ตัวแปลงไฟ DC เป็น AC ทำงานอย่างไร

สมมติว่าไฟดับ และสิ่งที่คุณมีคือแบตเตอรี่รถยนต์ 12 V คุณสามารถใช้เพื่อจ่ายไฟให้กับตู้เย็นเพื่อให้อาหารไม่เน่าเสียได้หรือไม่ น่าเสียดายที่คำตอบคือไม่ เพราะคุณทำบางสิ่งที่สำคัญหายไป และเราไม่ได้พูดถึงเต้ารับสำหรับปลั๊กเท่านั้น คุณต้องมีอุปกรณ์ที่จะแปลงไฟ DC จากแบตเตอรี่เป็นไฟ AC ที่สามารถใช้งานคอมเพรสเซอร์ของตู้เย็นได้

ตัวแปลง DC เป็น AC นี้เรียกว่า an อินเวอร์เตอร์. การแปลงกระแสไฟ AC เป็น DC นั้นค่อนข้างง่าย – สิ่งที่คุณต้องทำคือป้อนกระแสผ่านไดโอด ซึ่งส่งกระแสไปในทิศทางเดียวเท่านั้น การแปลงจาก DC เป็น AC นั้นซับซ้อนกว่า เพราะคุณต้องการออสซิลเลเตอร์บางประเภทที่ย้อนกลับทิศทางปัจจุบันที่ความถี่ที่คุณต้องการ มีวิธีการทำเช่นนี้ในทางกลไก แต่อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่พึ่งพาตัวต้านทาน ตัวเก็บประจุ ทรานซิสเตอร์ และอุปกรณ์วงจรอื่นๆ

อินเวอร์เตอร์ต้องการอีกสิ่งหนึ่ง: วิธีการเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสไฟสำหรับใช้กับอุปกรณ์ที่จะใช้พลังงาน กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันต้องการ หม้อแปลงไฟฟ้า. ตัวอย่างเช่น หากคุณกำลังเปิดตู้เย็น 120 V ของคุณด้วยแบตเตอรี่ 12 V อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแบบสเต็ปอัพที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้าขึ้น 10 เท่า เนื่องจากใช้งานได้เฉพาะกับกระแสไฟ AC เท่านั้น หม้อแปลงจะเข้าสู่วงจรหลังจากส่วนประกอบที่เปลี่ยนกระแสจาก DC เป็น AC

คนส่วนใหญ่เรียนรู้เกี่ยวกับกระแสไฟตรงในการนำไฟฟ้ามาใช้ และวิธีที่ดีที่สุดในการแสดงภาพก็คือการนึกถึงแบตเตอรี่ หากคุณต่อขั้วแบตเตอรี่ด้วยลวดนำไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะไหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวก เหมือนกับมดที่วิ่งตามกันขณะที่พวกมันหาอาหาร

หากคุณวางโหลด เช่น แสงในวงจร อิเล็กตรอนจะไหลผ่านโหลดและทำงานบนทางของพวกมันไปยังขั้วบวก ในกรณีของหลอดไฟ งานคือการให้ความร้อนกับไส้หลอดเพื่อให้เรืองแสงได้

แทนที่จะไหลไปในทิศทางเดียว กระแสไฟ AC จะกลับทิศทางหลายครั้งต่อวินาที และนั่นเป็นเพราะวิธีการสร้างขึ้น การใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ปรากฏการณ์ที่สนามแม่เหล็กเปลี่ยนแปลงทำให้เกิดไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าในลวดนำไฟฟ้า เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยโรเตอร์หมุนและขดลวดนำไฟฟ้า ลวด ในรุ่นเดียว โรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวร และเมื่อมันหมุน มันจะสร้างกระแสในคอยล์ที่เปลี่ยนทิศทางด้วยการหมุนทุกๆ ครึ่งของโรเตอร์

กระแสไฟ AC ไม่เคลื่อนที่ผ่านสายไฟในลักษณะเดียวกับกระแสไฟตรง วิธีคิดที่ดีที่สุดคือราวกับว่าอิเล็กตรอนในเส้นลวดกำลังสั่นอยู่กับที่ ในช่วงครึ่งแรกของโรเตอร์ อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว และในช่วงครึ่งหลังของการหมุน อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปทางอื่น

หากคุณวางแผนการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเดี่ยวกับเวลา มันจะสร้างรูปคลื่นที่เรียกว่าคลื่นไซน์ ความถี่ของคลื่นถูกควบคุมโดยความเร็วของการหมุนของโรเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้า

อุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้จะต้องสามารถปิดกระแสไฟที่ไหลไปในทิศทางเดียวและส่งไปทางอื่นได้ จากนั้นจึงย้อนกลับกระบวนการตามช่วงเวลาปกติ วิธีการทำเช่นนี้คือการวางล้อหมุนระหว่างขั้วคู่หนึ่งและจัดเรียงหน้าสัมผัสเพื่อให้ล้อสลับการเชื่อมต่อแบตเตอรี่ทุกครั้งที่หมุน กระแสจะไหลทางเดียวเมื่อล้ออยู่ที่จุดเริ่มต้นและในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อล้อหมุนไป 180 องศา

