İnverter Nedir? Ne İşe Yarar?

İnverter nedir: Doğru akımı (DC), genliği ve yönü periyodik olarak değişen alternatif akıma (AC) çeviren cihaza inverter denir. Türkçe anlamı evirici aslında bir dönüştürme sistemidir. UPS ve güneş enerjisi sistemlerinde doğru akım üretildiği için üretilen bu enerji akülerde depolanır. Akülerde depolanan 12V, 24V veya 48V doğru akım (DC) invertör yardımı ile sinüs formunda monofaze 220V veya trifaze 380V AC gerilime çevrilir.

İnverter; aynı zamanda DC gerilimden AC gerilim elde etmek için kullanılan bir cihazdır. Örneğin UPS kesintisiz güç kaynakların da inverter+ konvertör kullanılır. AC gerilim önce konvertör de doğrultularak (DC ye çevrilir). Sonra bu DC sinyal inverter de AC ye çevrilir.

İnverter Ne İşe Yarar?

İnverter KGK (kesintisiz güç kaynağı) içinde DC gerilimini AC gerilimine dönüştürmekte kullanılır. UPS’ nin en önemli bileşenlerinden biridir. İnverter elektrik üretmez, akülerdeki 12V doğru akımı kullanarak 220V AC ye çevirir ve kullandığı enerjiyi aküden çeker.

Önceden frekans, motor jeneratörlerinden elde edilirdi. Bu sistem genelde rotoru kafesli olan motorlar için düşünülmüştür. Buradaki amaç gerilim frekansını düşürüp, yükselterek motor hızını ayarlamaktır. Frekans değiştiricilerin en gelişmişi doğru akım gerilimi tasarlanmış olanıdır. Günümüzde yarı iletkenlerle yapılmış inverterlerin hareketli parçaları yoktur.

İnverter Nasıl Çalışır?

Aküden gelen doğru gerilim, evirici kısmında sinyalleri değerlendirir. Frekans ve gerilim oluşturur. Bu gerilim ve frekans asenkron motorlara uygulanır. Gereken hız ayarları içinde çalışması sağlanır. Kalkış akımları olmadığı için şebekeye zarar vermez. On-Off (aç/kapat) sistemi ile çalışmazlar. Maksimum ve minimum aralıklarda çalışırlar.

Örneğin, 3 fazlı bir inverter de giriş 380 volt ise frekans çevirici de maksimum doğrultulan doğru gerilim Ud = 513 volt çıkar. Yani 1,41 katı kadar doğrultur. PWM çeviricide gerilim ve frekans ayarı yapılır.

Motor gerilimi sabit tutulup frekans azaltılırsa manyetik akım artar. Yine motor gerilimi sabit tutup frekans arttırılırsa manyetik akım azalır. Bu arada motorun momenti önemlidir. Döndürme momenti akımın karesine orantılıdır. Motor değişik hızlarda çalıştırıldığında motorun manyetik akısı, momenti değişir. Motor gücü, hız ve momente göre değişir. Aynı zamanda motor gücü ; hız ve momentin çarpımına eşittir.

Motorda gerilim sabit kalır, frekansı azaltılırsa manyetik akı doyuma doğru gider. Bundan dolayı gerilimi de birlikte düşürmek gerekir. Çünkü manyetik akı bağlantısına göre, döndürme momentinin sabit kalması için gerilimi ve frekans oranı ( U/f=k ) sabit kalmalıdır. Düşük frekansla çalışmada motor soğutucu pervaneleri yeterli gelmeyebilir, motor ısınır. Böyle durumlarda dışarıdan tahrikle soğutulur.

PWM frekansı ve gerilimi ayarlar. Bir işletmede momentin sabit kalması için U/f de sabit olması gerekir. İşletmenin hızı değişken momentte olursa U/f/2 oranının sabit kalması gerekir.

İnverter Seçimi 

Motorları değerinin üzerinde seçmek gerekir. Motor anma geriliminin üzerde çalışmayabilir. Gerilim sabit frekans değişken olduğunda, (U/f=k ) oranı bozulur. Manyetik akı azaldığından döndürme momenti azalmış olur. Frekans arttığında motorun momenti artırılamaz. Güç sabit kalır. Yüksek frekansta, sürtünme ve rüzgar kaybı meydana gelir. Buda motorun verimini düşürür. Bundan dolayı motor seçimi belirlenen gücün üstünde olmalıdır.

