Měnič napětí

5. listopadu 2008 v 16:06 | Martin Smolák |  elektrotechnika

Měnič napětí



Měnič napětí je zařízení, které slouží ke změně napětí napájecí soustavy. Pro měniče napětí se často také používá označení zdroj (nebo napájecí zdroj), přestože skutečným zdrojem elektřiny je generátor v elektrárně, nebo baterie.
U střídavého napětí můžeme měnit frekvenci a velikost (amplitudu), u stejnosměrného napětí můžeme měnit pouze jeho velikost. Rovněž můžeme měnit střídavé napětí na stejnosměrné napětí ("usměrňovat") a naopak (což můžeme z určitého hlediska považovat také za změnu frekvence).
Obecně vzato se pro přenos elektrické energie používají vyšší napěťové hladiny, zatímco pro její použití jsou výhodnější nižší napěťové hladiny. Na vyšší napěťové hladině stačí pro přenesení stejného výkonu nižší elektrický proud, což vede ke snížení ztrát a k možnosti použití tenčích vodičů (drátů). Naopak, vyšší napětí zvyšuje riziko úrazu elektrickým proudem, zvyšuje konstrukční nároky na elektrické stroje a přístroje (nutnost zesílení izolace) a je nevhodné pro spotřební elektroniku a telekomunikační techniku.

//<![CDATA[ if (window.showTocToggle) { var tocShowText = "zobrazit"; var tocHideText = "skrýt"; showTocToggle(); } //]]>

Funkční dělení měničů napětí

Z hlediska funkce můžeme měniče dělit následovně:
  • Usměrňovač (AC/DC měnič) převádí střídavé vstupní napětí a proud na stejnosměrné výstupní napětí a proud
  • Střídač (DC/AC měnič) převádí vstupní stejnosměrné napětí na výstupní střídavé napětí
  • Měnič frekvence (AC/AC měnič) mění vstupní střídavé napětí jedné frekvence na výstupní střídavé napětí jiné frekvence
  • Transformátor převádí vstupní střídavé napětí na výstupní střídavé napětí jiné velikosti a stejné frekvence
  • DC-DC měnič převádí vstupní stejnosměrné napětí na výstupní stejnosměrné napětí jiné velikosti
V praxi se často setkáváme s kombinací různých druhů měničů. Například napájecí zdroj pro notebook v sobě může obsahovat diodový usměrňovač, následovaný DC-DC měničem. Diodový usměrňovač převede střídavé efektivní síťové napětí 230 V na stejnosměrné napětí velikosti zhruba 300 V. Toto napětí pak DC-DC měnič převádí na napětí obvykle okolo 20 V, kterým je napájen notebook.

Technologické dělení měničů napětí

Z hlediska technologie můžeme rozdělit měniče napětí na dvě skupiny. První skupinu můžeme zjednodušeně označit jako klasické měniče (pracující na elektromagnetickém nebo elektromechanickém principu), druhou skupinu jako elektronické měniče (pracujicí na principu polovodičů). Klasické měniče prakticky vždy používají magnetické komponenty. Transformátory převádějí elektrickou energii na magnetický tok a ten poté zpátky na elektrickou energii. Rotační měniče (např. kombinace motor-generátor) využívají navíc při změně parametrů elektrické energie ještě točivý pohyb.
Nelze obecně říci, že by klasické měniče byly nemoderní a odsouzené k zániku a náhradě polovodičovými měniči. V drtivé většině polovodičových měničů hrají nezastupitelnou roli vysokofrekvenční (nebo také pulsní) transformátory a jiné magnetické komponenty (tlumivky). Bez transformátoru nelze zajistit galvanické oddělení obvodů, nebo dobrou účinnost převodu napětí při velkých rozdílech napěťových hladin (například jedna ku deseti).

Transformátor a rotační měnič

Toroidní transformátor 230V 50Hz/12V 100W, průměr 10 cm, hmotnost cca 2,5 kg.
Toroidní transformátor 230V 50Hz/12V 100W, průměr 10 cm, hmotnost cca 2,5 kg.
Jedním z nejjednodušších a nejstarších měničů napětí je transformátor. Ten ovšem dokáže pracovat pouze se střídavým proudem. Pro přeměnu stejnosměrného proudu lze použít rotační měnič, což je elektrický stroj složený ze stejnosměrného elektromotoru a generátoru na společné ose. Problémem rotačních měničů je, že pohybující se součásti způsobují hluk a navíc snižují jejich spolehlivost.
Běžné transformátory a rotační měniče pracující s běžným napájecím napětím o frekvenci 50Hz bývají velmi rozměrné a těžké. To je dané tím, že pro nízké frekvence se železná jádra vedoucí magnetický tok rychle přesycují, takže jádra musí mít pro přenesení daného výkonu poměrně velké rozměry.
Používání nízké síťové frekvence je dané jednak tím, že v pionýrských dobách, kdy byly vytvářeny standardy, neuměl průmysl vyrobit magnetické a mechanické komponenty na technologické úrovni potřebné pro využívání vyšších frekvencí a otáček, jednak tím že nízké frekvence jsou výhodné pro provoz v průmyslu hojně využívaných pomaluběžných pohonů.


Elektronické měniče napětí

Měnič do auta 12/230V 150W, rozměry cca 12 x 7 x 4 cm, hmotnost cca 0,3 kg
Měnič do auta 12/230V 150W, rozměry cca 12 x 7 x 4 cm, hmotnost cca 0,3 kg
Se zlepšujícími se parametry a klesající cenou výkonových polovodičových součástek roste využití elektronických zdrojů napětí. Můžeme to vidět například na zmenšování nabíječek mobilních telefonů, které byly zpočátku řešeny pomocí klasického transformátoru a jednoduchého usměrňovače, zatímco dnes jsou kvůli zmenšení rozměrů a dosažení lepších parametrů řešeny pomocí spínaných zdrojů.
Ve spotřební elektronice se často setkáme se spínanými zdroji (což je vlastně kombinace usměrňovače a jednoho nebo více DC-DC měničů. V průmyslu se navíc pro rozběhy a regulaci otáček motorů často využívají polovodičové frekvenční měniče (bývají také kvůli zapojení označovány jako střídače, neboť uvnitř se v podstatě jedna o spojenou dvojici usměrňovač-střídač).
Využití elektronických měničů napětí je omezeno tím, že současné výkonové polovodiče snesou napětí maximálně 2 až 3 kV, přičemž běžné výkonové polovodiče se pohybují na napěťových hladinách do 600 V.
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Anketa

Jaký Internetový vyhledávač používáte?

Google 22.8% (134)
Seznam 16.5% (97)
Atlas 16.7% (98)
Centrum 13.1% (77)
Slunečnice 17% (100)
idnes 13.8% (81)

Komentáře

1 Brouzdal Brouzdal | Web | 12. února 2013 v 11:00 | Reagovat

Hm, neuměl byste zrecenzovat frekvenční měnič řady 3G3JX/X200? Trochu bojuju s tím, abych zjistil, který bude pro nás ideální

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama