اینورتر، نحوه عملکرد خود را همراه با بسیاری از ویژگی های حفاظتی و عملکردهای دیگر مدیریت می کند. در یک رایانه، ممکن است اینورتر را به عنوان CPU یا واحد پردازش مرکزی سیستم PV خورشیدی در نظر بگیرند. با بررسی مزایا و معایب اینورتر ، می توان به کاربردهای موثر آن در سیستم های مختلف دست یافت.
در ادامه با فرنام الکتریک همراه باشید تا مزایا و معایب اینورتر را به شما کامل توضیح دهیم.
مزایا و معایب اینورتر ؛اینورتر چیست؟
اینورتر (Inverter) یک سیستم الکترونیکی است که توان زندگیمان را تغییر می دهد و جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می کند. این دستگاه قادر است توان الکتریکی را از یک منبع DC مانند باتری یا سلول های خورشیدی گرفته و آن را به یک منبع AC مانند شبکه برق عمومی تبدیل کند.
اینورترها در متنوعی از برندها، اندازه ها و قدرت ها وجود دارند و برای کاربردهای مختلفی مانند استفاده در خانه ها، وسایل نقلیه الکتریکی، صنایع و سیستم های تولید برق خورشیدی استفاده می شوند. علاوه بر تبدیل جریان، اینورترها همچنین قادرند توان و ولتاژ خروجی را تنظیم کنند و وظایف مانند خنک کردن و محافظت در برابر ولتاژهای بالا و پایین را انجام دهند.
یکی از کاربردهای رایج اینورترها، تأمین برق در مناطقی است که برق شهری در دسترس نیست یا در زمانهای اضطراری استفاده می شود. برای مثال، اینورترها می توانند از باتری های خودرو یا سلول های خورشیدی برای تأمین برق در کمپینگ، کاروان ها یا قایق ها استفاده شوند. همچنین، در صنایع و ماشین آلات، اینورترها برای تأمین برق به موتورها و دستگاه های الکتریکی با ولتاژ و فرکانس متغیر استفاده می شوند.
کاربرد های اینورتر
اینورتر، دستگاه الکترونیکی قدرت است که منحصراً برای کاربردهای PV خورشیدی استفاده نمی‌شود. اساسی ترین عملکرد آن تبدیل DC (جریان مستقیم) به AC (جریان متناوب) است. تفاوت بین این دو و کاربردهای خاص آنها در زیر شرح داده شده است:
جریان مستقیم
در بررسی مزایا و معایب اینورتر درخواهید یافت که جریان مستقیم، با یک جریان الکتریکی تنها در یک جهت توصیف می شود. منابع برق DC را می توان از طریق وجود قطب های مثبت و منفی تشخیص داد. جریان الکتریکی از چنین منابعی از ترمینال مثبت به ترمینال منفی می رود. ماژول های PV یا پنل های خورشیدی و باتری ها این نوع جریان الکتریکی را تولید می کنند.
جریان متناوب
در این نوع، جهت جریان الکتریکی جهت خود را به صورت دوره ای به صورت موج سینوسی معکوس می کند. منابع متعارف الکتریسیته مانند زغال سنگ، گاز طبیعی و انرژی هسته ای همگی AC را از طریق استفاده از ژنراتورها تولید می کنند. به همین دلیل است که ما از برق AC در خانه های خود استفاده می کنیم، زیرا دارای ویژگی هایی است که از نظر انتقال و توزیع برق مفید است.
مزایا و معایب اینورتر
مزایای اینورتر چیست؟
وجود کاربردهای مختلف در این دستگاه و استفاده از آن در صنایع مختلف اعم از پتروشیمی، صنایع غذایی، صنایع تولیدی، معادن و… نشان می‌دهد که به طور حتم این دستگاه دارای مزایای بسیار زیادی است که در ادامه به آنها اشاره خواهیم کرد:
1) امکان داشتن سرعت دلخواه و تنظیم آن
اساس کار اینورتر بر تغییر و تنظیم فرکانس است. در نتیجه شما می‌توانید به طیف وسیعی از سرعت‌های گوناگون از حد پایین تا چند برابر سرعت نامی موتور دسترسی داشته باشید. این اولین مزیت این دستگاه است که باعث می‌شود از آن در مواردی ساده مانند تنورهای نانوایی تا مواردی نسبتاً پیچیده مانند آسانسور، سانتریفیوژها و سیستم‌های انتقال آب استفاده شود.