Genel olarak güneş panelleri ve rüzgar türbinlerinde yaygın olarak kullanılır. Güneş enerji santrallerinde inverter seçimi çok önemlidir. İnverterler hemen hemen her elektronik cihazın içinde yer almaktadır. Kullanım çeşitliliği arttığı için inverterlerin kapasitesine doğru karar vermek oldukça önemlidir.

İnverter Çıkış Dalga

Güneş panellerinin ürettiği DC enerjiyi evlerde kullanılan AC enerjiye (220V-50 Hz) çevirir. Genel olarak inverterler çıkış dalga şekilleri bakımından;

• Tam sinüs inverter
• Modifiye sinüs inverter

Tam sinüs inverter nedir?

Gerilimin şiddeti bir sinüs dalga formu olarak değişir. İşte inverterler de bu sinüs formuna benzeyen formlarda üretim yaparlar. Tam sinüs inverter AC çıkışta tam sinüs (sinüzoidal) dalga formuna sahiptir.

Tam sinüs inverterler özellikle tıbbi cihazlarda ve ölçü gibi hassas çalışma gerektiren sistemlerde kullanılır. Çamaşır makinesi, bulaşık makinesi ve buzdolabı gibi endüktif yükleri karşılamak ve bozmamak için, yük olarak motor, klima, buzdolabı veya endüstriyel cihaz ve uygulamalar için kesinlikle tam sinüs invertör tavsiye edilir.

Modifiye-sinüs inverter nedir?

Modifiye sinüs eğrisini, kare dalgacıkların sayısını arttırarak merdiven basamağı formunda benzer davranış sergilerken, true-sinüs inverterler sinüs dalga formuna tam olarak benzer davranış sergiler.

Modifiye sinüs inverter, trapez kare dalga formunda kademeli yapıdadır. Bu inverterlerin avantajı ucuz olmasıdır. TV, bilgisayar, küçük ev aletleri, lambaları, tüm beyaz eşyalar, mutfak aletlerini vs. sorunsuz çalıştırmasıdır. Modifiye sinüs inverter fiyatları firma ve markalara göre değişir.

Güneş enerjisi solar PV sistemlerinde kullanılan inverterler üç gruba ayrılabilir. Bunlar;

• Bütün sistemin bağlandığı merkezi inverterler,
• Panel dizilerinin bağlandığı dizi inverterler,
• Tek bir panelin bağlandığı panel inverterlerdir.

Bu üç gruptan en çok merkezi inverterler kullanılır. İnverterler doğru akım üreten güneş enerjisi kaynaklarını alternatif akıma çevirirler.

Bunlar kendi arasında ikiye ayrılır:

• On-grid
• Off-grid

On-grid inverter nedir?

İnverterler bir şebekeye bağlı olarak çalışırlar. On-grid (şebeke içi) inverterler güneş panellerinden gelen doğru akımı alternatif akıma dönüştürürler. Üretilen enerji dönüştürüldükten sonra şebekeye verilir. On-grid inverterler paneller yerine elektriği şebekeye aktarabilir. On-grid inverterler de genellikle akü kullanımına gerek kalmaz çünkü sürekli bir akım vardır. Yeterli enerji üretilmemesi durumunda şebekeden enerji de çekilebilir. Ancak elektrik kesildiğinde kullanılmak üzere depolamak için akü kullanılabilir.

Off-grid inverter nedir?

Elektrik şebeke hattı olmayan yerleşim yerlerinde kullanılan inverterlerdir. Off-grid (şebeke dışı) güneş panellerinden gelen doğru akımla aküleri şarj ederler. Akülerden aldığı doğru akımı alternatif akıma çevirirler. Depolamalı bir sisteme sahiptir. Üretilirken depolanan enerji, ihtiyaç doğrultusunda kullanılır. Şebeke hattının bulunmadığı yerlerde; çiftliklerde, dağ-yayla evlerinde kullanılır.

