تاریخچه دستگاه اینورتر: از پیدایش تا تأثیر دستگاه اینورتر بر صنعت

اینورترها (مبدل‌های فرکانس) دستگاه‌هایی هستند که سرعت چرخش موتورها را کنترل می‌کنند. تاریخچه دستگاه اینورتر در طول سال‌ها نشان می‌دهد که این ابزار بخش جدایی‌ناپذیری از زیرساخت‌های صنعتی هستند.

نیاز به اینورترها در اتوماسیون انواع مختلف ماشین‌آلات و تجهیزات، از جمله فن‌ها و پمپ‌های کم‌مصرف در کارخانه‌ها، آسانسورها، جرثقیل‌ها، نوار نقاله‌ها و ابزارهای ماشینی، همچنان رو به افزایش است.

در این مقاله، به بررسی تاریخچه کامل پیدایش اینورتر در صنعت، اولین دستگاه اینورتر و تأثیر دستگاه اینورتر می‌پردازیم.

تاریخچه دستگاه اینورتر: از ابتدا تاکنون

در ادامه این مطلب قدم به قدم تاریخچه کامل پیدایش اینورتر در صنعت را بررسی می‌کنیم.

تاریخچه دستگاه اینورتر از ابتدا: نبرد جریان‌ها و ظهور اینورتر

بیشتر بخوانید :چرخه عملکرد دستگاه جوش اینورتر چیست؟

در اواخر قرن نوزدهم، دنیای علم شاهد رقابتی هیجان‌انگیز بود و این قرن نقطه شروع تاریخچه دستگاه اینورتر است. این رقابت که به «جنگ جریان‌ها» معروف شد، میان دو نابغه بزرگ برق، توماس ادیسون و نیکولا تسلا، رخ داد. موضوع بحث، انتخاب بهترین نوع جریان برق برای استفاده در خانه‌ها و شهرها بود.

ادیسون، مخترع مشهور، طرفدار جریان مستقیم (DC) بود. او فکر می‌کرد این نوع جریان امن‌تر و بهتر است. ادیسون از DC برای روشن‌کردن شهرها و راه‌اندازی دستگاه‌های تلگراف و ضبط صدا استفاده کرد.

در مقابل، تسلا از جریان متناوب (AC) دفاع می‌کرد. او نشان داد که AC می‌تواند برق را به مناطق دورتر برساند و با کمک ترانسفورماتورها به راحتی ولتاژ را کم یا زیاد کند.

این تاریخچه دستگاه اینورتر با رقابت علمی که با شور و حرارت زیادی دنبال می‌شد، در نهایت با پیروزی تسلا به پایان رسید و جریان متناوب به عنوان استاندارد اصلی برق در سراسر جهان پذیرفته شد.

پیدایش تاریخچه دستگاه اینورتر: پل ارتباطی دو جهان

از تاریخچه دستگاه اینورتر تا ورود به ایران: انواع اینورتر جوشکاری رونیکس

وقتی جریان متناوب (AC) در سراسر جهان رایج شد، مشکل جدیدی به وجود آمد. بیشتر وسایل برقی با AC کار می‌کردند، اما منابعی مثل باتری‌ها و اینورتر پنل‌های خورشیدی همچنان جریان مستقیم (DC) تولید می‌کردند. این تفاوت باعث شد تا نیاز به دستگاهی که بتواند این دو نوع جریان را به هم تبدیل کند، احساس شود.

این نیاز، جرقه‌ای برای اختراع اینورتر شد و سرآغاز تاریخچه پیدایش اینورتر در صنعت را رقم زد. اینورتر راه حلی هوشمندانه برای رقابت قدیمی بین AC و DC  بود. این دستگاه می‌توانست DC را به AC تبدیل کند و به این ترتیب، استفاده از منابع DC را در دنیایی که عمدتاً با AC کار می‌کرد ممکن ساخت.

