原标题：逆变器：如何将一种形式的电流转换为另一种形式的电流？

　　19世纪最重要的战役不是为了土地或资源而进行的，而是为了建立 电力 为我们的建筑提供动力。

　　在 1800 年代末，美国电气 先驱托马斯·爱迪生(1847-1931)不遗余力地示威 直流电 (DC) 是更好的供电方式 功率比交流电(AC)，一个由他的系统支持的系统 主要竞争对手尼古拉·特斯拉(1856-1943)。爱迪生尝试了各种 说服人们交流电太危险的狡猾方法，从 电死大象以(相当狡猾地)支持使用 电椅上的空调用于执行死刑。虽然如此 特斯拉的系统赢得了胜利，世界几乎都在交流电上运行 从此掌权。

　　唯一的麻烦是，尽管我们的许多电器 设计用于与交流电一起工作，小型发电机经常产生直流电。那 意味着如果您想从 移动房屋中的直流汽车电池，您需要一个可以转换的设备 直流到交流 — 一个 逆变器，正如它的名字。让我们仔细看看 看看这些小工具，看看它们是如何工作的!

　　直流电和交流电有什么区别?

　　当科学老师解释基本思想 电力 给我们 作为电子的流动，他们通常谈论 直接 电流(直流).我们了解到电子的工作方式有点像一条线 的蚂蚁，带着一包包电走 能源 在同一个 蚂蚁携带树叶的方式。这是一个足够好的类比 就像一个基本的手电筒，我们有一个电路(一个 不间断的电气回路)链接 电池、一盏灯、一个开关和 电能从电池系统地传输到 灯，直到电池的所有能量耗尽。

　　在较大的家用电器中，电力的工作方式不同。 来自墙上插座的电源基于 交流电 (交流)，电源开关的地方 方向大约每秒 50-60 次(换句话说，在 频率为 50–60 Hz)。可能很难理解AC如何提供 能量，当它不断改变它要去哪里的想法时! 如果从墙上插座出来的电子得到，比方说，几个 毫米以下电缆，然后必须反转方向并返回 再说一次，他们怎么能走到你桌子上的灯上来制作它 炤?

　　答案其实很简单。想象一下电缆 在灯和充满电子的墙壁之间运行。什么时候 你轻弹开关， 都 充满电缆的电子 在灯丝中来回振动——而且速度如此之快 拖曳将电能转换为 热 并使 灯泡发光。电子不一定非要绕圈运行才能传输能量： 在AC中，他们只是“当场运行”。

　　动画：直流电和交流电有什么区别?假设您必须吸尘房间。直接 电流有点像从一侧到另一侧直线工作;交流电就像来回走动 现场。两者都能完成工作，尽管方式略有不同!

　　什么是逆变器?

　　特斯拉的遗产之一(以及他的商业伙伴乔治的遗产) 西屋电气公司的老板)是 我们家中的大多数电器都是专门设计的 使用交流电源运行。需要直流但必须通电的电器 从交流插座需要一个额外的设备，称为 整流器, 通常构建自 电子的 称为的组件 二极管，以从交流电转换为直流电。

　　逆变器做相反的工作，很容易 了解其工作原理的本质。假设您有电池 手电筒和开关关闭，因此直流在电路周围流动， 总是朝同一个方向，就像赛道上的赛车一样。现在怎么办 如果您取出电池并将其转过来。假设它符合 换句话说，它几乎可以肯定仍然会为手电筒和你供电 不会注意到你得到的光有任何不同——但电 电流实际上会流动 相反 道路。假设你 拥有闪电般的双手，并且足够灵巧，可以继续逆转 电池每秒 50-60 次。然后你就会成为一种机械 逆变器，将电池的直流电转换为交流电，频率为 50–60 赫兹。

　　照片：典型的逆变器。这个是由Xantrex/Trace Engineering制造的。照片由Warren Gretz提供，由美国能源部/ NREL(DoE / NREL)提供。

　　当然，您在电器商店购买的那种逆变器不太有效 这样，尽管有些确实是机械的：他们使用 电磁 高速开关开关以反转电流 方向。像这样的逆变器通常会产生所谓的 方波输出：电流单向流动或 相反的方式，或者它会立即在两种状态之间切换：

