كيف يعمل محول طاقة التيار المتردد إلى التيار المتردد؟

لنفترض أن الطاقة انقطعت ، وكل ما لديك هو بطارية سيارة بقوة 12 فولت. هل يمكنك استخدامه لتشغيل ثلاجتك حتى لا يفسد الطعام؟ لسوء الحظ ، الإجابة هي لا ، لأنك تفتقد شيئًا مهمًا ، ولا نتحدث فقط عن وعاء للقابس. أنت بحاجة إلى جهاز يقوم بتحويل طاقة التيار المستمر من البطارية إلى طاقة التيار المتردد التي يمكنها تشغيل ضاغط الثلاجة.

يسمى محول التيار المتردد إلى التيار المتردد العاكس. من السهل إلى حد ما تحويل تيار التيار المتردد إلى تيار مستمر - كل ما عليك فعله هو تغذية التيار من خلال الصمام الثنائي ، الذي يمر التيار في اتجاه واحد فقط. يعد التحويل من التيار المستمر إلى التيار المتردد أكثر تعقيدًا ، لأنك تحتاج إلى نوع من المذبذب الذي يعكس الاتجاه الحالي بالتردد الذي تحتاجه. هناك طريقة للقيام بذلك ميكانيكيًا ، لكن معظم المحولات تعتمد على المقاومات والمكثفات والترانزستورات وأجهزة الدوائر الأخرى.

يحتاج العاكس إلى شيء آخر: طريقة لتغيير جهد المصدر الحالي للاستخدام بواسطة الجهاز الذي سيستخدم الطاقة. بمعنى آخر ، يحتاج إلى ملف محول. على سبيل المثال ، إذا كنت تقوم بتشغيل ثلاجة 120 فولت ببطارية 12 فولت ، فإن العاكس يحتاج إلى محول تصاعدي يزيد الجهد بمقدار 10 مرات. نظرًا لأنه يعمل فقط مع التيار المتردد ، ينتقل المحول في الدائرة بعد المكونات التي تغير التيار من التيار المستمر إلى التيار المتردد.

يتعرف معظم الناس على التيار المستمر في مقدمة الكهرباء ، وأفضل طريقة لتصوره هي التفكير في البطارية. إذا قمت بتوصيل أطراف البطارية بسلك موصل ، فإن الإلكترونات تتدفق من الطرف السالب إلى الموجب ، تمامًا مثل النمل الذي يتبع بعضه البعض أثناء البحث عن الطعام.

إذا قمت بوضع حمولة مثل ضوء في الدائرة ، فإن الإلكترونات تتدفق عبر الحمل وتقوم بعملها في طريقها إلى الطرف الموجب. في حالة المصباح الكهربائي ، يكون العمل هو تسخين الفتيل حتى يتوهج.

بدلاً من التدفق في اتجاه واحد ، يعكس التيار المتناوب الاتجاه عدة مرات في الثانية ، ويرجع ذلك إلى طريقة تولده. الاستفادة من الحث الكهرومغناطيسي ، وهي ظاهرة ينتج عنها مجال مغناطيسي متغير كهربائيًا التيار في سلك موصل ، يقوم مولد التيار المتردد بتوليد الكهرباء بدوار دوار وملف موصل الأسلاك. في أحد الإصدارات ، يكون الجزء المتحرك مغناطيسًا دائمًا ، وبينما يدور ، فإنه يولد تيارًا في الملف يغير الاتجاه مع كل نصف دوران للدوار.

لا يتحرك تيار التيار المتردد عبر السلك بنفس الطريقة التي يتحرك بها التيار المستمر. أفضل طريقة للتفكير في الأمر هي أن الإلكترونات في السلك تهتز في مكانها. خلال النصف الأول من الدوران ، تتحرك الإلكترونات في اتجاه واحد ، وخلال النصف الثاني تتحرك في الاتجاه الآخر.

إذا قمت برسم حركة إلكترون واحد مقابل الوقت ، فسيؤدي ذلك إلى إنشاء شكل موجة يُعرف باسم موجة جيبية. يخضع تردد الموجة لسرعة دوران دوار المولد.

يجب أن يكون الجهاز الذي يمكنه تغيير التيار المستمر إلى تيار متردد قادرًا على إيقاف تشغيل التيار في اتجاه واحد وإرساله في الاتجاه الآخر ، ثم عكس العملية على فترات منتظمة. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في وضع عجلة دوارة بين زوج من المحطات وترتيب جهات الاتصال بحيث تقوم العجلة بتبديل توصيلات البطارية مع كل دورة. سيتدفق التيار في اتجاه واحد عندما تكون العجلة في نقطة البداية وفي الاتجاه المعاكس عندما تدور العجلة 180 درجة.

