DCからACへの電力変換器の仕組み

コンテンツ

• ACおよびDC電流とは
• シンプルなメカニカルDC / ACコンバーター
• インバータは回路コンポーネントを使用して電流の方向を変更します
• もう一つの事：トランスフォーマー

電源が切れ、手元にあるのは12 Vの自動車用バッテリーだけだとします。冷蔵庫に電力を供給して、食べ物が悪くならないように使用できますか？残念なことに、答えは「いいえ」です。なぜなら、あなたは重要なものを見逃しており、プラグのコンセントについて話しているだけではないからです。バッテリーからのDC電力を冷蔵庫のコンプレッサーを作動させるAC電力に変換するデバイスが必要です。

このDCからACへのコンバーターは、 インバーター。 AC電流をDCに変換するのは非常に簡単です。必要なのは、一方向にのみ電流を流すダイオードに電流を流すことだけです。 DCからACへの変換はより複雑です。これは、必要な周波数で電流の方向を反転させる何らかの種類の発振器が必要だからです。これを機械的に行う方法がありますが、ほとんどのインバーターは抵抗、コンデンサ、トランジスタ、その他の回路デバイスに依存しています。

インバータにはもう1つ必要なものがあります。電力を使用するデバイスで使用するために、電流源の電圧を変更する方法です。言い換えれば、 変成器。たとえば、120 Vの冷蔵庫に12 Vのバッテリーで電力を供給する場合、インバーターには電圧を10倍に上げる昇圧トランスが必要です。 AC電流でのみ動作するため、トランスはDCからACに電流を変更するコンポーネントの後に回路に入ります。

ACおよびDC電流とは

ほとんどの人は電気の導入でDC電流について学びます。DC電流を視覚化する最良の方法は、バッテリーについて考えることです。バッテリーの端子を導線で接続すると、電子がマイナス端子からプラス端子に流れます。これは、蟻が餌を探しながらお互いに追随するのとよく似ています。

回路内にライトなどの負荷を配置すると、電子は負荷を通って流れ、正端子に向かう途中で働きます。電球の場合、仕事はフィラメントが光るように加熱することです。

AC電流は1方向に流れるのではなく、1秒間に何度も方向を反転させます。これは、その生成方法によるものです。電磁誘導、磁場の変化が導線に電流を生成する現象を利用して、AC発電機は回転する回転子と導線のコイルで電気を作ります。 1つのバージョンでは、ローターは永久磁石であり、回転すると、ローターの半回転ごとに方向を変えるコイルに電流を生成します。

AC電流は、DC電流と同じようにワイヤを移動しません。それを考える最良の方法は、ワイヤ内の電子が所定の位置で振動しているようです。ローターの最初の半回転中、電子は一方向に動き、後半の回転中、電子は反対方向に動きます。

時間に対する単一電子の動きをプロットすると、正弦波として知られる波形が生成されます。波の周波数は、発電機の回転子の回転速度によって決まります。

シンプルなメカニカルDC / ACコンバーター

DCからACに電流を変更できるデバイスは、一方向と逆方向に流れる電流をオフにし、一定の間隔でプロセスを逆にする必要があります。これを行う方法は、回転ホイールを一対の端子の間に配置し、ホイールがすべてのスピンでバッテリー接続を交互にするように接点を配置することです。電流は、ホイールが開始点にあるときに一方向に流れ、ホイールが180度回転したときに反対方向に流れます。

このような粗雑な設定では、各方向にオールオアナッシング電流が生成され、回路内の電子の動きをグラフ化すると、方形波と呼ばれるものが得られます。これは、家庭用の優れた電力インバーターではありません。電流は、発熱体を発光させるなどの簡単なタスクを実行できる場合がありますが、繊細な電子機器には機能しません。さらに、必要なAC電力を有効にするために、車輪の回転を制御する正確な方法が必要です。

インバータは回路コンポーネントを使用して電流の方向を変更します

市販のインバーターは、回転するホイールではなく、コンデンサー、抵抗器、トランジスターなどの回路コンポーネントを使用します。一般的なDC-ACインバーターの回路図は、抵抗器と直列のトランジスターを備えた並列回路と、コンデンサーとパワートランジスターを備えた交差回路を示しています。 MOSFETs（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）。別のタイプは ウィーンブリッジ発振器、抵抗とコンデンサで構成されています。

上記の両方のインバーターは 純粋な正弦波（PSW）インバーターs、およびそれらが生成する信号は、すべての電子デバイスで使用できます。家庭用のパワーインバーターをお探しの場合は、PSWインバーターが必要です。これは、ストーブ、乾燥機、洗濯機、その他の電化製品の電子部品で動作するためです。

他のタイプのDC-ACコンバーターは 修正正弦波（MSW）インバーター。ダイオードやサイリスタなど、トランジスタに似た安価なコンポーネントを採用しています。 MSWインバーターからの信号は、角がわずかに丸くなった方形波に似ており、大型の機器に電力を供給できますが、電子機器には適していません。これは自動車に最適なパワーインバーターであり、バッテリーを電動工具や自動車修理機器に利用できるようにします。

もう一つの事：トランスフォーマー

バッテリーやソーラーパネルなどのDC電源からの信号をACに変換しても、電圧は120 Vアプライアンスに電力を供給するのに十分な大きさにはなりません。幸いなことに、簡単にステップアップできるAC電圧です。必要なのは 変成器、これも電磁誘導の原理で動作します。

トランスの操作は簡単です。 2つの伝導コイルが並んで配置されています（一方は他方の内側にあります）。1次コイルと呼ばれる1つのコイルを流れる電流は、2次コイルであるもう1つのコイルに電流を誘導します。 2つのコイルの電流の比率とその電圧は、コイルの巻き数の違いによって決まります。

二次コイルの巻数が最初のコイルの巻数よりも多い場合、変圧器は、二次コイルの巻数を一次コイルの巻数で割った値だけ電圧を上げます。

必要な電圧を供給するようにインバーターを設計できますが、12 Vカーバッテリーを家庭用の120 V電源に変換するDCからACコンバーターが必要な場合は、プライマリとセカンダリの比率を決める必要があります1〜10。市販のインバーター変圧器は数百回巻かれており、ワイヤが抵抗熱を発生するため、インバーターは冷却を保つためにフィンと、場合によってはファンが必要です。さらに、コイルは、より効果的な誘導を行うために中実のコアに巻き付けられることがあり、これによりインバータが非常に重くなる可能性があります。