Jak funguje DC měnič, výpočet výkonu DC měniče

Tento článek pojednává o elektrických obvodech měničů napětí, účelu a principu činnosti zařízení. Vysvětluje také, jaké typy zařízení existují, poskytuje doporučení pro jejich výběr a uvádí klíčové vlastnosti.

Princip činnosti měničů napětí

DC invertory jsou zařízení určená k přeměně vstupního napětí. Mohou jej zvýšit nebo snížit, přeměnit stejnosměrný proud na střídavý a naopak. Princip fungování zařízení tedy závisí na jeho typu. Existují následující hlavní typy zařízení.

DC/DC měniče

Říká se jim také DC/DC měniče. Používají se v počítačovém vybavení, komunikačních, řídicích a automatizačních obvodech. Poskytují snížení nebo zvýšení napětí ze zdroje energie (například baterií nebo galvanických článků) na hodnotu potřebnou k napájení zátěže. Některé modely mohou také invertovat signál, aby vytvořily napětí s obrácenou polaritou. Elektrický obvod měničů obvykle obsahuje prvky jako vstupní filtr, kondenzátor, tlumivky, spínací tranzistor nebo tyristor a diodu. Klíč je ovládán pomocí PWM. Níže je funkční schéma zesilovacího měniče.

Kategorie DC/DC měniče zahrnuje vysokonapěťové měniče. Používají se pro nízké proudové zátěže, které nevyžadují významné napájení. Patří mezi ně například čítače záření, ionizátory vzduchu a anody katodových trubic v osciloskopech.

Většina moderních DS/DS měničů má galvanické oddělení. U takových zařízení jsou vstupní a výstupní elektrické obvody odděleny izolační bariérou. Toto řešení umožňuje chránit osoby a připojenou zátěž před nouzovým zvýšením napětí na vstupu a také zlepšuje odolnost převodníku proti rušení.

AC/DC měniče (usměrňovače)

Měniče AC/DC slouží k přeměně střídavého napětí (např. běžného napětí domácích nebo průmyslových elektrických sítí 220/380 V) na stabilizované stejnosměrné napětí. Zařízení jsou široce používána v průmyslové automatizaci, výrobě napájecích zdrojů, telekomunikacích, dopravě, galvanizaci, elektrárnách a svářecích strojích. V závislosti na použitých výkonových spínačích jsou usměrňovače:

1. Tyristor. Obvykle se skládají z následujících hlavních součástí:

• transformátor. Nezbytné pro snížení/zvýšení napětí, stejně jako galvanické oddělení usměrňovače od sítě;
• tyristorový můstek (skupina ventilů). Určeno k přeměně střídavého proudu na stejnosměrný a regulaci (stabilizaci) parametrů usměrněného proudu bez ohledu na kolísání napětí na vstupu;
• řídicí jednotka skupiny ventilů;
• kapacitní, indukční nebo kombinovaný filtr (LC filtr). Navrženo pro vyhlazení vlnění ve výstupních parametrech.

2. Tranzistor. Tyto usměrňovače obsahují následující prvky:

• vstupní LC filtr. Nutné chránit napájecí síť před rušením vytvářeným usměrňovačem;
• diodový můstek;
• RF převodník. Určeno pro přeměnu stejnosměrného proudu na vysokofrekvenční pulzní proud a regulaci (stabilizaci) parametrů usměrněného proudu bez ohledu na kolísání vstupního napětí;
• HF transformátor. Navrženo pro snížení/zvýšení napětí pulzního proudu;
• diodový nebo tranzistorový usměrňovací můstek. Navrženo pro přeměnu vysokofrekvenčního pulzního proudu na stejnosměrný proud;
• Řídicí blok;
• výstupní LC filtr.

DC na AC měniče

Tato zařízení se nazývají DC/AC střídače. Mohou být použity jako samostatné zařízení nebo být součástí nepřerušitelných zdrojů napájení a systémů pro přeměnu energie. Generování střídavého napětí se provádí pomocí tranzistorů a PWM. Periodické vysokofrekvenční otevírání/zavírání tranzistorů v elektrickém obvodu zajišťuje změnu směru toku proudu a získává se sinusoida.

Důležité je nejen to, jak stejnosměrný střídač funguje, ale také jakou topologii pro generování sinusového signálu používá. Existují dvě hlavní možnosti:

Topologie polovičního můstku s průchozí neutrální. Vyznačuje se minimálním počtem výkonových tranzistorů a celkem jednoduchým obvodem. Mezi nevýhody patří nutnost použití bipolárního zdroje a dvojnásobný počet vysokonapěťových kondenzátorů. Tato možnost se obvykle používá pro nepříliš výkonné zátěže (0,5-1 kW).

Topologie mostu. Nejběžnější obvod ve výkonových měničích. Vyznačuje se zvýšenou spolehlivostí, nevyžaduje velkou vstupní kapacitu a zajišťuje minimální zvlnění tranzistorů. Mezi nevýhody patří zvýšená složitost budiče a zvýšený počet tranzistorů.

Kritéria výběru a výpočet napěťového měniče

Nejdůležitější vlastnosti měniče:

• frekvence a tvar napětí měniče napětí. Je vhodné zakoupit zařízení, které produkuje čistý sinusový signál. K takovému převodníku lze připojit i vysoce citlivé zařízení;
• jmenovitý výkon. Musí být vyšší než celkové zatížení všech připojených spotřebičů;
• maximální špičkový výkon. Tato hodnota určuje maximální zatížení, které zařízení vydrží při připojení zařízení s nízkou hodnotou cos f. Mezi taková zařízení patří elektromotory, čerpadla, kompresory;
• hodnota vstupního/výstupního napětí a elektrického proudu.

Pro výpočet požadovaného výkonu DC/AC měniče musíte:

1. Sečtěte energii spotřebovanou připojeným zařízením. Přebírá se z pasových údajů pro zařízení. Například chladnička – 200 W, pračka – 1500 W, vysavač – 1000 W. Celkem celkem: 200 + 1500 + 1000 = 2700 W.
2. Zvažte špičkové zatížení. Za tímto účelem vynásobíme výsledné množství faktorem 1,3 (pro uvažovaný příklad: 2700 * 1,3 = 3510 W).
3. Vezměte v úvahu koeficient cos f, abyste získali výsledek ve voltampérech. Jeho hodnota pro různá zařízení se pohybuje v rozmezí 0,60. 0,99. Pro výpočet je lepší vzít minimální hodnotu. 3510/0,6 = 5850 VA ≈ 6 kVA. Právě na tuto hodnotu byste se měli zaměřit při výběru DC invertoru.

Závěr

Článek zkoumal hlavní typy měničů napětí, vlastnosti jejich činnosti a rozsah použití. Dále byly uvedeny typické elektrické obvody měničů napětí a popsána kritéria pro výběr DC/AC měničů.