Иногда бывает полезно иметь способ использовать устройство, которое обычно питается от дома, находясь в машине. Возможно, устройство, о котором идет речь, не имеет 12-вольтового автомобильного адаптера питания, или, возможно, у владельца нет этого адаптера, потому что он обычно использует устройство в доме. Независимо от причины, бывают случаи, когда было бы неплохо иметь возможность управлять этими устройствами с помощью аккумулятора или генератора автомобиля.
Для этой цели были созданы инверторы мощности: они предназначены для преобразования 12-вольтовой мощности автомобиля на 220 В переменного тока, что позволяет подключать и эксплуатировать электронное устройство так же, как если бы оно использовалось в доме.
Инвертор — это устройство, которое меняет один тип напряжения на другой; все инверторы также являются преобразователями. Однако в большинстве случаев преобразователи меняют более высокое напряжение на более низкое, например, с помощью зарядного устройства сотового телефона.
Инвертор повышает более низкое напряжение к более высокому; в частности инвертор 12 220 преобразует 12 вольт, когда автомобиль работает на нормальный 220-вольтовый ток дома. Хотя преобразователь мощности автомобиля не является единственным типом инвертора, который существует, он является наиболее распространенным типом инвертора и фокусом этого руководства.
Понимание вольта, ампера и ватта
Чтобы понять, как работают инверторы и быть в состоянии выбрать правильный инвертор для конкретного приложения, полезно иметь некоторое представление об электронных терминах, используемых для их описания.
Электрический ток — это движение электронов от одного атома к другому в материале. Взгляд в учебник по химии средней школы показывает, что атомы состоят из трех типов материалов: протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны образуют ядро атома, а электроны движутся снаружи, подобно планетам вокруг Солнца. Протоны положительно заряжены; электроны отрицательно заряжены; и нейтроны вообще не заряжены.
Именно эти отрицательно заряженные электроны, движущиеся от атома к атому, обеспечивают электроэнергию, которую использует вся электроника. Существуют различные термины, используемые для описания этого движения, рассказывающие нам, сколько работы эти электроны могут делать в электронном аппарате.
«Вольты» — это термин, используемый для описания объема потенциального электрического заряда. Чтобы визуализировать этот термин, можно использовать метафору садового шланга. Вольт — это величина давления, приложенного к воде, проходящей через шланг. Чем выше давление, тем выше напряжение. Обычно автомобили работают на 12 вольтах; небольшая электроника, такая как сотовые телефоны и портативные компьютеры, работает на 5 вольтах; бытовая техника работает на 220 вольтах.
«Ампер» относится к количеству тока, перемещаемого в еденицу времени. Возвращаясь к примеру садового шланга, это количество воды, проходящей через шланг. Ток можно увеличить двумя способами: путем увеличения скорости, с которой вода перемещается через шланг, или путем увеличения ширины шланга, чтобы пропускать через него больше воды.
«Ватты» относятся к количеству потребляемой мощности устройством, которое подключено к источнику электроэнергии. В примере садового шланга это будет то, сколько воды фактически используется и сколько может продолжать протекать через шланг.
Напряжение переменного тока и напряжения постоянного тока
AC и DC образуют еще одну пару запутанных терминов, которые важны для понимания функции инверторов и преобразователей. AC обозначает «переменный ток», а DC — «постоянный ток». Постоянный ток означает, что напряжение (электроны) движется только в одном направлении. Возвращаясь к примеру с шлангом, вода будет течь только в одном направлении, то есть от втулки до конца шланга. Переменный ток означает, что напряжение постоянно меняет направление, затрачивая столько же времени на перемещение от втулки до конца шланга, как оно перемещается от конца шланга назад к втулке.
Когда напряжение переменного тока измеряется с течением времени, как показано на осциллографе, напряжение изменяется от положительного до отрицательного и обратно к положительному снова в очень последовательной схеме. Для сравнения, когда напряжение постоянного тока измеряется с течением времени, оно всегда остается положительным на ту же величину, но не изменяется.
Это изменение от положительного к отрицательному выполняется гладко в так называемой синусоидальной волне. Синусоидальную волну можно визуализировать, думая о попытке нарисовать движение маятника. Когда маятник начинает двигаться с крайнего конца его колебания, он движется очень медленно. Чем дальше он движется, тем быстрее он идет, пока он не достигнет точной середины своего диапазона, когда он будет двигаться быстрее всего. Когда он движется оттуда до конца своей дуги путешествия, он замедляется снова, пока он не остановится в конце своего колебания.
Устройства предназначены для работы от переменного или постоянного напряжения. Автомобильные и небольшие электронные устройства работают от постоянного тока. Устройства, предназначенные для подключения в доме работают от переменного тока. Если правильный тип тока не подается на устройство, оно не будет работать.
Как работают инверторы
Инвертор подключается к энергосистеме автомобиля, получая из него 12-вольтовый ток постоянного тока. Это может быть достигнуто через прикуриватель, через прямое соединение с батареей или путем постоянного подключения к электрооборудованию автомобиля.