İnverter Çeşitleri

Frekans ve gerilim değişimi için mikro işlemci kumanda edilen temel inverter tasarımları geliştirilmiştir. Başlıcaları;

• Anma frekansının altındaki frekanslarda U / f sabit, anma frekansının üzerinde U sabit (şekil a da 1 – U / f sabit 2 – U sabit  f değişken)

•  Anma frekansının altında olan  frekanslarda U / f ³ ⁄ ² sabit, anma frekansın üzerine U sabit (şekil b de 1- U/ f³⁄ ² sabit, 2 – U sabit f değişken)

Sabit ve değişken moment prensibi ile çalışan frekans inverterinin işletme bölgeleri

Anma frekansının √3 katına kadar sabit moment prensibi ile çalışan frekans inverterinin işletme bölgeleri ve moment güç değişimi

• Anma frekansının √3 katına kadar (örnek olarak  f=50 Hz ise, 3 x 50 = 87 Hz) U/f sabit (şekil a )

Daha  çok kullanılan sürücü anma frekansına kadar “gerilim frekansla orantılı” U/f=  sabit, anma frekansından sonra gerilim sabittir. (şekil b)

İnverter Özelliği

0,5 Hz – 2000 Hz (frekans) arasında hız ayarı yapabilmesidir. İnverter şebekedeki AC gerilimi doğrultur. Oluşan gerilim dalgalanmalarını, pikleri, bozucu elektriği filtreleyip temizler. AC motor veya servo motorun hızını yüksek kalkış momenti ile sıfırdan istenen değere, istenen süre içinde ayarlar.

3 dalga formu ile PWM sistemi ile motoru besleyerek frekansı değişken alternatif gerilime dönüştüren hız kontrol cihazıdır.

Şebeke deki Cos 0.98~1 arasına getirerek şebekeden çekilen reaktif enerjiyi azaltarak tasarrufu sağlar. Yine inverter avantajı, şebeke frekansındaki bozucu etkilerden kaynaklı motor, mekanik aksam hatalarını en aza indirir.

Yumuşak yol verici özelliği vardır. İlk kalkış ve duruş anında mekanik düzeneklere zarar vermemesi için darbeli kalkış ve duruş özelliği yoktur. Mekanik bakım ve arıza maliyetlerinde azalma, ömürlerinin ve bakım süresinin uzun olmasını sağlar.

İnverter Devre Şeması

1 faz ve 3 faz giriş uçları ile motor bağlantı uçları vardır. Ara kumanda elemanına gereksinimleri yoktur. Panel üstünde motor parametrelerin girildiği ekran, tuşlar ve potansiyometre vardır. Bunlar ile motorla ilgili farklı parametre ayarları yapılır.

İnverter Nedir Nerelerde Kullanılır?

Enerji akımının yönünü değiştirerek etkin bir şekilde kullanılmasını sağlayan cihazdır. Hassas ölçüm gerektiren işlerde kullanılan ölçüm aletlerinde yine inverterler kullanılmaktadır.

Yenilenebilir enerji santrallerinde de inverter kullanılır. Yenilenebilir enerji kaynakları (rüzgâr, su, güneş) üzerinden enerji üretimi gerçekleşir. Üretilen enerjinin hızı düzensizdir. Bu enerji santrallerinde kesintisiz, dengeli, enerji üretmek için inverter kullanılır. Çünkü burada elde edilen doğru akımı, alternatif akıma çevirir. Ayrıca üretilen akımın akü gibi depolama sisteminden enerji alınırken inverter kullanılır.

Elektrik enerjisi ile çalışan cihazlarda da inverter bulunur. Cihazlar, güç kaynağından elektrik alırken akımın dengesi yine inverter yardımı ile sağlanır. Kesintisiz güç kaynaklarında (UPS), hem inverter hem de konvektör kullanılır.

Notebook, Laptop İnverter Nedir?

İnverter ana karttan gelen voltajı LCD ekranın ihtiyacına göre yüksek voltaj seviyesine taşır. Ekran görüntüsünün aşırı silik olduğu durumlarda veya ekran ışığı titrediğinde arızalandığı için ilk şüphelenmesi gereken devrelerdir.

İnverter arıza;

• Adaptör Problemleri; adaptörden gelen düzensiz bir voltaj ve akım inverteri yakabilir,
• Anakart Sorunları; anakarttan gelen voltajlardaki dengesizlikler inverteri yakabilir,
• Floresan Sorunları ; uçlarında oluşan kısa devreler inverteri ve ana kartı görev yapamaz duruma getirir
• LCD Data Cable/İnverter Kablo Sorunları; kablo uçlarındaki kısa devreler inverteri yakabilir.
• Arızaların tümü elektronik devre elemanlarının kullanım süreleri ile ilgili olabilir. İnverter üzerindeki yüksek gerilim trafosunun ömrü bitebilir. Laptop bir süre çalıştıktan sonra trafonun ısınıp ekran ışığında titreme oluşabilir.