Kaj je pretvornik: sorte in delovna načela

Zgodovina videza pretvornika

V poznih 1800 je ameriški električni pionir Thomas Edison (1847-1931) je prišel iz svojega laboratorija, ki dokazujejo, da je enosmerni tok (DC) je najboljši način za oskrbo z električno energijo kot izmenični tok (AC), ki je bil nov sistem, ki ga podpira njegov srbski tekmec, Nikola Tesla (1856-1943). Edison poskusili vse vrste domiselne načine prepričati ljudi, da je bila AC prenevarno: od electrocleaning slona podpirajo uporabo izmeničnega toka v električnem stolu za nadzor smrt. Kljub temu je ta dan Tesla zmagal, svet pa od tedaj veliko dela na elektroenergetskem omrežju.

Edini problem je, da čeprav je veliko naših naprav namenjenih za delo z izmeničnim tokom, generatorji z nizko porabo pogosto proizvajajo konstanto. To pomeni, da če želite zagnati nekaj podobnega pripomočku z izmeničnim napajanjem iz baterije DC baterije v mobilnem domu boste potrebovali napravo, ki pretvori DC v pretvornik AC, kot se imenuje.

Električna energija neposrednega in izmeničnega toka

Ko učitelji znanosti pojasnijo osnovno idejo o električni energiji kot tok elektronov, običajno govorijo o stalnem toku (DC). Izvedeli smo, da so elektroni podobni liniji mravelj, ki gredo skupaj s paketi električne energije, prav tako kot mravlje nosijo listje. To je precej dobra analogija za nekaj podobnega bazo svetilko, kjer imamo shemo (neprekinjeno električno zanko), ki povezuje baterijo in stikalo žarnice in električne energije redno prevažajo iz baterije za svetilke, dokler se moč osiromašenega baterijo.

V velikih gospodinjskih aparatih elektrika deluje na drugačen način. Vir napajanja, ki prihaja iz zidne vtičnice, temelji na izmenični tok (AC), kjer se električna energija preklopi 50-60 krat na sekundo (z drugimi besedami, pri frekvenci 50-60 Hz). Težko je razumeti, kako AC prinaša energijo, ko nenehno spreminja svoje mnenje o tem, kje gre. Če se elektroni izhajajo iz vtičnice, priti, pravijo, nekaj milimetrov navzdol kabla, nato pa je potrebno, da se obrne smer in nazaj, kot so kdaj na svetilko na mizi, tako da je prižgal?

Odgovor je pravzaprav precej preprost. Predstavljajte si, da med žarnico in steno napolnijo z elektroni. Ko si kliknite na stikalo, vsi elektroni, ki napolnjujejo kabel, v žarilni nitki vibrirajo naprej in nazaj - in to hitro premešanje pretvori električno energijo v vročino in osvetli svetilka. Elektroni ni treba vrteti v krogu, da bi prenesli energijo: v AS so preprosto "tekli na mestu".

Kaj je pretvornik?

Eden od zapuščin podjetja Tesla (in njegovega poslovnega partnerja, George Westinghouse, šef podjetja Westinghouse Electrical Company) je, da je večina instrumentov, ki jih imamo v naših domovih, posebej zasnovana za delovanje AC. Naprave, ki potrebujejo enosmerni tok, vendar porabijo električno energijo iz vtičnice, potrebujejo dodaten kos opreme, imenovanega usmernik, običajno iz elektronskih komponent, imenovanih diode, za pretvorbo AC v DC.

Pretvornik deluje na nasprotni strani, zato je enostavno razumeti njegovo bistvo. Recimo, da imate baterijo v svetilki in stikalo je zaprto, tako da se enosmerni tok vzdolž verige vedno nahaja v isti smeri kot dirkalni avto okoli proge. Zdaj, če odstranite baterijo in njegovo uporabo, kar kaže, da se ujema z drugo metodo, je skoraj zagotovo še bo luč, in ne boste opazili razlike v pokritosti, da ste dobili - ampak električni tok bo tok v nasprotno smer.

Recimo, da ste imeli roke strele in so bili dovolj pametni, da bi baterijo obrnili 50-60 krat na sekundo. Potem bi postal nekakšen mehanski pretvornik, obračanje enosmernega toka akumulatorja v spremenljivki s frekvenco 50-60 Hz.

Seveda razsmerniki, ki jih kupite v električnih trgovinah, ne delujejo tako, čeprav so nekateri resnično mehanični: uporabljajo elektromagnetna stikala, ki hitro prehajajo v trenutno smer. Pretvorniki, kot je ta, pogosto proizvajajo tako imenovani pravokotni izhod: tok teče v eni smeri ali obratno ali pa takoj preklopi med dvema stanjima.

Takšne nenadne spremembe v smeri so nevarne za nekatere vrste električne opreme. Pri normalni izmenični moči se postopoma premika z ene strani na drugo v obliki sinusoidnega vala.

Elektronski pretvorniki se lahko uporabljajo za ustvarjanje te vrste gladko spreminjajočega se izhodnega toka iz vhodov DC. Uporabljajo elektronske komponente, imenovane induktorji in kondenzatorji, za povečanje in zmanjšanje izhodnega toka od ostrega, pravokotnega vklopa / izhoda, ki ga dobite z osnovnim pretvornikom.

Pretvorniki se lahko uporabljajo tudi s transformatorji, da se popolnoma vnašajo vhodne DC napetosti druga izhodna napetost spremenljivke (višje ali nižje), vendar izhodna moč mora biti vedno manjša od vhodne moči. Iz zakona o ohranjanju energije izhaja, da pretvornik in transformator ne morejo dobavljati več energije, kot jo porabijo, nekaj energije pa je treba izgubiti kot toploto, saj električna energija teče skozi različne električne in elektronske komponente. Učinkovitost pretvornika v praksi pogosto presega 90 odstotkov, čeprav nam osnovna fizika govori, da je nek del energije - karkoli je - vedno izgubljen.

Načelo delovanja naprave

Predstavljajte si, da ste DC baterija, in nekdo vas udari na ramo in vas prosi, da namesto tega namestite namestnika. Kako bi to naredil? Če vse tok, ki ga izdelujete, teče v eni smeri, kako dodati enostavno stikalo na vaš izhod? Vklop in izklop trenutnega lahko zelo hitro zagotovi impulze DC, ki lahko opravljajo vsaj polovico dela. Če želite narediti pravilen AC, potrebovali boste stikalo, ki bo popolnoma obrnilo tok in to naredilo približno 50-60 krat na sekundo. Vizualizirajte se kot človeška baterija, ki stalno spreminja stike več kot 3000 krat na minuto.

Pravzaprav staromodni mehanski pretvornik zmanjša na stikalno enoto, ki je priključena na transformator. In ker elektromagnetne naprave, ki spremenijo nizkonapetostno spremenljivko v visokonapetostni tok ali obratno, z uporabo dveh žičnih tuljav (imenovanih primarnih in sekundarnih), rane okoli običajnega železnega jedra.

V mehaničnem pretvorniku bodisi električni motor ali kakšen drug avtomatski preklopni mehanizem preusmeri vhodni tok naprej in nazaj, večinoma preprosto s spreminjanjem kontaktov in generiranjem izmeničnega toka v sekundarnem načinu. Stikalna naprava deluje na enak način kot pri električnem zvoku. Ko je napajanje priključeno, magnetizira stikalo, ga potegne in hitro izklopi. Pomladni element bo ponovno vklopil stikalo, ga vklopil in nato ponovil proces znova in znova.

Preklopna frekvenca nastavijo krmilni signali, ki jih ustvari krmilno vezje (krmilnik). Krmilnik lahko tudi rešuje dodatne naloge:

• Regulacija napetosti.
• Sinhronizacija ključne stikalne frekvence.
• Zaščitite jih pred preobremenitvijo.

