اینورتر (مبدل برق) چیست و چه کاربردی دارد؟

اینورتر با ارائه عملکرد بهبود یافته، بهره وری انرژی و افزایش کارایی، نقش مهمی را در جوشکاری ایفا می‌کنند. اینورتر یا مبدل برق جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. این فرایند به جوشکاران اجازه می‌دهد تا فرکانس و ولتاژ خروجی را تنظیم کنند و موجب افزایش انعطاف پذیری دستگاه جوش خواهد شد. از طرفی دیگر کمک می‌کند تا جوشکاران کنترل بیشتری روی قوس جوش ایجاد شده داشته باشند. در این مقاله همراه ابزار جوش و برش وینر باشید تا به بررسی کامل اینوتر یا مبدل برق بپردازیم.

اینورتر چیست؟

انواع اینورتر

اینورترها بر اساس ورودی و موج خروجی به دو دسته متفاوت تقسیم می‌شوند که به بررسی هر کدام از آن‌ها می‌پردازیم:

انواع اینورتر بر اساس ورودی

اینورترها بر اساس ورودی به دو دسته تک فاز و سه فاز تقسیم میشوند. البته باید توجه داشت که خروجی همه‌ی آن‌ها سه فاز است.

                                                                                  انواع اینورتر بر اساس ورودی

اینورتر تک فاز

به طور کلی، در کاربردهای خانگی و تجاری از اینورتر تک فاز استفاده می‌شود. اینورتر تک فاز خود به دو دسته اینورتر نیم پل تک فاز و اینورتر تک فاز تمام پل تقسیم می‌شود که هر کدام ویژگی‌های خاص خود را دارد

اینورتر سه فاز

اینورترهای سه فاز جریان متناوب سه فاز را به جریان مستقیم با ولتاژ و فرکانس متغیر تبدیل می‌کنند. این نوع اینورترها معمولاً در صنایع بزرگ، سیستم‌های توزیع برق، ماشین آلات صنعتی و دستگاه‌های جوشکاری سه فاز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع اینورتر بر اساس موج خروجی

اینورترها بر اساس موج خروجی به سه دسته کلی تقسیم می‌شوند:

اینورتر موج مربعی

شکل موج خروجی ولتاژ برای این نوع اینورتر به صورت یک موج مربعی است. این نوع از اینورتر در بین انواع دیگر اینورترها، کاربرد کمتری دارد، زیرا همه دستگاه‌ها برای تأمین امواج سینوسی طراحی شده‌اند. اگر موج مربعی را به دستگاه مبتنی بر موج سینوسی عرضه کنیم، ممکن است آسیب ببنید. قیمت این اینورتر بسیار پایین بوده اما کاربرد آن هم محدود است و فقط در بعضی از ابزارهای ساده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اینورتر موج سینوسی

شکل خروجی ولتاژ به صورت یک موج سینوسی است و خروجی بسیار مشابهی با منبع برق می‌دهد. تمام وسایلی که ما از آن‌ها استفاده می‌کنیم برای موج سینوسی طراحی شده‌اند. بنابراین خروجی خوبی دارد و تضمین می‌کند که تجهیزات به درسی کار خواهند کرد. این نوع اینورترها قیمت بیشتری دارند و در کاربردهای مسکونی و تجاری به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اینورتر موج سینوسی اصلاح شده

ساخت این نوع اینورتر نسبت به اینورتر مربعی به شدت پیچیده‌تر است اما در مقاسیه با اینورتر سینوسی ساده‌تر می‌باشد. خروجی این اینورتر نه موج سینوسی خالص است و نه موج مربع، خروجی اینورتر موج سینوسی اصلاح شده مقداری از دو موج مربعی است. شکل موج خروجی دقیقاً موج سینوسی نیست، اما به آن شباهت زیادی دارد.

