Oletame, et toide kaob ja kõik, mis teil käepärast on, on 12 V auto aku. Kas saate seda kasutada oma külmiku toitmiseks, et toit ei läheks halvaks? Kahjuks on vastus eitav, sest teil on midagi olulist puudu ja me ei räägi ainult pistiku pesast. Teil on vaja seadet, mis muundab aku alalisvoolu toite vahelduvvoolu toiteks, mis suudaks kasutada külmkapi kompressorit.
Seda alalisvoolu-vahelduvvoolu muundurit nimetatakse inverter. Vahelduvvoolu muundamine alalisvooluks on üsna lihtne - piisab, kui toita voolu läbi dioodi, mis läbib voolu ainult ühes suunas. Alalisvoolu vahelduvvoolu muundamine on keerulisem, sest vajate mingisugust ostsillaatorit, mis muudab praeguse suuna vajalikul sagedusel. Seda on võimalik teha mehaaniliselt, kuid enamik inverterid tuginevad takistitele, kondensaatoritele, transistoridele ja muudele vooluahela seadmetele.
Inverter vajab veel ühte asja: viisi vooluallika pinge muutmiseks, et voolu kasutav seade saaks seda kasutada. Teisisõnu vajab see a trafo. Näiteks kui toidate 120 V külmikut 12 V akuga, vajab inverter astmelist trafot, mis suurendab pinget 10 korda. Kuna see töötab ainult vahelduvvooluga, läheb trafo vooluahelasse pärast komponente, mis muudavad voolu alalisvoolust vahelduvvooluks.
Mis on vahelduv- ja alalisvool?
Enamik inimesi saab alalisvoolu kohta teavet elektrit tutvustades ja parim viis selle visualiseerimiseks on mõelda akule. Kui ühendate aku klemmid juhtiva juhtmega, voolavad elektronid negatiivsest klemmist positiivsesse, umbes nagu sipelgad, kes söödavad.
Kui asetate vooluringi sellise koormuse nagu valgus, voolavad elektronid läbi koormuse ja teevad tööd positiivse klemmini. Lambipirni puhul on tööks hõõgniidi kuumutamine nii, et see hõõguks.
Ühes suunas liikumise asemel muudab vahelduvvoolu suund mitu korda sekundis vastupidiseks ja see tuleneb selle genereerimisviisist. Elektromagnetilise induktsiooni kasutamine - nähtus, mille korral muutuv magnetväli tekitab elektrit voolu juhtivas juhtmes tekitab vahelduvvoolugeneraator pöörleva rootori ja juhtmähisega elektrit traat. Ühes versioonis on rootor püsimagnet ja pöörlemisel tekitab see poolis voolu, mis muudab rootori iga poole pöörlemisega suunda.
Vahelduvvool ei liigu läbi juhtme samamoodi nagu alalisvool. Parim viis sellele mõelda on justkui traadis olevad elektronid vibreeriksid paigas. Rootori esimese poolkeeramise ajal liiguvad elektronid ühes suunas ja teise poole pöörlemisel teistpidi.
Kui koostate ühe elektroni liikumise aja suhtes, genereerib see siinuslainena tuntud lainekuju. Lainesagedust reguleerib generaatori rootori pöörlemiskiirus.
Lihtne mehaaniline alalisvoolu muundur
Seade, mis suudab alalisvoolu vahelduvvooluks muuta, peab suutma ühes suunas kulgeva voolu välja lülitada ja teistpidi saata, seejärel protsessi korrapäraste ajavahemike tagant pöörata. Võimalus selleks oleks panna klemmipaari vahele pöörlev ratas ja korraldada kontaktid nii, et ratas vahetaks akuühendusi iga pöörlemisega. Vool voolaks ühes suunas, kui ratas oli alguspunktis, ja vastupidises suunas, kui ratas oli pööranud 180 kraadi.
Selline toores seadistamine tekitaks igas suunas voolu "kõik või mitte midagi" ja kui diagrammil kujutaksite elektroni liikumist, saaksite selle, mida nimetatakse ruudu laineks. See ei oleks hea elektri muundur koju. Vool võib olla võimeline lihtsate ülesannete täitmiseks, näiteks kütteelemendi helendamiseks, kuid tundlike elektroonikaseadmete puhul see ei töötaks. Pealegi vajate täpset viisi ratta pöörlemise juhtimiseks, et sellest tulenev vahelduvvoolu võimsus oleks kasulik.
Inverterid kasutavad voolu suuna muutmiseks vooluahela komponente
Kaubanduslikud inverterid kasutavad pöörlevate rataste asemel ahela komponente nagu kondensaatorid, takistid ja transistorid. Ühine alalisvoolu-vahelduvvoolu muunduri skeem näitab transistoridega paralleelseid ahelaid jadana takistitega ning ristlülitusi kondensaatorite ja võimsustransistoridega või MOSFETs (metalloksiidist pooljuhtväljatransistorid). Teine tüüp töötab a Viini silla ostsillaator, mis on konstrueeritud takistite ja kondensaatoritega.
Mõlemad ülalkirjeldatud inverterid on puhta siinuslaine (PSW) inverters ja nende genereeritavat signaali saavad kasutada kõik elektroonikaseadmed. Kui otsite koju muundurit, vajate PSW-muundurit, sest see töötab teie pliidi, kuivati, pesumasina ja muude seadmete elektrooniliste komponentidega.
Teist tüüpi alalisvoolu muundur on a modifitseeritud siinuslaine (MSW) muundur. Selles kasutatakse odavamaid komponente, nagu dioodid ja türistorid, mis on sarnased transistoridega. MSW inverteri signaal on nagu ruudukujuline laine, mille nurgad on veidi ümardatud, ja kuigi see suudab toita suuri seadmeid, ei sobi see elektroonikaseadmete jaoks. See oleks parim auto muundur, tehes aku elektritööriistade ja autoremondiseadmete jaoks kättesaadavaks.
Üks asi veel: trafo
Isegi kui teisendate alalisvooluallika, näiteks aku või päikesepaneeli signaali vahelduvvoolu, ei ole pinge 120 V seadme toitmiseks piisavalt suur. Õnneks on vahelduvpinge suurendamine lihtne. Vaja on ainult a trafo, mis töötab ka elektromagnetilise induktsiooni põhimõttel.
Trafo töö on lihtne. Kaks juhtivat mähist asetatakse kõrvuti - või üks teise sisse - ja üht mähist läbiv vool, mida nimetatakse primaarseks mähiseks, indutseerib teises voolu, mis on sekundaarne mähis. Kahe mähise voolude suhet ja nende pingeid reguleerib mähiste pöörete arvu erinevus.
Kui sekundaarmähisel on rohkem pöördeid kui esimesel, suurendab trafo pinget an summa, mis võrdub sekundaarmähise pöörete arvuga jagatuna primaarse pöörete arvuga mähis.
Võite kujundada muunduri mis tahes soovitud pinge toitmiseks, kuid kui soovite alalisvoolu-vahelduvvoolu muundurit, mis muudab teie 12 V pinge auto aku oma kodu 120 V toiteallikaks, peate esmase ja sekundaarse suhe arvutama 1 kuni 10. Kaubanduslike muundurite trafodel on sadu pöördeid ja juhtmed tekitavad takistuslikku soojust, nii et inverter vajab jahutamiseks uimi - ja võib-olla ka ventilaatorit. Pealegi keeratakse mähised mõnikord efektiivse induktsiooni saavutamiseks ümber tahke südamiku ja see võib muuta inverteri väga raskeks.