Chulhu vysvetluje, jak funguje menice a centraly


Predesly clanek - o zarizeni dilny bez privodu elektriny bez_privodu_elektriny.html.

Generator


Generator, centrala, nebo energocentrala je stroj, do ktereho se lije nejake palivo a on vyrabi elektrinu. Typicky se sklada ze spalovaciho motoru s nadrzi, nejake spojky, alternatoru a regulatoru buzeni alternatoru a otacek spalovaciho motoru.

Muzeme je rozdelit podle ruznych kriterii. Typ motoru, palivo, pocet polu, pocet fazi, prime pripojeni tociveho stroje versus pres menic.

Motor a palivo

V bezne prodavanych centralach najdete vetsinou benzinovy dvoutakt (asi nepujde predelat na plyn, jednodussi, lehci), benzinovy ctyrtakt (ten by mel jit predelat na plyn), plynovy ctyrtakt (ten uz nekdo na plyn predelal za vas), nebo naftovy ctyrtakt alias diesel (ten by byla zbytecna pakarna predelavat na plyn).

Motory maji ruznou mernou spotrebu paliva, ktera typicky klesa v poradi, v jakem jsem ty motory uvedl (vyjma plynoveho). Spotreba se udava v gramech na vyrobenou kWh - je to neco jako spotreba auta, jenom bacha na to, ze litr benzinu, nebo nafty ani zdaleka nevazi cele kilo. Pak maji ruznou cenu paliva (proto uvadim plynovy motor) a taky v neposledni rade mernou spotrebu paliva pri castecnem zatizeni.

Zatimco v plnem zatizeni je vse jednoduche, pri poklesu zatizeni ucinnost spalovaciho motoru rapidne klesa. U naftoveho o neco pomaleji, protoze nema v sani skrtici klapku. U dvoutaktu muze klesat rychleji, pokud se dostanete z optimalnich otacek (coz ale muze nastat jen u generatoru s menicem). Takze se vam vyplati mit vykon generatoru na miru spotrebe. Pokud byste to uridili, vyplatilo by se mit jich i vic a zapinat je podle potreby, ale to je o neco slozitejsi, nez jak to vypada (zjednodusene - pokud si myslite, ze spojite dve centraly do jedne prodluzovacky, zapomente na to).

Proti krasne predstave "lednicka ma brat pul kWh za den, tak koupim 100 W centralu a bude to i s rezervou" ovsem vyvstava tvrda realita behovych a rozbehovych proudu. Takze lednicka ma sice psanych pul kilowatthodiny denne, ale jeji kompresor pobezi za ten den dohromady treba hodinu, takze potrebujute aspon 500 W centralu. Ale ani tak jednoduche to neni - tohle by platilo pro troubu, s lednickou je to jeste horsi. Lednicka v sobe ma motor, ktery zene kompresor a rozbiha se primo do mechanicke zateze, takze se doporucuje mit menic (a s centralou to bude podobne - ty male stroje nebudou mit velkou setrvacnost) 1200 W - 2000 W podle lednicky. Me v pohode bezi na 1600 W menic, ale ten menic je kratkodobe pretizitelny asi na 3 kW, takze tezko rict. Na centralu jsem ji nezkousel.

Takze jakou teda centralu koupit? To uz je na vas, ale asi se vam z ni vyplati dobijet baterky a male odbery (treba svetla) provozovat na baterky a centralu zapinat jen na dobiti baterek, nebo provoz velkeho spotrebice. Pokud ji planujete do dilny, kde obcas neco delate a byla by pitomost ji kazde tri minuty znovu startovat, tak se asi s baterkami zabyvat nemusite.

Pocet polu

Pokud si z nejakeho Bau-cosi obchodu nesete v (po dvou stech metrech chuze poradne unavene) ruce malou centralku, tak ma poly temer jiste 2. To znamena, ze se motor a generator toci 3000 otackami za minutu, coz dava 50 otacek za sekundu a to je tech 50 Hz, co obcas vidite napsanych na pristrojich za udajem 230 V.