نحوه عملکرد و طرز کار اینورتر

به طور کلی، اینورتر نقش محوری در امکان استفاده از منابع برق DC برای طیف وسیعی از کاربردهای مبتنی بر AC دارند و به تبدیل و توزیع کارآمد انرژی کمک می‌کنند. اینورتر به کمک 6 مرحله عملکرد خود را انجام میدهد:

1. فرایند تبدیل: وظیفه اصلی یک اینورتر تبدیل برق DC تأمین شده به برق AC است که توسط دستگاه‌های جوشکاری، لوازم خانگی و…. استفاده می‌شود. این فرایند شامل تغییر جهت جریان و تغییر ولتاژ برای ایجاد یک شکل موج AC سینوسی است.
2. تبدیل DC به AC: مدار اصلی اینورتر از اجزای الکترونیکی شامل ترانزیستورهای دوقطبی عایق یا IGBT، خازن‌ها و مدارهای کنترلی است. این اجزا با هم کار می‌کنند تا به سرعت جهت جریان را تغییر دهند و یک ولتاژ نوسانی را ایجاد کنند که شکل موج AC را ایجاد می‌کند.
3. مدولاسیون عرض پالس (PWM): اینورترهای مدرن اغلب از تکنیکی به نام مدولاسیون عرض پالس برای تولید شکل موج AC استفاده می‌کنند. PWM شامل روشن و خاموش کردن ترانزیستورها در یک توالی سریع است که عرض پالس‌ها را تغییر می‌دهد. با تنظیم عرض پالس، اینورتر می‌تواند مقدار ولتاژ خروجی را کنترل کند.
4. تولید موج سینوسی: هدف اینورترها تولید یک شکل موج AC بوده که بسیار شبیه شکل موج سینوسی است. موج سینوسی برای سازگاری با دستگاه‌هایی که نیاز به منبع AC پایدار و ثابت دارند ضروری است.
5. مدار کنترل: مدار کنترل اینورتر نقش مهمی در تنظیم ولتاژ و فرکانس خروجی دارد. این تضمین می‌کند که شکل موج AC تولید شده توسط اینورتر با مشخصات مورد نیاز برای عملکرد ایمن و موثر دستگاه‌های متصل مطابقت دارد.
6. فیلتر خروجی: بعد از ایجاد شکل موج سینوسی، اجزای فیلتر خروجی مانند خازن‌‌ها به هموار سازی هرگونه نوسان کمک می‌کند. فیلتر خروجی تضمین می‌کند که برق AC ارائه شده توسط اینورتر با کیفیت بالا و بدون نویز ناخواسته باشد.

وظایف اینورتر

اینورتر وظایف و نقش‌های گوناگونی را انجام میدهد که در ادامه به آن‌ها می‌پردازیم:

• تبدیل جریان: مهم‌ترین وظیفه اصلی اینورتر، تبدیل برق DC به AC است.
• تنظیم ولتاژ: اینورترها قادرند ولتاژ جریان الکتریکی را تنظیم و کنترل کنند تا موجب بهره‌وری و عملکرد بهینه سیستم‌ها شود.
• کنترل سرعت: اینورتر با توانایی تغییر فرکانس، ولتاژ و جریان می‌تواند سرعت دستگاه را تنظیم و کنترل کند.
• محافظت از دستگاه: اینورترها به عنوان یک واحد محافظتی عمل کرده و از خطراتی مانند افزایش ناگهانی ولتاژ جلوگیری می‌کنند.
• کنترل دور موتور: به کمک اینورتر میتوان سرعت و جهت حرکت موتور را تغییر داد. هچنین به دلیل کاهش جریان راه اندازی، باعث طولانی شدن طول عمر موتور خواهد شد.

انواع عملکرد اینورترها از لحاظ اتصال به شبکه

اینورترها از لحاظ اتصال به شبکه برق به دو دسته تقسیم می‌شوند:

سیستم‌های اینورتر متصل به شبکه

اینورتر متصل به شبکه، اینورترهایی هستند که به شبکه برق متصل می‌باشند. آن‌ها برای عملکرد به برق شبکه نیاز دارند. از اینورترهای متصل به شبکه برق برای کاهش مصرف برق و میزان انرژی مصرف شده در دوره‌های کم مصرف استفاده می‌کنیم. در هنگام قطع برق، اینورتر متصل به شبکه، خاموش می‌شود. به همین دلیل به عنوان پشتیبان برای کاهش بار مفید نیستند. شما یا به یک سیستم پشتیبان باتری جداگانه نیاز دارید یا اینکه از ژنراتور استفاده کنید. کارخانه‌های تجاری بزرگ از اینورتر متصل به شبکه برق استفاده می‌کنند.