تاریخچه کامل پیدایش اینورتر در صنعت: اولین دستگاه اینورتر

اولین دستگاه اینورتر در طول جنگ جهانی دوم ظهور کرد. در آن زمان، شرکتی به نام ردی لاین (Redi-line) دستگاهی تولید کرد که نخستین اینورتر شناخته می‌شود. این دستگاه که «پرنده آبی» نام گرفته بود، در واقع یک موتور ژنراتور بود که می‌توانست جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل کند. نکته قابل توجه درباره این دستگاه این بود که برای راه‌اندازی به جریان استارت بالایی در حدود ۳۰ آمپر نیاز داشت.

اما پیشرفت اصلی در تاریخچه دستگاه اینورتر در دهه‌های ۱۹۵۰ و ۱۹۶۰ میلادی رخ داد. در این دوره، با ظهور ترانزیستورهای جامد، شرکت تریپ لیت (Tripp Lite) در شیکاگو موفق شد اولین دستگاه اینورتر الکترونیکی را تولید و تجاری‌سازی کند. این اینورتر در مقایسه با نمونه‌های امروزی کارایی چندان بالایی نداشت، اما می‌توانست برق DC ورودی را به یک موج مربعی AC تبدیل کند.

در ادامه مرور تاریخچه دستگاه اینورتر، شرکت ژاپنی یاسکاوا نقش مهمی در توسعه اولین دستگاه اینورتر ایفا کرد. این شرکت روی توسعه درایو الکتریکی AC تمرکز داشت و پس از سال‌ها تلاش و آزمون و خطا موفق شد در سال ۱۹۷۴ امتیاز تجاری اولین درایو الکتریکی AC ترانزیستوری کنترل‌شده را به دست آورد.

با گذشت زمان، فناوری اینورترها به تدریج پیشرفت کرد. خروجی آن‌ها رفته‌رفته به شکل موج سینوسی نزدیک‌تر و قابلیت‌های جدیدی به آن‌ها اضافه شد.

تاریخچه دستگاه اینورتر: از تولد واژه «اینورتر» تا سهم دیوید پرینس

بیشتر بخوانید : اینورتر جوشکاری چیست؟

اگرچه ایده تبدیل جریان مستقیم به متناوب از زمان تسلا مطرح بود، اما نام «اینورتر» را دیوید پرینس در سال ۱۹۲۵ ابداع کرد. او در مقاله‌ای در مجله جی‌ای ریویو (GE Review)، اینورتر را دستگاهی معرفی کرد که برعکس یکسوکننده عمل می‌کند؛ یعنی یکسوکننده برق متناوب را به مستقیم تبدیل می‌کند، ولی اینورتر برق مستقیم را به متناوب تبدیل می‌کند.

مقاله پرینس، که جزئیات ساخت اینورتر را شرح می‌داد، به منبعی مهم در تاریخچه دستگاه اینورتر تبدیل شد. این توضیح برای متخصصان آن زمان که با مفهوم یکسوکننده آشنا بودند، کاملاً قابل درک بود.

جالب است بدانید که پیش از مقاله پرینس، نوعی اینورتر مکانیکی (ترکیبی از موتور و ژنراتور) وجود داشت. با این حال، نوشته پرینس نقطه عطفی در تاریخچه دستگاه اینورتر به شمار می‌رود. از آن پس، واژه «اینورتر» در متون علمی و فنی رواج یافت و به اصطلاحی استاندارد در صنعت برق و الکترونیک تبدیل شد.

تاریخچه کامل پیدایش اینورتر در صنعت: ورود اینورترها به دنیای تولید

از سال‌های ۱۹۷۰، اینورترها به شکل جدی وارد کارخانه‌ها شدند و روش‌های تولید را کاملاً تغییر دادند. تأثیر دستگاه اینورتر صنعتی از قطعات الکترونیکی ساده‌تری ساخته شده بودند. با اینکه از نمونه‌های قدیمی بهتر بودند، اما هنوز مشکلاتی داشتند و نمی‌توانستند همه کارها را خوب انجام دهند.

