Ինչ է իրականում կարող անել ինվերտորը. Բացահայտելով դրա թաքնված հնարավորությունները

Մտեք ցանկացած ժամանակակից տուն, նայեք արևային ֆերմային կամ ներխուժեք արտադրական գործարանի կառավարման սենյակ՝ և կգտնեք մի սարք, որն անզգայի ձևով փոխակերպում է էլեկտրականության օգտագործման ձևը՝ ինվերտորը: Սակայն շատ մարդկանց համար այս կարևորագույն տեխնոլոգիական մասն մնում է մի ռեհան: Իրականում ինչ է անում այն: Արդյոք դա պարզապես «փոխարկիչ» է գեղեցիկ անվանումով: Ոչ մի դեպքում: Ինվերտորները աննշան հերոսներ են, որոնք կամուրջ են գցում հուսալի էլեկտրական էներգիայի և ամենօրյա օգտագործվող սարքերի միջև: Եկեք մանրամասն ուսումնասիրենք դրանց հնարավորությունները, կիրառման ոլորտները և պատճառները, թե ինչու դրանք անփոխարինելի են մեր էներգական աշխարհում:

Սկզբից սկսենք՝ Ինվերտերը ինչ է, այնուհանդերձ?

Իր էությամբ ինվերտերը կատարում է մեկ հիմնարար, սակայն կարևոր խնդիր. այն փոխարկում է հաստատուն հոսանքը (DC) փոփոխական հոսանքի (AC): Որպեսզի հասկանանք, թե ինչու է սա կարևոր, պետք է հիշենք երկու տեսակի էլեկտրական հոսանքների մասին և դրանց դերը:
Հաստատուն հոսանքը (DC) հոսում է մեկ ուղղությամբ՝ անընդհատ և հավասարաչափ՝ ինչպես, օրինակ, AA մարտկոցից, ավտոմեքենայի 12Վ համակարգից կամ արեգակնային սարքերի վրայից: Փոփոխական հոսանքը (AC), ի տարբերություն DC-ի, կանոնավոր ընդմիջումներով փոխում է հոսանքի ուղղությունը (շատ երկրներում՝ 50 կամ 60 անգամ վայրկյանում) և համարվում է տնային, առևտրային և գրեթե բոլոր առևտրային սարքերի համար ստանդարտը: Դա այն պատճառով է, որ AC-ն ավելի հեշտ է հաղորդվում երկար հեռավորություններով և հնարավոր է արդյունավետ կերպով կարգավորել տարբեր լարման մակարդակներ:
Բայց ինվերտորը ավելի շատ է, քան պարզապես «թարգմանիչ» DC-ի և AC-ի միջև: Ժամանակակից ինվերտորները լի են բաղադրիչներով, ինչպիսիք են հզորության կիսահաղորդիչային սխեմաները (IGBT-ներ կամ MOSFET-ներ), կոնդենսատորներ և միկրոկոնտրոլերներ, որոնք թույլ են տալիս ճշգրիտ կառավարում ելքային հոսանքի վրա: Սա նշանակում է, որ նրանք պարզապես հոսանքը չեն փոխարկում՝ այլև օպտիմալացնում են այն:

Հիմնական հնարավորությունները՝ պարզ փոխարկումից ավելի

1. DC-ից AC փոխարկում՝ հիմքը
Եկեք սկսենք հիմունքներից: Փոխարկման գործընթացը սկսվում է, երբ ինվերտորի մեջ մուտք է գործում DC հոսանք: Հզորության կիսահաղորդիչային սխեմաները արագ միացնում և անջատում են DC հոսանքը՝ ստեղծելով անհարթ AC ալիքաձև: Այնուհետև կոնդենսատորները հարթեցնում են այս ալիքաձևը, իսկ ֆիլտրերը այն վերափոխում են մաքուր, կայուն AC հոսանքի, որն անվտանգ է ձեր լեպտոփի, սառնարանի կամ արդյունաբերական շարժիչի համար: Այս գործընթացը տեղի է ունենում միլիվայրկյանների ընթացքում՝ ապահովելով անընդհատ հոսանքի մատակարարում՝ առանց տատանումների:

2. Լարման և հաճախականության կարգավորում՝ հարմարեցնելով հոսանքը պահանջներին
Ոչ բոլոր սարքերն են օգտագործում նույն լարումը կամ հաճախականությունը։ ԱՄՆ-ում գրասեղանի համակարգիչը աշխատում է 120Վ/60Հց փոփոխական հոսանքի վրա, իսկ Եվրոպայում լվացքի մեքենան օգտագործում է 230Վ/50Հց։ Փոխակենտրոնները լուծում են այս խնդիրը՝ հարմարեցնելով լարումն ու հաճախականությունը՝ համապատասխանեցնելով սարքի պահանջներին։ Միկրոկառավարիչները իրական ժամանակում հսկում են ելքը՝ կատարելով փոքր կարգավորումներ՝ պահելով հզորությունը հաստատուն, նույնիսկ եթե մուտքային ստացիոնար հոսանքը փոփոխվում է (ինչպես, օրինակ, արևի լույսը թուլանում է արևային սարքերի համար)
Այս կարգավորումը կարևոր է զգայուն էլեկտրոնիկայի համար։ Լարման կտրուկ աճը կարող է անգործունակ դարձնել սմարթֆոնը, իսկ անկումը՝ սերվերի կոտրվելու պատճառ դառնալ։ Փոխակենտրոնները հանդես են գալիս որպես «ամրապնդիչ», որը կանխում է այս աղետները

3. Ցանցի սինխրոնացում. Համատեղելիություն էլեկտրական ցանցի հետ
Արևային կամ քամու էներգիայի համակարգերի համար, որոնք սնուցում են հզորությունը հանրային ցանցին (ցանցային չափում), ինվերտորները կատարում են կարևորագույն դեր՝ ցանցի սինխրոնացում: Նրանք համապատասխանեցնում են ինվերտորի փոփոխական հոսանքի ելքի հաճախականությունն ու ֆազը ցանցի հետ՝ ապահովելով հետ սնուցվող հզորության համատեղելիությունը: Առանց սա հնարավոր չէր լինի վերականգնվող էներգիայի համակարգերը միացնել ցանցին՝ կամ նույնիսկ վտանգավոր կլիներ, քանի որ անհամապատասխան հզորությունը կարող է վնասել ցանցի ենթակառուցվածքը:

Որտեղ ինվերտորները փայլում են՝ իրական կիրառություններ

Ինվերտորները միայն խոշոր մասշտաբի էներգետիկ նախագծերի համար չեն՝ դրանք ամենուր են, ձեր խոհանոցից սկսած մինչև տիեզերք: Ահա հիմնական ոլորտները, որտեղ դրանք տարբերություն են կատարում.

1. Վերականգնվող էներգիա՝ արևային և քամու համակարգերի սիրտը
Արեւային սալիկները արտադրում են տեղական հոսանք, սակայն ձեր տունը օգտագործում է փոփոխական հոսանք: Առանց ինվերտերի այդ արեւային էներգիան անօգուտ կլինի ձեր հեռուստացույցը կամ լույսերը ապահովելու համար: Լարված ինվերտերները (միացված սալիկների շղթային) և միկրոինվերտերները (միացված առանձին սալիկներին) բնակելի արեւային համակարգերի հիմնարար մասն են կազմում՝ արևի լույսը վերածելով օգտագործելի էներգիայի:
Քամու տուրբինները նույնպես նմանատիպ են աշխատում. տուրբինի գեներատորը արտադրում է փոփոխական հոսանք, սակայն այն փոփոխական հաճախականության է (կախված քամու արագությունից): Ինվերտերը այն վերածում է կայուն, ցանցին համատեղելի փոփոխական հոսանքի: Անցանց համակարգերում (օրինակ՝ հեռավոր խրճիթներում) ինվերտերները միանում են մարտկոցներին՝ տեղական հոսանքը պահեստավորելու և պահանջի դեպքում այն փոփոխական հոսանքի վերածելու համար՝ ցանցին միանալու կարիք չունենալով:

2. Տնային սարքեր. արդյունավետություն և ճշգրտություն
Երբ հաջորդ անգամ օգտագործեք ինվերտերային կլիմայական սարք կամ լվացքի մեքանիկա, շնորհակալություն հայտնեք ներդրված ինվերտերին: Ավանդական սարքերը օգտագործում են ֆիքսված արագությամբ շարժիչներ, որոնք անընդհատ միացվում և անջատվում են (օրինակ՝ կլիմայական սարք, որը սառը օդ է փչում, մինչև սենյակը սառչի, ապա անջատվում է): Ինվերտերով սարքերը շարժիչի արագությունը կարգավորում են անընդհատ՝ ինվերտերային կլիմայական սարքը սենյակը աստիճանաբար սառեցնում է և պահում է ջերմաստիճանը, օգտագործելով 30-50% պակաս էներգիա, քան ինվերտեր չունեցող մոդելները:
Նույն տրամաբանությունը տարածվում է նաև սառնարանների, ամանեղամոլորակների և նույնիսկ էլեկտրական գործիքների վրա՝ ինվերտերները դարձնում են դրանք ավելի լուրջ, ավելի տևական և ավելի էներգախնայող:

3. Ռեզերվային սնուցում և UPS համակարգեր
Անընդհատ սնուցման (UPS) համակարգերը անջատումների ժամանակ կրիտիկական սարքերը աշխատանքի մեջ պահելու համար օգտագործում են ինվերտերներ: Երբ ցանցը աշխատում է, UPS-ն լիցքավորում է մարտկոցը (տեղափոխական հոսանք): Երբ էլեկտրամատակարարումը դադարում է, ինվերտերը անմիջապես մարտկոցի տեղափոխական հոսանքը վերածում է փոփոխականի՝ առանց միջադեպի սնուցելով համակուրճները, սերվերները, բժշկական սարքավորումները կամ կենցաղային անհրաժեշտ սարքերը: Գեներատորներից հակառակ, ինվերտերները արտադրում են մաքուր հզորություն (առանց լարման ցատկերի) և աշխատում են լուռ:

4. Արդյունաբերական և առևտրային կիրառություն
Գործարաններում ինվերտերները կարգավորում են փոխադրիչ ժապավենների, պոմպերի և օդափոխիչների շարժիչների արագությունը՝ հարմարեցնելով հզորությունը արտադրության պահանջներին՝ աստիճանական ամբողջ օրվա ընթացքում առավելագույն արագությամբ աշխատելու փոխարեն: Սա նվազեցնում է էներգիայի ծախսերը և մեքենաների մաշվածությունը: Տվյալների կենտրոններում ինվերտերները երաշխավորում են սերվերների համար կայուն սնուցում, իսկ էլեկտրական տրանսպորտային միջոցներում (EV), նրանք մարտկոցից ստացված տեղափոխական հոսանքը վերածում են փոփոխականի՝ շարժիչը սնուցելու համար (և նույնիսկ վերականգնողական ֆերմայի ընթացքում հզորությունը վերադարձնում են ցանցին):

Ինվերտերների նշանակությունը. Հիմնական առավելություններ

- Էներգաէֆեկտիվություն. Քանի որ ինվերտորները հզորությունն համապատասխանեցնում են պահանջարկին (փոխարեն անընդհատ ամբողջական արագությամբ աշխատելու, որն էներգիան ապավինում է), նրանք նվազեցնում են էլեկտրաէներգիայի օգտագործումը և կրճատում հաշիվները՝ ինչը կարևոր է ինչպես տնային, այնպես էլ բիզնես կազմակերպությունների համար, որոնք ձգտում են նվազեցնել ծախսերն ու ածխածրի հետքերը:
- Կայուն էլեկտրամատակարարման որակ. Մաքուր և կարգավորված փոփոխական հոսանքի մատակարարումը պաշտպանում է զգայուն էլեկտրոնային սարքերը վնասվածքներից, ինչը նվազեցնում է սպասարկման և փոխարինման ծախսերը:
- Վերականգնվող էներգիայի ինտեգրում. Ինվերտորների առկայությամբ հնարավոր չէր լինի աշխարհի անցումը արևային և քամու էներգիային: Դրանք հենց այն կապն են, որը վերածում է վերականգնվող էներգիան նավթային վառելիքների իրատեսական այլընտրանքի:
- Բազմաֆունկցիոնություն. Ինվերտորները գալիս են տարբեր չափերով՝ սկսած փոքրիկ մասշտաբներից, որոնք նախատեսված են հարմարավետ ճամփորդությունների համար (օրինակ՝ հեռախոսի լիցքավորիչի համար), մինչև մեծ մասշտաբներ՝ արևային ֆերմաների համար (մեգավատտներով հզորություն կարգավորելու համար):

