Să presupunem că puterea se oprește și tot ce ai la îndemână este o baterie auto de 12 V. Îl puteți folosi pentru a vă alimenta frigiderul, astfel încât mâncarea să nu cadă prost? Din păcate, răspunsul este nu, pentru că îți lipsește ceva important și nu vorbim doar despre o priză pentru priză. Aveți nevoie de un dispozitiv care să convertească puterea de curent continuu de la baterie la curent alternativ, care să acționeze compresorul frigiderului.
Acest convertor DC-AC se numește invertor. Este destul de ușor să convertiți curentul alternativ în curent continuu - tot ce trebuie să faceți este să alimentați curentul printr-o diodă, care trece curentul doar într-o singură direcție. Conversia de la DC la AC este mai complicată, deoarece aveți nevoie de un fel de oscilator care să inverseze direcția curentă la frecvența de care aveți nevoie. Există o modalitate de a face acest lucru mecanic, dar majoritatea invertoarelor se bazează pe rezistențe, condensatori, tranzistoare și alte dispozitive de circuit.
Un invertor mai are nevoie de un lucru: o modalitate de a modifica tensiunea sursei de curent pentru a fi utilizată de dispozitivul care va utiliza puterea. Cu alte cuvinte, are nevoie de un transformator. De exemplu, dacă alimentați frigiderul dvs. de 120 V cu o baterie de 12 V, invertorul are nevoie de un transformator care crește tensiunea de 10 ori. Deoarece funcționează numai cu curent alternativ, transformatorul intră în circuit după componentele care modifică curentul de la CC la AC.
Ce sunt curentul alternativ și curent continuu?
Majoritatea oamenilor învață despre curentul continuu în introducerea lor la electricitate și cel mai bun mod de a-l vizualiza este să vă gândiți la o baterie. Dacă conectați bornele bateriei cu sârmă conductoare, electronii curg de la borna negativă la cea pozitivă, la fel ca furnicile care se succed în timp ce se hrănesc.
Dacă puneți o sarcină, cum ar fi o lumină în circuit, electronii curg prin sarcină și lucrează în drumul lor către borna pozitivă. În cazul unui bec, lucrul este de a încălzi filamentul astfel încât să strălucească.
În loc să curgă într-o singură direcție, curentul alternativ inversează direcția de multe ori pe secundă și asta se datorează modului în care este generat. Folosirea inducției electromagnetice, fenomen prin care un câmp magnetic în schimbare produce un electric curent într-un fir conductor, un generator de curent alternativ produce electricitate cu un rotor rotativ și o bobină de conductoare sârmă. Într-o versiune, rotorul este un magnet permanent și, pe măsură ce se rotește, generează un curent în bobină care schimbă direcția cu fiecare jumătate de rotire a rotorului.
Curentul alternativ nu se mișcă prin cablu în același mod în care curentul continuu. Cel mai bun mod de a te gândi la asta este ca și cum electronii din sârmă vibrează la locul lor. În timpul primei jumătăți de rotire a rotorului, electronii se mișcă într-o direcție și, în timpul celei de-a doua jumătăți de rotire, se mișcă în sens invers.
Dacă trageți mișcarea unui singur electron față de timp, acesta va genera o formă de undă cunoscută sub numele de undă sinusoidală. Frecvența undei este guvernată de viteza de rotație a rotorului generatorului.
Un convertor simplu mecanic de curent continuu la curent alternativ
Un dispozitiv care poate schimba curentul continuu în curent alternativ trebuie să poată opri curentul care merge într-o direcție și să-l trimită în sens invers, apoi să inverseze procesul la intervale regulate. O modalitate de a face acest lucru ar fi plasarea unei roți rotative între o pereche de terminale și aranjarea contactelor astfel încât roata să alterneze conexiunile bateriei cu fiecare rotire. Curentul ar circula într-o direcție atunci când roata se afla la punctul său de pornire și în direcția opusă când roata se rotise cu 180 de grade.
O astfel de configurare brută ar produce un curent total sau nimic în fiecare direcție și, dacă ați grafica mișcarea unui electron în circuit, ați obține ceea ce este cunoscut sub numele de undă pătrată. Acesta nu ar fi un invertor de putere bun pentru casă. Curentul ar putea fi capabil să îndeplinească sarcini simple, cum ar fi să strălucească un element de încălzire, dar nu ar funcționa pentru echipamente electronice sensibile. Mai mult, ai avea nevoie de o modalitate precisă de a controla rotația roții pentru a face utilă puterea CA rezultată.
Invertoarele folosesc componente de circuit pentru a schimba direcția curentului
În loc să rotească roțile, invertoarele comerciale utilizează componente ale circuitului, cum ar fi condensatori, rezistențe și tranzistoare. O schemă comună a invertorului de curent continuu la curent alternativ prezintă circuite paralele cu tranzistoare în serie cu rezistențe și circuite transversale cu condensatori și tranzistoare de putere sau MOSFETs (tranzistoare cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal). Un alt tip folosește un Oscilator pod Wien, care este construit cu rezistențe și condensatori.
Ambele invertoare descrise mai sus sunt invertor cu undă sinusoidală pură (PSW)s, iar semnalul pe care îl generează poate fi utilizat de toate dispozitivele electronice. Dacă sunteți în căutarea unui invertor de putere pentru casă, aveți nevoie de un invertor PSW, deoarece acesta va funcționa cu componentele electronice din aragaz, uscător, mașină de spălat și alte aparate.
Celălalt tip de convertor DC-AC este un invertor cu undă sinusoidală modificată (MSW). Folosește componente mai ieftine, cum ar fi diodele și tiristoarele, care sunt similare cu tranzistoarele. Semnalul de la un invertor MSW este ca un val pătrat cu colțurile ușor rotunjite și, deși poate alimenta aparate mari, nu este potrivit pentru echipamente electronice. Ar fi cel mai bun invertor de putere pentru o mașină, făcând bateria disponibilă pentru unelte electrice și echipamente de reparații auto.
One More Thing: Transformer
Chiar dacă convertiți semnalul de la o sursă de curent continuu, cum ar fi o baterie sau un panou solar, la curent alternativ, tensiunea nu va fi suficient de mare pentru a alimenta un aparat de 120 V. Din fericire, este ușor să crești tensiunea de curent alternativ. Tot ce ai nevoie este un transformator, care funcționează și pe principiul inducției electromagnetice.
Funcționarea unui transformator este simplă. Două bobine conductoare sunt plasate unul lângă altul - sau unul în interiorul celuilalt - iar curentul care trece printr-o bobină, numită bobină primară, induce un curent în cealaltă, care este bobina secundară. Raportul curenților din cele două bobine, precum și tensiunile acestora, este guvernat de diferența dintre numărul de spire ale bobinelor.
Dacă bobina secundară are mai multe spire decât prima, transformatorul va crește tensiunea cu un cantitate egală cu numărul de spire din bobina secundară împărțit la numărul de spire din primar bobina.
Puteți proiecta un invertor pentru a furniza orice tensiune doriți, dar dacă doriți un convertor de curent continuu în curent alternativ care să vă transforme 12 V baterie auto într-o sursă de alimentare de 120 V pentru casa dvs., trebuie să faceți raportul între primar și secundar de la 1 la 10. Transformatoarele inverter comerciale au sute de rotații, iar firele generează căldură rezistivă, astfel încât invertorul are nevoie de aripioare - și, eventual, de un ventilator - pentru a se menține la rece. Mai mult, bobinele sunt uneori înfășurate în jurul unui miez solid pentru a face o inducție mai eficientă, ceea ce poate face invertorul foarte greu.