การตั้งค่าคร่าวๆ ดังกล่าวจะสร้างกระแสทั้งหมดหรือไม่มีเลยในแต่ละทิศทาง และถ้าคุณวาดกราฟการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงจร คุณจะได้สิ่งที่เรียกว่าคลื่นสี่เหลี่ยม นี่ไม่ใช่อินเวอร์เตอร์ที่ดีสำหรับบ้าน กระแสไฟอาจทำงานง่ายๆ ได้ เช่น ทำให้องค์ประกอบความร้อนเรืองแสงได้ แต่จะใช้งานไม่ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ยิ่งไปกว่านั้น คุณต้องมีวิธีที่ถูกต้องในการควบคุมการหมุนของล้อเพื่อให้ไฟ AC มีประโยชน์

แทนที่จะใช้ล้อหมุน อินเวอร์เตอร์เชิงพาณิชย์ใช้ประโยชน์จากส่วนประกอบวงจร เช่น ตัวเก็บประจุ ตัวต้านทาน และทรานซิสเตอร์ แผนผังทั่วไปของอินเวอร์เตอร์ DC เป็น AC แสดงวงจรคู่ขนานกับทรานซิสเตอร์ในอนุกรมที่มีตัวต้านทานและวงจรไขว้ที่มีตัวเก็บประจุและทรานซิสเตอร์กำลัง หรือ MOSFETs (ทรานซิสเตอร์สนามผลสนามของเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์). อีกประเภทหนึ่งใช้ a ออสซิลเลเตอร์สะพานเวียนซึ่งสร้างด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ

อินเวอร์เตอร์ทั้งสองที่อธิบายไว้ข้างต้นคือ อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์บริสุทธิ์ (PSW)และสัญญาณที่สร้างสามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด หากคุณกำลังมองหาอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าสำหรับบ้าน คุณต้องมีอินเวอร์เตอร์ PSW เพราะจะทำงานร่วมกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ในเตา เครื่องอบผ้า เครื่องซักผ้า และเครื่องใช้อื่นๆ ของคุณได้

ตัวแปลง DC เป็น AC อีกประเภทหนึ่งคือ a อินเวอร์เตอร์คลื่นไซน์ดัดแปลง (MSW). ใช้ส่วนประกอบที่ถูกกว่า เช่น ไดโอดและไทริสเตอร์ ซึ่งคล้ายกับทรานซิสเตอร์ สัญญาณจากอินเวอร์เตอร์ MSW เป็นเหมือนคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมนเล็กน้อย และในขณะที่สามารถจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้ แต่ก็ไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มันจะเป็นเครื่องแปลงไฟที่ดีที่สุดสำหรับรถยนต์ ทำให้มีแบตเตอรี่สำหรับเครื่องมือไฟฟ้าและอุปกรณ์ซ่อมรถ

แม้ว่าคุณจะแปลงสัญญาณจากแหล่งพลังงาน DC เช่น แบตเตอรี่หรือแผงโซลาร์เซลล์ เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ แรงดันไฟฟ้าก็จะไม่ใหญ่พอที่จะจ่ายไฟให้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาด 120 V โชคดีที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้ง่าย สิ่งที่คุณต้องมีคือ หม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งยังทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าอีกด้วย

การทำงานของหม้อแปลงไฟฟ้าทำได้ง่าย ขดลวดนำไฟฟ้าสองอันวางเคียงข้างกัน - หรืออันหนึ่งอยู่ข้างใน - และกระแสที่ไหลผ่านขดลวดหนึ่งเรียกว่าขดลวดปฐมภูมิ ทำให้เกิดกระแสในอีกอันหนึ่งซึ่งเป็นขดลวดทุติยภูมิ อัตราส่วนของกระแสในขดลวดทั้งสองเช่นเดียวกับแรงดันไฟฟ้าจะควบคุมโดยความแตกต่างของจำนวนรอบของขดลวด

หากขดลวดทุติยภูมิมีรอบมากกว่าอันแรก หม้อแปลงจะเพิ่มแรงดันไฟโดย จำนวนเท่ากับจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิหารด้วยจำนวนรอบในหลัก ม้วน.

คุณสามารถออกแบบอินเวอร์เตอร์เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่คุณต้องการได้ แต่ถ้าคุณต้องการตัวแปลง DC เป็น AC ที่จะเปลี่ยน 12 V. ของคุณ แบตเตอรี่รถยนต์เป็นแหล่งพลังงาน 120 V สำหรับบ้านของคุณ คุณต้องสร้างอัตราส่วนระหว่างแบตเตอรี่หลักและรอง 1 ต่อ 10. หม้อแปลงอินเวอร์เตอร์เชิงพาณิชย์มีหลายร้อยรอบ และสายไฟสร้างความต้านทานความร้อน ดังนั้นอินเวอร์เตอร์จึงต้องการครีบ - และอาจเป็นพัดลม - เพื่อให้เย็น นอกจากนี้ บางครั้งขดลวดยังพันรอบแกนแข็งเพื่อให้เกิดการเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น และทำให้อินเวอร์เตอร์มีน้ำหนักมาก