Ce este un invertor: soiuri și principii de lucru

Istoria aspectului convertorului

La sfârșitul anilor 1800, pionier electric american Thomas Edison (1847-1931) a ieșit din laboratorul său, pentru a demonstra că curent continuu (CC) este cel mai bun mod de a furniza energie electrică decât curent alternativ (AC), care a fost un sistem nou, susținut de rivalul său sârb, Nikola Tesla (1856-1943). Edison a incercat tot felul de modalitati inteligente de a convinge oamenii că AC a fost prea periculos: de la electrocleaning elefant pentru a sprijini utilizarea de curent alternativ la scaunul electric pentru a controla moartea. În ciuda acestui fapt, sistemul Tesla a câștigat în acea zi, iar lumea a lucrat de atunci destul de mult pe rețeaua electrică.

Singura problemă este că, deși multe dintre dispozitivele noastre sunt proiectate să funcționeze cu curent alternativ, generatoarele de joasă putere produc adesea o constantă. Aceasta înseamnă că dacă doriți să rulați ceva de genul unui obiect gadget cu alimentare de la baterie Baterii DC într-o casă mobilă, veți avea nevoie de un dispozitiv care convertește DC într-un invertor AC, așa cum se numește.

Electricitatea curentului direct și alternativ

Când profesorii de știință explică ideea de bază a energiei electrice ca un flux de electroni, ei vorbesc de obicei despre curentul constant (DC). Aflăm că electronii sunt un fel de linii de furnici care merg împreună cu pachetele de energie electrică, la fel cum furnicile poartă frunze. Acest lucru este destul de o analogie bună pentru ceva ca o bază de lanternă, în cazul în care avem un sistem de (bucla electric continuu) care conectează bateria și comutatorul lămpii și energia electrică transportată în mod regulat de la baterie la lampa până când puterea de descărcare a bateriei.

În aparatele de uz casnic mari, energia electrică funcționează diferit. Sursa de alimentare care este alimentat de la o priză în perete, se bazează pe curent alternativ (AC), în cazul în care energia electrică este comutată în direcția de 50-60 de ori pe secundă (cu alte cuvinte, la o frecvență de 50-60 Hz). Este greu de înțeles cum AC furnizează energie atunci când își schimbă constant mintea despre locul în care se află. În cazul în care electronii în curs de dezvoltare de la priza de perete, pentru a primi, să zicem, câțiva milimetri în jos cablul, atunci este necesar pentru a inversa direcția și du-te înapoi ca ei ajunge vreodată la lampa de pe masă, astfel încât ea a aprins?

Răspunsul este de fapt destul de simplu. Imaginați-vă că între lampă și perete sunt pline de electroni. Când tu faceți clic pe comutator, toate electronii care umple cablul vibrează înainte și înapoi în filamentul lămpii - și această amestecare rapidă convertește energia electrică în căldură și lampa este iluminată. Electronii nu trebuie să se rotească într-un cerc pentru a transfera energia: în AS ei pur și simplu "rulează la locul lor".

Ce este un invertor?

Una dintre moștenirile lui Tesla (și partenerul său de afaceri, George Westinghouse, șeful Companiei electrice Westinghouse) este că majoritatea instrumentelor pe care le avem în casele noastre sunt special concepute pentru funcționarea AC. Dispozitivele care au nevoie de curent continuu, dar consumă energie electrică de la priza de curent alternativ, au nevoie de un echipament suplimentar numit redresor, de obicei de la componente electronice numite diode, pentru a converti AC la DC.

Invertorul face treaba opusă și este destul de ușor de înțeles esența ei. Să presupunem că aveți o baterie în lanternă și că întrerupătorul este închis, deci DC curge de-a lungul lanțului mereu în aceeași direcție cu mașina de curse din jurul pistei. Acum, dacă scoateți bateria și implementați, ceea ce sugerează că aceasta corespunde unei alte metode, este aproape sigur încă va da lumină, și nu se va observa nici o diferență în gradul de acoperire pe care le obține - dar curentul electric va curge în sens invers.

