เนื้อหา
- กระแส AC และ DC คืออะไร
- เครื่องกลแปลง DC เป็น AC อย่างง่าย
- อินเวอร์เตอร์ใช้ส่วนประกอบวงจรเพื่อเปลี่ยนทิศทางปัจจุบัน
- อีกสิ่งหนึ่งที่: หม้อแปลง
สมมติว่าไฟฟ้าดับและสิ่งที่คุณมีอยู่ก็คือแบตเตอรี่รถยนต์ขนาด 12 V คุณสามารถใช้มันเพื่อเพิ่มพลังงานให้กับตู้เย็นของคุณเพื่อที่อาหารจะได้ไม่เลว? น่าเสียดายที่คำตอบคือไม่เพราะคุณพลาดสิ่งสำคัญและไม่เพียงแค่พูดถึงปลั๊กสำหรับปลั๊ก คุณต้องมีอุปกรณ์ที่จะแปลงพลังงาน DC จากแบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่สามารถใช้งานคอมเพรสเซอร์ของตู้เย็นได้
ตัวแปลง DC เป็น AC นี้เรียกว่า อินเวอร์เตอร์. มันค่อนข้างง่ายในการแปลงกระแส AC เป็น DC - ทั้งหมดที่คุณต้องทำคือป้อนกระแสผ่านไดโอดซึ่งผ่านกระแสในทิศทางเดียวเท่านั้น การแปลงจากกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับนั้นซับซ้อนกว่าเนื่องจากคุณต้องการออสซิลเลเตอร์บางชนิดที่กลับทิศทางปัจจุบันตามความถี่ที่คุณต้องการ มีวิธีในการทำสิ่งนี้โดยอัตโนมัติ แต่อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่พึ่งพาตัวต้านทานตัวเก็บประจุทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์วงจรอื่น ๆ
อินเวอร์เตอร์ต้องการอีกสิ่งหนึ่ง: วิธีเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อใช้งานโดยอุปกรณ์ที่จะใช้พลังงาน กล่าวอีกนัยหนึ่งมันต้องการ หม้อแปลงไฟฟ้า. ตัวอย่างเช่นหากคุณกำลังเปิดตู้เย็น 120 V ของคุณด้วยแบตเตอรี่ 12 V อินเวอร์เตอร์จำเป็นต้องมีหม้อแปลงแบบ step-up ที่เพิ่มแรงดันไฟฟ้า 10 เท่า เนื่องจากทำงานได้เฉพาะกับกระแส AC เท่านั้นหม้อแปลงจะเข้าสู่วงจรหลังจากส่วนประกอบที่เปลี่ยนกระแสจาก DC เป็น AC
กระแส AC และ DC คืออะไร
คนส่วนใหญ่เรียนรู้เกี่ยวกับกระแสไฟฟ้ากระแสตรงในการแนะนำกระแสไฟฟ้าและวิธีที่ดีที่สุดในการมองเห็นภาพคือคิดแบตเตอรี่ หากคุณเชื่อมต่อขั้วแบตเตอรี่ด้วยลวดตัวนำอิเล็กตรอนจะไหลจากขั้วลบไปยังขั้วบวกเหมือนกับขั้วบวก
หากคุณวางโหลดเช่นแสงในวงจรอิเล็กตรอนจะไหลผ่านโหลดและทำงานระหว่างทางไปยังขั้วบวก ในกรณีของหลอดไฟงานคือการให้ความร้อนใยเพื่อให้เรืองแสง
แทนที่จะไหลในทิศทางเดียวกระแส AC กลับทิศทางหลายครั้งต่อวินาทีและนั่นเป็นเพราะวิธีการที่สร้างขึ้น การใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นปรากฏการณ์ที่สนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงเกิดกระแสไฟฟ้าในสายตัวนำเครื่องกำเนิดไฟฟ้า AC ทำกระแสไฟฟ้าด้วยใบพัดหมุนและขดลวดตัวนำ ในรุ่นเดียวโรเตอร์เป็นแม่เหล็กถาวรและเมื่อมันหมุนจะสร้างกระแสในขดลวดที่เปลี่ยนทิศทางเมื่อหมุนครึ่งรอบของโรเตอร์
กระแส AC ไม่เคลื่อนที่ผ่านสายในลักษณะเดียวกับที่กระแส DC ทำ วิธีที่ดีที่สุดที่จะคิดว่ามันเหมือนกับว่าอิเล็กตรอนในสายสั่นอยู่ ในช่วงครึ่งหมุนแรกของโรเตอร์อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวและในช่วงครึ่งหลังของการหมุนพวกมันจะเคลื่อนไหวในทิศทางอื่น
ถ้าคุณพล็อตการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนเดี่ยวกับเวลามันจะสร้างรูปคลื่นที่เรียกว่าคลื่นไซน์ ความถี่ของคลื่นถูกควบคุมโดยความเร็วของการหมุนของโรเตอร์กำเนิด
เครื่องกลแปลง DC เป็น AC อย่างง่าย
อุปกรณ์ที่สามารถเปลี่ยนกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับจะต้องสามารถปิดกระแสไฟฟ้าที่ไหลไปในทิศทางเดียวและเป็นอีกทางหนึ่งจากนั้นย้อนกระบวนการในช่วงเวลาปกติ วิธีการทำเช่นนี้คือการวางล้อหมุนระหว่างขั้วคู่และจัดหน้าสัมผัสเพื่อให้ล้อสลับการเชื่อมต่อแบตเตอรี่กับการหมุนทุกครั้ง กระแสจะไหลในทิศทางเดียวเมื่อล้ออยู่ที่จุดเริ่มต้นและในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อล้อหมุน 180 องศา