سیستم‌های اینورتر جدا از شبکه

سیستم‌های اینورتر جدا از شبکه به طور مستقل از شبکه کار می‌کنند. اینورترهای جدا از شبکه در مکان‌هایی که تقاضا برای برق کمتر است، بسیار عالی هستند. آن‌ها اغلب به ازای هر کیلووات هزینه بیشتری نسبت به اینورترها متصل به شبکه شما دارند. دلیل قیمت بالاتر اینورترهای جدا زا شبکه این است که دوره‌های طولانی‌تر از زمان اجرا نیاز به ذخیره سازی دارند. اگر در زمان قطع برق نیاز به جریان اضافی داشتند، این نوع اینورترها نیاز شما را برطرف خواهد کرد.

سیستم‌های اینورتر هیبریدی

سیستم‌های اینورتر هیبریدی یک سیستم پیشرفته بوده از دو ترکیب تبدیل جریان و انرژی خورشید برای تأمین برق استفاده می‌کند. این سیستم به کمک اینورتر جریان برق DC را به AC تبدیل کرده و باعث افزایش کارایی و کاهش هزینه‌های مربوط به انرژی خواهد شد.

کاربرد اینورتر

اینورتر در بسیاری از کاربردها مورد استفاده قرار می‌گیرد. در ادامه برخی از مهم‌ترین کاربردهای اینورتر را بررسی خواهیم کرد.

                                                                                            کاربرد اینورتر

• سیستم‌های انرژی خورشیدی: از آنجایی که تقاضا برای انرژی‌های تجدیدپذیر روز به روز در حال افزایش است. اینورتر با تبدیل برق DC جمع آوری شده از طریق پنل‌های خورشیدی به برق AC نقش کلیدی را در سیسم‌های انرژی خورشیدی ایفا می‌کنند.
• روشنایی در فضای باز: منبع تغذیه محصولات الکتریکی دیجیتال مانند روشنایی تلفن‌های همراه به کمک اینورتر انجام می‌شود. اینورتر به دلیل داشتن اندازه کوچک، وزن سبک و عملکرد بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• فناوری اطلاعات: اینورترها در حوزه فناوری اطلاعات نیز کاربرد فراوانی دارند. سرورها، تجهیزات شبکه و مراکز داده، همه نیاز به منبع تغذیه AC پایدار دارند. اینورترها می‌توانند به طور مؤثر برق DC را به برق AC مورد نیاز تبدیل کرده و ولتاژ و فرکانس ثابتی را برای اطمینان از عملکرد طبیعی این دستگاه‌ها فراهم کنند.
• صنعت برق: از اینورتر برای کنترل کیفیت توان، تثبیت ولتاژ، فرکانس و اطمینان از انتقال صحیح نیرو استفاده می‌شود. اینورترها میتوانند به تنظیم خروجی یک سیستم قدرت با توجه به نیازهای مختلف کنک کنند. همچنین می‌توانند برق پشتیبان را برای اطمینان از تداوم منبع تغذیه در هنگام خرابی شبکه یا سایر شرایط اضطراری فراهم کنند.
• صنعت جوشکاری: یکی از مهم‌ترین کاربردهای اینورتر در صنعت جوشکاری است. دستگاه جوش اینورتر، یکی از تکنولوژی های جدید بوده و مزایای زیادی را در مقایسه با ترانسفورماتورها و یکسوکننده‌های سنگین مس/آلومینیوم دارد که در جوشکاری‌های سنتی دیده می‌شود. به کمک دستگاه جوش اینورتر میتوان از جریان معمولی برای راه اندازی دستگاه جوش استفاده کرد. یکی دیگر از مزایای اصلی این است که کوچک، فشرده و قابل حمل است، علاوه بر این برق کمتری مصرف کرده و کارایی بالایی نیز دارد.

