Az inverter működése Elméleti megalapozás Az elektromágneses jelenségek tudományos igényű kutatása hozzávetőlegesen százötven évre tekint vissza. A mai villamosság elméleti alapját a régi keletű, de ma is általánosan használt és elfogadott Maxwell-egyenletek képezik. A Maxwell- egyenletek ma is aktuálisak, azonban az áramvezetés módjára nem tartalmaznak leírást. A villamosság és az anyag kapcsolatát a kvantummechanika, mélyebben a kvantumelektrodinamika értelmezi. A nagy sikerek ellenére néhány villamos jelenség magyarázatára a mai napig nincs elméleti háttér. Más szempontból, a félvezetők erősáramú alkalmazói, fejlesztői, időnként véletlenszerűen tapasztalnak olyan erős villamos energia kisüléseket, melyek sem energetikailag, sem fizikailag nem értelmezhetők. A hagyományos áram egy R ellenállású vezetőben R*I2 watt hőteljesítményt disszipál. Az alacsony hőmérsékletű szupravezetőkben folyó áramnak nincs hődisszipációja, azaz ellenállás nélkül terjed a speciális vezetőkben. A szupravezetés jelensége elvileg akkor is létrejöhet, ha nem a teljes anyagot hűtjük le, csupán a vezetési elektronokat hozzuk olyan állapotba, amikor kifelé úgy viselkednek az elektron párok, mintha szupravezetés jött volna létre. Ez az összetett részecskeáram a fogyasztóknál felhasználás szempontjából nem jelent különbséget a hagyományos áramhoz viszonyítva. Kijelenthetjük, hogy ez egy újfajta áramvezetés, amelyet úgynevezett összetett áramnak nevezhetünk el. Ez a különleges áram a transzformátorban jön létre, és amely a hagyományos töltésáram és egy a szupravezetésnél tapasztalt hasonló tulajdonságokat mutató részecskeáram kombinációja. Az összetett áram áthaladása a transzformátoron, mágneses energiává történő teljes átalakulása nélkül, ma még ismeretlen módon történik. Ez végül is az áramvezetés módjának egy új leírását jelenti. A berendezés impulzusszerű működése hatékonyabb áramvezetést alakít ki a vezetékeken és így a fogyasztókon is, mint a hagyományosan működő inverterek, javítva ezzel a készülék hatásfokát és a terhelhetőségét.
A készülék működése Az általunk kifejlesztett inverter egy 50 Hz-re hangolt multivibrátorból, teljesítményerősítőből és egy megfelelően méretezett (az említett új jelenségeket figyelembe véve) toroid transzformátorból áll. Ezek a részegységek a legfontosabb működési elemei a berendezésnek, de a működéshez szükséges különféle vezérlő és felügyelő egységeket, áramköröket, valamint teljesítménykapcsolókat is tartalmaz a berendezés. A multivibrátorból érkező jeleket a PIC áramkör segítségével formáljuk kvázi szinuszossá. A toroid transzformátor ellen-ütemű impulzus meghajtást kap, egy szabadon futó frekvencia stabilizált oszcillátortól a primer oldalon, amely a 230 V-os szekunder oldalon kvázi szinuszos jel formájában jelentkezik. A készülék tehát egy stabil frekvenciájú, és kvázi szinuszos inverter.
A készülék kimenő feszültsége ± 10 %-os tartományon belül ingadozik csupán, a terheléstől függően, ezért a hagyományos hálózati áramra méretezett induktív, kapacítív és ohmikus fogyasztók minden változtatás nélkül biztonsággal üzemeltethetőek róla.
