Ako funguje prevodník jednosmerného prúdu na striedavý prúd?

Predpokladajme, že sa napájanie vypne a po ruke budete mať iba 12 V autobatériu. Môžete ho použiť na napájanie chladničky, aby sa jedlo nepokazilo? Odpoveď je, bohužiaľ, nie, pretože vám niečo dôležité chýba, a to nehovoríme len o zásuvke pre zástrčku. Potrebujete zariadenie, ktoré prevádza jednosmerný prúd z batérie na striedavý prúd, ktorý dokáže prevádzkovať kompresor chladničky.

Tento prevodník DC na AC sa nazýva invertor. Je pomerne ľahké previesť striedavý prúd na jednosmerný - všetko, čo musíte urobiť, je napájať prúd cez diódu, ktorá prechádza iba jedným smerom. Prevod z DC na AC je komplikovanejší, pretože potrebujete akýsi oscilátor, ktorý obracia smer prúdu na požadovanú frekvenciu. Existuje spôsob, ako to urobiť mechanicky, ale väčšina invertorov sa spolieha na rezistory, kondenzátory, tranzistory a ďalšie obvodové zariadenia.

Invertor potrebuje ešte jednu vec: spôsob, ako zmeniť napätie zdroja prúdu tak, aby ho mohlo používať zariadenie, ktoré bude napájať energiu. Inými slovami, potrebuje a

Väčšina ľudí sa pri vstupe do elektriny dozvie o jednosmernom prúde a najlepším spôsobom, ako si to predstaviť, je myslieť na batériu. Ak spojíte svorky batérie s vodivým drôtom, elektróny prúdia zo zápornej svorky do kladnej, podobne ako mravce, ktoré sa za sebou pasú.

Ak do obvodu vložíte záťaž, napríklad svetlo, elektróny pretekajú záťažou a pracujú na svojej ceste k kladnému pólu. V prípade žiarovky je potrebné zahriať vlákno tak, aby svietilo.

Namiesto toho, aby prúd prúdil jedným smerom, striedavý prúd obráti smer mnohokrát za sekundu, a to vďaka spôsobu jeho generovania. Využívanie elektromagnetickej indukcie, javu, pri ktorom meniace sa magnetické pole vytvára elektrický prúd prúd vo vodivom drôte, generátor striedavého prúdu vyrába elektrinu s rotujúcim rotorom a vodivou cievkou drôt. V jednej z verzií je rotor permanentný magnet a pri otáčaní vytvára v cievke prúd, ktorý mení smer s každou polovičnou rotáciou rotora.

Striedavý prúd sa nepohybuje vodičom rovnako ako jednosmerný prúd. Najlepšie si to vymyslíte, akoby elektróny v drôte vibrovali na danom mieste. Počas prvého polovičného rotácie rotora sa elektróny pohybujú jedným smerom a počas druhého polovičného rotácie sa pohybujú opačným smerom.

Ak zakreslíte pohyb jedného elektrónu v závislosti na čase, vygeneruje sa tvar vlny známy ako sínusová vlna. Frekvencia vlny je riadená rýchlosťou otáčania rotora generátora.

Zariadenie, ktoré dokáže meniť jednosmerný na striedavý prúd, musí byť schopné vypnúť prúd prechádzajúci jedným smerom a odosielať ho opačným smerom, potom v pravidelných intervaloch proces obracať. Spôsob, ako to dosiahnuť, by bolo umiestniť rotujúce koleso medzi pár svoriek a usporiadať kontakty tak, aby koleso pri každom pretočení striedalo spojenia batérie. Prúd by tiekol jedným smerom, keď bolo koleso v počiatočnom bode, a opačným smerom, keď by sa koleso otáčalo o 180 stupňov.

Takéto hrubé nastavenie by produkovalo prúd všetko alebo nič v každom smere a ak by ste zaznamenali pohyb elektrónu v obvode, dostali by ste tzv. Obdĺžnikovú vlnu. To by nebol dobrý invertor napájania pre domácnosť. Prúd by mohol byť schopný vykonávať jednoduché úlohy, ako je napríklad zapaľovanie vykurovacieho telesa, ale pre citlivé elektronické zariadenia by to nefungovalo. Navyše by ste potrebovali presný spôsob riadenia otáčania kolesa, aby bol výsledný striedavý prúd užitočný.

Namiesto vinutia kolies používajú komerčné invertory skôr komponenty obvodu, ako sú kondenzátory, rezistory a tranzistory. Spoločná schéma striedača DC na AC zobrazuje paralelné obvody s tranzistormi zapojenými do série s rezistormi a krížové obvody s kondenzátormi a výkonovými tranzistormi, príp. MOSFETs (Tranzistory s efektom poľa polovodiča s oxidom kovu). Iný typ zamestnáva a Wien bridge oscilátor, ktorý je vyrobený z rezistorov a kondenzátorov.

Oba vyššie opísané invertory sú invertor čistej sínusovej vlny (PSW)s, a signál, ktorý generujú, môžu využívať všetky elektronické zariadenia. Ak hľadáte energetický invertor pre domácnosť, potrebujete invertor PSW, pretože bude pracovať s elektronickými komponentmi vo vašom sporáku, sušičke, práčke a iných spotrebičoch.

Ďalším typom prevodníka DC na AC je a invertor s modifikovanou sínusovou vlnou (MSW). Využíva lacnejšie komponenty, ako sú diódy a tyristory, ktoré sú podobné tranzistorom. Signál z invertora MSW je ako štvorcová vlna s mierne zaoblenými rohmi, a hoci dokáže napájať veľké spotrebiče, nie je vhodný pre elektronické zariadenia. Bol by to najlepší invertor energie pre auto, ktorý by sprístupnil batériu pre elektrické náradie a zariadenia na opravu automobilov.

Aj keď prevádzate signál zo zdroja jednosmerného prúdu, ako je batéria alebo solárny panel, na striedavý prúd, napätie nebude dostatočne veľké na to, aby napájalo 120 V spotrebič. Našťastie je ľahké zosilniť striedavé napätie. Všetko, čo potrebujete, je transformátor, ktorá funguje aj na princípe elektromagnetickej indukcie.

Obsluha transformátora je jednoduchá. Dve vodivé cievky sú umiestnené vedľa seba - alebo jedna vo vnútri druhej - a prúd prechádzajúci cez jednu cievku, nazývanú primárna cievka, indukuje prúd v druhej, ktorou je sekundárna cievka. Pomer prúdov v dvoch cievkach, ako aj ich napätia sú riadené rozdielom v počte závitov v cievkach.

Ak má sekundárna cievka viac závitov ako prvá, transformátor zvýši napätie o množstvo rovnajúce sa počtu závitov v sekundárnej cievke vydelené počtom závitov v primárnej cievke cievka.

Môžete navrhnúť invertor na napájanie ľubovoľného požadovaného napätia, ale ak chcete prevodník DC na AC, ktorý zmení vaše napätie 12 V. autobatériu do 120 V napájacieho zdroja pre domácnosť, musíte urobiť pomer medzi primárnym a sekundárnym zdrojom k 1 10. Komerčné invertorové transformátory majú stovky závitov a vodiče vytvárajú odporové teplo, takže na ochladenie invertor potrebuje rebrá - a možno aj ventilátor. Okrem toho sú cievky niekedy navinuté okolo pevného jadra, aby sa dosiahla účinnejšia indukcia, čo môže spôsobiť, že bude invertor veľmi ťažký.