2) عدم نیاز به تجهیزات اضافی یا خاص
چنانچه شما بخواهید یک الکتروموتور را در یک سرعت مشخص و با استفاده از یک اینورتر راه اندازی و متوقف کنید تا یک عملیات را انجام دهد (مثلاً یک میکسر ساده) نیازی به ادوات یا تجهیزات اضافه خاصی ندارید. تمامی تجهیزات که غالباً حفاظتی هستند؛ پیش از اتصال اینورتر به شبکه باید متصل شوند و پس از نصب اینورتر، هیچ تجهیزی ما بین اینورتر و الکتروموتور نباید قرار بگیرد. در نتیجه ممکن است تنها تجهیز اضافه مورد نیاز شما برای راه اندازی یک اینورتر با الکتروموتور تنها یک کلید اتوماتیک یا یک کلید مینیاتوری یا یک کنتاکتور یا یک کلید حرارتی باشد و معمولاً نیازی به بیش از یک تجهیز حفاظتی نمی‌باشد؛ مگر در پروژه‌هایی خاص.
3) کنترل جریان در زمان راه اندازی
الکتروموتورها در حالت عادی نیازمند توان بالایی برای راه اندازی اولیه هستند. این مسئله دو اتفاق مهم را به همراه دارد:
الف) جریان کشی بالا که می‌تواند موجب افت شبکه و آسیب به دیگر تجهیزات برقی موجود در کارخانه یا واحد صنعتی شود.
ب) راه اندازی ضربه‌ای و به یکباره الکتروموتور که می‌تواند باعث آسیب به تجهیزات متصل به شفت الکتروموتور نظیر کوپلینگ ها، تسمه‌ها و گیربکس‌ها شود.
در نتیجه لازم است تا با یک جریان کنترل شده، موتور را راه اندازی کنیم و آن را به سرعت مطلوب مانند سرعت نامی آن برسانیم تا از اتفاقات بالا جلوگیری شود.
4) توان کمتر مورد نیاز در زمان راه اندازی
برای راه اندازی یک الکتروموتور با توان قابل توجه بدون هیچ تجهیز اضافه‌ای و به صرف داشتن یک کلید باید جریان برق زیادی برای راه اندازی مصرف شود که در برخی مواقع این جریان کشی تا 16 برابر جریان نامی موتور می‌تواند باشد. ثمره این راه اندازی، دریافت توان اولیه راه اندازی بسیار بالا، آسیب شبکه، آسیب بریکر یا کلید قطع و وصل و در نهایت آسیب تجهیزات متصل به موتور است.
یکی از روش‌های راه اندازی الکتروموتور، روش ستاره مثلث و استفاده از تایمر است که این روش برای الکتروموتورهای توان پایین مناسب است اما پیشنهاد ما استفاده از اینورتر است. اینورتر با برنامه ریزی و کنترل مناسب، راه اندازی را در شرایط نرم انجام داده و جریان برق را به تناسب سرعت به الکتروموتور تزریق می‌کند. در نتیجه دیگر خبری از جریان کشی بالا و توان ورودی بالا نبوده و موتور را با توان کمتری راه اندازی می‌کنیم.
5) امکان کنترل بر روی توقف و داشتن روش های مختلف برای توقف الکتروموتور
توقف الکتروموتور نیز مشابه با حالت راه اندازی می‌تواند یک عامل مهم در پروژه‌ها باشد. برای مثال بحث توقف و ترمز در بالابرها و آسانسورها بسیار مهم است؛ توقف در کانوایرها حائز اهمیت است و در نهایت در الکتروموتورهای صنعتی توان بالا توقف بسیار مهم است زیرا توقف در حالت آزاد، آنها را وارد حالت ژنراتوری می‌کند که قابلیت آسیب رساندن به دیگر تجهیزات را دارند.