A készülék működési újdonságai. A toroid transzformátort az alkalmazott elektronikának köszönhetően gyors felfutású és nagy intenzitású áramimpulzusokkal hajtjuk meg. A toroid transzformátor az inverter névleges kimenő teljesítményének a töredékére van csupán tervezve, ezért a primeroldali gerjesztés lényegesen meghaladja a transzformátor vasanyagának telítési értékét. Ekkor egy eddig még ismeretlen, új fizikai jelenség lép fel, ugyanis a villamos teljesítmény olyan módon jut át a transzformátoron, hogy a bevitt villamos energiának csak egy része alakul át mágneses energiává. A végeredmény az, hogy a transzformátor mérete és tömege lényegesen csökkenthető a relatíve nagy átvitt villamos teljesítményhez viszonyítva. Az új inverter az impulzus üzemmód és egy speciális kapcsolástechnika miatt az akkumulátort egyik ciklusban terheli, majd a következő ciklusban egy kisebb visszatöltő árammal mintegy regenerálja az akkumulátort.
Különlegesen előnyös tulajdonságok A szokatlanul kis méret a különleges működési elvnek köszönhető. A berendezés üzem közbeni melegedése jóval alatta marad a szokásos inverterekének, a teljesítményerősítő és a transzformátor hőmérséklete hosszabb üzemidő után is alatta marad a szokásos üzemi hőmérsékleti értékeknek. A berendezés föld-független rendszerű, ezért hasonlóan a hagyományos leválasztó transzformátorokhoz, előnyös életvédelmi tulajdonságokkal bír. Különleges hatások a bemeneten: - vékony akkuvezeték is elegendő – például: 20-60 Amper erősségű áram továbbításához a korábbi, ∅10 mm-es rézvezeték helyett ∅ 2-3 mm-es rézvezeték is megfelel, - az akkumulátorok az új inverter használata esetén minden károsodás nélkül a megengedett határértékeken túl is mély meríthetők, újra feltölthetőségi képességük romlása nélkül. Különleges hatások a kimeneten: - a berendezés kiválóan tűri a lökésszerű terheléseket, a névleges teljesítmény akár ötszörösét is képes néhány másodpercig elviselni (pl. motorindításoknál) - a villamos motorok mechanikai akadályoztatása esetén azok áramfelvétele, a megszokott villamos viselkedéssel szemben, nemhogy növekedne de azonnal lecsökken, így elkerülhető a motorok zárlati áramának növekedése, végső soron elkerülhető a tönkremenetelük,
-
-
több párhuzamosan az inverterhez kapcsolt elektromotor együttes működtetése esetén , ha bármelyik motor mechanikai akadályoztatása lépne fel, az említett új típusú villamos energia a jól működő motorok felé áramlik, mintegy kikerülve a megszorult motort, így az nem fog leégni, elektromosan erősen vezetőképes folyadékban is a nagy zárlati áramok ellenére a villamos készülékek megőrzik működőképességüket, s az inverter sem károsodik,
Inverterünk sajátossága, hogy alkalmas szünetmentes áramforrásként is üzemelni, akár online, akár off-line kapcsolásban is. Hálózati áramszünet esetén automatikusan átkapcsol, és terhelés alatt is képes átvenni minden jellegű elektromos fogyasztó energia ellátását. Off-line üzemmódban egy optikai elektronika segítségével figyeli a hálózatot, és áram kimaradás esetén a teljes terhelést 17-35 millisecundum alatt átveszi.
Az áramváltó kimeneti teljesítménye kizárólag elektronikai alkatrészekből álló modulok felcsatlakoztatásával is növelhető. A teljesítmény növelését vagy csökkentését mind üresjáratban, mind terhelt állapotban el lehet végezni, miközben az semmiféle káros hatással nincs a fogyasztókra, működésük a teljesítményváltoztatás ideje alatt is folyamatos és zavartalan.
Az inverter kimenetére kapcsolt fogyasztók akár szigeteletlenül is vízbe meríthetők anélkül, hogy bennük rövidzárlat keletkezne. Ezt a kísérletet mind kommutátoros, szénkefés, mind örvényáramú motorokkal elvégeztük, sőt izzólámpákkal is. A motorok működéskészsége még akkor sem szűnt meg, amikor NaCl-ot adtunk a vízhez a vezetőképesség javítására (10 liter 14 C fokos vízbe 1000 g konyhasót kevertünk). Az eljárás teljes tartama alatt szabad kézzel bele lehetett nyúlni a vízbe, áramütés veszélye nélkül. A kísérletet úgy is megismételtük, hogy közben földelő vezetéket is csatlakoztattunk a vízbe, illetve egyik kollégánk a nedves, vizes földelt talajon állt.
