صنایع تولیدی و کارخانه‌ها: اینورترها در صنایع مختلف برای تنظیم توان و ولتاژ در تجهیزات و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گیرند.

بیشتر بخوانید: هوشمند سازی کولر گازی با رله، کنترلر و کلید هوشمند کولر گازی

انواع اینورترها

انواع اینورتر ها را می‌توان از نظر ورودی، خروجی، موج تولیدی و کاربرد تقسیم‌بندی کرد. در ادامه به برخی از این تقسیم‌بندی‌ها اشاره می‌کنیم:

از نظر ورودی، اینورترها به دو نوع تک فاز و سه فاز تقسیم می‌شوند. اینورتر تک فاز جریان مستقیم را به جریان متناوب تک فاز تبدیل و اینورتر سه فاز جریان مستقیم را به جریان متناوب سه فاز تبدیل می‌کند.

از نظر خروجی، اینورترها به دو نوع ثابت و متغیر تقسیم می‌شوند. اینورتر (inverter) ثابت دارای خروجی با فرکانس و ولتاژ ثابت است، ولی اینورتر خروجی با فرکانس و ولتاژ قابل تغییر دارد.

از نظر موج تولیدی، اینورترها به انواع موج مربعی، مثلث، اینورتر سینوسی، پالس عرض متغیر (PWM) و اینورتر منبع ولتاژ VSI تقسیم می‌شوند که هر نوع خصوصیات و کاربردهای خود را دارد:

• اینورترهای PWM (Pulse Width Modulation): این نوع اینورترها از مدار PWM برای کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی استفاده می‌کنند. در این مدار، کلیدهای الکترونیک قدرت به طور متناوب جریان DC را به جریان AC تبدیل می‌کنند.
• اینورترهای VSI (Voltage Source Inverter): این نوع اینورترها از مدار VSI برای کنترل فرکانس و ولتاژ خروجی استفاده می‌کنند. در این مدار، ترانسفورماتورهای ولتاژ منبع و کلیدهای الکترونیک قدرت برای ایجاد جریان AC خروجی استفاده می‌شوند.
• اینورترهای سینوسی خالص: این نوع اینورترها شکل موج خروجی سینوسی خالص تولید می‌کنند. این نوع اینورترها برای کاربردهایی که نیاز به شکل موج سینوسی خالص دارند، مانند تجهیزات پزشکی و صوتی، مناسب هستند.
• اینورترهای موج مربعی: این نوع اینورترها شکل موج خروجی مربعی تولید می‌کنند. این نوع اینورترها معمولاً ارزان‌تر از اینورترهای سینوسی هستند، اما ممکن است برای برخی کاربردها مناسب نباشند.

از نظر کاربرد نیز، اینورترها به دو نوع جدا از شبکه و متصل به شبکه تقسیم می‌شوند. اینورتر جدا از شبکه برای تولید برق متناوب از منابعی با جریان مستقیم مانند باتری یا صفحات خورشیدی استفاده می‌شود. در همین‌ حال، اینورتر متصل به شبکه برای رساندن برق متناوب تولید شده به شبکه برق عمومی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

افزون‌ بر این، از نظر کاربرد می‌توان اینورترها را به انوع مختلفی همچون اینورتر DC به AC، خورشیدی، اینورترهای موتور و اینورترهای تأمین برق پشتیبان تقسیم کرد که هر کدام دارای ویژگی‌های خاصی بوده و عملکرد آن‌ها متفاوت است.

کلید هوشمند: قمیت و خرید انواع کلیدهای هوشمند

مزایا و معایب اینورتر Inverter

همان‌طور که گفتیم، اینورترها علاوه‌ بر قابلیت تبدیل جریان، در بسیاری از وسایل خانگی و صنعتی که به‌نوعی در آن‌ها حرکت وجود دارد، مانند کولرگازی، یخچال، ماشین لباس‌شویی، پمپ آب، آسانسور و موتورهای الکتریکی کاربرد دارند. اینورترها با کنترل سرعت و گشتاور موتورها، باعث صرفه‌جویی در انرژی، کاهش ضربه‌های مکانیکی و افزایش عمر موتورها می‌شوند. در ادامه مزایا و معایب اینورتر را معرفی می‌کنیم.