سينتج مثل هذا الإعداد الخام تيارًا كليًا أو لا شيء في كل اتجاه ، وإذا قمت برسم حركة إلكترون في الدائرة بيانيًا ، فستحصل على ما يُعرف باسم الموجة المربعة. هذا لن يكون محول طاقة جيد للمنزل. قد يكون التيار قادرًا على أداء مهام بسيطة ، مثل جعل عنصر التسخين يتوهج ، لكنه لن يعمل مع الأجهزة الإلكترونية الحساسة. علاوة على ذلك ، ستحتاج إلى طريقة دقيقة للتحكم في دوران العجلة لجعل طاقة التيار المتردد الناتجة مفيدة.

بدلاً من العجلات الدوارة ، تستخدم المحولات التجارية مكونات الدائرة مثل المكثفات والمقاومات والترانزستورات. يُظهر مخطط عاكس التيار المستمر إلى التيار المتردد دوائر متوازية مع ترانزستورات في سلسلة مع مقاومات ودوائر متقاطعة مع مكثفات وترانزستورات طاقة ، أو موسفيتs (ترانزستورات تأثير مجال أشباه الموصلات لأكسيد المعادن). نوع آخر يستخدم أ مذبذب جسر فيينا، وهي مصنوعة من المقاومات والمكثفات.

كلا العواكس الموصوفة أعلاه هي عاكس موجة جيبية نقية (PSW)s ، والإشارة التي تولدها يمكن استخدامها بواسطة جميع الأجهزة الإلكترونية. إذا كنت تبحث عن محول طاقة للمنزل ، فأنت بحاجة إلى عاكس PSW ، لأنه سيعمل مع المكونات الإلكترونية في الموقد ، والمجفف ، والغسالة ، والأجهزة الأخرى.

النوع الآخر من محول التيار المتردد إلى التيار المتردد هو ملف محول موجة جيبية معدل (MSW). تستخدم مكونات أرخص ، مثل الثنائيات والثايرستور ، والتي تشبه الترانزستورات. تشبه الإشارة الصادرة من عاكس MSW موجة مربعة بزواياها مستديرة قليلاً ، وعلى الرغم من قدرتها على تشغيل الأجهزة الكبيرة ، إلا أنها غير مناسبة للمعدات الإلكترونية. سيكون أفضل محول طاقة للسيارة ، مما يجعل البطارية متاحة للأدوات الكهربائية ومعدات إصلاح السيارات.

حتى إذا قمت بتحويل الإشارة من مصدر طاقة تيار مستمر ، مثل بطارية أو لوحة شمسية ، إلى تيار متردد ، فلن يكون الجهد كبيرًا بما يكفي لتشغيل جهاز 120 فولت. لحسن الحظ ، من السهل زيادة جهد التيار المتردد. كل ما تحتاجه هو ملف محول، والتي تعمل أيضًا على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي.

تشغيل المحولات بسيط. يتم وضع ملفين موصلين جنبًا إلى جنب - أو أحدهما داخل الآخر - والتيار الذي يمر عبر ملف واحد ، يسمى الملف الأساسي ، يستحث تيارًا في الآخر ، وهو الملف الثانوي. نسبة التيارات في الملفين وكذلك الفولتية يتحكم فيها الاختلاف في عدد المنعطفات في الملفين.

إذا كان الملف الثانوي يحتوي على عدد دورات أكثر من الأول ، فسيقوم المحول بزيادة الجهد بمقدار a مقدار يساوي عدد الدورات في الملف الثانوي مقسومًا على عدد الدورات في الملف الأساسي لفه.

يمكنك تصميم العاكس لتزويدك بأي جهد تريده ، ولكن إذا كنت تريد محول تيار مستمر إلى تيار متردد ، فسيدير ​​12 فولت بطارية السيارة في مصدر طاقة 120 فولت لمنزلك ، تحتاج إلى جعل النسبة بين الأساسي والثانوي من 1 إلى 10. تحتوي محولات العاكس التجارية على مئات المنعطفات ، وتولد الأسلاك حرارة مقاومة ، لذلك يحتاج العاكس إلى زعانف - وربما مروحة - للحفاظ على البرودة. علاوة على ذلك ، يتم لف الملفات أحيانًا حول قلب صلب لجعل الحث أكثر فعالية ، وهذا يمكن أن يجعل العاكس ثقيلًا للغاية.