Ale muzete mit i ctyrpolovou (1500 otacek), sestipolovou (1000 otacek) a tak dale. Ale bude to spise vetsi (mozna vojensky) stroj. Vyhoda je, ze spalovaci motor provozovany pri nizsich otackach dele vydrzi. Nevyhoda je, ze cestou na romantickou dovolenou v lesich, kde byste v chaticce bez elektriky potrebovali jednou za dva dny dobit mobily nezabere pul kufru auta, ale poveze se za autem na vlastnich koleckach pricvaknuta ke kouli.

Budete-li ji stavet, doporucuji odolnejsi a pomalobeznejsi motor.

Pocet fazi

Teoreticky zde je variant mnoho, prakticky jen dve - jednofazova a trifazova. Zalezi na vasich spotrebicich. 3.5 kW jednofazovou troubu pripojite na 6 kW jednofazovou centralu, ale uz ne na trifazovou (na kazde fazi je 1/3 - tedy 2 kW, pomuzete-li si trafem mezi fazemi, dostanete se na 2 kW krat druha odmocnina ze 3 = 2 * 1.732 = 3.464 kW - porad malo). Trifazovy motor cerpadla se zase bude mnohem lepe pripojovat na trifazovou centralu. Vetsi vykony jsou typicky trifazove, ale kouknete se radsi do manualu, jak se stroj vyrovnava s jednofazovou zatezi.

Regulace a rizeni vystupu

No co, toci se tam alernator a ten mi dela proud, ne? Stejne, jako v elektrarne vole.

Vlastne to tak je, ale i elektrarna ma svoji regulaci. Samostatny synchronni stroj (centraly byvaji synchronni, asynchronni jsem jeste nevidel, i kdyz to teoreticky mozne - po pridani vhodnych kondenzatoru - je) reaguje na zmenu otacek zmenou frekvence a na zmenu buzeni zmenou vystupniho napeti. O obe regulace se vam stara nejaka vec v te centrale, ale kvalita nebyva uplne spickova. Proc ale, kdyz regulovat napeti je preci jednoduche? No je, ale u stejnosmerneho napeti. Hloupy regulator samozrejme nepocita tvar sinusovky a nesnazi se regulovat napeti tak, aby tam bylo to spravne, ale ridi to mnohem jednoduseji, takze vystup - zvlaste pri rychlych zmenach zateze - nema se sinusovkou mnoho spolecneho. Pri rychlem odlehceni napeti vybehne nahoru (pozor na pocitace), protoze budicim vinutim alternatoru stale tece proud, ale statorem uz netece, takze na nem neni ubytek napeti. Pri rychlem zatizeni zase mohou nektere centraly chcipnout, nebo se odpojit, protoze nestihnou pridat plyn.

Existuji i digitalni centraly, ktere si vyrabi elektrinu v buhvijakem generatoru, meni si otacky motoru jak chteji a pozadovanych 230 V / 50 Hz vytvari menic. Tyhle centraly jsou uspornejsi pri castecnem zatizeni a maji vyhody i nevyhody menicu.

Samozrejme je vzdy mozne vyrabet stejnosmerny proud dynamem (opotrebovavaji se uhliky), nebo alternatorem s usmernovacem, pripadne alternatorem z auta (ten ma usmernovac v sobe, ale ma spatnou ucinnost vlastniho alternatoru) a nabijet jim baterky, nebo na nej pripojit menic (cimz si podomacku postavite digitalni centralu). Vyhoda nabijeni baterii je, ze motor bezi v optimalnim rezimu, nevyhoda je, ze baterie se opotrebovavaji, je treba nabijeni ridit a navic to cele ma nejakou ucinnost nizsi, nez 100% (ano, ani baterka s nabijednou neni perpetuum mobile druheho druhu).

Co nedelat

Nestartujte centralu v uzavrene mistnosti - urcite uz jste videli nejaky film, kde nekdo spachal sebevrazdu tak, ze si nastartoval auto v garazi. S centralou to bude trvat dele, ale dockate se. Pokud ji natocite, abyste ji vyzkouseli a za par sekund ji zase chcipnete, tak se asi nic nestane, ale na jakoukoliv uzitecnou praci je treba dat stroj ven, nebo ven vyvest vyfuk.

Nepripojujte centralu k rozvodne siti. No co, tady mam jistic 1x10A, na centrale se pise 2300 W, to je dalsich 10 amper zejo (vykon je proud krat napeti), takze to zapojim do sebe a mam dvacet amper a to mi staci. To by mohlo omezene fungovat u stejnosmerneho proudu, ale u stridaveho dopadnete spatne. K pripojeni (krome toho, ze se to nesmi) byste totiz potrebovali srovnat se siti nejen napeti (to asi napadne kazdeho), ale i frekvenci (centrala neni presne rizena) a fazi. Fazi mam jednu, ze site taky ... ale ne tuhle, jde o fazovy posun tech sinusovek. Jestli maji maxima a minima ve stejny cas, nebo o neco posunuta. I dost maly posun - treba 1 milisekunda - udela takovy rozdilovy proud, ze v nejlepsim pripade jen vyleti jistice.

Navic - kdyby se vam ji povedlo pripojit, jakoze nemate prakticky moznost ridit buzeni - tak po pripojeni se najednou zmeni funkce regulace. Otacky najednou nebudou regulovat frekvenci (tu udrzi sit), ale dodavku cinneho vykonu a buzeni bude regulovat dodavku jakoveho vykonu. Takze puvodni regulator bude stejne uplne k nicemu.

Netusim, zda se prodavaji centraly urcene k tomu, aby se nafazovaly spolu (to by bylo legalni, narozdil od nafazovani na sit), ale nikdy jsem je nevidel. Pokud bych neco takoveho stavel, volil bych asi spolecnou regulaci, nebo bych jednu udelal asynchronni.

Menic


K menici potrebujete samozrejme i nejake akumulatory. Bezne akumulatory jsem popsal v predelem clanku bez_privodu_elektriny.html, ale ve zkratce lze pocitat s tim, ze mate baterii 12V, nebo 24V, ktera je schopna dat dostatecny proud.

Menic meni nejake napeti na jine. V nasem pripade male stejnosmerne na vetsi stridave. Prvni menice vypadaly jako elektromotor navinuty na stridavy a stejnosmerny proud zaroven a tocily se. Pouzivaly se k usmernovani stridaveho proudu v dobe, kdy se jeste neznaly diody. Kdyz se to zapojilo opacne (coz u tociveho stroje - narozdil od vetsiny polovodicovych menicu - slo), tak to delalo ze stejnosmerneho proudu stridavy. Proto se take dnes nekdy menicum rika invertory.

Uplynulo pres sto let a dnes uz menice delame uplne jinak. Ne, ze by stary pristup nefungoval, ale ma vetsi ztraty a navic je s tim vic starosti, protoze kdyz se neco toci, tak to dela hluk, musi se to mazat a tak podobne. Ale nikdo nerika, ze z 24V elektromotoru a stare centraly s vylagrovanym spalovacim motorem nemuzete udelat menic. Ostatne stavely se tak svarecky (opacne - trifazovy asynchroni motor a dynamo z tanku).

Modifikovany sinus

Dnesni menice si nejdriv vyrobi 310 - 350 voltu (to je priblizne 230 voltu krat druha odmocnina ze dvou) a z toho napeti pak vyrabi stridavy proud. Takzvany modifikovany sinus vypada jako krabice a ne jako sinus, ale mezi plnym napetim v jednom a ve druhem smeru si da na chvili pauzu. To pri vhodnem nastaveni pauzy (1/6 periody) omezi treti harmonickou frekvenci (kdyz nekam posilate prubeh napeti, co vypada jako krabice, vzdycky budete mit harmonicke) a ma stejnou maximalni hodnotu napeti jako sinus (oceni spinane zdroje pocitacu a dalsi elektroniky) i stejnou efektivni hodnotu (coz oceni zarovky a trouby). Stredni hodnota (ktera zajima magneticka zarizeni - hlavne motory) je nastesti podobna.

