Tartalom
- Mi az AC és DC áram?
- Egy egyszerű mechanikus DC-AC átalakító
- A frekvenciaváltók az áramkör alkatrészeit használják az aktuális irány megváltoztatására
- Még egy dolog: a transzformátor
Tegyük fel, hogy az áramellátás kikapcsol, és csak a kezedben van egy 12 V-os akkumulátor. Használhatja-e a hűtőszekrény táplálására, hogy az élelmiszer ne menjen rosszul? Sajnos a válasz nem, mert hiányzik valami fontos, és nem csak a csatlakozódugóról beszéltek. Szüksége van egy eszközre, amely átalakítja az egyenáramot az akkumulátorról váltakozó áramra, amely képes működtetni a hűtőszekrények kompresszort.
Ezt a DC-AC átalakítót egy DC-nek hívják inverter. Meglehetősen könnyű váltani az egyenáramot egyenárammá - csak annyit kell tennie, hogy az áramot egy diódán keresztül táplálja, amely csak egy irányban halad át. A DC-ről AC-re történő konvertálás bonyolultabb, mert szüksége van valamilyen oszcillátorra, amely megfordítja az aktuális irányt a kívánt frekvencián. Erre mód van mechanikusan, de a legtöbb inverter ellenállásokra, kondenzátorokra, tranzisztorokra és más áramköri eszközökre támaszkodik.
Az inverternek még egy dologra van szüksége: egy módja az áramforrás feszültségének megváltoztatására, amelyet az energiát használó készülék használ. Más szavakkal: transzformátor. Például, ha 12 V-os akkumulátorral táplálja a 120 V-os hűtőszekrényt, akkor az inverternek fokozatos transzformátorra van szüksége, amely tízszeresére növeli a feszültséget. Mivel csak váltakozó árammal működik, a transzformátor megy az áramkörbe az alkatrészek után, amelyek megváltoztatják az áramot DC-ről AC-re.
Mi az AC és DC áram?
A legtöbb ember megtanulja az egyenáramot a villamosenergia-bevezetés során, és a megjelenítés legjobb módja egy elem elemzése. Ha az akkumulátor kivezetéseit vezető huzallal köti össze, akkor az elektronok a negatív kivezetésről a pozitívra áramlanak, hasonlóan a hangyák követéséhez, amikor táplálkoznak.
Ha terhelést, például fényt helyez az áramkörbe, az elektronok átfolynak a terhelésen, és a pozitív terminál felé vezető úton dolgoznak. Izzó esetében az a feladat, hogy az izzószálat úgy hevítsék, hogy az izzjon.
Ahelyett, hogy egyetlen irányba áramolna, a váltóáram másodpercenként sokszor megfordítja az irányt, és ennek az a tény, hogy az előállt. Az elektromágneses indukció felhasználásával - egy olyan jelenség, amikor a változó mágneses mező elektromos áramot termel egy vezető huzalban - egy váltakozó áramú áramfejlesztő forog rotorral és egy vezető huzal tekercsével áramot termel. Az egyik változatban a forgórész állandó mágnes, és forogva áramot generál a tekercsben, amely irányt vált a forgórész minden fél centrifugálásával.
A váltakozó áram nem mozog a vezetéken, ugyanúgy, mint az egyenáram. A legjobb módszer erre úgy gondolni, mintha a huzalban lévő elektronok a helyükön rezegnének. A forgórész első fél centrifugálása során az elektronok egy irányba mozognak, a második fél centrifugálás közben pedig a másik irányba mozognak.
Ha ábrázolja az egyetlen elektron mozgását az idő függvényében, akkor ez szinuszos hullámnak nevezett hullámformát generál. A hullám frekvenciáját a generátor forgórészének fordulatszáma szabályozza.
Egy egyszerű mechanikus DC-AC átalakító
Azoknak a készülékeknek, amelyek megváltoztathatják az egyenáramot váltakozó áramra, képesnek kell lennie az egyik irányba és a másik irányba történő áram kikapcsolására, majd rendszeres időközönként megfordítani a folyamatot. Ennek egyik módja az, ha forgó kereket helyez el egy pár kapocs között, és az érintkezőket úgy rendezi el, hogy a kerék az összes akkumulátorral az akkumulátor csatlakozásait váltakoztassa. Az áram egy irányba áramolna, amikor a kerék a kiindulási pontján volt, és az ellenkező irányba, amikor a kerék 180 fokkal elfordult.