Az áramváltó működése közben zavarjeleket nem észleltünk. Széles sávú spektrum analizátorral a 200 Hz-3 GHz közötti tartományt vizsgáltuk, s zavarjelet nem sikerült mérni még úgy sem, ha a mérőszondára rátekertük az áramváltó kimenetén levő vezetékeket.
A ma használatos áramátalakítókat, invertereket gyakran többszörös teljesítménylépcsővel kénytelenek a felhasználók üzemeltetni az indításnál fellépő nagy áramlökések miatt, azaz egy 500 W-os elektromotor elindításához gyakran 2000 W-os invertert kell választani. Az általunk konstruált készülékek képesek a saját névleges teljesítményüknek megfelelő teljesítményű elektromotort elindítani és üzemeltetni, de az esetleges nagyobb teljesítményű villanymotorokat is képesek kiszolgálni. A piac 12 gyártójának és forgalmazójának összesen 179 különböző fajtájú és típusú hasonló berendezését teszteltük, és a vizsgálatok kiértékelése után egyértelműen kijelenthetjük, hogy a legkedvezőbb tulajdonságokkal az általunk kifejlesztett berendezés rendelkezik.
Sem hazai, sem külföldi gyártó nem rendelkezik olyan inverterrel, amelynek teljesítményét működés közben változtatni lehetne.
A berendezésünk nem tartalmaz bonyolult és drága integrált áramköri elemeket, mint a jelenleg gyártott inverterek. Lehetséges mikroprocesszoros vezérlést is alkalmazni az inverterünkben, ezzel még jobban leegyszerűsödik a szerkezete, és még kevesebb alkatrészt tartalmaz. Csak olyan alkatrészeket alkalmaztunk előállításuk során, amelyek a mindennapi kereskedelmi forgalomban elterjedtek, ezért a berendezéseink jóval kisebb költséggel és jóval gyorsabban előállíthatóak, mint a versenytársak hasonló termékei.
Az invertereink használhatók minden olyan helyen, ahol nem áll rendelkezésre hálózati feszültség (240 V, 50 Hz). Így tanyák, farmok, üdülőházak, hajók, lakókocsik áramellátására is alkalmasak.
Minden olyan helyen alkalmazhatóak, ahol lényeges, hogy a szünetmentes áramforrás hosszú ideig biztosítsa a rendszer megtáplálását (pl. kórházak őrzőszobái, műtők életfenntartó gépei, nagy teljesítményű és nagy energiafelhasználású fogyasztók. A kifejlesztett modulrendszerű berendezésünk működés közben az áramellátás megszakítása nélkül bővíthető és a teljesítmény ily módon megtöbbszörözhető. Ezt a tulajdonságát megtartja akkor is, ha például valamelyik elektronikus blokkegysége meghibásodik.
A berendezéseink külön elektronikai védelem nélkül biztosítják a hozzájuk kapcsolódó akkumulátorok regenerálását, folyamatosan visszatöltik működés közben az akkumulátort. Ennek következtében az akkumulátorok élettartama, és áthidalási ideje megnövekszik.
A készülékek egyaránt alkalmasak a 230V/50Hz hálózatra, valamint a 110V-os hálózatokra tervezett berendezések üzemeltetésére, attól függően, hogy milyen paraméterekkel tervezzük meg.
A készülék kimenetén nincs kitüntetett fázis, ezért a vezetékszálakat külön-külön megérintve nincs áramütésveszély.
A berendezésünk közbeiktatásával működtetett hagyományos elektromotorok egy különleges fizikai hatás eredményeképpen nem vihetők zárlatba, ha forgásukat mechanikus módon bármi megakadályozza, az akadály megszűnését követően károsodás nélkül tovább működnek.
Invertereinkkel a 2008. évi brüsszeli innovációs kiállításon több díjat is nyertünk. Megkaptuk az aranyérmet, a fődíjat, és ezek mellett két különdíjat is elhoztunk.
