Čo je menič: odrody a pracovné princípy

História vzhľadu meniča

V neskorých 1800s, americký elektrický priekopník Thomas Edison (1847-1931) vyšiel zo svojho laboratória, aby sa preukázalo, že jednosmerný prúd (DC) je najlepší spôsob, ako dodávať elektrinu ako striedavý prúd (AC), ktorý bol nový systém, podporovaný jeho srbský rival Nikola Tesla (1856-1943). Edison skúšal najrôznejšie chytré spôsoby, ako presvedčiť ľudí, že AC bolo príliš nebezpečné: z electrocleaning slona na podporu využitia striedavého prúdu k elektrickému kreslu kontrolovať smrť. Napriek tomu systém Tesla vyhral ten deň a svet odvtedy pracoval dosť na elektrickej sieti.

Jediným problémom je, že hoci mnohé z našich zariadení sú určené na prácu s striedavým prúdom, generátory s nízkym výkonom často vytvárajú konštantný stav. To znamená, že ak chcete spustiť niečo ako modul gadget s napájaním z batérie DC batérie v mobilnom domove budete potrebovať zariadenie, ktoré konvertuje DC do meniča striedavého prúdu, ako sa nazýva.

Elektrická energia priameho a striedavého prúdu

Keď učitelia prírodných vied vysvetľujú základnú myšlienku elektriny ako tok elektrónov, zvyčajne hovoria o konštantnom prúde (DC). Dozvieme sa, že elektróny sú trochu ako línia mravcov chôdze spolu s balíčkami elektrickej energie, rovnako ako mravce nesú listy. To je celkom dobrá analógia k niečomu ako baterku základňu, kde máme schéma (kontinuálne elektrickej slučky) spájajúce batériu a spínač lampy a elektrickej energie pravidelne dopravuje z batérie k lampe, kým sa napájanie vybité batérie.

Pri veľkých domácich spotrebičoch funguje elektrina iným spôsobom. zdroj energie, ktorý je napájaný zo zásuvky v stene, je založený na striedavý prúd (AC), kde je elektrická energia prepnutý v smere 50-60 krát za sekundu (inými slovami, pri frekvencii 50-60 Hz). Je ťažké pochopiť, ako AC dodáva energiu, keď sa neustále mení svoj názor o tom, kam ide. V prípade, že elektróny vystupujúce zo zásuvky dostať, povedzme, niekoľko milimetrov do kábla, potom je nutné sa obrátiť smer a vrátiť sa, ako sa vôbec dostať k lampe na stole, takže sa svieti?

Odpoveď je vlastne celkom jednoduchá. Predstavte si, že medzi lampou a stenou sú naplnené elektróny. Keď vy kliknite na prepínač, všetky elektróny naplňujúce kábel vibrujú tam a späť vo vlákne lampy - a toto rýchle premiešanie premieňa elektrickú energiu na teplo a svietidlo svieti. Elektróny sa nemusia otáčať v kruhu, aby prenášali energiu: v systéme AS jednoducho "bežia na mieste".

Čo je menič

Jedným z dedičstva Tesla (a jeho obchodný partner, George Westinghouse, šéf Westinghouse), je skutočnosť, že väčšina z nástrojov, ktoré máme v našich domovoch, sú navrhnuté tak, aby napájať z elektrickej siete. Nástroje, ktoré potrebujú konštantný prúd, ale získava energiu z elektrickej zásuvky, je potrebné ďalší kus vybavenia, ktorý sa nazýva usmerňovač, spravidla z elektronické súčiastky zvanej diódy previesť AC na DC.

Invertor robí opačnú prácu a je veľmi ľahké pochopiť jeho podstatu. Predpokladajme, že máte batériu do baterku, a spínač je uzavretý, takže DC pretekajúci obvodom je vždy v rovnakom smere ako pretekárske auto okolo trati. Teraz, keď vybrať batériu a nasadiť ju, čo naznačuje, že to zodpovedá iným spôsobom, to je takmer určite ešte dá svetlo, a nebude žiadny rozdiel v pokrytí, ktoré dostanete - ale elektrický prúd bude prúdiť v opačnom smere.

Predpokladajme, že ste mali bleskové ruky a boli dosť chytré, aby batériu otočili 50-60 krát za sekundu. Potom by ste sa stali druhom mechanického invertora, otáčaním napájacieho zdroja DC batérie v premennej pri frekvencii 50-60 Hz.

Samozrejme, meniče, ktoré kupujete v elektrických obchodoch, nefungujú týmto spôsobom, aj keď niektoré z nich sú naozaj mechanické: používajú elektromagnetické spínače, ktoré sa rýchlo prepnú na aktuálny smer. Takto meniče často vytvárajú takzvaný obdĺžnikový výstup: prúd buď prúdi jedným smerom, alebo naopak, alebo okamžite prepína medzi dvoma stavmi.

Takéto náhle zmeny smeru sú nebezpečné pre niektoré typy elektrických zariadení. Pri normálnom striedavom napájaní sa postupne posúva z jednej strany na druhú vo forme sínusovej vlny.

Elektronické meniče sa dajú použiť na vytvorenie tohto druhu plynule meniaceho sa výstupu AC od jednosmerného vstupu. Používajú elektronické súčiastky nazývané induktory a kondenzátory, ktoré zvyšujú a znižujú výstupný prúd ako ostrý obdĺžnikový výstup zapnutý / vypnutý, ktorý dostanete so základným meničom.

Invertory sa môžu použiť aj s transformátormi na úplné zmenenie špecifického vstupného napätia DC iné výstupné napätie (vyššia alebo nižšia), ale výstupný výkon by mal byť vždy nižší ako vstupný výkon. Zo zákona o zachovaní energie vyplýva, že menič a transformátor nemôžu dodávať viac energie, ako spotrebúvajú, a určitá energia sa musí stratiť ako teplo, pretože elektrina prúdi cez rôzne elektrické a elektronické komponenty. V praxi účinnosť frekvenčného meniča často prekračuje 90 percent, hoci základná fyzika nám hovorí, že časť energie - akákoľvek je - je vždy niekde stratená.

Princíp fungovania zariadenia

Predstavte si, že ste batériou DC a niekto vás klepí na rameno a namiesto toho vás požiada o vytvorenie náhradníka. Ako by ste to urobili? Ak všetok prúd, ktorý vyrábate, prúdi jedným smerom, čo sa týka pridávania jednoduchého prepínača do vášho výstupu? Zapnutie a vypnutie prúdu môže veľmi rýchlo poskytnúť DC impulzy, ktoré by mohli vykonávať aspoň polovicu práce. Ak chcete urobiť správnu AC, budete potrebovať prepínač, ktorý úplne zvráti prúd a robí to približne 50-60 krát za sekundu. Vizualizujte sa ako ľudskú batériu, ktorá mení kontakty späť a späť viac ako 3000 krát za minútu.

V skutočnosti je staromódny mechanický menič zmenšený na spínacu jednotku pripojenú k transformátoru. A ako elektromagnetických zariadení, ktoré menia napätie striedavý prúd nízky pri vysokom napätí, alebo naopak, za použitia dvoch cievok vodičov (nazýva primárna a sekundárna) navinutá okolo spoločnej železného jadra.

V mechanickom meniči buď elektromotor, alebo iný automatický spínací mechanizmus zvráti prichádzajúci prúd dopredu a dozadu hlavne jednoducho zmenou kontaktov a generuje striedavý prúd v sekundárnom režime. Spínacie zariadenie funguje rovnako ako pri elektrickom zvončeku. Keď je napájanie pripojené, magnetizuje spínač, vytiahne ho a veľmi rýchlo ho vypína. Pružina vráti spínač znovu, zapne ho a potom zopakuje celý proces znova a znova.

Spínacia frekvencia je nastavená riadiacimi signálmi generovanými riadiacim obvodom (regulátorom). Riadiaci orgán môže tiež vyriešiť ďalšie úlohy:

• Regulácia napätia.
• Synchronizácia frekvencie spínania kľúča.
• Ochrana pred preťažením.

Klasifikácia meniča

Invertory môžu byť veľmi veľké a masívne, najmä ak majú zabudované batérie, takže môžu pracovať samostatne. Vytvárajú tiež veľa tepla, takže majú veľké radiátory (kovové plutvy) a často chladiace ventilátory. Najmenšie meniče sú prenosnejšie boxy veľkosti autorádia, ktoré môžete pripojiť k zásuvke zapaľovača cigariet, aby ste vytvorili striedavý prúd na nabíjanie notebookov alebo mobilných telefónov.

Rovnako ako sa nástroje líšia v sile, ktorú spotrebúvajú, meniče sa líšia v sile, ktorú vytvárajú. Aby ste boli bezpečný, budete potrebovať menič, ktorý predstavuje štvrtinu maximálneho výkonu zariadenia, ktoré chcete použiť. To naznačuje, že niektoré spotrebiče (ako sú chladničky a mrazničky alebo žiarivky) spotrebúvajú maximálny výkon pri prvom spustení. Napriek tomu, že meniče poskytujú maximálny výkon na krátke časové obdobie, je dôležité si uvedomiť, že nie sú určené na dlhodobú prevádzku na maximálnom výkone.

Podľa princípu fungovania sú meniče rozdelené na:

• Sebestačný.
• Napájacie meniče (AIN).
• Súčasné meniče (AIT).
• Rezonančné meniče (AIR).
• Závislé (meniče poháňané sieťou).

Statný spotrebičov v našich domovoch, ktoré používajú veľké množstvo energie (také veci ako elektrické ohrievače, žiarovky, varné kanvice a chladničky), sa nestarajú o aký druh vlny dostanú všetko, čo chcú, je moc a ako môžete viac. Elektronické zariadenia sú na druhej strane oveľa šialenejšie a uprednostňujú hladší vstup, ktorý oni dostať zo sínusovej vlny.

• Mnoho invertorov pracuje ako samostatné zariadenia s batériou, ktoré sú úplne nezávislé od siete.
• Iné, takzvané utilitárno-interaktívne meniče alebo invertory pripojené k sieti sú špeciálne navrhnuté tak, aby sa nepretržite pripojili k sieti. Zvyčajne sa používajú na prenos elektriny z niečoho ako solárny panel späť do siete s presne správnym napätím a frekvenciou.

To je v poriadku, ak je vaším hlavným cieľom vytvoriť si vlastnú silu. Ale to nie je užitočné, ak chcete občas byť nezávislý na sieti, alebo budete potrebovať záložný zdroj energie pre prípad výpadku, pretože ak vaše pripojenie k sieti ide dole, a nemusíte vyrábať elektrinu sami (napríklad, je noc, a vaše Slnko panel je neaktívny), menič sa tiež znížila, a tie sú úplne bez energie, bez ohľadu na to, či ste generovanie energie, alebo nie.

Z tohto dôvodu používajú niektorí ľudia bimodálne alebo obojsmerné zariadenia, ktoré môžu pracovať v režime samostatne aj v mriežke (aj keď nie súčasne). Keďže majú ďalšie časti, sú zvyčajne ťažšie a drahšie.

Veľké spínacie zariadenia pre aplikácie na prenos energie inštalované pred rokom 1970 sa použili prevažne ortuťové oblúkové ventily. Moderné meniče sú zvyčajne v pevnom stave (statické meniče). Moderná metóda návrhu zahŕňa komponenty umiestnené v konfigurácii mostu H. Tento dizajn je tiež veľmi populárny medzi malými spotrebnými zariadeniami.

Pomocou trojrozmerného tlače, nové polovodiče, výskumníci v Oak Ridge National Laboratory Ministerstvom energetiky vytvorilo menič napätia, ktoré by mohli urobiť elektromobily ľahší, výkonnejší a efektívnejší.