Pretpostavimo da se struja isključi i da vam je pri ruci samo 12 V akumulator. Možete li ga koristiti za napajanje hladnjaka kako hrana ne bi pokvarila? Nažalost, odgovor je ne, jer vam nedostaje nešto važno i ne govorimo samo o utičnici za utikač. Trebate uređaj koji će pretvoriti istosmjernu snagu iz baterije u izmjeničnu struju koja može raditi na kompresoru hladnjaka.
Ovaj pretvarač istosmjerne u izmjeničnu struju naziva se pretvarač. Prilično je jednostavno pretvoriti izmjeničnu struju u istosmjernu - sve što trebate je napajati struju kroz diodu koja struju prolazi samo u jednom smjeru. Pretvorba iz istosmjerne u izmjeničnu je složenija, jer vam treba neka vrsta oscilatora koji preokreće trenutni smjer na frekvenciji koja vam treba. Postoji način da se to učini mehanički, ali većina se pretvarača oslanja na otpornike, kondenzatore, tranzistore i druge uređaje u krugovima.
Pretvaraču je potrebna još jedna stvar: način za promjenu napona izvora struje za upotrebu uređaja koji će koristiti napajanje. Drugim riječima, treba mu
transformator. Na primjer, ako svoj hladnjak od 120 V napajate baterijom od 12 V, pretvarač treba pojačani transformator koji povećava napon za 10 puta. Budući da radi samo s izmjeničnom strujom, transformator ide u strujni krug nakon komponenata koje mijenjaju struju iz istosmjerne u izmjeničnu.Što su izmjenična i istosmjerna struja?
Većina ljudi uvodi o istosmjernoj struji u svom uvodu u električnu energiju, a najbolji način da je vizualizirate je razmišljanje o bateriji. Ako terminale baterije spojite s provodnom žicom, elektroni teku s negativnog na pozitivni, slično poput mrava koji se međusobno slijede dok se hrane.
Ako u krug smjestite teret, poput svjetla, elektroni prolaze kroz teret i rade na putu do pozitivnog terminala. U slučaju žarulje, posao je zagrijavanje niti tako da svijetli.
Umjesto da teče u jednom smjeru, izmjenična struja obrne smjer mnogo puta u sekundi, a to je zbog načina na koji se generira. Koristeći elektromagnetsku indukciju, fenomen u kojem promjenjivo magnetsko polje proizvodi električno struje u provodnoj žici, generator izmjenične struje stvara električnu energiju s rotirajućim rotorom i zavojnicom vodljivosti žica. U jednoj verziji, rotor je trajni magnet i dok se okreće, stvara zavojnicu u zavojnici koja mijenja smjer sa svakim pola okretanja rotora.
Izmjenična struja ne pomiče se kroz žicu na isti način kao i jednosmjerna struja. Najbolji način da se o tome razmišlja je kao da elektroni u žici vibriraju na mjestu. Tijekom prvog poluvrata rotora elektroni se kreću u jednom smjeru, a tijekom drugog poluvremena okreću se u drugom smjeru.
Ako nacrtate kretanje pojedinog elektrona u odnosu na vrijeme, generirat će valni oblik poznat kao sinusni val. Frekvencijom vala upravlja brzina vrtnje rotora generatora.
Jednostavan mehanički pretvarač istosmjerne u izmjeničnu struju
Uređaj koji može promijeniti istosmjernu na izmjeničnu struju mora biti u stanju isključiti struju koja ide u jednom smjeru i poslati je u drugom smjeru, a zatim u redovitim intervalima preokrenuti postupak. Način da se to postigne bio bi postavljanje rotirajućeg kotača između par terminala i raspored kontakata tako da kotač izmjenjuje veze akumulatora pri svakom okretanju. Struja bi tekla u jednom smjeru kad bi kotač bio na početnoj točki, a u suprotnom smjeru kad bi se kotač okrenuo za 180 stupnjeva.
Takva sirova postavka proizvela bi struju sve ili ništa u svakom smjeru, a ako biste graficirali kretanje elektrona u krugu, dobili biste ono što je poznato kao kvadratni val. Ovo ne bi bio dobar pretvarač snage za dom. Struja bi mogla obavljati jednostavne zadatke, kao što je zagrijavanje grijaćeg elementa, ali ne bi uspjelo za osjetljivu elektroničku opremu. Štoviše, trebao bi vam točan način upravljanja rotacijom kotača kako bi rezultirajuća izmjenična snaga bila korisna.
Pretvarači koriste komponente sklopa za promjenu trenutnog smjera
Umjesto kotača, komercijalni pretvarači koriste komponente sklopa kao što su kondenzatori, otpornici i tranzistori. Uobičajena shema pretvarača istosmjerne i izmjenične struje prikazuje paralelne krugove s tranzistorima u seriji s otpornicima i poprečne krugove s kondenzatorima i tranzistorima snage, ili MOSFETs (Tranzistori s poljskim efektima od metalnog oksida). Druga vrsta zapošljava a Bečki oscilator mosta, koji je izveden s otpornicima i kondenzatorima.
Oba gore opisana pretvarača jesu pretvarač čistog sinusnog vala (PSW)s, a signal koji generiraju mogu koristiti svi elektronički uređaji. Ako tražite pretvarač napajanja za dom, potreban vam je pretvarač PSW jer će raditi s elektroničkim komponentama u vašem štednjaku, sušilici, perilici rublja i ostalim uređajima.
Druga vrsta pretvarača istosmjerne u izmjeničnu struju je modificirani pretvarač sinusnog vala (MSW). Zapošljava jeftinije komponente, poput dioda i tiristora, koje su slične tranzistorima. Signal MSW pretvarača sličan je kvadratnom valu s lagano zaobljenim kutovima, a iako može napajati velike uređaje, nije prikladan za elektroničku opremu. To bi bio najbolji pretvarač snage za automobil, čineći bateriju dostupnom za električne alate i opremu za popravak automobila.
Još jedna stvar: transformator
Čak i ako signal iz istosmjernog izvora, poput baterije ili solarne ploče, pretvorite u izmjenični, napon neće biti dovoljno velik za napajanje uređaja od 120 V. Srećom, lako je pojačati izmjenični napon. Sve što trebate je transformator, koji također djeluje na principu elektromagnetske indukcije.
Rad transformatora je jednostavan. Dvije provodne zavojnice postavljene su jedna uz drugu - ili jedna unutar druge - a struja koja prolazi kroz jednu zavojnicu, koja se naziva primarna zavojnica, inducira struju u drugoj, koja je sekundarna zavojnica. Odnos struja u dvije zavojnice kao i njihovi naponi regulirani su razlikom u broju zavoja u zavojnicama.
Ako sekundarna zavojnica ima više zavoja od prve, transformator će pojačati napon za iznos jednak broju zavoja u sekundarnoj zavojnici podijeljen s brojem zavoja u primarnom zavojnica.
Možete pretvoriti pretvarač za napajanje bilo kojeg napona koji želite, ali ako želite pretvarač istosmjerne u izmjeničnu struju koji će okrenuti vaših 12 V automobilsku bateriju u izvor napajanja od 120 V za vaš dom, morate napraviti omjer između primarnog i sekundarnog 1 do 10. Komercijalni pretvarači pretvarača imaju stotine zavoja, a žice generiraju otpornu toplinu, tako da pretvaraču trebaju peraja - i možda ventilator - da se ohladi. Štoviše, zavojnice su ponekad namotane oko čvrste jezgre radi učinkovitije indukcije, a to pretvarač može učiniti vrlo teškim.
