هر آنچه باید درباره اینورتر ها بدانید!

با توجه به مباحث قبلی و کاربرد اینورتر و عملکرد اینورتر تک فاز ،این جلسه از هر آنچه که لازم است  درباره اینورتر بدانیم، در ده دقیقه صحبت می کنم.

اختراع اینورتر 

بشر توانست برای اولین بار بدون استفاده از ماشین‌های الکتریکی، دست بزند به تولید یک موج سینوسی که می‌تواند سایر بارهای الکتریکی مثل ماشین‌های القایی یا بقیه ماشین‌هایی که به صورت چرخان کار می‌کنند و از موج سینوسی استفاده می‌کنند را تغذیه کند.

اختراع و توسعة اینورترها سبب این شد که یک تحول و انقلابی در صنایع وابسته به الکترونیک قدرت انجام شود. به نحوی که کم‌کم پنل‌های خورشیدی که تنها به صورت ایزوله از شبکه قابل استفاده بودند و قبل از اختراع اینورترها می‌بایست به صورت ایزوله فقط برای شارژ یک باتری می‌توانستند مورد استفاده قرار بگیرند و طبعاً ابعادشان هم خیلی کوچک بود توانست اینورترها متصل کند به شبکه و این اتصال به شبکه سبب شد نیروگاه‌های خورشیدی به وجود بیاید.

حتی نیروگاه‌های خورشیدی به عنوان یک آلترناتیو و یا به عنوان یک جایگزین برای سایر منابع الکتریکی حتی مطرح شود.

در صورتی که تا قبل از اختراع اینورترها چنین استفاده‌ای برای پنل‌های خورشیدی قائل نبودیم. علاوه بر این اختراع اینورترها سبب این شد که ما بتوانیم قابلیت شبکه‌مان را بالا ببریم.

کاربرد اینورتر درخطوط HPVC 

همچنین استفاده از خطوط HPVC که تلفات بسیار بسیار پایین‌تری نسبت به خطوط فعلی AC دارند را توانستیم با اینورترها به وجود آوریم که آن هم به خودیِ خود انقلابی بود و توانست یک تحول شگرف را برای ما در صنعت برق ایجاد کند.

با راه‌اندازی این خطوط HPVC و خطوطی که یک طرف آن‌ها یکسوساز و در وسط آن‌ها خطوط DC را داشتیم و در نهایت اینورتری که بتواند برای ما جریان DC را تبدیل به جریان AC کند، توانستند که حتی دو فرکانس متفاوت را برای اولین بار در تاریخ به یکدیگر متصل کنند.

یعنی در یک سمت برق 50 هرتز باشد و در سمت دیگر برق 60 هرتز یا هر هرتز دیگری که بخواهیم با توجه به آن کاربردی که داریم، با توجه به آن فرکانسی که نیاز داریم بتوانیم تولید کنیم و بتوانیم هر شکل موجی را به هر شکل موج دیگری تبدیل کنیم.

اینورتر چیست؟

مبدل جریان مستقیم به جریان متناوب را اینورتر می‌گویند. المانی است که جریان مستقیم را به موج سینوسی تبدیل می‌کند و اینکه به چه نوع موج سینوسی تبدیل می‌کند یعنی موج سینوسی خروجی ما چقدر به سینوس نزدیک است. این اندازه‌گیری را در اصطلاح کیفیت توان می‌گویند که در ادامه همین فصل درباره‌اش صحبت خواهیم کرد.

پس اینکه یک موج متناوب فقط آن را تبدیل کند، تنها چیزی نیست که ما به آن نیاز داریم. بله ما نیاز داریم که به یک سینوسی خالص برسیم. یا اینکه می‌دانید اگر ما نتوانیم شکل موجی شبیه سینوس داشته باشیم اگر فوریه آن را بنویسیم یک سری هارمونیک‌هایی را اضافه خواهیم داشت طبق آنالیزی که اولین بار فوریه ارائه کرد.

ولی هارمونیک‌های مزاحم و شکل موج‌هایی که دارای فرکانس متفاوتی با فرکانس Fundamental ما یا فرکانس اصلی ما است این ما را خیلی آزار می‌دهد.

ایجاد یک موج شبه‌سینوسی

به همین جهت اگر شما موج اصلی داشته باشید برابر با 50 هرتز و این 50 هرتز را نیاز داشته باشید، وقتی یک اینورتری را بسازید قطعاً خروجی شما 50 هرتز خالص نخواهد بود و دارای فرکانس‌هایی مانند 150 هرتز، 350 هرتز، 550 هرتز و از این order ها و از این ضرایب است.