Schema zapojeni, obrazek jak vypada modifikovana sinusovka a vysvetleni funkce najdete treba tady: http://danyk.cz/menic230_5.html. A tady: https://cs.wikipedia.org/wiki/St%C5%99%C3%ADdav%C3%BD_proud se dozvite proc zrovna odmocnina ze dvou, co je stredni, maximalni a efektivni hodnota napeti.

Pokud jste si prohledli schema v prvnim odkazu a alespon trosku rozumite elektrice, asi vas zaujalo, ze tam je vystupni transformator na 50 Hz, ale v prodavanych menicich zjevne neni (ne 1000 W trafo nema pod 3 kg, ale spis ke 30 kg). A tim se dostavame k prvni komplikaci. Menice nemaji fazi a nulak, ale dve faze. Proste tech zhruba 315 V na chvili pripoji na jeden drat, zatimco druhy je uzemneny. Pak na chvili nikam a pak zase na druhy drat. Takze do dvouvodicoveho rozvodu, kde jsou koliky v zasuvkach pripojene na pravou zdirku (nulak) je to zcela nepouzitelne. V lepsim pripade se menic nerozebehne, v horsim budete mit na kostrach spotrebicu tretinu casu plne napeti (podle toho, jestli menic uzemnite). Da se to obejit oddelovacim trafem (ktere ale bude mit ztraty v zeleze), nebo to neresit, natahat vsechny rozvody trivodicove (ochranny zlutozeleny vodic extra - podle nove normy prakticky povinnost) a brat to tak, ze stara pravda, ze faze je vzdy vlevo uz neplati. Ostatne mezi lidmi je jeste hodne roztrojek, ktere dostaly vyjimku, aby se lepe konstruovaly a na jedne strane mely fazi vpravo a vsechno s tim funguje jak ma. Fazi totiz musite zapojit doleva, ale spotrebic musi pocitat s tim, ze muze byt i vpravo.

Pokud mate doma nejakou genialne uspornou prodluzovacku se dvema draty misto predepsanych trech, kterou jste v zajmu bezpecnosti vybavili na obou stranach propojkou mezi jisticim kolikem a nulakem (ano, tak jsem na zakladni skole prisel na to, ze ty roztrojky obraceji fazi), tak ji s menicem nepouzivejte.

Jak na to funguji zarizeni? V zasade dobre. Jeden menic, co jsem mel se nesnasel s jednim konkretnim notebookem a odmital ho nabijet. Ted zalohuje cerpadlo kotle. S dalsimi ctyrmi nikdy problemy nebyly. Bezelo vsechno - notebooky, pajky, pocitacove reproduktory, lednicka (jen 1600 W menic), sukapila, flexa (1000 W menic, ale nesmelo se moc zabrat), vrtacka (i 300 W menic, kdyz jsem vrtal opatrne), usporna zarivka (takova ta s zarovkovou patici a menicem v ni), halogenovy reflektor, rychlovarna konvice.

Jediny problem byl s reproduktory od pocitace - jak uz byly starsi a mely vyschle kondenzatory, tak hodne brucely. Vyresil jsem to stabilizatorem na 9V a pripojenim primo na 12V baterii. Dalsi vec, kterou jsem (nastesti) nikdy nezkousel a dozvedel jsem se ji az nedavno je, ze se nesmi pripojivat zarivky se starterem a tlumivkou (starsi typ). Pry i mala 9W zarivka oddela nekolikakilowattovy menic. Princip zapaleni zarivky spociva ve velke napetove spicce a to polovodice namaji rady.