Să presupunem că aveți mâini cu fulgere și au fost destul de inteligente pentru a transforma bateria de 50-60 de ori pe secundă. Atunci ai deveni un fel de invertor mecanic, întoarcerea alimentării cu curent continuu a bateriei în variabilă la o frecvență de 50-60 Hz.

Desigur, invertoarele pe care le cumperi în magazinele electrice nu funcționează în acest fel, deși unele dintre ele sunt cu adevărat mecanice: folosesc întrerupătoare electromagnetice care trec rapid în direcția curentă. Invertoarele de acest fel produc adesea o așa-zisă ieșire dreptunghiulară: curentul curge fie într-o direcție, fie invers, sau comută instantaneu între două state.

Astfel de schimbări bruște de direcție sunt periculoase pentru unele tipuri de echipamente electrice. La o putere normală de curent alternativ, se trece treptat de la o parte la alta sub forma unui val sinusoidal.

Invertoarele electronice pot fi utilizate pentru a crea acest tip de ieșire AC variabilă ușor de la o intrare DC. Ele folosesc componente electronice numite inductoare și condensatoare pentru a mări și micșora curentul de ieșire decât forța de ieșire ascuțită, dreptunghiulară pe care o obțineți cu invertorul de bază.

Invertoarele pot fi de asemenea folosite cu transformatoare pentru a schimba complet tensiunea de intrare specifică DC alte tensiuni de ieșire (mai mare sau mai mică), dar puterea de ieșire trebuie să fie întotdeauna mai mică decât puterea de intrare. Legea de conservare a energiei, care transformatorul invertor nu poate furniza mai multă energie decât consumă, iar unele de energie trebuie să fie pierdută sub formă de căldură ca fluxurile de energie electrică printr-o varietate de componente electrice și electronice. În practică, randamentul invertorului depășește adesea 90%, deși fizica de bază ne spune că o parte din energie - oricare ar fi ea - este întotdeauna pierdută undeva.

Principiul funcționării dispozitivului

Imaginați-vă că sunteți o baterie de curent continuu, iar cineva vă lovește pe umăr și vă cere să faceți în schimb un înlocuitor. Cum ai face asta? Dacă tot curentul pe care îl produceți curge într-o direcție, cum să adăugați un comutator simplu la ieșirea dvs.? Pornirea și oprirea curentului poate oferi foarte repede impulsuri DC care ar putea efectua cel puțin jumătate din lucrare. Pentru a realiza AC corect, veți avea nevoie de un întrerupător care va inversa complet curentul și va face acest lucru de aproximativ 50-60 de ori pe secundă. Vizualizați-vă ca o baterie umană care schimbă contactele înainte și înapoi de peste 3000 de ori pe minut.

De fapt, convertizorul mecanic de modă veche este redus la o unitate de comutare conectată la transformator. Și din moment ce dispozitivele electromagnetice care schimbă o variabilă de joasă tensiune la un curent de înaltă tensiune sau invers, folosind două bobine (denumite primare și secundare) în jurul unui miez de fier comun.

Într-un invertor mecanic fie motorul electric, fie un alt mecanism de comutare automată inversează curentul de intrare înainte și înapoi, în principal, pur și simplu prin schimbarea contactelor și generează un curent alternativ în modul secundar. Dispozitivul de comutare funcționează la fel ca într-un sunet electric. Atunci când alimentarea este conectată, acesta magnetează comutatorul, îl scoate și îl oprește foarte repede. Arcul va readuce comutatorul din nou, porni-l și apoi va repeta procesul din nou și din nou.

Frecvența de comutare este stabilită de semnalele de comandă generate de circuitul de comandă (controler). De asemenea, controlerul poate rezolva sarcini suplimentare:

• Reglarea tensiunii.
• Sincronizarea frecvenței de comutare a cheilor.
• Protejați-le de supraîncărcare.

Clasificarea Inverter

Invertoarele pot fi foarte mari și masive, mai ales dacă au acumulatori încorporați, astfel încât să poată funcționa autonom. De asemenea, generează o mulțime de căldură, deci au radiatoare mari (aripioare metalice) și adesea ventilatoare de răcire. Cele mai mici invertoare sunt cutii mai portabile cu dimensiunile unui radio auto, pe care le puteți conecta la priza brichetei pentru a produce un AC pentru încărcarea laptopurilor sau telefoane mobile.

Așa cum instrumentele diferă în puterea pe care o consumă, invertoarele diferă în puterea pe care o produc. În mod normal, pentru a fi sigur, veți avea nevoie de un invertor care reprezintă un sfert din puterea maximă a dispozitivului pe care doriți să îl utilizați. Acest lucru sugerează că unele aparate (cum ar fi frigiderele și congelatoarele sau lămpile fluorescente) consumă puterea maximă la prima pornire. Deși invertoarele pot furniza o putere maximă pentru perioade scurte de timp, este important să rețineți că acestea nu sunt proiectate să funcționeze la putere de vârf pentru o perioadă lungă de timp.

Conform principiului de funcționare, invertoarele sunt împărțite în:

• Autonom.
• Invertoare de putere (AIN).
• Invertoarele actuale (AIT).
• Invertoare de rezonanță (AIR).
• Dependent (invertoare conduse de rețea).

Aparate in casele noastre hefty care utilizează cantități mari de energie (lucruri cum ar fi încălzitoare electrice, lămpi cu incandescență, cazane și frigidere), nu le pasă de ce fel de forme de undă ei a lua tot ceea ce doresc este puterea și cum poți mai mult. Dispozitivele electronice, pe de altă parte, sunt mult mai agitate și preferă o intrare mai lină, pe care o au primiți de la un val sinusoidal.

• Multe invertoare funcționează ca dispozitive independente cu o baterie, care sunt complet independente de rețea.
• Alți, așa-numiți invertoare utilitar-interactiv sau invertoare conectate la rețea, sunt concepute special pentru a se conecta permanent la rețea. În mod obișnuit, ele sunt utilizate pentru a transfera energia electrică dintr-un panou solar înapoi în rețea cu exact tensiunea și frecvența corespunzătoare.

Acest lucru este bine dacă obiectivul dvs. principal este de a vă crea propria putere. Dar nu este utilă dacă doriți, uneori, să fie independent de rețea, sau aveți nevoie de o sursă de alimentare de rezervă, în caz de eșec, pentru că în cazul în care conexiunea la rețea se duce în jos, și nu produc energie electrică pe cont propriu (de exemplu, este noapte, și soarele tău panoul sunt inactive), invertorul este, de asemenea, redus, și sunt complet fără putere, indiferent dacă sunt generatoare de putere sau nu.

Din acest motiv, unii oameni folosesc dispozitive bimodale sau bidirecționale care pot funcționa atât în ​​modul standalone, cât și în rețea (deși nu simultan). Deoarece au piese suplimentare, ele sunt de obicei mai greoaie și mai scumpe.

Dispozitive mari de comutare pentru aplicațiile de transfer de energie instalate înainte de 1970, supapele cu arc de mercur au fost utilizate preponderent. Invertoarele moderne sunt de obicei în stare solidă (invertoare statice). Metoda de design modern include componentele situate în configurația podului H. Acest design este, de asemenea, destul de popular în rândul dispozitivelor mici de consum.

Folosind tipărirea tridimensională și semiconductorii noi, cercetătorii de la Laboratorul Național Oak Ridge al Departamentului de Energie au creat un invertor de putere care ar putea face vehiculele electrice mai ușoare, mai puternice și mai eficiente.