Jak działają falowniki prądu stałego/przemiennego

Każdy korzysta z jakiegoś elektronicznego gadżetu w kamperze, SUV-ie lub samochodzie. Możesz posłuchać odtwarzacza MP3, sprawdzić wskazówki w globalnym systemie pozycjonowania (GPS) lub zagrać w przenośną grę wideo. Tego typu urządzenia elektroniczne można ładować lub zasilać, podłączając je do zapalniczki (lub gniazda zasilania) w pojeździe.

Ale co, jeśli chcesz użyć czegoś bardziej wyszukanego, gdy jesteś na otwartej drodze? Może chcesz zrobić tosty, obejrzeć telewizor LCD, a może nawet napisać artykuł na swoim laptopie. Urządzenia te podłącza się do zwykłych gniazdek ściennych, a nie do zapalniczek. Upewnienie się, że Twój sprzęt elektroniczny otrzyma odpowiednią moc podczas podróży, nie jest prostą sprawą znalezienia odpowiedniego adaptera. Potrzebujesz falownika.

Falowniki przetwarzają prąd stały (DC), energię pochodzącą z akumulatora samochodowego, na prąd zmienny (AC), rodzaj energii dostarczanej do domu i moc potrzebną do działania większej elektroniki. Jaki rodzaj falownika jest odpowiedni do pracy? Jak go zainstalować? A jak dokładnie falownik zmienia prąd z jednej postaci na drugą? W tym artykule omówimy wszystkie zalety i wady falowników prądu stałego na prąd przemienny.

1. Dlaczego muszę konwertować z DC na AC?
2. Wykonywanie prądu stałego przemiennego
3. Waty, szczyty i przepięcia
4. Instalacja falownika

Większość samochodów i samochodów kempingowych czerpie energię z 12-woltowego akumulatora. W niektórych przypadkach może być używany wytrzymały akumulator 24 V. Ważne jest, aby znać napięcie pojazdu, ponieważ napięcie znamionowe wybranego falownika powinno odpowiadać napięciu akumulatora. W obu przypadkach bateria dostarcza prąd stały. Oznacza to, że prąd płynie w sposób ciągły od ujemnego bieguna akumulatora, przez zamknięty obwód i z powrotem do dodatniego bieguna akumulatora. Przepływ odbywa się tylko w jednym kierunku, stąd nazwa prąd stały. Zdolność do zapewnienia zasilania prądem stałym jest nieodłączną cechą akumulatorów.

Prąd stały jest bardzo przydatny, ale baterie generalnie mogą dostarczać tylko prąd stały o stosunkowo niskim napięciu. Wiele urządzeń do prawidłowego działania wymaga większej mocy niż może zapewnić prąd stały. Są zaprojektowane do pracy na zasilaniu prądem zmiennym 120 V dostarczanym do domów w USA Prąd przemienny lub AC, stale zmienia polaryzację, przesyłając prąd w jedną stronę przez obwód, a następnie odwracając i wysyłając w drugą stronę. Robi to bardzo szybko — 60 razy na sekundę w większości amerykańskich systemów elektrycznych. Zasilanie prądem przemiennym działa dobrze przy wysokich napięciach i może być „podwyższone” przez transformator łatwiej niż prąd stały.

Falownik zwiększa napięcie prądu stałego, a następnie zmienia je na prąd przemienny przed wysłaniem go do zasilania urządzenia. Urządzenia te zostały początkowo zaprojektowane do działania odwrotnego - do konwersji prądu przemiennego na prąd stały. Ponieważ te konwertery można było zasadniczo uruchomić w odwrotnej kolejności, aby osiągnąć odwrotny efekt, nazwano je falownikami.

Dalej, jak odwracają się falowniki?

Z DC na AC i z powrotem

Jak na ironię, jeśli używasz falownika prądu przemiennego do zasilania komputera lub telewizora, zasilacz w urządzeniu przekształca 120-woltowy prąd przemienny w prąd stały o znacznie niższym napięciu. Czułe obwody elektroniczne w tych urządzeniach potrzebują do pracy niskich, regulowanych napięć, więc w rzeczywistości konwertujesz prąd stały na prąd zmienny, aby można go było ponownie zmienić na prąd stały. Nie można używać prostego prądu stałego bez falownika AC na DC, ponieważ zasilacz urządzenia potrzebuje zasilania AC, aby prawidłowo obniżyć i regulować napięcie.

Najwcześniejsze falowniki prądu przemiennego były urządzeniami elektromechanicznymi. Prąd stały płynąłby po jednym końcu obwodu z elektromagnesem. Gdy tylko prąd uderzy w magnes, magnes się aktywuje. To pociągałoby za drut przymocowany do sprężynowego ramienia, zmuszając drut do kontaktu z obwodem. Zmieniłoby to przepływ prądu na drugą stronę obwodu, odcinając moc elektromagnesu. Gdy tylko magnes zostanie zwolniony, sprężyna odskoczy z powrotem, umożliwiając przepływ prądu po drugiej stronie obwodu, ponownie aktywując magnes. Te stare falowniki były znane z tego, że wydawały brzęczący dźwięk.