การตั้งค่าแบบหยาบนั้นจะสร้างกระแสทั้งหมดหรือไม่มีอะไรในแต่ละทิศทางและถ้าคุณวาดกราฟการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงจรคุณจะได้สิ่งที่เรียกว่าคลื่นสี่เหลี่ยม นี่คงไม่ใช่อินเวอร์เตอร์พลังงานที่ดีสำหรับบ้าน ปัจจุบันอาจสามารถทำงานง่าย ๆ ได้เช่นทำให้องค์ประกอบความร้อนเรืองแสง แต่มันก็ไม่สามารถใช้ได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความละเอียดอ่อน ยิ่งไปกว่านั้นคุณต้องมีวิธีที่ถูกต้องในการควบคุมการหมุนของล้อเพื่อให้พลังงาน AC ที่เกิดขึ้นมีประโยชน์
อินเวอร์เตอร์ใช้ส่วนประกอบวงจรเพื่อเปลี่ยนทิศทางปัจจุบัน
แทนที่จะใช้ล้อหมุนอินเวอร์เตอร์เพื่อการพาณิชย์ใช้ส่วนประกอบของวงจรเช่นตัวเก็บประจุตัวต้านทานและทรานซิสเตอร์ วงจรอินเวอร์เตอร์ DC ถึง AC ทั่วไปแสดงวงจรแบบขนานพร้อมกับทรานซิสเตอร์ในซีรีย์ที่มีตัวต้านทานและวงจรไขว้กับตัวเก็บประจุและทรานซิสเตอร์พลังงานหรือ MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect ทรานซิสเตอร์) ประเภทอื่นมีพนักงาน Wien bridge oscillatorซึ่งสร้างด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุ
อินเวอร์เตอร์ทั้งสองที่อธิบายไว้ข้างต้นคือ อินเวอร์เตอร์ pure sine wave (PSW)s และสัญญาณที่สร้างขึ้นสามารถใช้งานได้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมด หากคุณกำลังมองหาอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าสำหรับบ้านคุณต้องใช้อินเวอร์เตอร์ PSW เพราะมันจะทำงานกับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในเตาอบเครื่องเป่าเครื่องซักผ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้าอื่น ๆ ของคุณ
ตัวแปลง DC เป็น AC ชนิดอื่นคือ อินเวอร์เตอร์ดัดแปลง sine wave (MSW). มันมีส่วนประกอบที่ราคาถูกกว่าเช่นไดโอดและไทริสเตอร์ซึ่งคล้ายกับทรานซิสเตอร์ สัญญาณจากอินเวอร์เตอร์ MSW เป็นเหมือนคลื่นสี่เหลี่ยมที่มีมุมโค้งมนเล็กน้อยและในขณะที่มันสามารถใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดใหญ่ได้มันไม่เหมาะสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ มันจะเป็นอินเวอร์เตอร์ไฟฟ้าที่ดีที่สุดสำหรับรถยนต์ทำให้แบตเตอรี่พร้อมใช้งานสำหรับเครื่องมือไฟฟ้าและอุปกรณ์ซ่อมรถยนต์
อีกสิ่งหนึ่งที่: หม้อแปลง
แม้ว่าคุณจะแปลงสัญญาณจากแหล่งจ่ายไฟ DC เช่นแบตเตอรี่หรือแผงโซลาร์เซลล์เป็น AC แรงดันไฟฟ้าจะไม่ใหญ่พอที่จะใช้กับเครื่องใช้ไฟฟ้า 120 V โชคดีที่มันสามารถเพิ่มแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับได้ง่าย สิ่งที่คุณต้องการคือ หม้อแปลงไฟฟ้าซึ่งยังทำงานบนหลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า
การทำงานของหม้อแปลงนั้นง่าย ขดลวดตัวนำสองเส้นจะถูกวางเคียงข้างกันหรืออีกด้านหนึ่งอยู่ภายในและกระแสไฟฟ้าผ่านขดลวดหนึ่งที่เรียกว่าขดลวดปฐมภูมิจะเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าในอีกขดลวดหนึ่งซึ่งเป็นขดลวดทุติยภูมิ อัตราส่วนของกระแสน้ำในขดลวดทั้งสองนี้รวมถึงแรงดันไฟฟ้าของพวกเขาถูกควบคุมโดยความแตกต่างของจำนวนรอบในขดลวด
หากขดลวดทุติยภูมิมีการหมุนมากกว่าครั้งแรกหม้อแปลงจะเพิ่มแรงดันไฟฟ้าด้วยจำนวนเท่ากับจำนวนรอบในขดลวดทุติยภูมิหารด้วยจำนวนรอบในขดลวดปฐมภูมิ
คุณสามารถออกแบบอินเวอร์เตอร์เพื่อจ่ายแรงดันไฟฟ้าใด ๆ ที่คุณต้องการ แต่ถ้าคุณต้องการตัวแปลงกระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับที่จะเปลี่ยนแบตเตอรี่รถยนต์ 12 V ของคุณให้เป็นแหล่งพลังงาน 120 V สำหรับบ้านของคุณคุณจำเป็นต้องสร้างอัตราส่วนระหว่างอุปกรณ์หลักและรอง 1 ถึง 10 หม้อแปลงอินเวอร์เตอร์เพื่อการค้ามีหลายร้อยรอบและสายไฟสร้างความต้านทานความร้อนดังนั้นอินเวอร์เตอร์จึงต้องการครีบ - และอาจเป็นพัดลม - เพื่อให้เย็น ยิ่งไปกว่านั้นขดลวดบางครั้งก็พันรอบแกนของแข็งเพื่อทำให้เกิดการเหนี่ยวนำที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นและนั่นทำให้อินเวอร์เตอร์หนักมาก