Sisältö
- Mitä vaihto- ja tasavirta ovat?
- Yksinkertainen mekaaninen tasavirta-muuntaja
- Taajuusmuuttajat käyttävät piirikomponentteja nykyisen suunnan muuttamiseen
- Vielä yksi asia: muuntaja
Oletetaan, että virta sammuu, ja sinulla on vain 12 V: n autoakku. Voitko käyttää sitä jääkaapin virtaamiseen, jotta ruoka ei mene pahaksi? Valitettavasti vastaus on kieltävä, koska puuttuu jotain tärkeätä, eivätkä puhuneet pelkästään pistokkeen pistorasiasta. Tarvitset laitteen, joka muuntaa tasavirtaakun akusta vaihtovirtaan, joka voi käyttää jääkaappikompressoria.
Tätä DC / AC-muunninta kutsutaan invertteri. Sen melko helppo muuntaa vaihtovirta DC: ksi - sinun tarvitsee vain syöttää virta diodin kautta, joka kulkee vain yhdessä suunnassa. Muuntaminen DC: stä vaihtovirtaan on monimutkaisempaa, koska tarvitset jonkinlaista oskillaattoria, joka kääntää nykyisen suunnan tarvittavalla taajuudella. Siellä on tapa tehdä tämä mekaanisesti, mutta useimmat invertterit luottavat vastuisiin, kondensaattoreihin, transistoreihin ja muihin piirilaitteisiin.
Taajuusmuuttaja tarvitsee vielä yhden asian: tapa muuttaa virtalähteen jännitettä virtaa käyttävän laitteen käyttöön. Toisin sanoen, se tarvitsee muuntaja. Jos esimerkiksi syötät 120 V jääkaapissa 12 V akkua, invertteri tarvitsee tehostetun muuntajan, joka lisää jännitettä 10 kertaa. Koska muuntaja toimii vain vaihtovirralla, muuntaja menee piiriin niiden komponenttien jälkeen, jotka muuttavat virtaa DC: stä vaihtovirtaan.
Mitä vaihto- ja tasavirta ovat?
Suurin osa ihmisistä oppii tasavirrasta johdattaessaan sähköä, ja paras tapa visualisoida se on ajatella akkua. Jos liität akun navat johtavaan johtoon, elektronit virtaavat negatiivisesta navasta positiiviseen, aivan kuten muurahaiset seuraavat toisiaan rehunsa myötä.
Jos sijoitat kuorman, kuten valon, piiriin, elektronit virtaavat kuorman läpi ja työskentelevät matkalla positiiviseen napaan. Lampun ollessa kyseessä hehkulangan lämmittäminen niin, että se hehkuu.
Yhden suunnan virtaamisen sijasta vaihtovirta kääntää suunnan useita kertoja sekunnissa, ja se johtuu siitä, miten se syntyy. Hyödyntämällä sähkömagneettista induktiota, ilmiö, jossa muuttuva magneettikenttä tuottaa sähkövirran johtavassa johdossa, vaihtovirtageneraattori tuottaa sähköä pyörivällä roottorilla ja johtavan johtimen kelalla. Yhdessä versiossa roottori on kestomagneetti, ja pyöritettäessä se tuottaa kelaan virran, joka muuttaa suuntaa roottorin jokaisen puolen spinin kanssa.
Vaihtovirta ei liiku johtimen läpi samalla tavalla kuin tasavirta. Paras tapa ajatella sitä on kuin johtimen elektronit värisevät paikoillaan. Roottorin ensimmäisen puolipurtauksen aikana elektronit liikkuvat yhteen suuntaan, ja toisen puolen spinin aikana ne liikkuvat toisinpäin.
Jos piirrät yhden elektronin liikkeen ajan suhteen, se tuottaa siniaaltoksi kutsutun aaltomuodon. Aallon taajuutta säätelee generaattorin roottorin pyörimisnopeus.
Yksinkertainen mekaaninen tasavirta-muuntaja
Laitteen, joka voi muuttaa DC: n vaihtovirtaan, on kyettävä sammuttamaan toiseen suuntaan kulkeva virta toiseen suuntaan ja kääntämään prosessi säännöllisin väliajoin. Tapa tehdä tämä olisi sijoittaa pyörivä pyörä napaparin väliin ja järjestää kontaktit siten, että pyörä vaihtoi akkuliitäntöjä jokaisen spinin kanssa. Virta virtaa yhteen suuntaan pyörän ollessa lähtöpisteessään ja vastakkaiseen suuntaan, kun pyörä oli kiertynyt 180 astetta.