Nowoczesne falowniki wykorzystują obwody oscylatorów do realizacji tego samego procesu. Są wykonane z tranzystorów lub półprzewodników, więc nie ma już potrzeby obracania ramienia sprężynowego w przód i w tył, aby zmieniać prąd.

Nie jest to jednak takie proste. Prąd przemienny tworzy falę sinusoidalną. Wyjście falownika to bardzo prostokątna fala, a nie gładka, okrągła fala idealnej sinusoidy. Niektóre urządzenia są z natury wrażliwe na sygnał wytwarzany przez falę prądu przemiennego. Zazwyczaj są to urządzenia odbierające lub emitujące jakiś rodzaj sygnału, takie jak sprzęt audio lub wideo, urządzenia nawigacyjne lub czuły sprzęt naukowy. Możesz zobaczyć lub usłyszeć przebieg prostokątny na ekranie telewizora w postaci linii na ekranie lub stałego brzęczenia lub buczenia.

Czyszczenie fali sinusoidalnej wymaga szeregu filtrów, cewek indukcyjnych i kondensatorów. Niedrogie falowniki mają niewielkie lub żadne filtrowanie. Wytwarzany przez nie prąd przemienny ma bardzo kwadratową falę, co jest w porządku, jeśli chcesz po prostu zaparzyć kawę lub uruchomić coś za pomocą prostego silnika elektrycznego. Jeśli potrzebujesz gładszej fali sinusoidalnej, potrzebujesz falownika z lepszym filtrowaniem. Oczywiście lepsze filtrowanie też kosztuje trochę więcej. Falowniki mogą być bardzo drogie, nawet kosztujące tysiące dolarów, to znaczy, jeśli szukasz falownika z gładką sinusoidą. Dobra wiadomość: biorąc pod uwagę wystarczająco duży budżet, możesz kupić falownik prądu przemiennego, który wytwarza praktycznie doskonałe sinusy prądu przemiennego. W rzeczywistości niektóre wysokiej klasy falowniki prądu stałego na prąd przemienny mogą wytwarzać fale sinusoidalne, które są nawet gładsze niż prąd przemienny dostarczany do domu.

W następnej sekcji dowiemy się, jak wybrać odpowiedni falownik do pracy.

Pierwszym krokiem w wyborze falownika jest dopasowanie falownika do napięcia akumulatora, którego będziesz używać do zasilania. W większości przypadków będziesz używał akumulatora 12-woltowego, więc chciałbyś wybrać falownik 12-woltowy.

Następnym krokiem jest określenie, które urządzenia zamierzasz zasilać falownikiem. Poszukaj gdzieś na każdym urządzeniu etykiety, która informuje o mocy wymaganej do działania. Moc znamionowa twojego falownika musi przekraczać całkowitą moc wszystkich urządzeń, które planujesz uruchomić jednocześnie. Na przykład, jeśli chcesz jednocześnie uruchomić 600-watowy blender i 600-watowy ekspres do kawy, potrzebujesz falownika o mocy 1200 watów. Gdybyś jednak wiedział, że nigdy nie będziesz przygotowywał kawy i koktajli owocowych dokładnie w tym samym czasie, potrzebowałbyś tylko 600-watowego falownika.

Niestety sprawy nie są takie proste. Urządzenia wyposażone w silniki elektryczne, a także niektóre telewizory, przy pierwszym uruchomieniu pobierają wyższą moc niż normalna moc operacyjna. Nazywa się to szczytem lub przepięciem i ta informacja powinna być również wymieniona na etykiecie urządzenia. Większość falowników ma również wartość szczytową, więc upewnij się, że szczytowa ocena falownika jest wyższa niż szczytowa moc urządzenia, które zamierzasz zasilać. Kuchenki mikrofalowe to szczególny przypadek. Na przykład możesz wiedzieć, że Twoja kuchenka mikrofalowa jest mikrofalą o mocy 500 watów. To jest właściwie moc gotowania. Moc w watach może być dwa razy większa. Ponownie sprawdź etykietę na urządzeniu, aby się upewnić.

Jeśli planujesz uruchomić falownik przez zapalniczkę w samochodzie, możesz się założyć, że nie będziesz używać żadnych urządzeń o dużej mocy. W rzeczywistości, jeśli spróbujesz przekazać więcej niż około 400 watów przez połączenie zapalniczki, zawiedzie - i może nawet wywołać pożar w twoim pojeździe.