دستگاه‌های کنترل دور موتور دارای مدهای مختلف ترمزی برای یک توقف آرام در زمان دلخواه شما هستند. آنها این قابلیت را دارند که با ارسال برق DC از طریق پایانه‌های خروجی شفت، الکتروموتور شما را در زمان مورد نیاز قفل نمایند؛ آسانسورها را به جای یک تنش ضربه‌ای با حرکتی آرام متوقف کنند و از تجهیزات مکانیکی کمتری برای انجام این فرآیندها استفاده کنند. حتی در اینورتر های پیشرفته این قابلیت وجود داردکه شما از برق تولید شده در الکتروموتورهای توان بالا، استفاده مفید نمایید و از هدر رفت آن جلوگیری کنید.
6) توانایی برنامه ریزی و کنترل شتاب راه اندازی و توقف الکتروموتور
توانایی کنترل سرعت و امکان انجام عملیات راه اندازی و توقف نرم، نوید داشتن یک شتاب کنترل شده را به ما می‌دهد. همان‌گونه که می دانید شتاب کسر سرعت بر زمان است. وقتی که شما توانایی تنظیم سرعت را دارید، با استفاده از تنظیمات Acceleration Time و Deceleration Time که مربوط به تنظیم مدت زمان شتاب گیری موتور تا سرعت مورد نظر شما و به عکس تنظیم مدت زمان توقف موتور از سرعت مورد نظر شماست؛ می‌توانید شتاب را نیز در کنترل خود داشته باشید.
7) امکان ارتباط از راه دور و کنترل سیستم اینورتر
اینورتر ها از جمله تجهیزاتی هستند که بین سه شاخه مختلف الکترونیک، قدرت و کنترل ارتباط بر قرار کرده‌اند. از جمله قابلیت‌های اینورتر ها توانایی ارتباط آنها با دیگر ادوات اتوماسیون صنعتی نظیر PLC ها، HMI ها، سنسورها و رایانه‌هاست. اینورتر ها با استفاده از بستر شبکه‌های صنعتی با این ادوات ارتباط بر قرار کرده و با قرارگیری در یک سیستم بزرگتر مانند DCS این قابلیت را دارند که از راه دور (مانند یک مرکز دیسپچینگ یا حتی در یک گوشی موبایل در صورت داشتن یک اپلیکیشن) نظارت و کنترل شوند.
8)عملکرد مستقیم و معکوس شفت الکتروموتور
اینورتر ها این قابلیت را دارند که با انجام یک برنامه ریزی ساده و استفاده از پایانه‌های کنترلی و شستی‌ها این شرایط را برای ما فراهم کنند که در سرعت‌های متفاوت و با زمان بندی‌های راه اندازی و توقف متفاوت، بتوانیم الکتروموتورها را در هر دو حالت چپ گرد و راستگرد راه اندازی کنیم.
9) سیستم حفاظت و عیب یابی داخلی
همه اینورتر ها در سیستم داخلی خود دارای سیستم حفاظت و خطایابی هستند. این سیستم موجب حفاظت از موتور و اینورتر خواهد شد. از جمله خطاهایی که این سیستم به آن واکنش نشان داده و از بروز حادثه جلوگیری می‌کند می‌توان به خطای فقدان فاز ورودی و خروجی، افت ولتاژ، افت جریان، گرم شدن بیش از حد دستگاه یا الکتروموتور و مواردی از این قبیل اشاره کرد.
10) صرفه جویی در مصرف انرژی الکتریکی و ذخیره انرژی
چگونه ممکن است که ما از ابتدای شروع فرآیند راه اندازی و تا پایان آن بر روی اجرای فرآیند نظارت و کنترل ویژه داشته باشیم؛ همه موارد را بسنجیم و بهترین حالت را انتخاب کنیم؛ اما همچنان مصرف انرژی بالایی داشته باشیم؟ اینورتر های کنترل دور موتور از جمله دستگاه‌هایی هستند که به دلیل عملکرد مفید و مهم خود در صنعتی که استفاده از الکتروموتورها تقریباً بیش از 60 درصد است؛ توانسته‌اند صرفه جویی انرژی زیادی را به ارمغان آورند. وجود سیستم‌های نظارت بر عملکرد موتور از طریق فیدبک داخلی، امکان داشتن سیستم حلقه بسته از طریق فیدبک خارجی و داشتن روش‌های مختلف راه اندازی و توقف الکتروموتورها آن هم در سرعت دلخواه، همگی نشان دهنده صرفه جویی در مصرف انرژی و ذخیره آن می‌باشد.