مزایای اینورتر

• افزایش طول عمر مفید موتور: اینورترها با تغییر فرکانس و ولتاژ جریان ورودی به موتور، سرعت و قدرت آن را تنظیم می‌کنند. این کار باعث می‌شود موتور با دقت بالاتر به نیاز سامانه پاسخ داده و مصرف برق کاهش یابد.
• ذخیره انرژی: اینورترها با استفاده از جریان متناوب با فرکانس و ولتاژ قابل تغییر، مصرف برق را به حداقل می‌رسانند. این موضوع باعث کاهش هزینه‌های برق و کمک به حفاظت از منابع انرژی می‌شود.
• سرعت قابل تنظیم: اینورترها با استفاده از سیگنال‌های الکترونیک، سرعت موتور را به سطح دلخواه تغییر می‌دهند. این قابلیت در بسیاری از فرآیندهای صنعتی کاربرد دارد و باعث بهبود عملکرد و کارآمدی سامانه‌ها می‌شود.
• امکان راه‌اندازی روان: اینورترها با بهره‌مندی از قابلیت شروع، توقف و شتاب کنترل‌شده، جریان لازم راه‌اندازی را کاهش داده و در نتیجه، فشار واردشده به شبکه را حین راه‌اندازی کم می‌کنند. این عمل باعث جلوگیری از خسارات ناشی از ضربات الکترومغناطیسی، تغییرات نامطلوب جریان یا ولتاژ شبكه، سوختگی فیوز یا كلیدهای حفاظتی و… می‌شود.
• کاربری آسان: یکی دیگر از مزایای اینورتر استفاده راحت از آن است. اکثر اینورترها دارای رابط کاربری آسان هستند که تجربه کاربری را ساده می‌کنند.

پریز هوشمند: قیمت و خرید انواع پریزهای هوشمند

معایب اینورتر چیست

• هزینه بالا: اینورترها به دلیل داشتن قطعات الکترونیک پیچیده و حساس، هزینه بالاتری نسبت به سوئیچ‌های معمولی دارند. همچنین، این قطعات نیاز به تعمیر و نگهداری منظم و تخصصی دارند که باعث افزایش هزینه‌های عملیاتی می‌شود.
• حساسیت به نوسانات ولتاژ: اینورترها به دلیل داشتن قطعات الکترونیک حساس، در برابر نوسانات ولتاژ بسیار آسیب‌پذیر هستند. اگر ولتاژ جریان مستقیم (DC) خارج از محدوده مجاز باشد، ممکن است باعث خراب شدن قطعات یا کاهش عملکرد اینورتر شود.
• نویز الکترومغناطیسی: برخی از اینورترها ممکن است نویز الکترومغناطیسی تولید کنند که می‌تواند با برخی دستگاه‌های الکترونیکی دیگر تداخل ایجاد کند.
• وزن و حجم: اینورترها معمولاً سنگین‌تر و حجیم‌تر از موتورهای معمولی هستند.

پرسش‌های متداول

نمایندگی اشنایدر (برند خانه هوشمند Schneider) در ایران

جمع‌بندی

اینورترها دستگاه‌های الکترونیکی هستند که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کنند. اینورترها کاربردهای مختلفی از جمله، کنترل سرعت موتورهای برقی، تولید برق اضطراری به کمک ژنراتور، شارژ باتری‌های خورشیدی و باتری‌های ذخیره‌سازی، راه‌اندازی موتورهای سنگین و بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی دارند.

همچنین، اینورترها مزایای زیادی همچون کنترل دقیق سرعت موتور، راه‌اندازی نرم موتور، بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی، افزایش عمر موتور و کاهش نویز و لرزش دارند. با این حال، اینورترها معمولاً گران‌تر از موتورهای معمولی بوده و نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری نیز دارند؛ همچنین، باید توجه داشت که انواع اینورترها و کاربردهای آن‌ها متفاوت هستند و با توجه به نیاز و شرایط خاص باید انتخاب مناسبی صورت بگیرد.