Электрическое напряжение, которое выводится из батареи, затем умножается, как правило, с помощью трансформатора. Так как инвертор запускается с напряжением 12 вольт и ему необходимо увеличить его до 220 вольт, напряжение необходимо умножить на 20 раз. Чтобы обеспечить эту мощность, сила тока должна быть разделена на двадцать. Поэтому инвертор, который производит 1 ампер мощности при напряжении 120 В переменного тока, должен потреблять 20 ампер мощности от аккумулятора автомобиля.
Однако трансформатор не преобразовывает напряжение от постоянного тока до переменного тока. Это требует дополнительных схем. Старые инверторы сделали это с помощью устройства, называемого вибратором. Это автоматический выключатель, который приводится в действие теплом. Это, по сути, более крупная версия «мигалки», которая используется для работы сигналов поворота автомобиля. Более новые делают это с помощью схемы генератора. Основными преимуществами цепей осцилляторов являются то, что они не являются шумными, и они создают более чистую синусоидальную волну.
Вибратор работает, создавая тепло от проходящего через него электрического тока. Это легко осуществить с помощью тщательно расположенных электрических контактов внутри вибратора. Поскольку контакты едва достаточно велики, чтобы пропустить необходимое количество токов тока, они нагреваются. Каждый из этих контактов состоит из двух разных типов металлов: один с одной стороны, другой с другой стороны (называемый «биметаллическим контактом»). Поскольку каждый тип металла расширяется со своей собственной скоростью, контакт изгибается по мере его нагревания. Это приводит к разрыву контакта и подключению к другому контакту. Благодаря этому действию питание переключается с положительного на отрицательное и обратно на положительное в очень последовательном ритме.
Однако это по-прежнему не является переменным током. Вместо хорошей синусоидальной волны, этот ток представляет собой прямоугольную волну. Квадратные волны выглядят как линия, прыгающая с отрицательного на положительный, оставаясь там на мгновение, и снова возвращается к негативу.
Квадратную волну нужно фильтровать, чтобы превратить ее во что-то похожее на синусоидальную волну. Это делается с помощью большого конденсатора. Самый простой способ рассказать о конденсаторе — это как аккумулятор. Основное различие заключается в том, что батареи выпускают свою мощность с медленной постоянной скоростью. С другой стороны, конденсаторы поглощают и освобождают энергию почти сразу. Поэтому конденсатор заряжается высоким положительным или отрицательным напряжением, а затем, когда напряжение переключается, конденсатор освобождает заряд.
Результирующая волна не является квадратной волной, и она не является синусоидальной волной. Это больше похоже на прямоугольную волну с закругленными углами. Из-за этой разницы, мощность, создаваемая инвертором напряжения, может не работать хорошо с некоторыми электронными устройствами, хотя большинство из них способны работать от мощности, создаваемой инвертором.
Опять же, те инверторы, которые используют схемы генератора для создания синусоидальной волны, создают более чистую волну, которая лучше работает со всем электронным оборудованием.
Предупреждение о потребляемой мощности
Поскольку инвертор напряжения использует в 20 раз больше тока, чем он производит (на самом деле немного больше из-за неэффективности), он может быстро разрядить аккумулятор автомобиля. Чтобы определить, насколько быстро инвертор будет разряжать конкретную батарею, необходимо знать ток в инверторе в амперах и резервную емкость аккумулятора в усилителях. Разделение резервного тока на текущий ток будет определять максимальное время, в течение которого инвертор будет работать от аккумулятора этого автомобиля.
Тем не менее, номинальные значения резервных аккумуляторов основаны на новой автомобильной батарее. По мере того как батарея стареет, емкость резервной емкости падает. Скорость зависит от дизайна и качества соответствующей батареи.
Также важно учитывать количество энергии, которое потребуется для запуска двигателя автомобиля. Когда аккумулятор автомобиля теряет заряд, его уровень напряжения также падает. Итак, чем меньше заряд батареи, тем больше тока требуется для запуска автомобиля. Если аккумулятор опускается ниже 50-процентного заряда, он может не завести автомобиль.
Определение размера инвертора
При выборе силового преобразователя важно выбрать тот, который обеспечивает достаточный ток в амперах или ваттах для устройства, для которого он будет использоваться. Если используется слишком маленький инвертор, подключенное к нему устройство может работать неправильно. Использование слишком маленького инвертора может привести к повреждению самого преобразователя до такой степени, что он больше не будет функционировать.
Вывод
Силовые инверторы — чрезвычайно полезные устройства, когда вы хотите использовать устройство вдали от дома. Они усиливают 12-вольтовую мощность автомобиля автомобиля, чтобы быть по существу равным 220-вольтовой сети домашнего питания, позволяющей подключать и работать с электронными устройствами.
Самая распространенная ошибка, которую люди совершают при покупке и использовании инверторов напряжения, — это купить тот, который слишком мал по назначению. Это может привести к тому, что устройство, подключенное к инвертору, не заработает должным образом или повредит сам преобразователь. Важно выбрать инвертор, который правильно соответствует прибору, для которого он будет использоваться.
Также важно учитывать систему питания автомобиля при покупке и использовании инверторов. Если инвертор будет часто использоваться, необходимо будет установить вторую батарею в автомобиле или периодически запускать двигатель, чтобы зарядить аккумулятор автомобиля и предотвратить глубокое циклическое включение аккумулятора.