Inverter Classification

Razsmerniki so lahko zelo veliki in masivni, še posebej, če imajo vgrajene baterijske vložke, tako da lahko delujejo samostojno. Ustvarjajo tudi veliko toplote, zato imajo velike radiatorje (kovinske plavutke) in pogosto ventilatorje za hlajenje. Najmanjši razsmerniki so bolj prenosni škatli velikosti avtomobilskega radia, ki ga lahko priključite na vtičnico za cigaretni vžigalnik, da proizvedete AC za polnjenje prenosnih računalnikov ali mobilnih telefonov.

Tako kot instrumenti razlikujejo v moči, ki jo porabijo, se inverterji razlikujejo po moči, ki jo proizvajajo. Značilno je, da morate biti varni, potrebujete razsmernik, ki predstavlja četrtino največje moči naprave, ki jo želite uporabiti. To kaže, da nekatere naprave (kot so hladilniki in zamrzovalniki ali fluorescenčne sijalke) porabijo največjo moč pri prvem zagonu. Čeprav lahko pretvorniki zagotavljajo največjo moč za kratek čas, je pomembno vedeti, da niso zasnovani tako, da dolgo delujejo na maksimalni moči.

V skladu z načelom delovanja so pretvorniki razdeljeni na:

• Samostojno.
• Napajalniki (AIN).
• Trenutni pretvorniki (AIT).
• Resonančni pretvorniki (AIR).
• Odvisno (razsmerniki, ki jih upravlja omrežje).

Zajetne naprave v naših domovih, ki uporabljajo velike količine energije (takšne stvari, kot so električni grelci, žarnice, grelniki vode in hladilniki), ne skrbi, kakšno valovno obliko, ki dobijo vse, kar hočejo, je moč in kako lahko več. Elektronske naprave so na drugi strani bolj prefinjene in raje bolj gladko vhod, ki ga imajo sprejemajo iz sinusnega vala.

• Mnogi inverterji delujejo kot samostojne naprave z baterijo, ki so povsem neodvisne od omrežja.
• Drugi, tako imenovani utilitarni interaktivni inverterji ali povezani pretvorniki, so posebej zasnovani za stalno povezovanje v omrežje. Značilno je, da se uporabljajo za prenos električne energije iz nečesa, kot je sončna plošča nazaj v omrežje s točno pravo napetostjo in frekvenco.

To je v redu, če je vaš glavni cilj ustvariti lastno moč. Ampak to ni tako koristno, če želite včasih biti neodvisen od omrežja ali če potrebujete rezervno napajanje v primeru izpada, ker če se vaša povezava z omrežjem zmanjša in ne proizvedete električne energije sami (na primer, to je nočni čas in vaša sončna energija panoji so neaktivni), pretvornik tudi kaplja, in vi ste popolnoma brez energije, ne glede na to, ali ustvarjajo svojo moč ali ne.

Zaradi tega nekateri ljudje uporabljajo bimodalne ali dvosmerne naprave, ki lahko delujejo samostojno in mrežno (čeprav ne hkrati). Ker imajo dodatne dele, so ponavadi bolj zapleteni in dragi.

Velike stikalne naprave za aplikacije prenosa energije, nameščene pred letom 1970, so bili predvsem uporabljani ventili z živosrebrnim lokom. Sodobni inverterji so ponavadi trdno stanje (statični pretvorniki). Sodobna metoda načrtovanja vključuje komponente, ki se nahajajo v konfiguraciji mostu H. Ta zasnova je prav tako zelo priljubljena med majhnimi potrošniškimi napravami.

Z uporabo tridimenzionalnega tiskanja in novih polprevodnikov so raziskovalci iz Nacionalnega laboratorija Oak Ridge na Ministrstvu za energijo ustvarili pretvornik moči, ki bi lahko električna vozila postala lažja, močnejša in učinkovitejša.