11) کاهش اختلالات خط در شبکه برق مصرفی
وجود جریان راه اندازی کنترل شده و همچنین سیستم حفاظت داخلی دستگاه سبب می‌شود تا از بروز اختلال و ایجاد خطر از جانب اینورتر و الکتروموتور به شبکه مصرفی موجود در واحد صنعتی جلوگیری شود. در کارخانجاتی که استفاده از سیستم‌های اتوماسیون در کنار الکتروموتورها مرسوم است؛ استفاده از اینورتر ها به جهت جلوگیری از آسیب به تجهیزات الکترونیکی لازم است.
معایب اینورتر چیست؟
مطمئناً هر تجهیز الکترونیکی بر اساس ویژگی‌ها و امکاناتی که دارد؛ می‌تواند معایبی داشته باشد که می‌تواند قابل رفع باشد و یا در صورت غیر قابل رفع بودن باید شرایط خاصی را برای آن در نظر گرفت. در ادامه اشاره‌ای به معایب اینورتر ها خواهیم داشت:
1) ایجاد هارمونیک زیاد در مدار
مزایا و معایب اینورتر: اینورتر ها به دلیل عملکرد فرکانسی و کار با ادوات سوئیچینگ نیمه هادی‌های قدرت؛ از جمله بزرگ‌ترین تولید کننده‌های هارمونیک (ضرایب فرد سری فوریه) هستند. بر همین اساس نباید از آنها در کنار ادوات الکترونیک، اتوماسیونی و سنسوریک استفاده کرد و لازم است تا حتماً با فاصله استاندارد از آنها نصب شوند. یک راه حل نسبتاً جدید برای کاهش این مشکل، استفاده از فیلتر EMC در اینورترهای جدید است. این فیلتر می‌تواند تا حد زیادی مانع از این مشکل شود. راه حل قدیمی‌تر و پر استفاده تر که سبب بهبود بالایی در عملکرد درایو نیز می‌شود؛ استفاده از چوک های AC و DC در مدارات اینورتر است. در نهایت با استفاده از هردو این روش‌ها تا حدود بسیار زیادی این مشکل برطرف می‌شود.
2) استفاده از سیستم کدینگ و صفحه نمایش سون سگمنتی در برخی مدل های پایین تر اینورتر
مدل‌های ابتدایی و توان پایین اینورتر ها از صفحه نمایش سون سگمنتی استفاده می‌کنند که برای متوجه شدن نوشته عنوان شده یا انجام تنظیمات حتماً لازم است به دفترچه راهنما مراجعه شود. مزیت این مدل کاهش ابعاد دستگاه و داشتن کی پد کوچک‌تر است. در نمونه‌های پیشرفته‌تر و یا برای توان‌های بالاتر، صفحه نمایش‌های LCD جایگزین این صفحه نمایش‌ها شده است.
3) اینورتر تجهیزی گران قیمت
اگرچه وجود درایوهای ارزان قیمت و به خصوص نمونه‌های متفرقه چینی را کتمان نمی‌کنیم؛ اما به هر نحوه برای تهیه یک اینورتر با برند مطرح و ضمانت معتبر باید هزینه زیادی به نسبت استفاده از تایمر مدار ستاره مثلث یا نظیر اینها پرداخته شود. فراموش نکنیم که مبلغ فوق ما به ازای دریافت دستکم 11 مزیت فوق است. پس بهتر است با بررسی پروژه و تطبیق آن با مزیت‌های یک اینورتر تصمیم خود را در خصوص هزینه آن بگیریم.