Припустимо, живлення відключається, і все, що у вас є під рукою, - це автомобільний акумулятор на 12 В. Чи можете ви використовувати його для харчування холодильника, щоб їжа не псувалася? На жаль, відповідь - ні, тому що ви пропустили щось важливе, і ми говоримо не лише про розетку для штекера. Вам потрібен пристрій, який перетворить енергію постійного струму від акумулятора на джерело змінного струму, який може працювати з компресором холодильника.
Цей перетворювач постійного струму в змінний струм називається інвертор. Досить просто перетворити змінний струм в постійний - все, що вам потрібно зробити, це подавати струм через діод, який пропускає струм лише в одному напрямку. Перетворення від постійного до змінного струму є більш складним, оскільки вам потрібен якийсь генератор, який змінює напрямок струму на потрібній вам частоті. Існує спосіб зробити це механічно, але більшість інверторів покладаються на резистори, конденсатори, транзистори та інші пристрої схеми.
Інвертору потрібно ще одне: спосіб зміни напруги джерела струму для використання пристроєм, який буде використовувати потужність. Іншими словами, це потребує
трансформатор. Наприклад, якщо ви живите свій холодильник на 120 В від акумулятора на 12 В, інвертору потрібен підвищувальний трансформатор, який збільшує напругу в 10 разів. Оскільки він працює лише зі змінним струмом, трансформатор потрапляє в ланцюг після компонентів, які змінюють струм від постійного до змінного.Що таке змінний та постійний струм?
Більшість людей дізнаються про струм постійного струму під час ознайомлення з електрикою, і найкращий спосіб його візуалізації - це думка про батарею. Якщо ви з'єднаєте клеми акумулятора з провідним дротом, електрони перетікають від мінусової клеми до позитивної, подібно до того, як мурахи слідують один за одним, коли вони живляться.
Якщо ви розміщуєте в ланцюзі навантаження, наприклад світло, електрони протікають через вантаж і працюють на своєму шляху до позитивного виводу. У разі лампочки робота полягає в нагріванні нитки розжарення так, щоб вона світилася.
Замість того, щоб протікати в одному напрямку, змінний струм змінює напрямок багато разів на секунду, і це пов’язано із способом його генерації. Використовуючи електромагнітну індукцію, явище, при якому змінне магнітне поле виробляє електричне струм у провідниковому проводі, генератор змінного струму виробляє електроенергію за допомогою обертового ротора та котушки провідності дріт. В одному варіанті, ротор є постійним магнітом, і, коли він обертається, він генерує струм в котушці, який змінює напрямок з кожним наполовину обертанням ротора.
Струм змінного струму не рухається по дроту так само, як і струм постійного струму. Найкращий спосіб думати про це так, ніби електрони в дроті вібрують на місці. Під час першого напівспіну ротора електрони рухаються в одному напрямку, а під час другого напівспіну - в інший бік.
Якщо побудувати графік руху окремого електрона в залежності від часу, він створить форму хвилі, відому як синусоїда. Частота хвилі регулюється швидкістю обертання ротора генератора.
Простий механічний перетворювач постійного струму в змінний
Пристрій, який може змінити постійний струм на змінний струм, повинен мати можливість вимикати струм, що йде в одному напрямку, і направляти його в інший бік, після чого регулярно змінювати процес. Для цього можна встановити обертове колесо між парою клем і розташувати контакти так, щоб колесо чергувало з'єднання акумулятора з кожним обертанням. Струм тече в одному напрямку, коли колесо знаходиться у вихідній точці, і в протилежному напрямку, коли колесо обертається на 180 градусів.
Така груба установка буде виробляти струм все або нічого в кожному напрямку, і якщо ви графікуєте рух електрона в ланцюзі, ви отримаєте те, що відоме як квадратна хвиля. Це не буде хорошим інвертором для дому. Струм може виконувати прості завдання, наприклад, нагрівати нагрівальний елемент, але він не працюватиме для чутливого електронного обладнання. Більше того, вам знадобиться точний спосіб контролю обертання колеса, щоб зробити отриману потужність змінного струму корисною.
Інвертори використовують компоненти ланцюга для зміни поточного напрямку
Замість обертових коліс комерційні інвертори використовують такі компоненти схеми, як конденсатори, резистори та транзистори. Типова схема інвертора постійного струму до змінного струму показує паралельні схеми з транзисторами послідовно з резисторами та поперечні схеми з конденсаторами та силовими транзисторами, або МОП-транзисторs (Напівпровідникові польові транзистори з оксидом металу). Інший тип використовує a Віденський мостовий генератор, який побудований з резисторами та конденсаторами.
Обидва описані вище інвертори є інвертор із чистою синусоїдою (PSW)s, а сигнал, який вони генерують, може бути використаний усіма електронними пристроями. Якщо ви шукаєте силовий інвертор для дому, вам потрібен інвертор PSW, оскільки він буде працювати з електронними компонентами вашої плити, сушарки, пральної машини та інших приладів.
Інший тип перетворювача постійного струму в змінний - це модифікований інвертор синусоїди (ТПВ). У ньому працюють дешевші компоненти, такі як діоди та тиристори, подібні до транзисторів. Сигнал від інвертора ТПВ схожий на квадратну хвилю з трохи закругленими кутами, і хоча він може живити великі електроприлади, він не підходить для електронного обладнання. Це був би найкращий силовий інвертор для автомобіля, зробивши акумулятор доступним для електроінструментів та обладнання для ремонту автомобілів.
Ще одна річ: трансформатор
Навіть якщо ви перетворюєте сигнал від джерела постійного струму, такого як акумулятор або сонячна панель, до змінного струму, напруга буде недостатньо великою для живлення приладу 120 В. На щастя, підвищити напругу змінного струму легко. Все, що вам потрібно - це трансформатор, який також працює за принципом електромагнітної індукції.
Робота трансформатора проста. Дві провідні котушки розміщені поруч - або одна всередині іншої - і струм, що проходить через одну котушку, яка називається первинною котушкою, індукує струм в іншій, яка є вторинною котушкою. Співвідношення струмів у двох котушках, а також їх напруги регулюється різницею в кількості витків в котушках.
Якщо вторинна котушка має більше витків, ніж перша, трансформатор збільшить напругу на сума, рівна кількості витків у вторинній котушці, поділена на кількість витків у первинній котушка.
Ви можете розробити інвертор для подачі будь-якої напруги, яку хочете, але якщо вам потрібен перетворювач постійного струму в змінний, який перетворить ваш 12 В автомобільний акумулятор на джерело живлення 120 В для вашого будинку, вам потрібно встановити співвідношення між основним та вторинним 1 до 10. Комерційні інверторні трансформатори мають сотні витків, а дроти генерують резистивне тепло, тому інвертору потрібні ребра - і, можливо, вентилятор - для охолодження. Більш того, котушки іноді намотуються навколо твердого сердечника, щоб забезпечити більш ефективну індукцію, а це може зробити інвертор дуже важким.