به این دلیل که ما دارای فرکانس‌های مزاحم هستیم، با استفاده از علم کیفیت توان به فیلتر کردن این هارمونیک‌ها می‌پردازیم تا بتوانیم یک موج شبه‌سینوسی خالص را داشته باشیم.

بدین معنا که ایده‌آل ما این است که در نهایت یک موج سینوسی را تولید نماییم اما هر چه قدر بتوانیم به سمت این ایده‌آل برویم کیفیت توان خروجی ما بهتر خواهد شد.

همان‌طور که در ابتدا توضیح دادم، هم فرکانس را می‌توانیم تغییر دهیم و هم سطح ولتاژ را می‌توانیم توسط این اینورترها که به شکل صنعتی هم درآمده‌اند که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید تبدیل کنیم.

در نهایت گفتم ما شکل موجی که تولید می‌کنیم، شکل موج سینوسی خالص نخواهد بود. برای اینکه به شکل موج سینوسی نزدیک شویم، مجبور هستیم از یک سری فیلتر استفاده کنیم.

فیلترها

فیلترها خودشان عمدتاً به دو نوع اکتیو و پسیو تقسیم‌بندی می‌شوند.

فیلترهای پسیو فیلترهایی هستند که از المان‌های پسیو تشکیل شده‌اند و از سلف و خازن تشکیل شده‌اند و فیلترهای اکتیو فیلترهایی هستند که خودشان دوباره الکترونیک قدرت هستند و از المان‌های الکترونیک قدرت مانند ؟؟؟ تریستور و این‌ها تشکیل شده‌اند.

تفاوت اینورتر و یکسو ساز

عملی که اینورترها انجام می‌دهند دقیقاً عمل معکوس یکسوسازها است.در فصل قبل گفتیم که یکسوساز یک شکل موج سینوسی را تبدیل می‌کرد به یک شکل موج DC ولی ما در اینورترها می‌خواهیم DC را به AC تبدیل کنیم.

مشکلات قبل از اختراع اینورتر

قبل از اختراع اینورترها ما می‌توانستیم شکل موج DC را به AC تبدیل کنیم، ولی به شکلی بود از یک موتور گردان استفاده می‌کردند، و آن موتور گردان چندین Contact داشت که هر کدام از آن contact ها را که فعال می‌کرد، یک موج مربعی که اصلاً شبیه سینوسی نبود، هیچ شباهتی به سینوسی نداشت و حتی مربعی هم نمی‌شد آن را نام‌گذاری کرد، فقط با قطع و وصل کردن متناوب یک شکل موج DC یک شبه AC را ایجاد می‌کرد.

مشکلی که داشت این بود که اصلاً شبیه سینوسی نبود و اصلاً شبیه هیچ شکل موجی نبود. چون قطع و وصل می‌کرد رایزتایم را، Fault هایی داشت شاید آن‌ها بتوان گفت شبیه ذوزنقه‌ای شکل بودند. از همه بدتر قطعاتی که با یکدیگر ساییدگی داشتند بعد از مدتی خراب می‌شدند و احتیاج به اپراتور و تعمیرات داشت. کلاً نمی‌توانست با سرعتی بچرخد که برای ما 50 هرتز را ایجاد کند. نهایتاً 10 هرتز، 10 دور در ثانیه آن موتورها می‌توانستند بزنند. خیلی خیلی ولتاژهای پایینی را می‌توانست ایجاد کند و اصلاً حتی به کیلوولت هم آن سیستم‌ها نمی‌رسیدند.

در صورتی که ما با استفاده از اینورترهای امروزی مگاولت برای ما خیلی آسان شده است. همچنین علاوه بر آن هیچ قطعة دینامیکی نداریم و تمام قطعاتی که استفاده می‌کنیم استاتیک است و دارای راندمان بسیار بالاتری نسبت به قدیم است.

علاوه بر آن اینکه بسیار پاک هستند و احتیاج به هیچ اپراتوری هم ندارند. در تصویر زیر چند اینورتر را می‌بینید همچنین یک اینورتری که به عنوان power هم مورد استفاده قرار می‌گیرد

به امید به رضایت شما در مبحث بعدی از شبیه سازی اینورترها در محیط سیمولینک متلب صحبت خواهم کرد.