Měniče DC/AC
V dnešní době polovodičů je často výhodnější a jednodužší pomocí jednoduché vodní mikroelektrárničky trvale nabíjet akumulátor a teprve z něj nastřádanou energii použít než se snažit elektrický proud požadovaných parametrů vyrobit přímo. Pro napájení běžných síťových spotřebičů můžeme pak s výhodou použít měnič DC/AC. Měnič už sám provede jak stabilizaci výstupního napětí 230V při proměnném zatížení, tak se postará i o to, aby jím generovaná frekvence byla normalizovaných 50Hz.
První, vývojově starší kategorií, jsou měniče pracující na analogovém principu. Jejich zapojení v převážné míře využívá dvoučinného střídače a klasický transformátor s železným jádrem. Podle způsobu, jakým jsou hlavní výkonové prvky (ať už bipolární transistory nebo MOSFETY) buzeny, může být průběh střídavého napětí na výstupu obdélníkový, obdélníkový s prodlevou, lichoběžníkový nebo sinusový. Pro technické použití jsou výhodné průběhy oblé, jenže čím více se tvar křivky vzdaluje obdélníku a blíží sinusovce tím výrazněji klesá účinnost této koncepce měničů a více tepla vzniká na spínacím prvku. Zhruba lze říci, že zatím co měnič s čistě obdélníkovým průběhem bude mít účinnost okolo 90%, sinusový bude horko těžko dosahovat 60%. I přes tyto nectnosti mají tyto měniče některé výhodné vlastnosti. Jsou konstrukčně jednoduché, spolehlivé, nezpůsobují rušení a výstupní obvod je zpravidla transformátorem zcela galvanicky oddělen od vstupního. Proto se tyto měniče používají pouze pro menší výkony nebo tam, kde je jakékoli rušení nepřípustné.
Druhou, podstatně modernější kategorií jsou měniče pracující na principu spínaného zdroje s tzv. modifikovanou sinusovkou. Stejnosměrný proud o nízkém napětí je nejprve přeměněn na proud o vysokém napětí a následně umělou komutací je převeden na proud střídavý. Při prvním kroku se používá jeden nebo dva spínací prvky ovládané řídícím obvodem tak, že se při frekvenci okolo 50kHz mění doba sepnutí prvku, kterým je téměř výhradně výkonový MOSFET. Proměnnou šířkou jednotlivých obdélníkových impulzů je ve výsledku vytvořen tvar „schodkovité“ sinusovky. Napětí je zvyšováno pomocí transformátoru s ferritovým jádrem. Přestože transformátor převádí celý výkon, rozměrově vychází při použité vysoké frekvenci velmi malých rozměrů. Díky použití obdélníkových impulzů je i účinnost přeměny velmi dobrá. Následující obvod složený většinou ze čtyř transistorů zapojených do můstku zabezpečí komutaci a konečný vznik střídavého proudu. Protože je však zapotřebí tento komutační obvod nějak budit, bývá často provázán obvod primární i sekundární strany. Z toho pak vyplývá jedna ze slabin těchto měničů - totiž to, že vstupní okruh není v měniči oddělen a pokud se některá výstupní svorka omylem spojí se svorkou vstupní, dojde ke zničení měniče. Druhou slabinou je, že je-li špatně navržen, může způsobovat určité rušení radiových nebo televizních přijímačů. I přes tyto drobnosti, výhody výrazně převažují nevýhody. Měniče jsou i při značných výkonech malé, lehké, mají malou vlastní spotřebu a překvapivě vysokou účinnost (90%). Navíc vhodnou regulací spínacích prvků prvního stupně lze docílit, že výstupní napětí bude stálé, bez ohledu na kolísající napětí akumulátoru či na proměnném zatížení měniče. I generovaná frekvence je stálá.