Ինվերտորների ապագան. Ինչ է սպասվում?

Ինչպես բոլոր տեխնոլոգիաները, ինվերտորներն էլ արագ էվոլյուցիա են կրում: Ահա ուշադրության արժանի մի քանի միտումներ.
- Բարձր արդյունավետություն. Գիտնականները մշակում են նոր կիսահաղորդչային նյութեր (օրինակ՝ կремнийի կարբիդ), որոնք նվազեցնում են էներգիայի կորուստը փոխակերպման ընթացքում, ինվերտորների արդյունավետությունը 98%-ից բարձր հասցնելով:
- Խելացի ինվերտորներ. Ինտերնետին միացված խելացի ինվերտորները կարող են կապ հաստատել ցանցի հետ՝ կարգավորելով հզորության ելքը պիկային պահանջարկի ընթացքում, հայտնաբերելով անջատումներ և նույնիսկ մասնակցելով «վիրտուալ էլեկտրակայաններին» (ինվերտորների խմբեր, որոնք մեկ էներգաաղբյուրի տեսքով են աշխատում):
- Էներգակուտակիչների հետ ինտեգրում. Ապագայի ինվերտորները հարթ կաշխատեն տնային մարտկոցային համակարգերի հետ (ինչպիսին է Tesla Powerwall-ը), օպտիմալացնելով այն պահերը, երբ պետք է օգտագործել կուտակված էներգիան, երբ ցանցին մատակարարել էներգիա և երբ ցանցից էներգիա վերցնել:
- Էլեկտրամեքենաների և միկրոցանցերի աճ. Էլեկտրամեքենաների տարածման և միկրոցանցերի (տեղական էներգացանցեր) ընդլայնման հետ ինվերտորները ավելի մասնագիտացված կդառնան՝ կարգավորելով երկու ուղղությամբ էներգահոսքը (ցանցից էլեկտրամեքենա և էլեկտրամեքենայից ցանց) և ապահովելով միկրոցանցերի կայունությունը:

Եզրակացություն. Ժամանակակից էներգետիկայի անտեսանելի աշխատակիցը

Ինվերտորները, հավանաբար, այդքան էլ գրավիչ չեն թվում արևային սարքերի կամ էլեկտրական ավտոմեքենաների համեմատ, սակայն դրանք աննշան հերոսներ են, որոնք հնարավոր են դարձնում մեր ժամանակակից էներգետիկ համակարգի աշխատանքը: Արևի լույսը տնային օգտագործման համար պիտանի էներգիայի փոխարկումից սկսած, սերվերների անընդհատ աշխատանքի ապահովումը անջատումների ժամանակ, տնային սարքերի ավելի մեծ արդյունավետությունից մինչև վերականգնվող էներգիայի անցումը՝ նրանց հնարավորությունները անսահման են և անհրաժեշտ:
Քանի որ մենք շարժվում ենք դեպի ավելի կայուն, էներգախնայող աշխարհ, ինվերտորների նշանակությունը միայն աճելու է: Միացնելով լույսը արևային էներգիայով աշխատող տանը, էներգախնայող լվացքի մեքենայի կամ EV-ի լիցքավորման դեպքում հիշեք. այս ամենն իրականացնում է ինվերտորը: