Co je střídač: odrůdy a pracovní principy

Historie vzhledu měniče

V pozdních 1800s, americký elektrický průkopník Thomas Edison (1847-1931) vyšel ze své laboratoře, aby se prokázalo, že stejnosměrný proud (DC) je nejlepší způsob, jak dodávat elektřinu než střídavý proud (AC), který byl nový systém, podporovaný jeho srbský soupeř Nikola Tesla (1856-1943). Edison zkoušel nejrůznější chytré způsoby, jak přesvědčit lidi, že AC bylo příliš nebezpečné: z electrocleaning slona na podporu využití střídavého proudu k elektrickému křeslu kontrolovat smrt. Navzdory tomu, že systém Tesla zvítězili, a celý svět, protože poměrně hodně práce na síti.

Jediným problémem je, že i když mnoho našich zařízení je navrženo pro práci se střídavým proudem, nízkoenergetické generátory často vytvářejí konstantu. To znamená, že pokud chcete spustit něco jako modul gadget se střídavým napájením z baterie DC baterie v mobilním domě budete potřebovat zařízení, které převádí DC do střídače střídavého proudu, jak se nazývá.

Elektrická energie přímého a střídavého proudu

Když učitelé vědy vysvětlit základní představu o elektřinu jako proud elektronů, oni jsou obvykle mluví o DC (DC). Víme, že elektrony jsou trochu jako mravenci linky, které jdou spolu s elektrickými agregáty, stejně jako mravenci nesou listy. To je docela dobrá analogie k něčemu jako baterku základnu, kde máme schéma (kontinuální elektrické smyčky) spojující baterii a spínač lampy a elektrické energie pravidelně dopravuje z baterie k lampě, dokud se napájení vybité baterie.

U velkých domácích spotřebičů funguje elektřina jiným způsobem. zdroj energie, který je napájen ze zásuvky ve zdi, je založen na střídavý proud (AC), kde je elektrická energie přepnut ve směru 50-60 krát za sekundu (jinými slovy, při frekvenci 50-60 Hz). Je těžké pochopit, jak dodávat napájení ze sítě, když se neustále mění svůj názor o tom, kam jede. V případě, že elektrony vystupující ze zásuvky dostat, řekněme, několik milimetrů do kabelu, potom je nutné se obrátit směr a vrátit se, jak se vůbec dostat k lampě na stole, takže se svítí?

Odpověď je vlastně poměrně jednoduchá. Představte si, že mezi lampou a stěnou jsou naplněny elektrony. Když vy klikněte na přepínač, všechny elektrony, které naplňují kabel, vibrují sem a tam ve vlákně lampy - a tento rychlý shuffle přeměňuje elektrickou energii na teplo a lampa svítí. Elektrony se nemusí otáčet v kruhu, aby přenášely energii: v systému AS prostě "běžely na místě".

Co je střídač

Jedním z dědictví Tesla (a jeho obchodním partnerem George Westinghouse, šéfem společnosti Westinghouse Electrical Company) je, že většina nástrojů, které máme v našich domech, je speciálně navržena pro provoz AC. Zařízení, které potřebují stejnosměrný proud, ale spotřebovávají elektřinu ze zásuvky, potřebují další zařízení nazývané usměrňovač, obvykle z elektronických součástek nazývaných diody, pro konverzi AC na DC.

Střídač provede opačnou operaci a poměrně snadné pochopit jeho podstatu. Předpokládejme, že máte baterii do baterku, a spínač je uzavřen, takže DC protékající obvodem je vždy ve stejném směru jako závodní auto kolem trati. Teď, když vyjmout baterii a nasadit ji, což naznačuje, že to odpovídá jiným způsobem, to je téměř jistě ještě dá světlo, a nebude žádný rozdíl v pokrytí, které dostanete - ale elektrický proud bude proudit v opačném směru.

Předpokládejme, že jste měli bleskové ruce a byli dostatečně chytří, aby baterii otočili 50-60krát za sekundu. Pak byste se stali jakousi mechanickou střídačkou, otáčením stejnosměrného napájení baterie v proměnné s frekvencí 50-60 Hz.

Samozřejmě, střídače, které kupujete v elektrických obchodech, nefungují tak, ačkoli některé z nich jsou opravdu mechanické: používají elektromagnetické spínače, které rychle přepíná na aktuální směr. Takové střídače často produkují takzvaný obdélníkový výstup: proud buď proudí jedním směrem, nebo naopak, nebo okamžitě přepíná mezi dvěma stavy.

Takové náhlé změny směru jsou nebezpečné pro některé typy elektrických zařízení. Při normálním střídavém proudu se postupně posune z jedné strany na druhou ve formě sinusové vlny.

Elektronické střídače mohou být použity k vytváření tohoto plynule měnitelného střídavého výstupu ze stejnosměrného vstupu. Používají elektronické součásti nazývané induktory a kondenzátory pro zvýšení a snížení výstupního proudu než ostrý, obdélníkový výstup on / off, který získáte u základního měniče.

Měniče mohou být také použity s transformátory pro úplné změření specifického vstupního stejnosměrného napětí jiné výstupní napětí (vyšší nebo nižší), ale výstupní výkon by měl být vždy nižší než vstupní výkon. Ze zákona o zachování energie vyplývá, že střídač a transformátor nemohou dodávat více energie, než spotřebovávají, a určitá energie musí být ztracena jako teplo, protože elektrická energie proudí různými elektrickými a elektronickými součástmi. V praxi účinnost měniče často přesahuje 90 procent, i když základní fyzika nám říká, že část energie - ať už je cokoli - je někde někde ztracena.

