Tegyük fel, hogy az áramellátás megszűnik, és csak egy 12 V-os autós akkumulátor áll rendelkezésére. Használhatja a hűtőszekrény áramellátására, hogy az étel ne romoljon el? Sajnos a válasz nem, mert hiányzik valami fontos dolog, és nem csak a csatlakozó aljzatáról beszélünk. Szüksége van egy eszközre, amely az akkumulátor egyenfeszültségét átalakítja váltakozó áramú energiává, amely képes működtetni a hűtőszekrény kompresszorát.
Ezt az egyenáramú váltakozó áramú átalakítót an-nak hívják inverter. A váltóáramot DC-vé konvertálni meglehetősen egyszerű - mindössze annyit kell tennie, hogy az áramot egy diódán keresztül táplálja, amely csak egy irányban adja át az áramot. A DC-ből AC-ba konvertálás bonyolultabb, mert szükség van valamilyen oszcillátorra, amely megfordítja az aktuális irányt a szükséges frekvencián. Van rá mód mechanikusan, de a legtöbb inverter ellenállásokra, kondenzátorokra, tranzisztorokra és más áramköri eszközökre támaszkodik.
Az inverternek még egy dologra van szüksége: egy módra az áramforrás feszültségének megváltoztatására az áramot használó eszköz használatához. Más szavakkal, szüksége van a
transzformátor. Például, ha a 120 V-os hűtőszekrényt 12 V-os akkumulátorral táplálja, akkor az inverternek fokozatos transzformátorra van szüksége, amely tízszeresére növeli a feszültséget. Mivel csak váltóárammal működik, a transzformátor az áramot az egyenáramról váltakozóra váltó alkatrészek után megy be.Mik az AC és DC áramok?
A legtöbb ember megismeri az egyenáramot az áram bevezetésében, és ennek megjelenítésére a legjobb módszer az akkumulátorra való gondolkodás. Ha az akkumulátor pólusait vezető vezetékkel köti össze, az elektronok a negatív pólusról a pozitívra áramlanak, hasonlóan ahhoz, mintha a hangyák táplálkozásuk során követnék egymást.
Ha olyan terhelést helyez el, mint egy fény, az áramkörben az elektronok átáramlanak a terhelésen, és a pozitív terminál felé vezető úton dolgoznak. Izzó esetén az izzószálat úgy kell melegíteni, hogy az izzik.
Ahelyett, hogy egyetlen irányban áramolna, a váltakozó áram másodpercenként sokszor megfordítja az irányt, és ez annak létrejöttének köszönhető. Elektromágneses indukció felhasználása, amely jelenség a változó mágneses mezőből elektromos áramot eredményez A vezető vezetékben áram váltakozik, a váltakozó áramú generátor forgó rotorral és vezető tekerccsel állítja elő az áramot huzal. Az egyik változatban a rotor állandó mágnes, és miközben forog, áramot generál a tekercsben, amely a rotor minden fél centrifugálásakor irányt vált.
A váltóáram nem ugyanúgy mozog a vezetéken, mint az egyenáram. A legjobb módszer erre gondolni, mintha a vezetékben lévő elektronok a helyükön rezegnének. A rotor első félpörgetése során az elektronok egy irányba mozognak, a második felében pedig a másik irányba.
Ha ábrázolja az egyetlen elektron mozgását az idő függvényében, akkor az szinuszhullámként ismert hullámformát generál. A hullám frekvenciáját a generátor rotor forgási sebessége szabályozza.
Egyszerű mechanikus DC-AC átalakító
Egy eszköznek, amely képes DC-t váltani váltóárammá, képesnek kell lennie az egyik irányba tartó áram kikapcsolására és a másik irányba történő küldésére, majd a folyamat szabályos időközönként történő megfordítására. Ennek egyik módja az lenne, ha egy forgó kereket helyezünk el egy pár kapocs között, és elrendezzük az érintkezőket, hogy a kerék minden centrifugáláskor felváltva cserélje az akkumulátor csatlakozásait. Az áram egy irányba áramlik, amikor a kerék a kezdőpontjában van, és az ellenkező irányba, amikor a kerék 180 fokkal elfordult.
