در این ویدیو می‌خواهیم به بررسی اینورترها، کاربرد آن‌ها و نحوه‌ی عملکردشان بپردازیم. برای شروع، تفاوت میان جریان متناوب و مستقیم را بررسی می‌کنیم، سپس به اهداف ساخت اینورترها و موارد مصرف آن‌ها می‌پردازیم و در ادامه چند مثال ساده از نحوه‌ی عملکرد آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم و در نهایت به چند مورد از مدولاسیون پهنای پالس پیشرفته‌تر نگاهی خواهیم انداخت.
اینورتر چیست؟ (متن زیرنویس ویدیو)
اول از همه بهتر است با مفاهیم ابتدایی شروع کنیم. خب احتمالا می‌دانید که از دو نوع توان الکتریکی استفاده می‌کنیم که یکی از آن‌ها همان جریان مستقیم یا DC است که از طریق باتری و پنل خورشیدی و موارد دیگر تغذیه می‌شود. تجهیزات دیجیتالی کوچک با بوردهای جریان و موارد دیگر بیشترین استفاده را از این نوع توان دارند.
نوع دیگر توان، جریان متناوب یا AC است. این نوع توان در پریز خانه‌های شما وجود دارد و معمولا از آن برای تغذیه‌ی تجهیزات بزرگتر استفاده می‌گردد. هر دو نوع توان کاربردها و محدودیت‌های خاص خود را دارند، بنابراین معمولا لازم است که این دو را تبدیل کنیم تا کاربرد آن‌ها افزایش دهیم.
اینورتر دستگاهی است که به منظور تبدیل جریان مستقیم یا DC به جریان متناوب یا AC و برعکس مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر با یک نوسان‌سنج به سیگنال‌های این دو نوع توان نگاه کنید مشاهده می‌کنید که جریان مستقیم در حداکثر ولتاژ خود باقی مانده و در یک خط مستقیم ادامه می‌دهد.
به این خاطر که جریان مستقیما و تنها در یک مسیر جاری می‌شود، که به همین خاطر به آن جریان مستقیم گفته می‌شود. می‌توانید یک رودخانه یا کانال را تصور کنید، همیشه در اوج خود قرار دارد و تنها در یک جهت جاری می‌شود.
اگر به جریان متناوب نگاه کنید یک موج شبیه به الگو مشاهده می‌کنید که ولتاژ بین دو ولتاژ اوج خود در دو نیمه‌ی مثبت تناوب می‌یابد و سپس به سراغ نیمه‌ی منفی چرخه‌ی خود می‌رود. به این خاطر که جریان حرکت رفت و برگشتی دارد شبیه به امواج اقیانوس، زمانی که به موج با حداکثر ارتفاع می‌رسد و به موج با حداقل ارتفاع انتقال می‌یابد و در این میان جریان آب دریا جاری شده و مسیر را تغییر می‌دهد.
پس به زبان ساده، یک اینورتر جریان مستقیم یا DC را به جریان متناوب یا AC تبدیل می‌کند و این یک اختراع بسیار کاربردی است. همچنین می‌توانید با استفاده از یک یکسوساز AC را به DC تبدیل کنید و در برخی از دستگاه‌ها، هر دو نوع جریان را می‌توانید ببینید و در ادامه در این مورد هم صحبت می‌کنیم.
اگر دوست دارید که بیش‌تر با نحوه‌ی کار الکتریسیته آشنا شوید می‌توانید با ویدیوها/مطالب قبلی ما که در مورد نحوه عملکرد الکتریسیته هستند آغاز کنید.
خب اینورترها در چه مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند؟ یک کاربرد بسیار رایج و ساده‌ی اینورتر در پنل‌های خورشیدی و فتوولتاییک است. زیرا آن‌ها توان DC ایجاد می‌کنند، اما لوازم برقی خانه‌ی شما با توان AC تغذیه می‌شوند. بنابراین برای اینکه مورد استفاده قرار گیرند می‌بایست تبدیل شوند. همچنین می‌توانید برای ماشین خود یک اینورتر قابل حمل تهیه کنید.
برای تغذیه‌ی تجهیزات کوچک که از باتری ماشین استفاده می‌کند روش پیچیده‌تر استفاده از آن‌ها نیز زمانی نمود می‌یابد که با فرکانس‌های متغیر با سرعت متغیر ادغام می‌شوند تا سرعت، گشتاور و جهت موتورهای AC را کنترل کنند، تا یک کنترل دقیق انجام داده و انرژی ذخیره کنند.
این‌ها را روی پنکه‌ها، پمپ‌ها و کمپرسورها و تقریبا هر تجهیزات چرخشی دیگر مشاهده می‌کنید، از آن‌ها در هر صنعتی استفاده می‌شود، اما کاربرد گسترده‌ی آن‌ها در سیستم‌های HVAC با اهداف صنعتی و تجاری است.
در این کاربرد، اینورتر به یک یکسوساز متصل می‌شود و توان AC ورودی به DC و دوباره به AC تبدیل می‌گردد، اما کنترلگرها فرکانس الگوی موج سینوسی را تغییر می‌دهند و با تغییر آن می‌توانیم به طور دقیق‌تر نحوه‌ی عملکرد موتور را کنترل کنیم و وقتی که آن را به یک پنکه، یا یک کمپرسور و چیز دیگر اضافه کنید می‌توانید با دقت بالا، عملکرد آن‌ها را نیز در دست داشته باشید.