　　这种突然的电源逆转对于某些形式的电气设备来说是相当残酷的。 在正常的交流电源中，电流以正弦波模式逐渐从一个方向交换到另一个方向，如下所示：

　　电子逆变器可用于从 直流输入。他们使用 电子元器件 称为电感器和 电容器 使输出电流上升和下降更缓慢 比通过 基本逆变器。

　　逆变器也可以与 变形金刚 更改某个 直流输入电压变成完全不同的交流输出电压 (更高或更低)，但输出功率必须始终较小 比输入功率：它来自 能量守恒 那 逆变器和变压器不能提供比它们消耗更多的功率 在和一些能量必然会损失 热 随着电流的流动 通过各种电气和电子元件。在 实践中，逆变器的效率往往在90以上 百分比，尽管基本物理学告诉我们一些能量 - 无论多么小 - 总是存在的 浪费在某个地方!

　　逆变器如何工作?

　　我们刚刚对逆变器有一个非常基本的概述，现在让我们再来回顾一下。 更多细节。

　　想象一下，你是一个直流电池，有人拍了拍你的肩膀。 并要求您改为生产 AC。你会怎么做?如果所有 您产生的电流沿一个方向流出，如何添加 简单地切换到您的输出引线?打开和关闭电流， 非常快，会发出直流电脉冲——这将在 至少完成了一半的工作。要制作合适的空调，您需要一个开关 允许您完全反转电流并执行大约 50-60 每秒次数。想象自己是一个人类电池，交换你的 每分钟来回接触超过3000次。这是你需要的一些整洁的手指工作!

　　从本质上讲，老式机械逆变器归结为开关单元 连接到电力变压器。如果您学习过我们的 文章关于 变形金刚，你会知道他们是 电磁 将低压交流电转换为高压交流电的设备，反之亦然， 使用两个线圈(称为初级和次级)绕组 围绕一个普通的铁芯。在机械逆变器中，无论是电动机 或某种其他类型的自动切换机制在 初级，只需反转触点，即可在次级中产生交流电 - 所以 它与我勾勒出的假想逆变器没有太大区别 以上。开关设备的工作方式有点像 电动门铃.接通电源后，它会磁化开关， 将其拉开并非常简短地关闭。弹簧拉动 切换回原位，再次打开并重复 过程 - 一遍又一遍。

　　动画：机电逆变器的基本概念。直流通过具有纵横交错连接的旋转板(红色和蓝色)馈入环形变压器(棕色甜甜圈)的初级绕组(左侧的粉红色锯齿形线)。当板旋转时，它会反复切换与初级绕组的连接，因此变压器接收交流电作为输入而不是直流电。这是一种升压变压器，次级绕组(黄色之字形，右侧)的绕组比初级变压器多，因此它将小的交流输入电压提升为较大的交流输出。磁盘旋转的速度控制着交流输出的频率。大多数逆变器不会像这样工作;这只是说明了这个概念。以这种方式设置的逆变器将产生非常粗糙的方波输出。

　　逆变器的类型

　　如果您只是打开和关闭直流电流，或者将其翻转回来 所以它的方向不断逆转，你最终得到的是非常 电流的突然变化：全部在一个方向上，全部在另一个方向上 方向，然后再回来。绘制电流(或电压)图表 与时间相反，你会得到一个方波。 尽管电力以这种方式变化， 技术, 交流电，完全不像交流电 供应给我们的家，变化要顺畅得多 起伏的正弦波)。一般来说，沉重 我们家中使用原始电力的电器(如电力 加热器 白炽灯, 水壶，或者冰箱)不太在乎 他们接收什么形状的波：他们想要的只是能量和大量的 它——所以方波真的不会打扰他们。电子设备，打开 另一方面，更挑剔，更喜欢更流畅的输入 他们来自正弦波。

　　标题：尼古拉·特斯拉。虽然他赢得了电流之战，但他的对手托马斯·爱迪生仍然被人们铭记为电力的先驱。萨龙的特斯拉木雕，约1906年，由 美国国会图书馆.

