Antag, at strømmen går, og alt hvad du har ved hånden er et 12 V bilbatteri. Kan du bruge det til at drive dit køleskab, så maden ikke går dårligt? Desværre er svaret nej, fordi du mangler noget vigtigt, og vi taler ikke kun om en beholder til stikket. Du har brug for en enhed, der konverterer jævnstrøm fra batteriet til vekselstrøm, der kan betjene køleskabs kompressor.
Denne DC til AC-konverter kaldes en inverter. Det er ret nemt at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm - alt hvad du skal gøre er at føre strømmen gennem en diode, som kun passerer strøm i en retning. Konvertering fra DC til AC er mere kompliceret, fordi du har brug for en slags oscillator, der vender den aktuelle retning med den frekvens, du har brug for. Der er en måde at gøre dette mekanisk på, men de fleste invertere er afhængige af modstande, kondensatorer, transistorer og andre kredsløbsenheder.
En inverter har brug for en ting mere: en måde at ændre spændingen på den aktuelle kilde til brug af den enhed, der bruger strømmen. Med andre ord har det brug for en
transformer. For eksempel, hvis du forsyner dit 120 V køleskab med et 12 V batteri, har inverteren brug for en step-up transformer, der øger spændingen med 10 gange. Da den kun fungerer med vekselstrøm, går transformeren i kredsløbet efter de komponenter, der ændrer strømmen fra jævnstrøm til vekselstrøm.Hvad er vekselstrøm og jævnstrøm?
De fleste mennesker lærer om jævnstrøm i deres introduktion til elektricitet, og den bedste måde at visualisere den på er at tænke på et batteri. Hvis du forbinder batteripolerne med ledningstråd, strømmer elektroner fra den negative terminal til den positive, ligesom myrer, der følger hinanden, når de søger.
Hvis du placerer en belastning som f.eks. Et lys i kredsløbet, strømmer elektronerne gennem belastningen og arbejder på vej til den positive terminal. I tilfælde af en pære er arbejdet med at opvarme glødetråden, så den lyser.
I stedet for at flyde i en enkelt retning, vender vekselstrøm retning mange gange i sekundet, og det skyldes den måde, det genereres på. Brug af elektromagnetisk induktion, et fænomen, hvorved et skiftende magnetfelt frembringer et elektrisk strøm i en ledende ledning, producerer en vekselstrømsgenerator elektricitet med en roterende rotor og en ledningsspole tråd. I en version er rotoren en permanent magnet, og når den drejer, genererer den en strøm i spolen, der skifter retning med hvert halve spin på rotoren.
AC-strøm bevæger sig ikke gennem ledningen på samme måde som DC-strøm. Den bedste måde at tænke på det er som om elektronerne i ledningen vibrerer på plads. I løbet af rotorens første halvspin bevæger elektroner sig i den ene retning, og i anden halvdel spinder de den anden vej.
Hvis du tegner bevægelsen af en enkelt elektron i forhold til tiden, genererer den en bølgeform kendt som en sinusbølge. Frekvensen af bølgen styres af generatorrotorens rotationshastighed.
En simpel mekanisk DC til AC-konverter
En enhed, der kan ændre jævnstrøm til vekselstrøm, skal være i stand til at slukke for strømmen i en retning og sende den den anden vej og derefter vende processen med regelmæssige intervaller. En måde at gøre dette på ville være at placere et roterende hjul mellem et par terminaler og arrangere kontakterne, så hjulet vekslede batteriforbindelserne med hvert spin. Strømmen flyder en retning, når hjulet var ved startpunktet og i den modsatte retning, når hjulet havde drejet 180 grader.
En sådan rå opsætning ville producere en alt-eller-intet strøm i hver retning, og hvis du tegnede en bevægelse af en elektron i kredsløbet, ville du få det, der er kendt som en firkantbølge. Dette ville ikke være en god strøminverter til hjemmet. Strømmen kan muligvis udføre enkle opgaver, såsom at få et varmeelement til at lyse, men det fungerer ikke for følsomt elektronisk udstyr. Desuden har du brug for en nøjagtig måde at kontrollere hjulets rotation for at gøre den resulterende vekselstrøm nyttig.
Omformere bruger kredsløbskomponenter til at ændre den aktuelle retning
I stedet for at dreje hjul bruger kommercielle invertere kredsløbskomponenter som kondensatorer, modstande og transistorer. En almindelig DC til AC inverter skematisk viser parallelle kredsløb med transistorer i serie med modstande og krydskredsløb med kondensatorer og effekt transistorer, eller MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). En anden type anvender en Wien bro oscillator, som er konstrueret med modstande og kondensatorer.
Begge omformere beskrevet ovenfor er ren sinusbølge (PSW) inverters, og signalet, de genererer, kan bruges af alle elektroniske enheder. Hvis du leder efter en strøminverter til hjemmet, har du brug for en PSW-inverter, fordi den fungerer med de elektroniske komponenter i din komfur, tørretumbler, vaskemaskine og andre apparater.
Den anden type DC til AC-konverter er en modificeret sinusbølge (MSW) inverter. Det anvender billigere komponenter, såsom dioder og tyristorer, der ligner transistorer. Signalet fra en MSW-inverter er som en firkantet bølge med hjørnerne let afrundede, og mens den kan drive store apparater, er den ikke egnet til elektronisk udstyr. Det ville være den bedste strømomformer til en bil, der gør batteriet tilgængeligt til elværktøj og bilreparationsudstyr.
Endnu en ting: Transformeren
Selvom du konverterer signalet fra en jævnstrømskilde, såsom et batteri eller solcellepanel, til AC, vil spændingen ikke være stor nok til at drive et 120 V-apparat. Heldigvis er det let at intensivere vekselstrømmen. Alt hvad du behøver er en transformer, som også fungerer på princippet om elektromagnetisk induktion.
Betjeningen af en transformer er enkel. To ledende spoler er placeret side om side - eller den ene inden i den anden - og strømmen, der passerer gennem en spole, kaldet den primære spole, inducerer en strøm i den anden, som er den sekundære spole. Forholdet mellem strømme i de to spoler såvel som deres spændinger styres af forskellen i antallet af omdrejninger i spolerne.
Hvis sekundærspolen har flere omdrejninger end den første, vil transformeren øge spændingen med en beløb svarende til antallet af omdrejninger i sekundærspolen divideret med antallet af omdrejninger i det primære spole.
Du kan designe en inverter til at levere den spænding, du ønsker, men hvis du vil have en DC til AC-konverter, der drejer din 12 V. bilbatteri til en 120 V strømkilde til dit hjem, skal du lave forholdet mellem primær og sekundær 1 til 10. Kommercielle invertertransformatorer har hundreder af omdrejninger, og ledningerne genererer resistiv varme, så inverteren har brug for finner - og muligvis en ventilator - for at holde sig kølig. Desuden er spolerne undertiden viklet omkring en solid kerne for at skabe mere effektiv induktion, og det kan gøre inverteren meget tung.