دستگاه اینورتر: معرفی و بررسی ویژگی‌های اینورترهای تاپ لاین رونیکس

کم‌کم، با پیشرفت فناوری و گسترش استفاده از دستگاه اینورتر، قطعات بهتری برای ساخت اینورترها پیدا شد. مهندسان از قطعات الکترونیکی پیشرفته‌تری استفاده کردند که باعث شد اینورترها خیلی بهتر کار کنند. در نتیجه، این امکان وجود داشت که با این دستگاه‌های جدید، سرعت موتورها را دقیق‌تر کنترل و در مصرف برق صرفه‌جویی کرد.

اینورترها به مرور زمان در همه جای صنعت مهم شدند. در کارخانه‌ها برای کنترل دقیق سرعت دستگاه‌ها و در ساختمان‌های بزرگ برای کم‌کردن مصرف برق دستگاه‌های تهویه از آن‌ها استفاده می‌شد.

تاریخچه دستگاه اینورتر: نقش شرکت‌های پیشرو مانند یاسکاوا

در میان شرکت‌هایی که تاریخچه کامل پیدایش اینورتر در صنعت را رقم زدند، شرکت ژاپنی یاسکاوا (Yaskawa) جایگاه مهمی دارد. این شرکت از سال ۱۹۱۵ در زمینه برق و خودکارسازی کار می‌کرد. یاسکاوا با کمک شرکت‌هایی که قطعات الکترونیکی می‌ساختند، روی ساخت موتورهای برقی بهتر تمرکز کرد.

تلاش‌های یاسکاوا در سال ۱۹۷۴ نتیجه داد. آن‌ها توانستند اولین دستگاه کنترل موتور برقی را که با ترانزیستور کار می‌کرد، بسازند و ثبت کنند. این کار بعد از سال‌ها تلاش و رفع مشکلات زیاد انجام شد. سپس، این دستگاه جدید از قطعات الکترونیکی سریع استفاده می‌کرد و می‌توانست موتورهای برقی را خیلی دقیق کنترل کند.

موفقیت یاسکاوا باعث شد راه برای ساخت اینورترهای بهتر باز شود. بعد از آن، شرکت‌های دیگر هم وارد این کار شدند و با ایده‌های جدید، این فناوری را پیشرفته‌تر کردند. شرکت‌های بزرگی مثل ای‌بی‌بی (ABB)، زیمنس (Siemens) و اشنایدر الکتریک (Schneider Electric) هم با ساخت دستگاه‌های پیشرفته، کمک کردند اینورترها در کارخانه‌های مختلف بیشتر استفاده شوند.

نقطه عطف تاریخچه دستگاه اینورتر: از کنترل ساده تا هوش مصنوعی

فناوری اینورتر در دهه ۱۹۶۰ به حدی پیشرفت کرد که توانست جایگزین خوبی برای روش‌های قدیمی کنترل موتورهای DC شود. در این دوره، اینورترهای فرکانس متغیر یا VFD معرفی شدند که می‌توانستند سرعت موتورهای AC را با دقت بالا کنترل کنند. این اینورترها قادر بودند سرعت موتور را از صفر تا حداکثر سرعت، با حفظ گشتاور کامل، تنظیم کنند.

نحوه کار این اینورترها به این صورت بود:

1. ابتدا برق AC ورودی را به DC تبدیل می‌کردند.
2. سپس با استفاده از روشی به نام مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، برق DC را دوباره به AC تبدیل می‌کردند.
3. این برق AC جدید، فرکانس و ولتاژ قابل تنظیم داشت که به کنترل دقیق سرعت موتور کمک می‌کرد.

این فرآیند حدود ۲ تا ۳ درصد انرژی را به صورت گرما هدر می‌داد، اما مزایای آن بسیار بیشتر از این مقدار تلفات بود. این فناوری باعث شد کنترل موتورهای AC بسیار دقیق‌تر و کارآمدتر شود.

