Odpověď na otázku, jaký proud se v autě používá – stejnosměrný nebo střídavý – není tak jednoduchá, jak se zdá. Abyste pochopili, musíte se dozvědět více o funkcích používání elektřiny v autě.
Jaký je rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem?
Při stabilním rozdílu potenciálu působí na prvky elektrického obvodu konstantní elektrické pole, které vytváří uspořádaný pohyb elektronů. V tomto případě má napájecí zdroj stejnou hodnotu a síla proudu závisí na odporu příslušné části obvodu. V průběhu času se elektrické veličiny nemění s výjimkou okamžiků zapnutí a vypnutí. Tento typ elektrického proudu se vyrábí v bateriích.
Střídavý proud se v průběhu času neustále mění. Jeho graf vypadá jako sinusoida. Navíc se nemění jen velikost proudu, ale i jeho směr. Pomocí usměrňovače jej lze převést na konstantní.
Každé elektrické zařízení v autě vyžaduje určité napětí a proud. Elektrický systém vozidla zajišťuje splnění nezbytných požadavků.
Jaký proud se používá v autě
Abyste pochopili, jaké napětí v autě je konstantní nebo střídavé, musíte vzít v úvahu následující: v autě fungují elektrické spotřebiče na bázi stejnosměrného proudu, který zajišťuje baterie. A to není jejich zvláštnost. Jak víte, většina domácích elektrických spotřebičů používá stejnosměrný proud. Patří sem například počítače nebo chytré telefony.
Zásoby energie
Zdrojem energie pro chod motoru a různé automobilové výbavy je baterie, která poskytuje konstantní napětí 12 V. Ale to, že auto přímo nepoužívá střídavý proud, neznamená, že ho neumí vyrábět.
V modelech automobilů, které byly vyrobeny před polovinou 20. století, byl stejnosměrný proud generován, když se vůz pohyboval. Ale postupem času se vše změnilo. Nyní alternátor automobilu vyrábí střídavý proud, který je následně pomocí usměrňovače přeměněn na stejnosměrný proud. Je to stejnosměrný proud, který dobíjí baterii. Slouží i k provozu jiných elektrických spotřebičů.
Proč jsme přešli na střídavý proud?
Systém vozu, generující stejnosměrný proud, nefungoval dokonale. Obsahoval mechanické části, které se rychle opotřebovávaly. Ale v té době se energie generovaná motorem automobilu dala přeměnit na elektřinu pouze pomocí stejnosměrného proudu.
Situace se změnila, když jsme přešli na masové použití polovodičových součástek. To dalo nový impuls rozvoji technologie a umožnilo generování střídavého proudu, který byl efektivnější.
Nyní je výroba energie možná, i když se vůz pohybuje nízkou rychlostí. Kromě toho se zvýšila spolehlivost generátorů, mají kompaktnější rozměry.
Někdy nastanou situace, kdy je potřeba přeměnit stejnosměrný proud v baterii na střídavý, například při připojení notebooku, který vyžaduje napětí 220 V a frekvenci proudu 50 Hz. To lze provést pomocí měniče. Umožňuje vám neustále pracovat s notebookem v autě a čas od času jej dobíjet z baterie.
Některé elektrické spotřebiče vyžadují napájení střídavým proudem, ale to není vždy k dispozici. V tomto případě vyvstává otázka, jak vyrobit střídavý proud ze stejnosměrného proudu. Lze to řešit pomocí DC-AC měniče napětí.
Historie použití
O proudu, kterému se dnes říká konstantní, se lidstvo dozvědělo už dávno. Existence proměnné se stala známou při studiu vlastností elektromagnetického pole. První práce na toto téma byla vydána v roce 1831.
V USA se zpočátku uvažovalo o použití stejnosměrného i střídavého proudu pro napájení za stejných podmínek. Obě varianty měly své zastánce a pádné argumenty pro realizaci. Z komerčních důvodů však získalo přednost použití střídavého proudu. Postupně se to stalo celosvětovým standardem.
Potřeba přeměny napětí
Pro každé zařízení jsou požadavky na charakteristiky napájecího proudu. V každodenním životě se obvykle používá střídavý proud o frekvenci 50 Hz, ze kterého se získává ten potřebný pro konkrétní typ elektrického zařízení. K tomuto účelu lze použít například napájecí adaptér pro chytrý telefon.
Někdy je nutné provést opačnou transformaci. To platí v případech, kdy je elektřina přijímána ve formě stejnosměrného proudu. Tato situace nastává například při použití solárních panelů. Tato metoda je levná a účinná, ale vyžaduje další konverzi stejnosměrného proudu na střídavý.
Převod stejnosměrného proudu na střídavý je výhodný díky výhodám druhého. Jako příklad lze uvést následující skutečnosti:
- Použití v transformátorech snižuje ztráty při přenosu elektřiny na velké vzdálenosti.
- Střídavý proud zajišťuje efektivní provoz indukčních ohřívačů.
