Wie funktioniert ein DC-AC-Leistungswandler?

Angenommen, der Strom geht aus und Sie haben nur eine 12-V-Autobatterie zur Hand. Können Sie damit Ihren Kühlschrank mit Strom versorgen, damit das Essen nicht schlecht wird? Leider ist die Antwort nein, denn Ihnen fehlt etwas Wichtiges, und wir sprechen nicht nur von einer Aufnahme für den Stecker. Sie benötigen ein Gerät, das den Gleichstrom von der Batterie in Wechselstrom umwandelt, der den Kompressor des Kühlschranks betreiben kann.

Dieser DC-AC-Wandler heißt an Wandler. Es ist ziemlich einfach, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln – alles, was Sie tun müssen, ist den Strom durch eine Diode zu leiten, die Strom nur in eine Richtung durchlässt. Die Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom ist komplizierter, da Sie eine Art Oszillator benötigen, der die Stromrichtung mit der benötigten Frequenz umkehrt. Es gibt eine Möglichkeit, dies mechanisch zu tun, aber die meisten Wechselrichter basieren auf Widerständen, Kondensatoren, Transistoren und anderen Schaltungselementen.

Ein Wechselrichter braucht noch etwas: eine Möglichkeit, die Spannung der Stromquelle für die Verwendung durch das Gerät zu ändern, das den Strom verbrauchen wird. Mit anderen Worten, es braucht a

Die meisten Leute lernen Gleichstrom in ihrer Einführung in die Elektrizität kennen, und der beste Weg, um ihn sich vorzustellen, ist, an eine Batterie zu denken. Wenn Sie die Batteriepole mit einem leitenden Draht verbinden, fließen Elektronen vom Minuspol zum Pluspol, ähnlich wie Ameisen, die sich bei der Nahrungssuche aufeinander folgen.

Wenn Sie eine Last wie eine Lampe in den Stromkreis legen, fließen die Elektronen durch die Last und arbeiten sich auf dem Weg zum Pluspol. Bei einer Glühbirne besteht die Arbeit darin, den Glühfaden so zu erhitzen, dass er glüht.

Anstatt in eine einzige Richtung zu fließen, kehrt der Wechselstrom viele Male pro Sekunde die Richtung um, und das liegt an der Art und Weise, wie er erzeugt wird. Die Nutzung elektromagnetischer Induktion, ein Phänomen, bei dem ein sich änderndes Magnetfeld ein elektrisches Strom in einem leitenden Draht erzeugt ein Wechselstromgenerator mit einem sich drehenden Rotor und einer leitenden Spule Strom Draht. In einer Version ist der Rotor ein Permanentmagnet, und während er sich dreht, erzeugt er einen Strom in der Spule, der mit jeder halben Drehung des Rotors die Richtung ändert.

Wechselstrom fließt nicht wie Gleichstrom durch den Draht. Am besten kann man sich das vorstellen, als ob die Elektronen im Draht an Ort und Stelle schwingen. Während des ersten Halbspins des Rotors bewegen sich die Elektronen in eine Richtung, und während des zweiten Halbspins bewegen sie sich in die andere Richtung.

Wenn Sie die Bewegung eines einzelnen Elektrons gegen die Zeit grafisch darstellen, wird eine als Sinuswelle bekannte Wellenform erzeugt. Die Frequenz der Welle wird durch die Drehzahl des Generatorrotors bestimmt.

Ein Gerät, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln kann, muss in der Lage sein, den Strom in eine Richtung abzuschalten und in die andere Richtung zu senden und den Vorgang dann in regelmäßigen Abständen umzukehren. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, ein rotierendes Rad zwischen zwei Klemmen zu platzieren und die Kontakte so anzuordnen, dass das Rad die Batterieanschlüsse bei jeder Drehung abwechselt. Der Strom würde in eine Richtung fließen, wenn sich das Rad am Startpunkt befindet, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn sich das Rad um 180 Grad gedreht hat.

