Historie převodníku
V pozdních 1800s, americký průkopnický elektrikář Thomas Edison (1847 - 1931) opustil jeho laboratoř demonstrovat, že stejnosměrný proud (DC) je lepší způsob, jak dodávat elektřinu než střídavý proud (AC), který byl nový systém podporovaný \ t jeho srbský soupeř Nikola Tesla (1856−1943). Edison vyzkoušel všechny druhy chytrých způsobů, jak přesvědčit lidi, že AC je příliš nebezpečný: od elektro-čištění slonů až po podporu používání střídavého proudu v elektrickém křesle pro kontrolu trestu smrti. Přes toto, Tesla systém vyhrál ten den, a svět má protože pracoval docela dost na elektrické síti.
Jediný problém je, že ačkoli mnoho našich zařízení je navrženo pro práci se střídavým proudem, generátory s nízkým výkonem často produkují konstantu. To znamená, že pokud chcete spustit něco jako AC gadget z baterie DC v mobilním domě, potřebujete zařízení, které převádí DC na AC střídač, jak se říká.
AC a DC elektřina
Když učitelé přírodních věd vysvětlují základní myšlenku elektřiny jako proudu elektronů, obvykle hovoří o stejnosměrném proudu. Zjistíme, že elektrony jsou trochu jako linie mravence, která jde spolu s balíčky elektrické energie, stejně jako mravenci nesou listy. To je docela dobrá analogie pro něco jako základní baterku, kde máme okruh (nepřetržitá elektrická smyčka) spojující baterii, lampu a spínač a elektrická energie je systematicky transportována z baterie do lampy, dokud se nevybije veškerá energie baterie.
U velkých domácích spotřebičů funguje elektřina jinak. Zdroj energie, který pochází ze zásuvky ve zdi, je založen na střídavém proudu (AC), kde elektřina přepíná ve směru 50-60 krát za sekundu (jinými slovy, při frekvenci 50-60 Hz). Je těžké pochopit, jak AC dodává energii, když neustále mění názor na to, kam jde. Pokud se elektrony opouštějící nástěnnou zásuvku dostanou, řekněme, několik milimetrů dolů po kabelu, pak musíte obrátit směr a vrátit se zpět, jak se vůbec dostanou k lampě na stole tak, aby se rozsvítila?
Odpověď je vlastně docela jednoduchá. Představte si, že mezi lampou a stěnou jsou elektrony. Když kliknete na přepínač, všechny elektrony, které vyplňují kabel, vibrují tam a zpět ve vláknech lampy - a tento rychlý shuffle přemění elektrickou energii na teplo a lampa se rozsvítí. Elektrony se nemusí otáčet v kruhu, aby přenášely energii: v AU jednoduše „běží“.
Co je to střídač?
Jeden z Teslových dědictví (a jeho obchodní partner George Westinghouse, šéf společnosti Westinghouse Electrical Company) je, že většina zařízení, která máme v našich domovech, jsou speciálně navržena pro provoz na střídavém napájení. Zařízení, která potřebují stejnosměrný proud, ale spotřebovávají elektřinu ze zásuvky, potřebují další zařízení, nazývané usměrňovač, obvykle z elektronických součástek, tzv. Diody, k převodu AC na DC.
Střídač dělá opačnou práci a je velmi snadné pochopit jeho podstatu. Předpokládejme, že máte baterku v baterce a spínač je zavřený, takže DC vždy proudí podél obvodu ve stejném směru jako závodní auto kolem trati. Teď, když vytáhnete baterii a otočíte ji kolem, za předpokladu, že je to jiným způsobem, bude téměř jistě stále světlo a nebudete si všimnout žádného rozdílu v osvětlení, které přijímáte - ale elektrický proud bude protékat opačným způsobem.
Předpokládejme, že jste měli bleskurychlé paže a byli dost agilní na to, aby otočili baterii 50-60 krát za sekundu. Pak se stanete jakýmsi mechanickým měničem , který změní stejnosměrné napájení akumulátoru na AC při 50–60 Hz.
Samozřejmě, že měniče, které si kupujete v elektrických obchodech, nefungují takhle, i když některé z nich jsou opravdu mechanické: používají elektromagnetické spínače, které rychle přepínají na aktuální směr. Takovéto invertory často produkují tzv. Obdélníkový výstup: proud buď teče v jednom směru, nebo naopak, nebo okamžitě přepíná mezi dvěma stavy.
Takové náhlé změny směru jsou nebezpečné pro určité typy elektrických zařízení. S normálním střídavým výkonem postupuje postupně z jedné strany na druhou ve formě sinusové vlny.
Elektronické střídače lze použít k vytvoření tohoto plynule se měnícího střídavého výstupu z DC vstupu. Používají elektronické komponenty, nazývané induktory a kondenzátory, ke zvýšení a snížení výstupního proudu, než je ostrý, obdélníkový výstupní signál, který se dodává se základním měničem.
Střídače lze také použít s transformátory pro změnu určitého stejnosměrného vstupního napětí na zcela odlišné výstupní napětí (vyšší nebo nižší), ale výstupní výkon musí být vždy menší než vstupní výkon. Ze zákona zachování energie vyplývá, že střídač a transformátor nemohou vyrábět více energie, než spotřebovávají, a určitá energie musí být ztracena jako teplo, protože elektřina protéká různými elektrickými a elektronickými součástmi. V praxi účinnost měniče často přesahuje 90%, i když základní fyzika nám říká, že část energie - ať už je jakákoli - je někde ztracena.