مهم‌ترین تأثیر دستگاه اینورتر در صنعت و مزایای آن

تأثیر مهم دستگاه اینورتر را می‌توان در ۴ دسته اصلی خلاصه کرد:

1. کنترل دقیق سرعت: اینورترها امکان تنظیم سرعت موتورهای الکتریکی را بدون کاهش قدرت و گشتاور فراهم می‌کنند. این قابلیت به ویژه در صنایعی مانند نساجی، تولید کاغذ و فلزکاری که نیاز به کنترل دقیق سرعت دارند، بسیار ارزشمند است.
2. افزایش طول عمر تجهیزات: دستگاه اینورتر با کاهش فشار مکانیکی بر موتورها هنگام راه‌اندازی و توقف، به افزایش عمر مفید موتورها و سایر اجزای مکانیکی کمک می‌کنند.
3. انعطاف‌پذیری در عملکرد: اینورترها امکان تغییر جهت چرخش موتور، راه‌اندازی و توقف نرم و برنامه‌ریزی حرکت را فراهم می‌کنند که منجر به بهبود کیفیت تولید و افزایش بهره‌وری می‌شود.
4. کاهش مصرف برق: این دستگاه‌ها با تنظیم سرعت موتور متناسب با بار وارده، مصرف انرژی را تا حدود ۵۰ درصد کاهش می‌دهند. این امر به ویژه در سیستم‌های پمپ و فن که اغلب با ظرفیت کمتر از حداکثر کار می‌کنند، بسیار موثر است.
5. حذف تجهیزات مکانیکی اضافی: با استفاده از اینورتر، نیاز به تجهیزات مکانیکی مانند گیربکس‌ها و کلاچ‌ها برای تنظیم سرعت کاهش می‌یابد.

تاریخچه دستگاه اینورتر: از ابتدا تا پایان

تاریخچه دستگاه اینورتر نشان‌دهنده تکامل چشمگیر این فناوری از زمان «نبرد جریان‌ها» میان ادیسون و تسلا تا امروز است. از اولین دستگاه اینورتر مانند «پرنده آبی» در دوران جنگ جهانی دوم تا اینورترهای پیشرفته امروزی، این دستگاه‌ها مسیری طولانی را طی کرده‌اند.

همچنین، نقش پیشگامانی چون دیوید پرینس در معرفی مفهوم اینورتر و شرکت‌هایی مانند یاسکاوا در توسعه فناوری آن، غیرقابل انکار است.

سوالات متداول

اینورتر چیست و چگونه کار می‌کند؟
اینورتر دستگاهی است که جریان مستقیم (DC) را به جریان متناوب (AC) تبدیل می‌کند. این دستگاه می‌تواند با تغییر سریع جهت جریان الکتریکی و استفاده از تکنیک‌هایی مانند مدولاسیون پهنای پالس (PWM)، موج سینوسی AC را تولید کند.

تفاوت اصلی بین اینورترهای اولیه و مدل‌های مدرن چیست؟
اینورترهای اولیه مانند «پرنده آبی» عمدتاً مکانیکی بودند و کارایی محدودی داشتند. مدل‌های مدرن از فناوری‌های پیشرفته الکترونیکی مانند ترانزیستورهای IGBT استفاده می‌کنند که باعث افزایش کارایی، کاهش اندازه و بهبود کنترل می‌شود.

چرا استفاده از اینورتر در صنعت اهمیت دارد؟
اینورترها در صنعت اهمیت زیادی دارند، زیرا باعث صرفه‌جویی قابل توجه در مصرف انرژی (تا ۵۰ درصد) می‌شوند. همچنین، آن‌ها امکان کنترل دقیق سرعت و گشتاور موتورها را فراهم می‌کنند که منجر به بهبود کیفیت تولید و افزایش طول عمر تجهیزات می‌شود.