Princip funkce zařízení

Představte si, že jste stejnosměrnou baterií a někdo vás klepá na rameno a místo toho vás požádá o vytvoření náhradníka. Jak bys to udělal? Pokud veškerý proud, který vyrábíte, proudí v jednom směru, tak o přidání jednoduchého přepínače k ​​vašemu výstupu? Zapnutí a vypnutí proudu může velmi rychle poskytnout stejnosměrné impulsy, které by mohly provádět alespoň polovinu práce. Provedení správného střídavého proudu, budete potřebovat přepínač, který zcela změní proud a provede to přibližně 50-60krát za sekundu. Představte si, že jste jako lidská baterie, která mění kontakty více než 3000krát za minutu.

Ve skutečnosti je staromódní měnič střídán na spínací jednotku připojenou k transformátoru. A protože elektromagnetické zařízení, které mění proměnnou nízkého napětí na vysokonapěťový proud nebo naopak, používají dvě drátová cívka (tzv. Primární a sekundární) rány kolem společného železného jádra.

V mechanickém měniči buď elektromotor, nebo jiný automatický spínací mechanismus reverzuje vstupní proud dopředu a dozadu, a to hlavně jednoduše změnou kontaktů a generováním střídavého proudu v sekundárním režimu. Spínací přístroj pracuje stejným způsobem jako u elektrického zvonku. Když je napájení připojeno, magnetizuje spínač, vytáhne ho a velmi rychle vypne. Pružina opět vrátí spínač, zapne jej a znovu a znovu se bude opakovat.

Spínací frekvence se nastavuje řídícími signály generovanými řídícím obvodem (řídícím obvodem). Řídicí jednotka může také vyřešit další úkoly:

• Regulace napětí.
• Synchronizace spínací frekvence klíčů.
• Ochrana před přetížením.

Klasifikace měniče

Invertory mohou být velmi velké a masivní, zvláště pokud mají zabudované akumulátory, takže mohou pracovat autonomně. Vytváří také spoustu tepla, takže mají velké radiátory (kovové žebra) a často chladící ventilátory. Nejmenší střídače jsou přenosnější boxy velikosti autorádia, které se můžete připojit k zásuvce zapalovače cigaret k výrobě střídavého proudu pro nabíjení notebooků nebo mobilních telefonů.

Stejně jako se nástroje liší v síle, kterou spotřebovávají, měniče se liší ve výkonu, který vytvářejí. Abyste byli bezpečně, budete potřebovat střídač, který je čtvrtinou maximálního výkonu zařízení, které chcete používat. To naznačuje, že některé spotřebiče (jako jsou ledničky a mrazničky nebo zářivky) spotřebovávají maximální výkon při prvním spuštění. Přestože střídače mohou poskytovat maximální výkon na krátkou dobu, je důležité si uvědomit, že nejsou navrženy tak, aby fungovaly na špičkovém výkonu po dlouhou dobu.

Podle principu fungování jsou měniče rozděleny na:

• Samostatný.
• Napájecí měniče (AIN).
• Aktuální měniče (AIT).
• Rezonanční měniče (AIR).
• Závislé (střídače poháněné sítí).

Statný spotřebičů v našich domovech, které používají velké množství energie (takové věci jako elektrické ohřívače, žárovky, varné konvice a chladničky), se nestarají o jaký druh vlny dostanou vše, co chtějí, je moc a jak můžete více. Elektronická zařízení jsou naopak mnohem rozrušovanější a preferují hladší vstup, který oni obdržet od sinusové vlny.

• Mnoho střídačů pracuje jako samostatná zařízení s baterií, která jsou zcela nezávislá na síti.
• Ostatní, takzvané utilitárně-interaktivní střídače nebo střídače připojené k síti jsou speciálně navrženy pro nepřetržité připojení k síti. Obvykle se používají k přenosu elektřiny z něčeho podobného jako solární panel zpět do sítě s přesným napětím a frekvencí.

To je v pořádku, pokud je vaším hlavním cílem vytvořit vlastní sílu. Ale to není užitečné, pokud chcete občas být nezávislý na síti, nebo budete potřebovat záložní zdroj energie pro případ výpadku, protože pokud vaše připojení k síti jde dolů, a nemusíte vyrábět elektřinu sami (například, je noc, a vaše Slunce panel je neaktivní), měnič se také snížila, a ty jsou zcela bez energie, bez ohledu na to, zda jste generování energie, či nikoli.

Z tohoto důvodu někteří lidé používají bimodální nebo obousměrná zařízení, která mohou fungovat jak v samostatném tak v režimu mřížky (i když ne současně). Protože mají další součásti, jsou obvykle těžší a dražší.

Velká spínací zařízení u aplikací pro přenos energie instalovaných před rokem 1970 se používaly převážně rtuťové obloukové ventily. Moderní střídače jsou obvykle pevné (statické měniče). Moderní návrhová metoda zahrnuje součásti umístěné v konfiguraci mostu H. Tento design je také velmi populární u malých spotřebních zařízení.

Pomocí trojrozměrného tisku, nové polovodiče, výzkumníci v Oak Ridge National Laboratory Ministerstvem energetiky vytvořilo měnič napětí, které by mohly učinit elektromobily lehčí, výkonnější a efektivnější.