Innhold
- Hva er vekselstrøm og likestrøm?
- En enkel mekanisk DC til AC-omformer
- Omformere bruker kretskomponenter for å endre gjeldende retning
- En ting til: Transformatoren
Anta at strømmen går, og alt du har for hånden er et 12 V bilbatteri. Kan du bruke den til å drive kjøleskapet slik at maten ikke går dårlig? Dessverre er svaret nei, fordi du mangler noe viktig, og ikke bare snakket om en stikkontakt for pluggen. Du trenger en enhet som vil konvertere likestrømmen fra batteriet til vekselstrøm som kan betjene kjøleskapskompressoren.
Denne likestrøms-omformeren kalles en inverter. Det er ganske enkelt å konvertere vekselstrøm til likestrøm - alt du trenger å gjøre er å mate strømmen gjennom en diode, som bare fører strøm i en retning. Det er mer komplisert å konvertere fra DC til AC, fordi du trenger en slags oscillator som reverserer gjeldende retning med frekvensen du trenger. Det er en måte å gjøre dette mekanisk på, men de fleste invertere er avhengige av motstander, kondensatorer, transistorer og andre kretsenheter.
En omformer trenger en ting til: en måte å endre spenningen til strømkilden for bruk av enheten som bruker strømmen. Med andre ord trenger den a transformator. Hvis du for eksempel driver 120 V-kjøleskapet ditt med et 12 V-batteri, trenger omformeren en trappetransformator som øker spenningen med 10 ganger. Siden den bare fungerer med vekselstrøm, går transformatoren i kretsen etter komponentene som endrer strømmen fra likestrøm til vekselstrøm.
Hva er vekselstrøm og likestrøm?
De fleste lærer om likestrøm i introduksjonen til strøm, og den beste måten å visualisere det er å tenke på et batteri. Hvis du kobler batteripolene med ledningstrøm, strømmer elektroner fra den negative terminalen til den positive, omtrent som maur som følger hverandre mens de fôrer.
Hvis du plasserer en belastning som et lys i kretsen, strømmer elektronene gjennom belastningen og jobber på vei til den positive terminalen. Når det gjelder en lyspære, er arbeidet å varme glødetråden slik at den gløder.
I stedet for å flyte i en enkelt retning, vender vekselstrøm retning mange ganger i sekundet, og det er på grunn av måten den genereres på. Å benytte seg av elektromagnetisk induksjon, et fenomen der et skiftende magnetfelt produserer en elektrisk strøm i en ledende ledning, en vekselstrømgenerator lager elektrisitet med en roterende rotor og en spole av ledende ledning. I en versjon er rotoren en permanent magnet, og når den snurrer, genererer den en strøm i spolen som endrer retning med hver halve rotasjon av rotoren.
Vekselstrøm beveger seg ikke gjennom ledningen på samme måte som likestrøm gjør. Den beste måten å tenke på det er som om elektronene i ledningen vibrerer på plass. I løpet av den første halvspinnet av rotoren beveger elektroner seg i den ene retningen, og i løpet av den andre halvspinnet beveger de seg den andre veien.
Hvis du plottar bevegelsen til et enkelt elektron kontra tid, vil det generere en bølgeform kjent som sinusbølgen. Frekvensen til bølgen styres av rotasjonshastigheten til generatorrotoren.
En enkel mekanisk DC til AC-omformer
En enhet som kan endre likestrøm til vekselstrøm, må kunne slå av strømmen som går i en retning og den på den andre veien, og deretter reversere prosessen med jevne mellomrom. En måte å gjøre dette på ville være å plassere et roterende hjul mellom et par terminaler og ordne kontaktene slik at hjulet vekslet batteritilkoblingene med hver spinn. Strømmen ville flyte en retning når hjulet var på startpunktet og i motsatt retning når hjulet hadde rotert 180 grader.
Et slikt råoppsett ville gi en alt-eller-ingenting-strøm i hver retning, og hvis du tegnet bevegelsen til et elektron i kretsen, ville du få det som er kjent som en firkantbølge. Dette ville ikke være en god kraftomformer for hjemmet. Strømmen kan være i stand til å utføre enkle oppgaver, for eksempel å gjøre et varmeelement glød, men det ville ikke fungere for sensitivt elektronisk utstyr. Dessuten trenger du en nøyaktig måte å kontrollere rotasjonen av hjulet for å gjøre den resulterende vekselstrømmen nyttig.
Omformere bruker kretskomponenter for å endre gjeldende retning
I stedet for å spinne hjul, bruker kommersielle vekselrettere kretskomponenter som kondensatorer, motstander og transistorer. Et vanlig skjema for likestrøm-vekselretteromformere viser parallelle kretsløp med transistorer i serie med motstander og tverrkretser med kondensatorer og krafttransistorer, eller MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). En annen type sysselsetter a Wien bridge oscillator, som er konstruert med motstander og kondensatorer.
Begge invertere beskrevet ovenfor ren sinusbølge (PSW) inverters, og signalet de genererer kan brukes av alle elektroniske enheter. Hvis du leter etter en kraftomformer til hjemmet, trenger du en PSW-omformer, fordi den vil fungere med de elektroniske komponentene i komfyren, tørketrommelen, vaskemaskinen og andre apparater.
Den andre typen DC til AC-omformer er en modifisert sinusbølge (MSW) inverter. Den benytter billigere komponenter, for eksempel dioder og tyristorer, som ligner transistorer. Signalet fra en MSW-omformer er som en firkantet bølge med hjørnene litt avrundet, og selv om den kan drive store apparater, er den ikke egnet for elektronisk utstyr. Det ville være den beste kraftomformeren for en bil, noe som gjør batteriet tilgjengelig for elektroverktøy og bilreparasjonsutstyr.
En ting til: Transformatoren
Selv om du konverterer signalet fra en likestrømskilde, for eksempel et batteri eller solcellepanel, til vekselstrøm, vil spenningen ikke være stor nok til å drive et 120 V-apparat. Heldigvis er det enkelt å øke vekselstrømspenningen. Alt du trenger er en transformator, som også fungerer etter prinsippet om elektromagnetisk induksjon.
Operasjonen av en transformator er enkel. To ledende spoler plasseres side om side - eller den ene i den andre - og strømmen som går gjennom den ene spolen, kalt den primære spolen, induserer en strøm i den andre, som er den sekundære spolen. Forholdet mellom strømningene i de to spolene, så vel som deres spenninger, styres av forskjellen i antall svinger i spolene.
Hvis den sekundære spolen har flere svinger enn den første, vil transformatoren øke spenningen med et beløp som tilsvarer antall svinger i den sekundære spolen dividert med antall svinger i primærspolen.
Du kan designe en omformer for å levere den spenningen du ønsker, men hvis du vil ha en likestrøm til vekselstrømomformer som vil gjøre ditt 12 V bilbatteri til en 120 V strømkilde for hjemmet ditt, må du gjøre forholdet mellom primær og sekundær 1 til 10. Kommersielle vekselrettertransformatorer har hundrevis av svinger, og ledningene genererer resistiv varme, så omformeren trenger svømmeføtter - og muligens en vifte - for å holde kjølig. Dessuten blir spolene noen ganger viklet rundt en solid kjerne for å gjøre det mulig for mer effektiv induksjon, og det kan gjøre omformeren veldig tung.