Egy ilyen nyers beállítás minden irányban mindent vagy semmit jelentene, és ha megfogja egy elektron mozgását az áramkörben, akkor négyzethullámnak nevezzük. Ez nem lenne jó hatalmi inverter a ház számára. Lehet, hogy az áram egyszerű feladatokat képes végrehajtani, például egy fűtőelem ragyogását, de ez nem működne érzékeny elektronikus berendezéseknél. Ezenkívül pontos módra van szüksége a kerék forgásának vezérléséhez, hogy az ebből származó váltakozó áram felhasználható legyen.
A frekvenciaváltók az áramkör alkatrészeit használják az aktuális irány megváltoztatására
A forgó kerekek helyett a kereskedelmi frekvenciaváltók olyan áramköri alkatrészeket használnak, mint a kondenzátorok, ellenállások és tranzisztorok. A közös DC-AC frekvenciaváltó vázlatosan ábrázolja a párhuzamos áramköröket tranzisztorokkal soros ellenállásokkal és keresztáramot kondenzátorokkal és teljesítménytranzisztorokkal, vagy MOSFETs (fém-oxid félvezető terepi hatású tranzisztorok). Egy másik típus foglalkoztat a Wien híd oszcillátor, amely ellenállásokkal és kondenzátorokkal készül.
A fent leírt mindkét inverter tiszta szinusz hullám (PSW) inverters, és az általuk generált jelet minden elektronikus eszköz felhasználhatja. Ha otthoni teljesítmény-invertert keres, akkor PSW-inverterre van szüksége, mivel az a kályha, szárító, mosógép és más készülékek elektronikus alkatrészeivel fog működni.
A DC-AC konverter másik típusa a módosított szinusz hullám (MSW) inverter. Olyan olcsóbb alkatrészeket alkalmaz, mint például a diódák és tirisztorok, amelyek hasonlóak a tranzisztorokhoz. Az MSW frekvenciaváltó jele olyan, mint egy négyszöghullám, sarkai kissé lekerekítettek, és bár nagy készülékek táplálására képes, nem alkalmas elektronikus berendezésekre. Ez lenne a legjobb energiaátalakító egy autó számára, lehetővé téve az akkumulátort a szerszámok és az autójavító berendezések számára.
Még egy dolog: a transzformátor
Még akkor is, ha egyenáramú áramforrásból, például akkumulátorból vagy napelemből származó jelet váltakozó áramúvá alakítja, a feszültség nem lesz elég nagy a 120 V-os készülék táplálásához. Szerencsére könnyű fokozni az AC feszültséget. Minden amire szükséged van transzformátor, amely az elektromágneses indukció elvén is működik.
A transzformátor kezelése egyszerű. Két vezető tekercs egymás mellett helyezkedik el - vagy az egyik a másikban -, és az egyik tekercsen áthaladó áram, amelyet elsődleges tekercsnek hívnak, áramot indukál a másikban, azaz a másodlagos tekercs. A két tekercsben lévő áramok arányát, valamint feszültségüket a tekercsek fordulási számának különbsége szabályozza.
Ha a szekunder tekercsnek több fordulata van, mint az elsőnél, akkor a transzformátor a feszültséget úgy növeli, hogy az megegyezzen a másodlagos tekercsben levő fordulatok számával és az elsődleges tekercsben levő fordulatok számával.
Tervezhet meg egy invertert, amely bármilyen feszültséget biztosít, de ha olyan DC-AC átalakítót szeretne, amely a 12 V-os autóakkumulátorát 120 V-os áramforrássá változtatja otthona számára, meg kell határoznia az elsődleges és a másodlagos arányt. 1-10. A kereskedelmi frekvenciaváltó transzformátorainak több száz fordulata van, és a huzalok ellenálló hőt generálnak, tehát a frekvenciaváltónak uszonyokra - és esetleg ventilátorra - szüksége van a hűtés érdekében. Ezen túlmenően a tekercseket néha egy szilárd mag körül tekercselik a hatékonyabb indukció érdekében, és ez az invertert nagyon megnehezítheti.