Egy ilyen durva beállítás minden irányban áramot ad, vagy semmit, és ha grafikonon ábrázolja az elektron mozgását az áramkörben, akkor megkapja az úgynevezett négyzethullámot. Ez nem lenne jó teljesítmény-inverter az otthon számára. Lehet, hogy az áram képes egyszerű feladatok végrehajtására, például egy fűtőelem izzására, de érzékeny elektronikus berendezéseknél nem működne. Ezenkívül pontos módszerre van szüksége a kerék forgásának szabályozásához, hogy a kapott váltakozó áram hasznos legyen.
Az inverterek áramköri alkatrészekkel változtatják meg az aktuális irányt
A kerekek helyett a kereskedelmi inverterek áramköri alkatrészeket, például kondenzátorokat, ellenállásokat és tranzisztorokat használnak. A szokásos DC - AC inverter vázlata párhuzamos áramköröket mutat tranzisztorokkal sorozatosan ellenállásokkal és keresztáramköröket kondenzátorokkal és teljesítménytranzisztorokkal, vagy MOSFETs (fém-oxid félvezető terepi tranzisztorok). Egy másik típus a Wien híd oszcillátor, amely ellenállásokkal és kondenzátorokkal van felépítve.
Mindkét fent leírt inverter az tiszta szinusz hullámú (PSW) inverters, és az általuk generált jelet minden elektronikus eszköz felhasználhatja. Ha otthon invertert keres, szüksége van egy PSW inverterre, mert az a kályha, szárító, mosógép és egyéb készülékek elektronikus alkatrészeivel működik.
A DC-AC átalakító másik típusa a módosított szinuszhullámú (MSW) inverter. Olcsóbb alkatrészeket alkalmaz, például diódákat és tirisztorokat, amelyek hasonlóak a tranzisztorokhoz. Az MSW inverter jele olyan, mint egy négyzethullám, kissé lekerekített sarkokkal, és bár nagy készülékeket képes táplálni, elektronikus berendezésekhez nem alkalmas. Ez lenne a legjobb elektromos inverter egy autó számára, amely az akkumulátort elérhetővé tenné elektromos kéziszerszámokhoz és autójavító berendezésekhez.
Még egy dolog: a transzformátor
Még akkor is, ha egyenáramú áramforrásról, például akkumulátorról vagy napelemről érkező jelet vált át váltóáramra, a feszültség nem lesz elég nagy ahhoz, hogy egy 120 V-os készüléket tápláljon. Szerencsére könnyű növelni az AC feszültséget. Minden amire szüksége van a transzformátor, amely szintén az elektromágneses indukció elvén működik.
A transzformátor működése egyszerű. Két vezető tekercset helyeznek egymás mellé - vagy egyiket a másikba -, és az egyik tekercsen áthaladó áram, az úgynevezett elsődleges tekercs, áramot indukál a másikban, amely a másodlagos tekercs. A két tekercsben lévő áramok arányát, valamint azok feszültségét a tekercsekben lévő fordulatok számának különbsége szabályozza.
Ha a szekunder tekercsnek több fordulata van, mint az elsőnek, a transzformátor egy fokkal növeli a feszültséget a másodlagos tekercsben lévő fordulatok számával egyenlő összeg osztva az elsődleges fordulatok számával tekercs.
Tervezhet egy invertert a kívánt feszültség ellátására, de ha egy DC-AC átalakítót szeretne, amely megfordítja a 12 V-ot autó akkumulátorát az otthoni 120 V-os áramforrásba, meg kell adnia az elsődleges és a másodlagos 1 és a közötti arányt 10. A kereskedelmi inverteres transzformátorok több száz fordulattal rendelkeznek, és a huzalok rezisztív hőt generálnak, ezért a frekvenciaváltónak bordákra - és esetleg ventilátorra - van szüksége a hűtéshez. Sőt, a tekercseket néha egy szilárd mag körül tekerik a hatékonyabb indukció érdekében, és ez nagyon megnehezítheti az invertert.