Балкански 2022, Теория — Задача 4. Инвертор

Concours Général de Physique «Minko Balkanski»

Бележка от източника

Инструкции за участие. Моля, изпращайте решения си до 30-ти юни на Любен Личев на адрес lubem@abv.bg. Решенията могат да са сканирани или снимани с добро качество на изображението. В случай, че изображенията са твърде големи, за да бъдат прикачени към писмо, можете да ги качите в избрана от вас платформа (Dropbox, Google Drive, One Drive,…), така че да са достъпни за сваляне през публичен линк, който ще изпратите в писмото си до Любен Личев. Във всички случаи, не пропускайте да отбележите в писмото си следните данни: трите имена, клас (най-много 11-ти за 2021/2022), град, училище, електронен адрес, телефон за връзка, тема (математика или физика). Не се разрешава повторно изпращане на решения, добавки, корекции и т.н. В задочния кръг се разрешава едновременно участие в конкурсите по математика и физика, като в този случай изпращайте решенията на двете теми отделно. С първенците ще се свържем през юли. Конкурсът е индивидуален.

Въпросите, отбелязани с *, са с повишена трудност. Можете да използвате резултатите от предишни въпроси без доказателство. Частични решения също се оценяват.

Успех!

Условие

Използвайки системата соларен панел и акумулатор, ние генерираме постоянен (прав) ток, докато в домакинствата се ползва променлив ток. Ще се възползваме от устройство наречено инвертор, за да превърнем постоянния ток в променлив. Принципната схема на опростен вариант на инвертор е показана, като $L$ е самоиндукцията на намотка, $R$ е съпротивлението на резистор, $E$ е напрежението на идеален генератор и $K_1, K_2, K_3, K_4$ са електронно контролирани прекъсвачи.

Прекъсвачите работят по следния начин:

За $nT < t < (n+\frac{1}{2})T$, $K_1$ и $K_3$ са затворени, $K_2$ и $K_4$ са отворени

За $(n+\frac{1}{2})T < t < (n+1)T$, $K_2$ и $K_4$ са затворени, $K_1$ и $K_3$ са отворени

$T$ е параметър на проблема, докато $n = 0,1,2,3,4....$ е естествено число (0 включително)

10. Опишете качествено (НЕ количествено) как инверторът описан по-горе би преобразувал постоянен ток в променлив синусоидален ток.

11. Искаме да захраним сешоар използвайки електричеството генерирано от соларния панел. Както бе описано по-рано, панелът е включен към акумулатор, който е източник на постоянно напрежение от $24V$, към него ще включим инвертор, сходен с описаният по-рано (като сешоарат в някакъв смисъл ще е на мястото на $R$ в принципната схема). На опаковката на сешоара пише: "Захранване: 220-240V, 50/60Hz, 1400W". Опишете различните проблеми, които биха могли да възникнат при реализирането на този експеримент и как биха могли да се решат.

12. Основната цел на инвертора е да преобразува правия ток в променлив ток с дадена честота $f$. Имайки предвид принципната схема, възможно ли е на изхода на инвертора да има паразитни токове с честота $2f, 3f$ или други? Обяснете защо. Как биха се отразили на битовата техника такива паразитни честоти и как бихме могли да ги отстраним?

Решение

---

Оригинал в Архива: CGP_2022_r1.pdf