Какво е инвертор: сортове и принципи на работа

История на външния вид на конвертора

В края на 18-ти век американският електрически пионер Томас Едисон (1847-1931) напуска своята лаборатория, за да докаже, че DC е най-добрият начин за доставка на електроенергия от променливия ток (AC), която е нова система, неговия сръбски съперник Никола Тесла (1856-1943 г.). Едисън се опитваше с всякакви трудни начини да убеди хората, че AC е прекалено опасна: от електрическо почистване на слонове до подпомагане използването на променлив ток в електрически стол за контрол на смъртното наказание. Въпреки това, системата Tesla спечели този ден, а оттогава светът работи доста в енергийната мрежа.

Единственият проблем е, че въпреки че много от нашите устройства са проектирани да работят с променлив ток, генераторите с малка мощност често създават константа. Това означава, че ако искате да стартирате нещо като притурка с променлив ток от батерията DC батерии в мобилен дом ще ви трябва устройство, което преобразува DC в инвертор AC, както се нарича.

Електричество на директен и променлив ток

Когато учителите на науката да обясни основната идея на електричество като поток от електрони, те обикновено се говори за DC (DC). Ние знаем, че електроните са малко като мравки линия, ще заедно с електрическите опаковки, както и мравките носят листа. Това е доста добра аналогия за нещо като фенерче база, където имаме схема (непрекъсната електрическа верига) свързване на батерията и ключа на лампата и на електрическата енергия редовно транспортират от акумулатора към лампата, докато захранването изхабяване на батерията.

При големите битови уреди електроенергията работи по различен начин. Източникът на захранване, който идва от стенния контакт, се базира на променлив ток (AC), при който електричеството се включва 50-60 пъти в секунда (с други думи, при честота 50-60 Hz). Трудно е да се разбере как AC доставя енергия, когато постоянно променя мнението си за това къде отива. Ако електроните излизат от контакта, да кажем няколко милиметра надолу по кабела, тогава трябва да обърнем посоката и да се върнем, как някога стигат до лампата на масата, за да я запалят?

Отговорът е доста прост. Представете си, че между лампата и стената са напълнени с електрони. Когато вие кликнете върху ключа, всички електрони, запълващи кабела, вибрират назад и напред в нишката на лампата - и това бързо разбъркване преобразува електрическата енергия в топлина и лампата е осветена. Електроните не трябва да се въртят в кръг, за да прехвърлят енергия: в АС те просто "работят на място".

Какво е инвертор

Едно от завещанията на Тесла (и неговия бизнес партньор Джордж Уестингхаус, шефът на Електрическата компания "Уестингхаус") е, че повечето от инструментите, които имаме в домовете си, са специално проектирани за AC операция. Устройствата, които се нуждаят от постоянен ток, но консумират електричество от електрическия контакт, се нуждаят от допълнително оборудване, наречено токоизправител, обикновено от електронни компоненти, наречени диоди, за преобразуване на AC в DC.

Инверторът извършва обратната работа и е доста лесно да се разбере същността му. Представете си, че имате батерия във фенерчето и ключът е затворен, така че DC тече по веригата винаги в същата посока като състезателната кола около пистата. Сега, ако издърпате батерията и я обърнете, ако приемем, че тя съвпада по друг начин, тя почти със сигурност ще даде светлина и няма да забележите никаква разлика в осветлението, което получавате - но електрическият ток ще протича обратно.

Да предположим, че сте имали светкавични ръце и те са достатъчно умни, за да върнат батерията 50-60 пъти в секунда. Тогава ще станеш един вид механичен инвертор, захранването на батерията с постоянен ток в променливата при честота 50-60 Hz.

Разбира се, инверторите, които купувате в електрическите магазини, не работят по този начин, въпреки че някои от тях са наистина механични: използват електромагнитни превключватели, които бързо преминават към текущата посока. Често такива инвертори произвеждат така наречената правоъгълна мощност: течението или тече в една посока, или обратно, или веднага превключва между две състояния.

Такива внезапни промени в посоката са опасни за някои видове електрически съоръжения. При нормално променливотоково захранване постепенно се премества от едната страна в другата под формата на синусоидална вълна.

Електронните инвертори могат да се използват за създаване на този вид гладко променящ се променлив ток от DC вход. Те използват електронни компоненти, наречени индуктори и кондензатори, за да увеличат и намалят изходния ток, отколкото острият, правоъгълен включен / изключен изход, който получавате при базовия инвертор.

Инверторите могат да се използват и с трансформатори, за да се промени напълно специфичното DC входно напрежение друго изходно напрежение променлива (по-висока или по-ниска), но изходната мощност винаги трябва да е по-малка от входната мощност. От закона за опазване на енергията следва, че инверторът и трансформаторът не могат да доставят повече енергия, отколкото консумират, а част от енергията трябва да бъде загубена като топлина, тъй като електричеството преминава през различни електрически и електронни компоненти. На практика инверторната ефективност често надхвърля 90%, въпреки че основната физика ни показва, че част от енергията - каквото и да е, винаги се губи някъде.

Принцип на действие на устройството

Представете си, че сте DC батерия и някой ви удря по рамото и вместо това ви моли да създадете алтернатива. Как бихте направили това? Ако всички текущи, които произвеждате, текат в една посока, какво ще кажете за добавянето на прост превключвател към изхода? Включването и изключването на тока ви бързо може да осигури DC импулси, които могат да изпълнят поне половината от работата. За да направите правилното AC, ще се нуждаете от превключвател, който напълно ще обърне тока и ще го направите приблизително 50-60 пъти в секунда. Представете си себе си като човешка батерия, която променя контактите си назад и напред над 3000 пъти в минута.

Всъщност старият механичен инвертор се свежда до превключващ блок, свързан към трансформатора. И тъй като електромагнитни устройства, които променят ниско напрежение променлива на високо напрежение ток или обратно, с помощта на две тел намотки (наречени първични и вторични) рани около обща желязо ядро.

В механичен инвертор електрическият или друг автоматичен комутационен механизъм обръща входящия ток напред и назад главно просто чрез смяна на контактите и генерира променлив ток в вторичния режим. Превключващото устройство работи по същия начин, както в електрическата врата. Когато захранването е свързано, той магнетизира ключа, издърпва го и го изключва много бързо. Пружината отново ще върне ключа, ще го включи и ще повтаря процеса отново и отново.

Честотата на превключване се определя от управляващите сигнали, генерирани от управляващата верига (контролер). Контролерът може да реши и допълнителни задачи:

• Регулиране на напрежението.
• Синхронизиране на честотата на превключване на ключове.
• Защитете ги от претоварване.

Класификация на инверторите

Инверторите могат да бъдат много големи и масивни, особено ако имат вградени батерии, за да могат да работят автономно. Те също генерират много топлина, така че имат големи радиатори (метални перки) и често охлаждащи вентилатори. Най-малките инвертори са по-преносими кутии с размер на кола радио, което можете да свържете с гнездото на запалката за цигари, за да създадете AC за зареждане на лаптопи или мобилни телефони.

Точно както инструментите се различават по силата, която консумират, инверторите се различават по силата, която произвеждат. Обикновено, за да сте сигурни, ще ви е необходим инвертор, който е една четвърт от максималната мощност на устройството, което искате да използвате. Това предполага, че някои уреди (като хладилници и фризери или флуоресцентни лампи) консумират максималната мощност при първото стартиране. Въпреки че инверторите могат да осигурят максимална мощност за кратки периоди от време, важно е да се отбележи, че те не са проектирани да работят на пикова мощност за дълго време.

Съгласно принципа на работа, инверторите се разделят на:

• Самостоятелен.
• Инвертори на мощността (AIN).
• Текущи инвертори (AIT).
• Резонансни инвертори (AIR).
• Зависими (инвертори, задвижвани от мрежата).

Високите уреди в дома ни, които използват много енергия (неща като електрически нагреватели, лампи с нажежаема жичка, чайници или хладилници), наистина не се интересуват от каква вълна получават: всичко, което искат, е енергия и как може повече. Електронните устройства, от друга страна, са много по-придирчиви и предпочитат по-гладък вход, което те получават от синусоидална вълна.

• Много инвертори функционират като самостоятелни устройства с батерия, които са напълно независими от мрежата.
• Другите, така наречените утилитарно-интерактивни инвертори или инвертори, свързани с мрежата, са специално проектирани да се свързват непрекъснато с мрежата. Обикновено те се използват за прехвърляне на електроенергия от нещо като соларен панел обратно към мрежата с точно правилното напрежение и честота.

Това е добре, ако основната ви цел е да създадете своя собствена сила. Но това не е полезно, ако искате понякога да бъде независим от мрежата, или имате нужда от резервна източник на захранване в случай на повреда, защото ако връзката с мрежата върви надолу, а вие не произвеждат електричество от свое (например, това е нощта и си слънце панелите са неактивни), инверторът също пада и вие сте напълно без енергия, независимо дали генерирате силата си или не.

Поради тази причина някои хора използват двупосочни или двупосочни устройства, които могат да работят както в самостоятелен, така и в мрежов режим (макар и не едновременно). Тъй като имат допълнителни части, те обикновено са по-тромави и скъпи.

Големи комутационни устройства за приложения за пренос на енергия, инсталирани преди 1970 г., предимно се използват живачни клапи за живак. Съвременните инвертори обикновено са в твърдо състояние (статични инвертори). Модерният метод на проектиране включва компоненти, разположени в конфигурацията на моста H. Този дизайн е доста популярен сред малките потребителски устройства.

Триизмерната печат, нови полупроводници, изследователи от Националната лаборатория Oak Ridge Министерството на енергетиката създадоха инвертор власт, която може да се направи електрически превозни средства, по-лек, по-мощен и по-ефективно.