Tällainen raa'an kokoonpanon tuottaisi kaikki tai ei mitään virtaa kumpaankin suuntaan, ja jos tarttuisit elektronin liikkeeseen piirissä, saisit mitä nelikulma-aallona kutsutaan. Tämä ei olisi hyvä kodin vaihtosuuntaaja. Virta saattaa kyetä suorittamaan yksinkertaisia tehtäviä, kuten saada lämmityselementti hehkuvaksi, mutta se ei toimisi herkille elektronisille laitteille. Lisäksi tarvitset tarkan tavan pyörän pyörimisen ohjaamiseksi, jotta tuloksena olevasta vaihtovirrasta saadaan hyötyä.
Taajuusmuuttajat käyttävät piirikomponentteja nykyisen suunnan muuttamiseen
Pyörivien pyörien sijaan kaupalliset invertterit käyttävät piirikomponentteja, kuten kondensaattoreita, vastuksia ja transistoreita. Yhteinen tasavirta-vaihtovirta-taajuusmuuttaja kaaviomaisesti esittää rinnakkaispiirejä transistorien kanssa sarjassa vastuksien kanssa ja ristikkäitä piirejä kondensaattoreiden ja tehotransistorien kanssa MOSFETs (metallioksidipuolijohdekenttätransistorit). Toinen tyyppi työllistää a Wien-sillan oskillaattori, joka on muodostettu vastuksilla ja kondensaattoreilla.
Molemmat yllä kuvatut invertterit ovat puhdas siniaalto (PSW) invertteris, ja niiden tuottamaa signaalia voivat käyttää kaikki elektroniset laitteet. Jos etsit kodin sähkömuuttajaa, tarvitset PSW-taajuusmuuttajan, koska se toimii kiukaan, kuivaimen, pesukoneen ja muiden laitteiden elektronisten komponenttien kanssa.
Toinen DC / AC-muunnin tyyppi on modifioitu siniaalto (MSW) invertteri. Siinä käytetään halvempia komponentteja, kuten diodeja ja tiristoreita, jotka ovat samanlaisia kuin transistorit. MSW-taajuusmuuttajan signaali on kuin neliöaalto, jonka kulmat ovat hieman pyöristetyt, ja vaikka se voi käyttää suuria laitteita, se ei sovellu elektronisiin laitteisiin. Se olisi paras moottorin invertteri, mikä antaa akun saatavana sähkötyökaluille ja autonkorjauslaitteille.
Vielä yksi asia: muuntaja
Vaikka muunnat tasavirtalähteen, kuten akun tai aurinkopaneelin, signaalin vaihtovirtaan, jännite ei ole tarpeeksi suuri 120 V: n laitteen virran syöttämiseen. Onneksi se on helppo kasvattaa vaihtojännitettä. Tarvitset vain muuntaja, joka toimii myös sähkömagneettisen induktion periaatteella.
Muuntajan käyttö on yksinkertaista. Kaksi johtavaa kelaa on sijoitettu vierekkäin - tai yksi toisensa sisälle - ja yhden kelan läpi kulkeva virta, jota kutsutaan primaarikelaksi, indusoi virran toisessa, joka on toissijainen kela. Kahden käämin virtojen ja niiden jännitteiden suhdetta säätelee käämien kierrosten lukumäärän ero.
Jos toisiokelalla on enemmän kierroksia kuin ensimmäisessä, muuntaja lisää jännitettä määrällä, joka on yhtä suuri kuin toisiokelan kierrosten lukumäärä jaettuna ensiökäämin kierrosten lukumäärällä.
Voit suunnitella taajuusmuuttajan toimittamaan mitä tahansa haluamaasi jännitettä, mutta jos haluat tasavirta-vaihtovirta-muuntimen, joka muuttaa 12 V: n autoakustasi kodin 120 V: n virtalähteeksi, sinun on määritettävä suhde ensisijaisen ja toissijaisen välillä. 1-10. Kaupallisissa invertterimuuntajissa on satoja kierroksia ja johdot tuottavat resistiivistä lämpöä, joten invertteri tarvitsee evät - ja mahdollisesti tuulettimen - pitämään viileänä. Lisäksi kelat kierretään joskus kiinteän ytimen ympärille tehokkaamman induktion aikaansaamiseksi, ja mikä voi muuttaa invertterin erittäin raskaaksi.