این بخشی از عملکرد واحد فشرده‌سازی اینورتر اپتیما پلاس دانفوس است. یک چرخه‌ی کنترل بسیار هوشمندانه دارد که بار خنک‌کننده را اندازه‌گیری کرده و سپس سرعت موتور را تغییر می‌دهد که سرعت کمپرسور چرخشی را تغییر می‌دهد و همچنین ظرفیت خنک سازی را برای مطابقت با بار کاهش یا افزایش می‌دهد که به کنترل دقیق دما می‌انجامد و همچنین ذخیره‌ی انرژی خوب، چطور کار می‌کنند؟
خب، یک جریان ساده‌سازی شده را در نظر می‌گیریم که منبع DC در آن به منظور تغذیه‌ی بار AC مورد استفاده قرار می‌گیرد که در اینجا به شکل لامپ مشاهده می‌کنید. برای تبدیل DC به AC از چهار سوییچ استفاده می‌کنیم.
سوییچ‌ها را با یکدیگر جفت می‌کنیم تا سوییچ‌های دو و سه تنها زمانی باز شوند که سوییچ‌های یک و چهار بسته شوند و همینطور برعکس.
به این ترتیب این امکان به وجود می‌آید که جریان را در طول بار AC در یک جهت متناوب به حرکت در آوریم. بنابراین لامپ یک جریان متناوب دریافت می‌کند، حتی با وجود اینکه منبع آن DC است بهتر است امتحان کنیم.
اگر سوییچ‌های دو و سه را به حالت بسته نگه داریم و سوییچ‌های یک و چهار را باز کنیم باعث می‌شود تا جریان در طول سمت راست لامپ جاری شود. اگر سوییچ‌های یک و چهار را ببندیم و سوییچ‌های دو و سه را باز کنیم باعث می‌شود تا جریان در سمت چپ لامپ جاری شود.
پس می‌بینید که یک منبع جریان مستقیم داریم و لامپ یک جریان متناوب دریافت می‌کند. لامپ آن را به عنوان یک موج سینوسی دریافت نمی‌کند زیرا روشن و خاموش کردن ناگهانی سوییچ، تنها سبب ایجاد موج مربعی خواهد شد.
گوشه‌های تیز موج مربعی می‌تواند سبب آسیب‌دیدگی تجهیزات الکتریکی شود. بنابراین به روشی نیاز داریم تا گوشه‌ها را کمی صاف‌تر کنیم و روشن و خاموش کردن سوییچ هم سریع‌تر از توان یک انسان است.
الکتریسیته‌ی دریافتی در پریز برق خانگی را مشاهده می‌کنید که از ۵۰ تا ۶۰ هرتز با توجه به محل زندگی شما، تامین می‌شود. این یعنی جریان باید ۵۰ تا ۶۰ بار در ثانیه تغییر جهت بدهد. برای دسترسی به این مقدار از اجزای الکترونیکی خاصی همچون دیود و IGBTها، MOSFETها و غیره استفاده می‌کنیم.
ویدیو مرتبط: اینورتر چیست و چطور کار می‌کند؟
برای حالا کافی است که با جریان‌ها و نحوه‌ی کنترل آن‌ها آشنا شویم. بیایید نگاهی به یک مثال سه فاز برای موتور بیاندازیم، مشاهده می‌کنید که جریان یک منبع DC و بار AC دارد و برای تبدیل جریان مستقیم به جریان متناوب چند IGBT وجود دارد که به یک کنترلگر متصل هستند.
کنترلگر یک سیگنال به هر IGBT خواهد فرستاد تا زمان باز و بسته شدن را اعلام کند. این IGBTها با یکدیگر جفت شده‌اند، بنابراین زمانی که جریان تغذیه شود مشاهده می‌کنید که کنترلگر جفت‌های IGBT را سوییچ می‌کند تا امکان عبور جریان از آن‌ها را برای مقدار زمان مشخصی فراهم سازد.
به این ترتیب موتور یک جریان متناوب دریافت می‌کند. در این مثال، جریان متناوب در سه فاز است بنابراین از آن برای تغذیه‌ی موتور استفاده می‌شود، اما چطور از آن برای کنترل سرعت استفاده می‌کنیم؟ خب، اگر دقیق‌تر به IGBTها نگاه کنیم می‌بینیم که به شیوه‌ی پالسی چندین بار در یک چرخه، باز و بسته می‌شوند که به آن مدولاسیون پهنای پالس گفته می‌شود.
در اینجا چرخه به چندین بخش کوچک‌تر می‌شکند و کنترلگر زمان بسته ماندن هر بخش را برای IGBTها مشخص می‌نماید. به شما نشان خواهم داد که این عملکرد در یک چرخه برای مدار تک فاز و سه فاز چگونه است تا برای شما قابل درک باشد.
با باز و بسته کردن سوییچ‌ها به مدت زمان‌های مختلف در هر بخش، هر چرخه از IGBTها امکان جاری شدن مقادیر مختلفی از جریان را در مدار و درون موتور فراهم می‌سازند. در نتیجه توان متوسط در هر بخش سبب ایجاد الگوی موج سینوسی خواهد شد، هر چه چرخه به بخش‌های بیشتری شکسته شود موج سینوسی صاف‌تری خواهیم داشت و شباهت بسیار بیشتری بایک موج سینوسی AC واقعی دارد. بنابراین موتور مقدار متوسط را دریافت کرده و به این ترتیب یک جریان متناوب موج سینوسی می‌گیرد.
سپس کنترلگر می‌تواند مقدار زمان باز بودن IGBTها را مشخص کند تا فرکانس و طول موج را کاهش یا افزایش داده و سرعت، چرخش و جهت موتور را کنترل نماید و با کمک چند حلقه‌ی کنترل اضافی دقیقا با مقدار بار مورد نیاز مطابقت می‌یابد، برای اینکه دقت کنترل بالاتر رود و در انرژی صرفه‌جویی شود.
ترجمه: مینا مقدس نژاد (عضو تیم تحریریه وک شاپ)
منبع ویدیو: YouTube