Menší měniče pracující na anologovém principu je možné s jistou dávkou konstrukční zodpovědnosti vyrobit i podomácku. Pro větší výkony je však vždy vhodné sáhnout po výrobku profesionálním. Případně ho vzít za základ a doplnit dalšími potřebnými obvody (např. samočinné startování po zjištění odběru v ostrovní síti). Měniče se vyrábějí nejčastěji pro vstupní napětí 12 a 24V. Výstupní napětí je standardně jednofázové 230V, 50Hz a žádný z pólů nesmí být ani uzemněn, ani spojen s akumulátorem. Měniče se vyrábějí pro výkony od 70W, 150W, 300W, 500W, 1000W, až do 2000W. S vyjímkou nejmenších kapesních, jsou vybaveny podpěťovou ochranou se signalizací, která samočinně zastaví měnič, pokud je akumulátor vybitý (a zachrání ho před zničením hloubkovým vybitím). Obsahují ochranu před přetížením či zkratem na výstupu. Regulační obvod udrží stálé napětí 230V na výstupu při vstupním napětí v rozsahu 10 až 15V. Silnější měniče jsou chlazeny vestavěným ventilátorem a krátkodobě mohou dodávat i dvojnásobný výkon. V případě přehřátí se měnič samočinně vypne. Spotřeba měniče na prázdno je od 0,2 do 0,4A.
Spotřeba zatíženého měniče je samozřejmě závislá na spotřebiči. Protože je k napájení měniče užito nízkého napětí, dosahuje odebíraný proud značných hodnot a proto musí být vodiče krátké a silné.
Následující výpočet předpokládá použití komerčně prodávaného měniče pracujícího na principu spínaného zdroje a to, že akumulátor není během provozu meniče dobíjen. Pokud dobíjen je, doba chodu meniče se prodlouží. Odběr zapnutého měniče bez zátěže není nulový.
(Pokud zadáváte ve formuláři desetiny, použijte k jejich oddělení tečku, nikoliv desetinnou čárku.)
Obrázek ukazuje měnič o jmenovitém výkonu 300W, ze sortimentu zásilkové služby Hadex Ostrava (1190,-Kč). Při malých rozměrech (24x10,5x6cm) a hmotnosti 0,9kg dokáže poskytnout krátkodobě špičkový výkon až 600W a vyhoví na trvalé napájení některého ze spotřebičů na chatě i doma při výpadku sítě - televizorem počínaje, přes domácí kino, žárovky, úsporné zářivky, holící strojky, mixery, kávomlýnky, ledničku, plynový kotel s oběhovým čerpadlem, stolní počítač s tiskárnou, úspornější typy vysoušečů vlasů, až třeba po elektrickou ruční vrtačku či ponorné čerpadlo Malyš. Spotřeba naprázdno činí okolo 0,3A. Vhodná kapacita olověného akumulátoru pro trvalý provoz plným výkonem je okolo 100Ah, při nižším či krátkodobém zatížení vyhoví i běžný autoakumulátor 55 či 65 Ah. Energeticky náročnější spotřebiče - rychlovarná konvice, mikrovlnná trouba, vysavač, silnější čerpadlo domácí vodárny či rozbrušovačka - vyžadují už měnič výkonnější. Ve všech případech je potřeba spojit měnič s akumulátorem co nejkratšími a dostatečně silnými kabely, opatřenými řádně dimensovanými svorkami, jinak bude vznikat značná přenosová ztráta.
Autor těchto stránek zkoušel výše zmiňovaný měnič v různých provozních režimech a pro napájení širokého sortimentu spotřebičů. Rušení i při napájení citlivých radiokomunikačních zařízení (pokud byly opatřeny řádnou anténou) se ukázalo být bezvýznamné, dodaný výkon skutečně odpovídal proklamovaným parametrům a i chlazení měniče vestavěným ventilátorem se ukázalo být spolehlivé a i za teplého počasí dostatečné. Bohužel provedení napájecího kabelu (k měniči dodávaného) je naprosto nevyhovující. Pouhé zalisování oček a svorek nezajišťuje dostatečný kontakt při tak velkých proudech, jaké měnič odebírá. Nehledě na to, že se kabel už při mírném tahu ze svorky vytrhl. Prosté propájení svorek trubičkovým cínem však tuto zatím jedinou odhalenou závadu měniče definitivně odstranilo.