به صورت کلی این قطعه در تمامی صنایع خودروسازی، تولیدی، پزشکی، نفت و گاز و… مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اینورتر در دستگاه جوشکاری چیست؟

همانطور که بررسی کردیم، یکی از کاربردهای اینورتر در دستگاه جوشکاری است. اینورتر جوشکاری یک نوع دستگاه جوش است که از تکنولوژی اینورتر برای تأمین جریان الکتریکی مورد نیاز برای فرایند جوش استفاده می‌کند. این دستگاه از جریان مستقیم (DC) به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند و این امکان را فراهم می‌کند که بتوان با ولتاژ و جریان الکتریکی دقیقتر و کنترل شده‌تری جوشکاری انجام داد.
مزایای استفاده از اینورترها در جوشکاری شامل اندازه کوچکتر، وزن سبک‌تر، بهره‌وری بالاتر، کنترل دقیق‌تر جریان و ولتاژ، قابلیت استفاده از انرژی تجدیدپذیر، و کارایی بالاتر در فرایند جوشکاری است. به علاوه، اینورترهای جوشکاری قابلیت تنظیم سرعت پردازش و تنظیمات مختلف را فراهم می‌کنند که به کاربران امکان انجام جوشکاری با کیفیت و دقت بالا را می‌دهند. اینورتر یک سیستم الکترونیکی برای تنظیم ولتاژ است. در دستگاه جوش اینورتر، منبع تغذیه AC را به یک ولتاژ خورجی قابل استفاده کمتر تبدیل می‌کند.

دستگاه‌های جوش اینورتر از یک سری قطعات الکترونیکی برای تبدیل نیرو استفاده می‌کنند، درست برخلاف دستگاه‌های مبتنی بر ترانفسورماتور معمولی که عمدتاً برای تنظیم ولتاژ به یک ترانسفورماتور بزرگ وابسته است.

اینورتر در دستگاه جوش، با افزایش فرکانس منبع تغذیه اولیه از 50 هرتز به 20000 تا 10000 هرتز کار می‌کند. این کار با استفاده از سوئیچ‌های الکترونیکی انجام می‌شود که به سرعت (تا 1 میلیونیوم ثانیه) برق را روشن و خاموش می‌کنند. با کنترل منبع تغذیه به این صورت، قبل از ورود آن به ترانفسورماتور، می‌توان اندازه ترانسفورماتور را به میزان قابل توجهی کاهش داد

مزایای اینورتر جوشکاری 

مزایای استفاده از اینورترهای جوشکاری شامل موارد زیر است:

                                                                                         مزایای اینورتر

1. اندازه کوچک و وزن سبک: اینورترهای جوشکاری اغلب اندازه کوچکتری دارند و وزن سبک‌تری نسبت به دستگاه‌های جوشکاری سنتی دارند، این ویژگی باعث میشود انتقال و حمل اینورتر جوشکاری آسان‌تر شود.
2. کارایی بالا و بهره‌وری: اینورترهای جوشکاری عملکرد بسیار بهتری نسبت به دستگاه‌های سنتی دارند و بهره‌وری بالاتری در تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی حرارتی دارند.
3. کنترل دقیق جریان و ولتاژ: اینورترهای جوشکاری قابلیت کنترل دقیق‌تری بر روی جریان و ولتاژ الکتریکی را فراهم می‌کنند که امکان جوشکاری با کیفیت و دقت بالا را فراهم می‌کند.
4. قابلیت استفاده از انرژی تجدیدپذیر: برخی از اینورترهای جوشکاری قابلیت استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر مانند باتری‌های لیتیومی یا خورشیدی را دارند که به کاهش تأثیرات زیست محیطی کمک می‌کند.
5. قابلیت تنظیم سرعت پردازش و تنظیمات مختلف: اینورترهای جوشکاری قابلیت تنظیم سرعت پردازش و تنظیمات مختلف را فراهم می‌کنند که کاربران می‌توانند بر اساس نیاز خود تنظیمات مورد نظر را اعمال کنند.

به طور کلی، استفاده از اینورترهای جوشکاری بهبود قابلیت‌ها، دقت، کارایی و بهره‌وری در فرایند جوشکاری را بهبود می‌بخشد.