تولید کننده ایرانی درایو آسانسور

اینورتر چیست؟

یکی از میراث تسلا (و همینطور جرج وستینگهاوس، شریک تجاری او و رئیس شرکت الکتریکی وستینگهاوس) این است که بیشتر لوازم برقی‌ای که ما در خانه‌هایمان استفاده می‌کنیم، مخصوصا طوری طراحی شده‌اند که با برق AC کار کنند. وسایلی که با برق DC کار می‌کنند ولی باید برقشان را از پریزهای AC بگیرند، به قطعه‌ای اضافی نیاز دارند که یکسوساز[4] نامیده می‌شود و معمولا از قطعات الکترونیکی‌ای به نام دیود برای تغییر AC به DC استفاده می‌کنند.

کاری که اینورتر یا همان اینورتر موتور الکتریکی انجام می‌دهد دقیقا برعکس یکسوساز است و فهم اساس کارش بسیار آسان است. فرض کنید یک باتری در چراغ قوه‌ای گذاشته‌اید و کلید آن هم وصل است، بنابراین جریان DC مانند یک ماشین مسابقه که در پیستی در حال حرکت است، همیشه در یک جهت در مدار جریان پیدا می‌کند. حالا اگر باتری را دربیاورید و برعکس در جایش قرار دهید چه اتفاقی می‌افتد؟ با فرض این که بتوان باتری را برعکس جا زد، با احتمال قریب به یقین باز هم چراغ قوه کار خواهد کرد و شما هم متوجه تغییری در نوری که ایجاد می‌کند نخواهید شد- اما در واقع جریان برق در حال حرکت در جهت مخالف است. فرض کنید که دست‌هایتان سرعتی جادویی داشتند و آنقدر سریع بودند که می‌توانستید جهت باتری را در هرثانیه 50 الی 60 بار عوض کنید. در این حالت شما به نوعی یک اینورتر مکانیکی بودید که برق DC باتری را به AC با فرکانس 50-60 هرتز تبدیل می‌کرد.

البته اینورترهایی که از فروشگاه‌های الکتریکی می‌خرید دقیقا به این شکل عمل نمی‌کنند، گرچه بعضی از آن‌ها در حقیقت مکانیکی هستند: این نوع اینورترها از کلیدهای الکترومغناطیسی استفاده می‌کنند که برای تغییر جهت جریان، با سرعتی بالا قطع و وصل می‌شوند. اینگونه اینورترها اغلب یک خروجی موج مربعی دارند: جریان یا در جهت مستقیم است و با در جهت خلاف آن، و یا دارد با سرعت بین این دو حالت تغییر وضعیت می‎دهد.

می‌توان برای تولید انواع متنوعی از چنین موج‌های نرمی، از اینورترهای الکتریکی استفاده کرد. در این اینورترها از قطعات الکترونیکی‌ای به نام سلف و خازن استفاده می‌کنند تا موج خروجی جریان، آرام‌تر از حالت خاموش/روشن ناگهانی موج مربعی بالا و پایین برود. همچنین می‌توان برای تغییر یک ولتاژ ورودی DC خاص به یک ولتاژ خروجی AC کاملا متفاوت (چه بالاتر و چه پایین‌تر)، از اینورترها در کنار مبدل‌ها هم استفاده کرد. البته در این حالت توان خروجی باید همیشه کمتر از توان ورودی باشد: این موضوع به قانون پایستگی انرژی برمی‌گردد که طبق آن، اینورتر و مبدل نمی‌توانند توان خروجی‌ای بالاتر از توان ورودی‌شان داشته باشند و مقداری از انرژی به شکل گرمای عبور جریان برق از قطعات مختلف الکتریکی و الکترونیکی از بین می‌رود.  بازدۀ اینورتر در عمل بالای 90% است، گرچه فیزیک پایه به ما می‌گوید که همیشه مقداری انرژی -هرچند خیلی کم- در جایی هدر می‌رود!

اینورتر چگونه کار می‌کند؟

تاکنون نگاهی کلی و پایه‌ای به اینورترها انداخته‌ایم و الان دیگر وقت این شده که دوباره با نگاهی دقیق‌تر به سراغشان برویم. تصور کنید یک باتری DC هستید و کسی روی شانه‌تان می‌زند و از شما می‌پرسد آیا می‌توانید به جای DC برق AC تولید کنید؟ چطور این کار را انجام خواهید داد؟ اگر همۀ جریانی که تولید می‌کنید در یک جهت خارج می‌شود، چطور است یک کلید ساده در پایۀ خروجی‌تان کار بگذارید؟ قطع و وصل کردن جریانتان با سرعت بالا پالس‌هایی از جریان مستقیم ایجاد می‌کند-که حداقل نصف کار را انجام می‌دهد. برای درست کردن جریان AC مناسب، به کلیدی احتیاج دارید که به شما اجازه بدهد جریان را کاملا برعکس کنید و این کار را حدود 60-50 بار در ثانیه انجام بدهید. فکر کنید یک باتری انسانی بودید که اتصالاتتان را بیش از 3000 بار در دقیقه عوض می‌کردید. برای این کار نیاز به مهارت فیزیکی بالایی در انگشتانتان داشتید!