- Tlumivky umožňují zbavit se vysokofrekvenčního rušení. Frekvence se volí změnou indukčnosti cívky.
- Použití střídavého proudu umožňuje získat neustále se měnící magnetické pole.
Konverzní technika
Chcete-li získat střídavý proud ze stejnosměrného proudu, musíte použít zařízení zvané invertor. Může pracovat pomocí různých schémat. Obrázek ukazuje nejjednodušší verzi zařízení.
Jednoduchý invertorový obvod obsahuje dva tranzistory, které se střídavě otevírají a zavírají. V důsledku toho je zařízení připojeno ke zdroji stejnosměrného proudu s různou polaritou. Takto probíhá přeměna ze stejnosměrného proudu na střídavý. V tomto případě je nutné zajistit dostupnost požadované frekvence. Někdy se k tomu používá elektronické ovládání pomocí mikroobvodů.
Po střídači nemá elektrický proud vždy požadované vlastnosti. Pro jejich získání se střídavý proud vede přes transformátor. Tento převodník vytváří výstupní proud s potřebnými parametry, například proud o frekvenci 50 Hz a střídavém napětí 220 V.
Existují různé typy měničů. Každý z nich má své vlastní vlastnosti, které je třeba vzít v úvahu při výběru. Na internetu najdete mnoho návodů, jak si měnič vyrobit sami. Ale je třeba mít na paměti, že tak náročná práce vyžaduje určitou úroveň kvalifikace. Proto je jednodušší zakoupit požadovaný model v obchodě.
Odrůdy měničů
Střídače lze klasifikovat podle několika kritérií. Jedním z nich je tvar přijímaného signálu. Invertory jsou schopny produkovat:
- Obdélníkové signály.
- Stupňovitý tvar. V tomto případě se stejnosměrné napětí zpracovává ve dvou stupních. Nejprve se vytvoří unipolární pulsy požadovaného typu a dvojité frekvence. Poté je pomocí můstkového převodníku získán multipolární signál s potřebnými charakteristikami.
- Sinusový tvar. V tomto případě se nejprve získá vysokofrekvenční signál stejné amplitudy. Speciální modulace se pak provádí opakovaně pomocí můstkového invertoru.
Na základě principu činnosti se střídače dělí na autonomní a řízené sítí. Ty druhé se nazývají závislé. Používají se například na elektrických lokomotivách jako měniče výkonu.
Autonomní zařízení se dělí na:
- měniče napětí;
- aktuální;
- rezonanční.
Invertory jsou postaveny na různých obvodech:
- Můstkový střídač bez transformátoru slouží k převodu stejnosměrného napětí v případech, kdy je potřeba získat výstupní výkon nad 500 VA při napětí 220 nebo 380 V.
- Obvod transformátoru s nulovým výstupem převádí stejnosměrný proud na střídavý, když není potřeba více než 250-500 VA. Takový invertor poskytne energii zařízením, které spotřebovávají 12 nebo 24 V.
- Pro průmyslové účely, kdy je vyžadován výkon od několika kilovoltampérů do desítek nebo pro zajištění energie pro kritická zařízení, se používá můstkový střídač s transformátorem.
Ve všech těchto případech se získá střídavý proud, jehož amplituda se svým tvarem v té či oné míře blíží sinusoidě.
Jak vybrat invertor
Při výběru vhodného měniče je třeba věnovat pozornost následujícímu:
- Výkon zařízení musí převyšovat výkon, který mají jeho spotřebitelé.
- Je nutné, aby vlastnosti střídavého proudu (frekvence, amplituda, tvar impulsu) byly vhodné pro elektrické spotřebiče, které jej používají.
- Při převodu nemá malý význam fáze sinusoidy. Střídač musí dodávat proud, i když spotřeba připojených zařízení dosáhne maxima. To platí zejména, pokud jde o elektromotory, čerpadla nebo kompresory.
Pro výpočet požadovaného výkonu měniče je třeba provést následující kroky:
- Jejich jmenovitý výkon je nutné zjistit z technické dokumentace připojených zařízení. Mezi příklady patří lednička (200 W) a vysavač (1000 W). Celkový výkon bude 200 + 1000 = 1200 W.
- Je třeba určit hodnotu špičkového výkonu. K tomu je třeba výslednou hodnotu vynásobit 1.3. V uvažovaném příkladu se ukazuje 1200 × 1.3 = 1560 W.
- Kromě toho byste měli vzít v úvahu koeficient, který se rovná 0.6–0.99. Pro výpočty použijte minimální hodnotu: 1560/0.6 = 2600. Výsledná hodnota je vyjádřena ve voltampérech. Představuje výkon, který musí střídač poskytnout k napájení uvažovaného případu.
Střídač, který zajišťuje konverzi proudu, neustále monitoruje fázi sítě a udržuje hodnotu výstupního napětí, která je o něco vyšší než hodnota sítě.