　　这就解释了为什么逆变器有两种不同的风格： 真/纯正弦波逆变器 (通常缩写为 PSW)和 修正/准正弦波逆变器 (简称为MSW)。如 顾名思义，真正的逆变器使用所谓的环形逆变器 (甜甜圈形)变压器和电子电路进行变换 直流电变成平滑变化的交流电非常 类似于通常提供给我们的那种真正的正弦波 家庭。它们可用于从直流为任何类型的交流设备供电 来源，包括 电视, 计算机， 视频游戏， 收音机和立体声。

　　另一方面，修正正弦波逆变器使用相对 便宜的电子产品(晶闸管, 二极管和其他简单组件)到 产生一种“四舍五入”的方波(更粗糙 近似于正弦波)，虽然它们非常适合提供 为重型电器供电，它们可能而且确实会引起问题 使用精密的电子设备(或任何带有电子或微处理器控制器的东西)， 因此，一般来说，这意味着它们不适合笔记本电脑，医疗设备，数字之类的东西。 时钟和智能家居设备。另外，如果你考虑一下，他们的四舍五入的广场 波浪为设备整体提供比纯正弦波更多的功率 (正方形下的面积比曲线下的面积大)。这使得它们的效率降低，并且 浪费的功率以热量的形式消散，意味着MSW逆变器存在过热的风险。 从积极的方面来说， 它们往往比真正的逆变器便宜很多。

　　插图：修正的正弦波(MSW，绿色)比方波(橙色)更接近正弦波(蓝色)，但它仍然涉及电流的突然剧烈变化。修正正弦波中的步长越多，它就越接近 真实正弦波的理想化形式。

　　虽然许多逆变器工作 独立单元，带有电池存储，完全 独立于网格，其他(称为 实用交互式逆变器 或 并网逆变器) 是 专门设计用于始终连接到电网;通常它们用于从某物发送电力 就像太阳能电池板以恰到好处的电压和频率返回电网一样。 如果你的主要目标是产生自己的力量，那很好。没那么有用 如果你有时想独立于网格，或者你想要 停电时的备用电源，因为如果您的 与电网的连接中断，您没有自己发电 (例如，现在是夜间，您的太阳能电池板处于非活动状态)，逆变器也会出现故障，并且 你完全没有权力——就像你是否无助一样无助。 你是否在产生自己的力量。出于这个原因，有些人使用 双峰 或 双轴逆变器，它可以在独立或并网模式下工作(尽管不能同时工作)。因为 它们有额外的零碎，它们往往更笨重，更多 贵。

　　逆变器是什么样的?

　　逆变器可能非常大和沉重，特别是如果它们内置 电池组，因此它们可以独立工作。他们还 产生大量热量，这就是为什么它们具有大型散热器(金属) 翅片)以及经常冷却风扇。正如你从我们的顶部照片中看到的， 典型的与汽车电池或汽车电池充电器一样大;较大的单位外观 有点像垂直堆叠中的一排汽车电池。最小的逆变器更多 汽车收音机大小的便携式盒子，您可以将其插入点烟器 用于生产用于为笔记本电脑充电的交流电的插座或 手机.

　　照片：微型逆变器是小型紧凑型逆变器，通常用于将单个光伏太阳能电池板的直流输出转换为可直接馈入电网的交流电。换句话说，每个面板都有自己的微型逆变器。 这张照片显示了在国家可再生能源实验室(NREL)测试的六台Enphase IQ 6微型逆变器。 它们已连接互联网，这意味着您可以通过网络浏览器监控它们的性能 并跟踪它如何随时间变化。照片由Dennis Schroeder提供，由NREL提供。

　　正如电器消耗的功率不同一样，逆变器也各不相同 在他们产生的力量中。通常，为了安全起见，您将 需要一个额定功率比最大功率高约四分之一的逆变器 要驱动的设备。这允许这样一个事实 一些电器(如冰箱和冰柜或荧光灯) 首次打开时消耗峰值功率。而 逆变器可以在短时间内提供峰值功率，它是 需要注意的是，它们并不是真正设计为在高峰期运行 长时间供电。

　　什么是不间断电源?

　　逆变器的一个非常常见的用途是应急电源，也称为 不间断电源或不间断电源(均以首字母缩略词UPS)。 如果您的家庭电源在停电(停电)中出现故障，您可能有一台 UPS 作为备用电源，但它是如何工作的呢?

　　典型的UPS以电气形式存储能量，使用 可充电电池 (一些UPS系统使用高速以机械形式存储能量 飞轮，旋转到高 速度 电动机).当电源正常流动时，电池正在 直流充电的涓流，由交流电源使用 变压器 和整流电路。如果电源出现故障，您可以使用的是充电电池，这些电池将产生直流电，但需要产生交流电才能为您的家供电。所以当UPS是 提供 能量，电池通过逆变器泵送直流电以产生交流电。

　　UPS 通常与 电涌保护器 和 电压优化 生产弹性电源的设备 能够承受尖峰、浪涌、过压、欠压或完全断电。