Ostateczną specyfikacją, której należy szukać, jest fala wyjściowa falownika. Jeśli będziesz zasilać jakikolwiek sprzęt, który jest wrażliwy na fale prostokątne, poszukaj falownika z wyjściową falą „idealną sinusoidę”. Przygotuj się na szok naklejek — idealny falownik sinusoidalny może kosztować prawie 10 razy więcej niż ten sam falownik ze zmodyfikowanym wyjściem sinusoidalnym. Zmodyfikowany sinus oznacza, że ​​prąd przechodzi przez pewne filtrowanie, więc nie jest to fala prostokątna, ale też nie jest całkowicie gładka.

Na następnej stronie wyjaśnimy, jak zainstalować falownik.

Prać tylko ręcznie

Nie będziesz zasilać pralki ani suszarki do ubrań za pomocą falownika, więc lepiej wyjmij pralkę i sznur do prania. Większość pralek i suszarek w Stanach Zjednoczonych działa pod napięciem 220 woltów, a falowniki nie są zaprojektowane do wytwarzania takiej mocy, jakiej potrzebują te maszyny.

Inwertery są bardzo łatwe w instalacji. Większość z nich to urządzenia typu „plug and play”, zwłaszcza mniejsze falowniki o małej mocy. Te falowniki mają kabel z wtyczką, który pasuje do zapalniczki w samochodzie lub ciężarówce. Mają być przenośne, więc nie trzeba ich montować.

Jeśli kupisz falownik, który pozwala na wyższą moc, prawidłowa instalacja stanie się nieco bardziej krytyczna. Poniżej 400 watów podłączenie do zapalniczki jest nadal możliwe, ale moce powyżej tej wartości wymagają bezpośredniego podłączenia do akumulatora. Kable wejściowe falownika posiadają zaciski, które można przymocować do zacisków akumulatora, podobnie jak zestaw kabli połączeniowych. Jeżeli instalacja ma być trwała, kable można przykręcić do zacisków. Sam falownik można zamontować w dowolnym miejscu, chociaż powinien znajdować się w miejscu o dobrym przepływie powietrza. Falowniki wytwarzają znaczną ilość ciepła i wykorzystują wentylatory chłodzące i żebra rozpraszające ciepło, aby zapobiec przegrzaniu. Większe, cięższe falowniki mają otwory montażowe w obudowie, dzięki czemu można je przykręcić do dowolnej powierzchni. Oczywiście przy stałej instalacji Prawdopodobnie będę chciał przykręcić konwerter na miejscu, ale nie jest to absolutnie konieczne. Można po prostu umieścić falownik w bezpiecznej, stabilnej pozycji, przypiąć przewody do akumulatora i podłączyć.

Jak właściwie wygląda falownik? Cóż, najmniejsze inwertery zmieszczą się w kieszeni, podczas gdy modele o większej mocy mają mniej więcej rozmiar i wagę dużego słownika. Ogólna zasada: im wyższa moc, tym większy i cięższy falownik. Na szczycie skali mocy falownika niektóre falowniki mogą mieć ponad dwie stopy długości i ważyć ponad 30 funtów.

Nowoczesne falowniki mają wbudowane funkcje bezpieczeństwa, dzięki którym są jeszcze łatwiejsze w użyciu. Niektóre modele emitują alarm, gdy napięcie baterii jest zbyt niskie. Jest to bardziej wygoda, ale w zależności od rodzaju zasilanego sprzętu może to być również cenna funkcja bezpieczeństwa. Falowniki zazwyczaj mają również funkcję automatycznego wyłączania. Jeśli jednostka wykryje przeciążenie prądowe lub sytuację przegrzania, wyłączy się, aby zmniejszyć lub zapobiec ryzyku pożaru. Falowniki mogą również wyłączyć się w przypadku zwarcia, takiego jak wpadnięcie kawałka metalu do obudowy lub zamoczenie falownika. Odcięcie zwarciowe jest skutecznym sposobem zapobiegania porażeniu prądem.

Więc ile to wszystko będzie kosztować, pytasz? Możesz kupić zmodyfikowany falownik sinusoidalny o mocy ciągłej 200 watów za około 25 USD, a cena zmodyfikowanego falownika sinusoidalnego o mocy 6000 watów może zbliżyć się do 1000 USD. Inwertery czysto sinusoidalne kosztują znacznie więcej - mogą to być ponad 200 USD za falownik o mocy zaledwie 300 watów.

Jeśli chcesz przeczytać więcej o elektronice samochodowej i innych powiązanych tematach, skorzystaj z łączy na następnej stronie.

Pierwotnie opublikowany: 10 lutego 2009 r.

Jak działa falownik DC na AC?

Czy mogę użyć falownika do zasilania mojego domu?

Dlaczego konwertujemy DC na AC?

Do czego służy falownik?

Czy falowniki wyczerpują akumulator w Twoim samochodzie?

Powiązane artykuły