Předpokládejme, že se napájení vypne a vše, co máte po ruce, je 12 V autobaterie. Můžete jej použít k napájení chladničky, aby se jídlo nezkazilo? Odpověď bohužel není, protože vám něco důležitého chybí a nemluvíme jen o zásuvce pro zástrčku. Potřebujete zařízení, které převede stejnosměrný proud z baterie na střídavý proud, který může pracovat s kompresorem chladničky.
Tento převodník DC na AC se nazývá střídač. Převod střídavého proudu na stejnosměrný je poměrně snadný - vše, co musíte udělat, je dodávat proud diodou, která prochází pouze jedním směrem. Převod z DC na AC je komplikovanější, protože potřebujete nějaký oscilátor, který obrací aktuální směr na požadovanou frekvenci. Existuje způsob, jak to udělat mechanicky, ale většina střídačů se spoléhá na rezistory, kondenzátory, tranzistory a jiná obvodová zařízení.
Střídač potřebuje ještě jednu věc: způsob, jak změnit napětí zdroje proudu pro použití zařízením, které bude používat energii. Jinými slovy to potřebuje a transformátor. Pokud například napájíte svou 120 V ledničku 12 V baterií, potřebuje střídač zesilovací transformátor, který 10krát zvýší napětí. Protože pracuje pouze se střídavým proudem, transformátor jde do obvodu po součástech, které mění proud ze stejnosměrného na střídavý.
Co jsou střídavý a stejnosměrný proud?
Většina lidí se při vstupu do elektřiny dozví o stejnosměrném proudu a nejlepší způsob, jak si to představit, je myslet na baterii. Pokud připojíte svorky baterie vodivým drátem, elektrony proudí ze záporné svorky ke kladné, podobně jako mravenci, kteří se za sebou pasou.
Pokud do obvodu umístíte zátěž, jako je světlo, elektrony protékají zátěží a pracují na své cestě k kladnému pólu. V případě žárovky je třeba zahřát vlákno tak, aby svítilo.
Místo toho, aby proudil v jednom směru, střídavý proud obrací směr mnohokrát za sekundu, a to kvůli způsobu jeho generování. Využití elektromagnetické indukce, což je jev, při kterém měnící se magnetické pole vytváří elektrický proud proud ve vodivém drátu, generátor střídavého proudu vyrábí elektřinu s rotujícím rotorem a cívkou vedení drát. V jedné verzi je rotor permanentním magnetem a při otáčení generuje v cívce proud, který mění směr s každou polovinou otáčení rotoru.
Střídavý proud se nepohybuje vodičem stejným způsobem jako stejnosměrný proud. Nejlepší způsob, jak o tom přemýšlet, je, jako by elektrony ve drátu vibrovaly na místě. Během první poloviny rotace rotoru se elektrony pohybují jedním směrem a během druhé poloviny rotace se pohybují opačným směrem.
Pokud zakreslíte pohyb jednoho elektronu proti času, vygeneruje se křivka známá jako sinusová vlna. Frekvence vlny je řízena rychlostí otáčení rotoru generátoru.
Jednoduchý mechanický převodník DC na AC
Zařízení, které dokáže změnit stejnosměrný na střídavý proud, musí být schopno vypnout proud procházející jedním směrem a odeslat jej opačným směrem, poté v pravidelných intervalech proces obráceně. Způsob, jak to udělat, by bylo umístit rotující kolo mezi pár svorek a uspořádat kontakty tak, aby kolo střídalo připojení baterie s každým otočením. Proud by protékal jedním směrem, když bylo kolo v počátečním bodě, a opačným směrem, když by se kolo otočilo o 180 stupňů.
Takové hrubé nastavení by produkovalo proud vše-nebo-nic v každém směru, a kdybyste graficky zaznamenali pohyb elektronu v obvodu, dostali byste takzvanou obdélníkovou vlnu. To by nebyl dobrý napájecí invertor pro domácnost. Proud by mohl být schopen provádět jednoduché úkoly, například rozžhavit topný článek, ale u citlivých elektronických zařízení by to nefungovalo. Kromě toho budete potřebovat přesný způsob ovládání otáčení kola, aby byla výsledná střídavá energie užitečná.
Střídače používají ke změně směru proudu součástky obvodu
Spíše než točící se kola používají komerční měniče komponenty obvodu, jako jsou kondenzátory, rezistory a tranzistory. Společné schéma střídače DC na AC ukazuje paralelní obvody s tranzistory v sérii s rezistory a křížové obvody s kondenzátory a výkonovými tranzistory, nebo MOSFETs (Tranzistory s polním efektem oxidu kovu s polovodičovým polem). Jiný typ zaměstnává a Wien bridge oscilátor, který je konstruován s rezistory a kondenzátory.
Oba výše popsané střídače jsou měnič čisté sinusové vlny (PSW)s a signál, který generují, mohou používat všechna elektronická zařízení. Pokud hledáte střídač pro domácnost, potřebujete měnič PSW, protože bude pracovat s elektronickými součástmi ve vašem sporáku, sušičce, pračce a dalších spotřebičích.
Druhým typem převaděče DC na AC je a modifikovaný sinusový měnič (MSW). Využívá levnější součásti, jako jsou diody a tyristory, které jsou podobné tranzistorům. Signál ze střídače MSW je jako čtvercová vlna s mírně zaoblenými rohy, a přestože může napájet velké spotřebiče, není vhodný pro elektronická zařízení. Byl by to nejlepší střídač pro automobil, který by zpřístupnil baterii pro elektrické nářadí a vybavení pro opravy automobilů.
Ještě jedna věc: Transformátor
I když převádíte signál ze zdroje stejnosměrného proudu, jako je baterie nebo solární panel, na střídavý proud, napětí nebude dostatečně velké, aby napájelo 120 V zařízení. Naštěstí je snadné zvýšit střídavé napětí. Vše, co potřebujete, je transformátor, který funguje také na principu elektromagnetické indukce.
Obsluha transformátoru je jednoduchá. Dvě vodivé cívky jsou umístěny vedle sebe - nebo jedna uvnitř druhé - a proud procházející jednou cívkou, nazývanou primární cívka, indukuje proud v druhé, což je sekundární cívka. Poměr proudů ve dvou cívkách a jejich napětí se řídí rozdílem v počtu závitů v cívkách.
Pokud má sekundární cívka více závitů než první, transformátor zvýší napětí o množství rovnající se počtu závitů v sekundární cívce děleno počtem závitů v primární cívka.
Můžete navrhnout střídač, který bude dodávat jakékoli napětí, které chcete, ale pokud chcete převodník DC na AC, který změní vaše 12 V. autobaterie do zdroje napájení 120 V pro váš domov, musíte nastavit poměr mezi primárním a sekundárním 1 na 10. Komerční invertorové transformátory mají stovky závitů a vodiče generují odporové teplo, takže invertor potřebuje k udržení chladu žebra - a případně ventilátor. Kromě toho jsou cívky někdy navinuty kolem pevného jádra, aby se dosáhlo účinnější indukce, což může způsobit, že bude invertor velmi těžký.