Anta at strømmen går, og alt du har tilgjengelig er et 12 V bilbatteri. Kan du bruke den til å drive kjøleskapet ditt slik at maten ikke blir dårlig? Dessverre er svaret nei, fordi du mangler noe viktig, og vi snakker ikke bare om en stikkontakt. Du trenger en enhet som vil konvertere likestrøm fra batteriet til vekselstrøm som kan betjene kjøleskapets kompressor.
Denne DC til AC-omformeren kalles en inverter. Det er ganske enkelt å konvertere vekselstrøm til likestrøm - alt du trenger å gjøre er å mate strømmen gjennom en diode, som bare fører strøm i en retning. Å konvertere fra DC til AC er mer komplisert, fordi du trenger en slags oscillator som reverserer strømretningen med den frekvensen du trenger. Det er en måte å gjøre dette mekanisk, men de fleste omformere er avhengige av motstander, kondensatorer, transistorer og andre kretsenheter.
En omformer trenger en ting til: en måte å endre spenningen til strømkilden for bruk av enheten som skal bruke strømmen. Med andre ord, det trenger en
transformator. For eksempel, hvis du forsyner 120 V kjøleskapet med et 12 V batteri, trenger omformeren en opptrappingstransformator som øker spenningen med 10 ganger. Siden den bare fungerer med vekselstrøm, går transformatoren i kretsen etter komponentene som endrer strømmen fra DC til AC.Hva er vekselstrøm og likestrøm?
De fleste lærer om likestrøm i introduksjonen til elektrisitet, og den beste måten å visualisere den på er å tenke på et batteri. Hvis du kobler batteripolene med ledningstråd, strømmer elektroner fra den negative terminalen til den positive, omtrent som maurene følger hverandre mens de fôrer.
Hvis du plasserer en belastning som et lys i kretsen, strømmer elektronene gjennom lasten og jobber på vei til den positive terminalen. Når det gjelder en lyspære, er arbeidet med å varme glødetråden slik at den lyser.
I stedet for å strømme i en retning, vender vekselstrøm retning mange ganger i sekundet, og det skyldes måten den genereres på. Bruk av elektromagnetisk induksjon, et fenomen der et magnetfelt i endring produserer et elektrisk strøm i en ledende ledning, lager en vekselstrømsgenerator strøm med en roterende rotor og en ledningsspole metalltråd. I en versjon er rotoren en permanent magnet, og når den snurrer, genererer den en strøm i spolen som endrer retning med hvert halve rotasjon av rotoren.
Vekselstrøm beveger seg ikke gjennom ledningen på samme måte som vekselstrøm. Den beste måten å tenke på det er som om elektronene i ledningen vibrerer på plass. I løpet av rotorens første halvspinn beveger elektronene seg i en retning, og i løpet av andre halvpart spinner de den andre veien.
Hvis du plotter bevegelsen til et enkelt elektron mot tid, vil det generere en bølgeform kjent som en sinusbølge. Frekvensen til bølgen styres av generatorrotorens rotasjonshastighet.
En enkel mekanisk DC til AC-omformer
En enhet som kan endre likestrøm til vekselstrøm, må kunne slå av strømmen i en retning og sende den den andre veien, og deretter reversere prosessen med jevne mellomrom. En måte å gjøre dette på ville være å plassere et roterende hjul mellom et par terminaler og ordne kontaktene slik at hjulet vekslet batteriforbindelsene med hvert spinn. Strømmen ville strømme en retning når hjulet var på startpunktet og i motsatt retning når hjulet hadde rotert 180 grader.
Et slikt grovt oppsett ville produsere en alt-eller-ingenting-strøm i hver retning, og hvis du tegnet en bevegelse av et elektron i kretsen, ville du få det som er kjent som en firkantbølge. Dette ville ikke være en god strømomformer for hjemmet. Strømmen kan være i stand til å utføre enkle oppgaver, for eksempel å få et varmeelement til å lyse, men det fungerer ikke for sensitivt elektronisk utstyr. Videre trenger du en nøyaktig måte å kontrollere rotasjonen på hjulet for å gjøre den resulterende vekselstrømmen nyttig.
Omformere bruker kretskomponenter for å endre nåværende retning
I stedet for å spinne hjul, bruker kommersielle omformere kretskomponenter som kondensatorer, motstander og transistorer. En vanlig DC til AC inverter skjematisk viser parallelle kretser med transistorer i serie med motstander og kryss kretser med kondensatorer og effekt transistorer, eller MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). En annen type benytter en Wien brooscillator, som er konstruert med motstander og kondensatorer.
Begge omformerne beskrevet ovenfor er ren sinusbølge (PSW) inverters, og signalet de genererer, kan brukes av alle elektroniske enheter. Hvis du leter etter en strømomformer til hjemmet, trenger du en PSW-omformer, fordi den fungerer med de elektroniske komponentene i komfyren, tørketrommelen, vaskemaskinen og andre apparater.
Den andre typen DC til AC-omformer er en modifisert sinusbølgeomformer (MSW). Den bruker billigere komponenter, som dioder og tyristorer, som ligner på transistorer. Signalet fra en MSW-omformer er som en firkantbølge med hjørnene litt avrundede, og mens den kan drive store apparater, er den ikke egnet for elektronisk utstyr. Det ville være den beste strømomformeren for en bil, noe som gjør batteriet tilgjengelig for elektroverktøy og bilreparasjonsutstyr.
One More Thing: the Transformer
Selv om du konverterer signalet fra en likestrømskilde, for eksempel et batteri eller solcellepanel, til vekselstrøm, vil ikke spenningen være stor nok til å drive et 120 V-apparat. Heldigvis er det enkelt å øke vekselstrømmen. Alt du trenger er en transformator, som også fungerer på prinsippet om elektromagnetisk induksjon.
Betjeningen av en transformator er enkel. To ledende spoler er plassert side om side - eller den ene inne i den andre - og strømmen som går gjennom en spole, kalt primærspolen, induserer en strøm i den andre, som er sekundærspolen. Forholdet mellom strømmen i de to spolene så vel som spenningene deres styres av forskjellen i antall svinger i spolene.
Hvis sekundærspolen har flere svinger enn den første, vil transformatoren øke spenningen med en mengde lik antall svinger i sekundærspolen delt på antall svinger i primærspolen Spole.
Du kan designe en inverter for å levere hvilken som helst spenning du vil ha, men hvis du vil ha en DC til AC-omformer som vil snu 12 V bilbatteri til en 120 V strømkilde for ditt hjem, må du gjøre forholdet mellom primær og sekundær 1 til 10. Kommersielle omformertransformatorer har hundrevis av svinger, og ledningene genererer resistiv varme, så omformeren trenger finner - og muligens en vifte - for å holde seg kald. Videre er spolene noen ganger viklet rundt en solid kjerne for å gi mer effektiv induksjon, og det kan gjøre omformeren veldig tung.