Solch ein grober Aufbau würde einen Alles-oder-Nichts-Strom in jede Richtung erzeugen, und wenn Sie die Bewegung eines Elektrons im Stromkreis grafisch darstellen, erhalten Sie eine sogenannte Rechteckwelle. Dies wäre kein guter Wechselrichter für das Haus. Der Strom könnte vielleicht einfache Aufgaben erfüllen, wie zum Beispiel ein Heizelement zum Glühen bringen, aber für empfindliche elektronische Geräte würde er nicht funktionieren. Darüber hinaus benötigen Sie eine genaue Möglichkeit, die Drehung des Rads zu steuern, um den resultierenden Wechselstrom nutzbar zu machen.

Anstatt durchdrehende Räder verwenden kommerzielle Wechselrichter Schaltungskomponenten wie Kondensatoren, Widerstände und Transistoren. Ein gemeinsames DC-AC-Wechselrichterschema zeigt Parallelschaltungen mit Transistoren in Reihe mit Widerständen und Querschaltungen mit Kondensatoren und Leistungstransistoren, oder, MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren). Ein anderer Typ verwendet a Wiener Brückenoszillator, die mit Widerständen und Kondensatoren aufgebaut ist.

Beide oben beschriebenen Wechselrichter sind Wechselrichter mit reiner Sinuswelle (PSW)s, und das von ihnen erzeugte Signal kann von allen elektronischen Geräten verwendet werden. Wenn Sie einen Wechselrichter für Ihr Zuhause suchen, benötigen Sie einen PSW-Wechselrichter, denn er funktioniert mit den elektronischen Komponenten Ihres Herdes, Trockners, Ihrer Waschmaschine und anderer Geräte.

Die andere Art von DC-AC-Wandler ist a Wechselrichter mit modifizierter Sinuswelle (MSW). Es verwendet billigere Komponenten wie Dioden und Thyristoren, die Transistoren ähnlich sind. Das Signal eines MSW-Wechselrichters ist wie eine Rechteckwelle mit leicht abgerundeten Ecken und kann zwar große Geräte mit Strom versorgen, ist aber nicht für elektronische Geräte geeignet. Es wäre der beste Wechselrichter für ein Auto, der die Batterie für Elektrowerkzeuge und Autoreparaturgeräte verfügbar macht.

Selbst wenn Sie das Signal von einer Gleichstromquelle wie einer Batterie oder einem Solarpanel in Wechselstrom umwandeln, reicht die Spannung nicht aus, um ein 120-V-Gerät mit Strom zu versorgen. Glücklicherweise ist es einfach, die Wechselspannung zu erhöhen. Alles was Sie brauchen ist ein Transformator, das ebenfalls nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion arbeitet.

Die Bedienung eines Transformators ist einfach. Zwei leitende Spulen sind nebeneinander – oder ineinander – angeordnet, und der Strom, der durch eine Spule fließt, die als Primärspule bezeichnet wird, induziert einen Strom in der anderen, der Sekundärspule. Das Verhältnis der Ströme in den beiden Spulen sowie deren Spannungen wird durch die unterschiedliche Windungszahl der Spulen bestimmt.

Wenn die Sekundärspule mehr Windungen hat als die erste, erhöht der Transformator die Spannung um ein Betrag gleich der Windungszahl der Sekundärspule geteilt durch die Windungszahl der Primärspule in Spule.

Sie können einen Wechselrichter so entwerfen, dass er jede gewünschte Spannung liefert, aber wenn Sie einen DC-AC-Wandler wünschen, der Ihre 12 V 12 Autobatterie in eine 120-V-Stromquelle für Ihr Zuhause, müssen Sie das Verhältnis zwischen Primär- und Sekundärbatterie 1 zu einstellen 10. Kommerzielle Wechselrichtertransformatoren haben Hunderte von Windungen, und die Drähte erzeugen Widerstandswärme, sodass der Wechselrichter Rippen – und möglicherweise einen Lüfter – benötigt, um kühl zu bleiben. Darüber hinaus werden die Spulen manchmal um einen festen Kern gewickelt, um eine effektivere Induktion zu gewährleisten, was den Wechselrichter sehr schwer machen kann.