Indhold
- Hvad er vekselstrøm og jævnstrøm?
- En simpel mekanisk DC til AC konverter
- Invertere bruger kredsløbskomponenter til at ændre den aktuelle retning
- Endnu et ting: Transformeren
Antag, at strømmen slukker, og alt hvad du har på hånden er et 12 V bilbatteri. Kan du bruge det til at drive dit køleskab, så maden ikke går dårligt? Desværre er svaret nej, fordi du mangler noget vigtigt og ikke bare talte om en stik til stikket. Du har brug for en enhed, der konverterer jævnstrømmen fra batteriet til vekselstrøm, der kan betjene køleskabskompressoren.
Denne DC til AC-konverter kaldes en inverter. Det er forholdsvis let at konvertere vekselstrøm til DC - alt hvad du skal gøre er at føre strømmen gennem en diode, der kun fører strøm i en retning. Konvertering fra DC til AC er mere kompliceret, fordi du har brug for en slags oscillator, der vender den aktuelle retning ved den frekvens, du har brug for. Der er en måde at gøre dette mekanisk på, men de fleste invertere er afhængige af modstande, kondensatorer, transistorer og andre kredsløbsenheder.
En omformer har brug for endnu en ting: en måde at ændre spændingen i den aktuelle kilde til brug af den enhed, der bruger strømmen. Med andre ord har det brug for en transformer. Hvis du f.eks. Tænder dit 120 V-køleskab med et 12 V-batteri, har omformeren brug for en step-up-transformer, der øger spændingen med 10 gange. Da det kun fungerer med vekselstrøm, går transformatoren i kredsløbet efter de komponenter, der ændrer strømmen fra jævnstrøm til vekselstrøm.
Hvad er vekselstrøm og jævnstrøm?
De fleste mennesker lærer om jævnstrøm i deres introduktion til elektricitet, og den bedste måde at visualisere det er at tænke på et batteri. Hvis du forbinder batteripolerne med ledende ledning, strømmer elektroner fra den negative klemme til den positive, ligesom myrer, der følger hinanden, mens de foder.
Hvis du placerer en belastning som et lys i kredsløbet, strømmer elektronerne gennem belastningen og arbejder på vej til den positive terminal. I tilfælde af en pære er arbejdet at opvarme glødetråden, så den lyser.
I stedet for at flyde i en enkelt retning vender vekselstrøm retning mange gange i sekundet, og det er det på grund af den måde, den genereres. Ved hjælp af elektromagnetisk induktion, et fænomen, hvorved et skiftende magnetfelt producerer en elektrisk strøm i en ledende ledning, en vekselstrømsgenerator fremstiller elektricitet med en roterende rotor og en spole af ledende ledning. I en version er rotoren en permanent magnet, og når den drejer, genererer den en strøm i spolen, der skifter retning med hver halve rotation af rotoren.
Vekselstrøm bevæger sig ikke gennem ledningen på samme måde som jævnstrøm gør. Den bedste måde at tænke på det er som om elektronerne i ledningen vibrerer på plads. I løbet af den første halvdrejning af rotoren bevæger elektroner sig i den ene retning, og i løbet af den anden halvdrejning drejer de sig den anden vej.
Hvis du plotter bevægelsen af en enkelt elektron kontra tid, genererer den en bølgeform kendt som en sinusbølge. Bølgens frekvens styres af rotorens rotationshastighed.
En simpel mekanisk DC til AC konverter
En enhed, der kan ændre jævnstrøm til vekselstrøm, skal være i stand til at slukke for strømmen, der går i den ene retning, og den på den anden måde, og derefter vende processen med regelmæssige intervaller. En måde at gøre dette på ville være at placere et roterende hjul mellem et par klemmer og arrangere kontakterne, så hjulet skiftede batteriforbindelser med hver rotation. Strømmen ville flyde en retning, når hjulet var ved dens startpunkt og i den modsatte retning, når hjulet havde roteret 180 grader.
En sådan rå opsætning ville frembringe en alt-eller-intet strøm i hver retning, og hvis du tegner en elektrons bevægelse i kredsløbet, ville du få det, der er kendt som en firkantbølge. Dette ville ikke være en god strøminverter til hjemmet. Strømmen kan muligvis udføre enkle opgaver, såsom at gøre et varmeelement glød, men det ville ikke fungere for følsomt elektronisk udstyr. Desuden har du brug for en nøjagtig måde at kontrollere drejningen af hjulet for at gøre den resulterende vekselstrøm brugt.
Invertere bruger kredsløbskomponenter til at ændre den aktuelle retning
I stedet for spindehjul bruger kommercielle invertere kredsløbskomponenter såsom kondensatorer, modstande og transistorer. Et almindeligt skematisk DC til AC inverter viser parallelle kredsløb med transistorer i serie med modstande og tværgående kredsløb med kondensatorer og effekttransistorer, eller MOSFETs (Metaloxid Semiconductor Field Effect Transistors). En anden type beskæftiger en Wien brooscillator, som er konstrueret med modstande og kondensatorer.
Begge de invertere, der er beskrevet ovenfor, er ren sinusbølge (PSW) inverters, og signalet, de genererer, kan bruges af alle elektroniske enheder. Hvis du leder efter en strøminverter til hjemmet, har du brug for en PSW-inverter, fordi den fungerer med de elektroniske komponenter i din komfur, tørretumbler, vaskemaskine og andre apparater.
Den anden type DC til AC-konverter er en ændret sinusbølge (MSW) inverter. Det beskæftiger billigere komponenter, såsom dioder og tyristorer, der ligner transistorer. Signalet fra en MSW-inverter er som en firkantet bølge med hjørnerne let afrundede, og selvom det kan drive store apparater, er det ikke egnet til elektronisk udstyr. Det ville være den bedste power-omformer til en bil, hvilket gør batteriet tilgængeligt til el-værktøj og bilreparationsudstyr.
Endnu et ting: Transformeren
Selv hvis du konverterer signalet fra en jævnstrømskilde, f.eks. Et batteri eller et solcellepanel, til vekselstrøm, er spændingen ikke stor nok til at give et 120 V-apparat. Heldigvis er det let at øge vekselstrømspændingen. Alt hvad du behøver er en transformer, der også fungerer efter princippet om elektromagnetisk induktion.
Betjeningen af en transformer er enkel. To ledende spoler placeres side om side - eller den ene inde i den anden - og strømmen, der passerer gennem den ene spole, kaldet den primære spole, inducerer en strøm i den anden, som er den sekundære spole. Forholdet mellem strømningerne i de to spoler såvel som deres spændinger styres af forskellen i antallet af drejninger i spolerne.
Hvis den sekundære spole har flere omdrejninger end den første, vil transformatoren øge spændingen med et beløb svarende til antallet af omdrejninger i den sekundære spole divideret med antallet af omdrejninger i den primære spole.
Du kan designe en inverter til at levere den spænding, du ønsker, men hvis du vil have en DC til AC-konverter, der vil gøre dit 12 V bilbatteri til en 120 V strømkilde til dit hjem, skal du foretage forholdet mellem det primære og det sekundære 1 til 10. Kommercielle invertertransformatorer har hundreder af omdrejninger, og ledningerne genererer modstandsvarme, så inverteren har brug for finner - og muligvis en ventilator - for at holde køle. Desuden vikles spolerne undertiden rundt om en solid kerne for at gøre det mere effektivt at inducere, og det kan gøre inverteren meget tung.