Как из постоянного тока сделать переменный

Для некоторых электроприборов требуется электропитание в виде переменного напряжения, однако не всегда оно доступно. В таком случае возникает вопрос, как из постоянного тока сделать переменный. Его можно решить, используя преобразователь постоянного электрического напряжения в переменное.

История использования

О токе, который теперь называется постоянным, человечество узнало давно. О существовании переменного стало известно при изучении свойств электромагнитного поля. Первая работа на эту тему была опубликована в 1831 году.

В США первоначально рассматривалось применение и постоянного, и переменного тока для электропитания на равных. Оба варианта имели своих сторонников и веские аргументы для внедрения. Однако по причинам коммерческого характера преимущество получило использование переменного электротока. Постепенно это стало общемировым стандартом.

Необходимость преобразования напряжения

Для каждого прибора имеются требования к характеристикам питающего тока. В быту обычно используют переменный ток с частотой 50 Гц, из которого получают тот, который необходим для конкретного вида электрооборудования. Например, для этой цели может быть использован адаптер питания для смартфона.

Иногда возникает необходимость выполнить противоположное преобразование. Это актуально в тех случаях, когда электроэнергию получают в виде постоянного тока. Такая ситуация, например, возникает при использовании солнечных батарей. Этот способ является дешевым и эффективным, но требует дальнейшего преобразования постоянного тока в переменный.

Преобразовывать постоянный ток в переменный выгодно из-за преимуществ последнего. В качестве примера можно привести следующие факты:

• Использование в трансформаторах сокращает потери при передаче электроэнергии на значительные расстояния.
• Переменный электроток обеспечивает эффективную работу индукционных нагревателей.
• Дроссельные фильтры дают возможность избавляться от высокочастотных помех. Выбор частоты осуществляется путём изменения индуктивности катушки.
• Использование переменного тока позволяет получать постоянно изменяющееся магнитное поле.

Техника преобразования

Чтобы получить переменный ток из постоянного, необходимо воспользоваться прибором, который называют инвертором. Он может работать с использованием различных схем. На рисунке представлен простейший вариант устройства.

Схема простого инвертора включает два транзистора, которые попеременно открываются и закрываются. В результате устройство подключается к источнику постоянного тока с разной полярностью. Таким образом происходит преобразование из постоянного тока в переменный. При этом необходимо обеспечить наличие нужной частоты. Иногда для этого применяют электронное управление с помощью микросхем.

После инвертора электроток не всегда обладает нужными характеристиками. Чтобы получить их, переменный ток пропускают через трансформатор. Это преобразующее устройство создает на выходе ток с необходимыми параметрами, например, ток частотой 50 Гц и переменное напряжение 220 В.

Существуют различные типы инверторов. Каждый из них обладает своими особенностями, что необходимо учитывать при выборе. В интернете можно найти множество инструкций, как сделать инвертор самостоятельно. Но следует учитывать, что такая не простая работа требует определенного уровня квалификации. Поэтому проще приобрести нужную модель в магазине.

Разновидности инверторов

Инверторы могут классифицироваться по нескольким признакам. Одним из них является форма получаемого сигнала. Инверторы способны вырабатывать:

• Сигналы прямоугольной формы.
• Ступенчатой формы. В этом случае постоянное напряжение обрабатывается в два этапа. Сначала происходит образование однополярных импульсов нужного вида и удвоенной частоты. Затем при помощи мостового преобразователя получают разнополярный сигнал с необходимыми характеристиками.
• Синусоидальной формы. В этом случае сначала получают высокочастотный сигнал одинаковой амплитуды. Затем при помощи мостового инвертора многократно выполняют специальную модуляцию.

По принципу действия инверторы делятся на автономные и ведомые сетью. Последние называются зависимыми. Они применяются, например, на электровозах в качестве силовых преобразователей.

Автономные устройства делятся на:

• инверторы напряжения;
• тока;
• резонансные.

Инверторы строятся на основе разных схем:

• Мостовой инвертор без трансформатора используется для преобразования постоянного напряжения в тех случаях, когда на выходе необходимо получить мощность выше 500 В×А при напряжении 220 или 380 В.
• Схема с нулевым выходом трансформатора преобразует постоянный ток в переменный, если требуется мощность не более 250–500 В×А. Такой инвертор обеспечит питание устройствам, потребляющим 12 или 24 В.
• Для промышленных целей, когда требуется мощность от нескольких киловольт-ампер до десятков или для обеспечения энергией ответственного оборудования, используют мостовой инвертор с трансформатором.

Во всех перечисленных случаях получают переменный ток, амплитуда которого по форме в той или иной степени приближается к синусоиде.

Как выбрать инвертор

Чтобы выбрать подходящий инвертор, необходимо обратить внимание на следующее:

• Мощность устройства должна превышать ту, которую имеют его потребители.
• Необходимо, чтобы характеристики переменного тока (частота, амплитуда, форма импульсов) подходили для использующих его электроприборов.
• При преобразовании немаловажное значение имеет фаза синусоиды. Инвертор должен обеспечивать питание даже тогда, когда потребление подключённых устройств достигает максимума. Это особенно актуально в тех случаях, когда речь идёт об электродвигателях, насосах или компрессорах.

Чтобы рассчитать требуемую мощность преобразователя, необходимо предпринять такие шаги:

1. Нужно из технической документации подключаемых приборов определить их номинальную мощность. Для примера можно привести холодильник (200 Вт) и пылесос (1000 Вт). Суммарная мощность будет равна 200 + 1000 = 1200 Вт.
2. Требуется определить пиковое значение мощности. Для этого полученную величину необходимо умножить на 1.3. В рассматриваемом примере получается 1200×1.3 = 1560 Вт.
3. Дополнительно следует учесть коэффициент, который равен 0.6–0.99. Для вычислений используют минимальное значение: 1560/0.6 = 2600. Результирующее значение выражается в Вольт-Амперах. Оно представляет собой мощность, которую должен обеспечивать инвертор для питания в рассмотренном случае.

Инвертор, обеспечивающий преобразование тока, постоянно отслеживает фазу электросети и поддерживает значение выходного напряжения, которое несколько превышает значение сетевого.

Видео по теме