Princip činnosti zařízení
Představte si, že máte baterii stejnosměrného proudu a někdo vás zabije na rameni a požádá vás, abyste místo toho vytvořili střídavou baterii. Jak bys to udělal? Pokud veškerý proud, který generujete, proudí jedním směrem, jak o přidání jednoduchého přepínače do výstupu? Zapnutí a vypnutí vašeho proudu může velmi rychle poskytnout stejnosměrné pulsy, které by mohly přinejmenším polovinu práce. Chcete-li provést správné AC, budete potřebovat přepínač, který vám umožní úplně zrušit proud a udělat to asi 50-60 krát za sekundu. Vizualizujte se jako lidská baterie, která mění kontakty tam a zpět přes 3000 krát za minutu.
Ve skutečnosti je staromódní mechanický střídač redukován na spínací jednotku připojenou k transformátoru. A protože elektromagnetická zařízení, která mění nízkonapěťový střídavý proud na proud vysokého napětí nebo naopak, používají dvě cívky drátu (tzv. Primární a sekundární) rány kolem společného železného jádra.
V mechanickém střídači buď elektromotor nebo jiný automatický spínací mechanismus převádí příchozí proud tam a zpět v podstatě jednoduše změnou kontaktů a generováním střídavého režimu v sekundárním režimu. Spínací zařízení pracuje stejně jako u elektrického zvonku. Když je napájení zapnuto, magnetizuje spínač, vytáhne jej a velmi rychle ho vypne. Pružina vrátí spínač opět zapnutím a pak bude proces opakovat znovu a znovu.
Spínací frekvence je nastavena řídicími signály generovanými řídicím obvodem (regulátorem). Regulátor může také řešit další úkoly:
- Regulace napětí.
- Synchronizace frekvence spínacích klíčů.
- Chraňte je před přetížením.
Klasifikace měniče
Střídače mohou být velmi velké a masivní, zejména pokud mají vestavěné akumulátory, takže mohou pracovat samostatně. Oni také generují hodně tepla, takže mají velké radiátory (kovové ploutve) a často chladící ventilátory. Nejmenší střídače jsou přenosné boxy o rozměru autorádia, které můžete zapojit do zásuvky zapalovače cigaret, čímž se vytvoří AC pro nabíjení notebooků nebo mobilních telefonů.
Stejně jako zařízení se liší výkonem, který spotřebovávají, střídače se liší výkonem, který produkují. Abychom byli v bezpečí, zpravidla budete potřebovat střídač, který je navržen na čtvrtinu nad maximální výkon zařízení, které chcete použít. To naznačuje, že některé spotřebiče (například chladničky a mrazničky nebo zářivky) spotřebují při prvním zapnutí maximální výkon. I když střídače mohou poskytovat maximální výkon po krátkou dobu, je důležité poznamenat, že nejsou navrženy tak, aby fungovaly na špičkovém výkonu po dlouhou dobu.
Podle principu činnosti jsou střídače rozděleny na:
- Autonomní.
- Napěťové měniče (AIN).
- Střídače proudu (AIT).
- Rezonanční invertory (AIR).
- Závislé (síťově řízené střídače).
Hefty spotřebiče v našich domácnostech, které používají velké množství energie (např. Elektrické ohřívače, žárovky, varné konvice nebo ledničky), se opravdu nestarají o to, jakou vlnu dostanou: vše, co chtějí, je energie a jak může více Elektronická zařízení, na druhé straně, jsou mnohem choulostivější a dávají přednost hladšímu vstupu, který získají z vlnité vlny .
Mnoho střídačů pracuje jako samostatné zařízení s baterií, která je zcela nezávislá na síti.- Ostatní, takzvané invertory pro pomocné sítě nebo střídače připojené k síti, jsou speciálně navrženy pro trvalé připojení k síti. Zpravidla se používají k přenosu elektřiny z něčeho jako solární panel zpět do sítě s přesně správným napětím a frekvencí.
To je skvělé, pokud vaším hlavním cílem je vytvořit si vlastní moc. To však není tak užitečné, pokud chcete být někdy nezávislí na síti nebo potřebujete záložní zdroj napájení v případě selhání, protože pokud se vaše připojení k síti sníží a nevyrábíte elektřinu sami (například noční čas a solární systém) panely jsou neaktivní), střídač také klesá a jste zcela bez energie, bez ohledu na to, zda generujete sílu nebo ne.
Z tohoto důvodu někteří lidé používají bimodální nebo obousměrná zařízení, která mohou pracovat jak v režimu offline, tak v režimu sítě (i když ne současně). Protože mají další části, jsou obvykle objemnější a dražší.
Velké spínací zařízení pro aplikace přenosu energie, instalované před rokem 1970, většinou používaly rtuťové obloukové ventily. Moderní střídače jsou obvykle pevné (statické střídače). Moderní design metoda zahrnuje komponenty umístěné v konfiguraci mostu H. Tento design je také velmi populární mezi malými spotřebiči.
Pomocí 3D tisku a nových polovodičů vytvořili výzkumníci z Oak Ridge National Laboratory Ministerstva energetiky výkonný měnič, který by mohl učinit elektromobil lehčí, výkonnější a efektivnější.