در اصل، اینورترهای مکانیکی قدیمی، به زبان ساده متشکل از یک واحد سوئیچینگ (کلیدزنی) متصل به یک مبدل الکتریسیته هستند. ترانسفورمر قطعه‌ای الکترومغناطیسی است که با استفاده از دو سیم پیچ (که اولیه و ثانویه نامیده می‌شوند) و به دور یک هستۀ مشترک آهنی پیچیده شده‌اند، ولتاژ پایین AC را به ولتاژ بالای AC تبدیل می‌کند و برعکس.

در یک مبدل مکانیکی، یا یک موتور الکتریکی و یا نوعی مکانیسم کلیدزنی اتوماتیک، جهت جریان مستقیم ورودی را به سادگی، با برعکس کردن اتصالات، متناوبا تغییر می‌دهد. این کار باعث می‌شود در ثانویه جریان متناوب ایجاد شود- بنابراین تفاوت چندانی با اینورتر تخیلی‌ای که بالاتر در موردش حرف زدم ندارد. قطعه‌ای که کار سوئیچینگ را انجام می‌دهد تا حدودی شبیه به زنگ در الکتریکی کار می‌کند. وقتی برق وصل می‌شود، با تولید نیروی مغناطیسی کلید را کشیده و برای زمانی بسیار کوتاه قطع می‌کند. یک فنر کلید را به جای اولش بر می‌گرداند، در این حالت کلید دوباره وصل می‌شود و این فرایند دوباره تکرار می‌شود -بارها وبارها.

انواع اینورتر صنعتی
 
اگر فقط یک جریان DC را قطع و وصل کنید، یا دائم بچرخانیدش تا جهتش مکررا تغییر کند، در نهایت تنها چیزی که به دست می‌آورید، تغییرات بسیار ناگهانی جریان است: کل جریان در یک جهت، کل جریان در جهت مخالف، و تکرار به همین شکل. اگر نموداری بر اساس جریان (یا ولتاژ) و زمان بکشید، یک موج مربعی به دست خواهید آورد. گرچه الکتریسیته‌ای که به آن شکل تغییر می‌کند، از نظر فنی جریان متناوب است، اما کاملا شبیه جریان متناوبی که در خانه‌هایمان داریم و به شکل یک موج سینوسی بسیار نرم‌تر تغییر می‌کند، نیست. به طور کلی برای وسایل برقی خانگی سنگینی که برق خام مصرف می‌کندد، (وسایلی مثل هیترهای برقی، لامپ‌های رشته‌ای، کتری برقی، یا یخچال) شکل موج ورودی چندان مهم نیست: تنها چیزی که این وسایل نیاز دارند مقدار زیادی انرژی است- برای همین هم موج‌های مربعی آزاری به آن‌ها نمی‌رسانند. از سوی دیگر، وسایل الکترونیکی ایرادگیرتر هستند و موج نرم‌تر سینوسی را به عنوان ورودی ترجیح می‌دهند.

این توضیح می‌دهد که چرا اینورترها در دو نوع به بازار آمدند: اینورترهای موج سینوسی خالص/درست[5] (که اغلب با حروف اختصاری PSW شناخته می‌شوند) و اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده/شبه سینوسی[6] (که به اختصار MSW نامیده می‌شوند). اینورترهای خالص همانطور که از اسمشان پیداست، برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب آرام تغییر کنی بسیار شبیه به همان موج سینوسی اصلی نرمالی که در خانه‌هایمان داریم، از مبدل‌های چنبره‌ای (دونات شکل) ومدارهای الکترونیکی استفاده می‌کنند. می‌توان از این نوع اینورترها برای تغذیۀ هر نوع وسیلۀ برقی AC، مثل تلویزیون‌ها، کامپیوترها، بازی‌های ویدیویی، رادیو و استریوها، توسط یک منبع DC استفاده کرد. در مقابل، اینورترهای موج سینوسی اصلاح شده از قطعات الکترونیکی نسبتا ارزان قیمت (مثل تریستور، دیود، و سایر قطعات ساده) برای تولید نوعی موج مربعی “گرد شده”  (که شبیه موج سینوسی بسیار خشنی است) استفاده می‌کنند و گرچه در رساندن برق به وسایل الکتریکی سنگین خوب عمل می‌کنند، اما می‌توانند برای وسایل الکترونیکی ظریف (یا هرچیزی که کنترل کنندۀ الکترونیکی یا میکروپروسسوری دارد) مشکل ایجاد کنند واین کار را هم می‌کنندپس آنچه گفته شد در کل به این معناست که این نوع اینورترها برای وسایلی مثل لپ‌تاپ، تجهیزات پزشکی، ساعت‌های دیجیتال، و لوازم خانگی هوشمند نامناسبند. در ضمن، اگر کمی در موردش فکر کنید، می‌بینید موج مربعی گرد شدۀ این اینورترها در مجموع نسبت به موج سینوسی خالص، توان کل بیشتری به وسایل منتقل می‌کنند (چون مساحت زیر نمودار یک مربع بیشتر از یک منحنی است). این موضوع اینورترهای اصلاح شده را به وسایلی با بازدهی کمتر و اتلاف توان بیشتر به شکل گرما، تبدیل کرده است که یعنی هنگام استفاده از اینورترهای MSW خطر بالارفتن بیش از حد دما وجود دارد. اما اگر بخواهیم نکات مثبتشان را ببینیم، این نوع اینورترها از اینورترهای خالص ارزان‌ترند.