Sinusovy menic

Ten jsem nikdy nemel, takze nemuzu rici jak presne aproximuje sinusovku, ale v zasade bude fungovat lepe, nez modifikovany sinus, bude drazsi, reproduktory nebudou brucet a zarivku bych na nej rozhodne take nepripojoval.

Zkusenosti jinych

http://forum.mypower.cz/viewtopic.php?f=44&t=7

Proud z baterii

Zkusme chvili pocitat. Rychlovarna konev bere 2 kW, menic ma ucinnost 90 % a vstupni napeti 12 V. jaky proud potece z baterek? No prece 2000 / 12 / 0.9 = 185 A. A do haje, to asi nepujde pustit normalni prodluzovackou na 16A, ze jo? No, nepujde, to je proud, ktery bezne tece svareckou. Normalne se dimenzuje 3 az 4 ampery na 1 mm^2 medeneho dratu (prepocitavat to nemusite, draty se neprodavaji na prumer, ale na prurez). Pokud jsou draty kratke (takze vas netrapi ubytek napeti), dobre chlazene (nejsou v polystyrenu, nebo skelne vate) a pripadne s nejakou tepelne odolnou izolaci (silikon), tak se da jit vys, ale pri nejakych 20 A/mm^2 uz je drat na pohmat pekne vlazny a izolace zacina meknout. Hlavne pocitejte s tim, ze jde o otepleni a ne a obsolutni teplotu, takze pokud v mrazu v minus deseti je drat jen lehce vlazny (treba plus tricet), tak je otepleni ctyricet stupnu a az uhodi vedra a bude venku tricet, tak drat bude mit sedmdesat.

Tech 185 A by si zaslouzilo alespon 25 mm^2 drat. Uplne v nejhorsim mozna 16 mm^2, ale to bych musel vyzkouset, nebo spocitat. A to se nebavime o hodnotach z manualu "voni si to tam napsali pro sichr a snese to i polovicni drat vole", ale o prasarne, ktera zajisti jenom aby se v lete nesvlikaly draty z izolace a nesmrdely. 50 mm^2 by bylo rozhodne lepsi. Polovicni drat vam vyjde pokud budete mit baterky a menic na 24 V misto na 12 V.

Menic samozrejme davame co nejblize k bateriim. Drat od nabijecky muze byt dlouhy - tim tece mensi proud. Drat, kde je 230 V muze byt dlouhy - tam jsou proudy take male, ale baterky a menic by mezi sebou nemely mit vic nez pul metru az metr, pokud tam nechcete cpat 100 mm^2 medene pomlazky. Navic menic muze mit problem i s indukcnosti privodu - ale to zkonzultujte s manualem. Vsechny svorky je nutne poradne dotahnout - tady tecou proudy jak pri startovani auta, ale misto peti sekund treba hodinu v kuse! I maly prechodovy odpor dokaze roztavit svorku, znicit baterku, nebo neco zapalit. Asi uz vam dochazi, ze je lepsi neobkladat baterky a menice drevem, nebo dokonce polystyrenem.

Jeste nejake poznamku k bezpecnosti. Ranu nedostanete (z 12, nebo 24 voltu), ale pri zapojini menice mozna na chvilku uvidite oblouk. 12 V je malo na to, abyste to citili zkrz prsty, ale nekolik tisic amper zkratoveho proudu bohate staci na to, aby se vas kovovy prstynek, naramek, pasek hodinek, nebo retizek zmenil v roztaveny kov, ktery vam amtupuje prst, nebo vas alespon seredne popali. V akumulatorovnach je zakazene nosit kovove veci na tele a ma to svuj duvod. Pokud jsou nejblizsi svorky na celem zarizeni 15 cm od sebe, tak je asi prstynkem nezkratujete, ale na naramek v kombinaci s blbe upadlym sroubovakem muzete vzpominat i po letech, az se vas budou vnoucta ptat od ceho je ta jizva. A baterky v kovove krabici (NiFe/NiCd) vam nemusi odpustit ani ten prstynek - primo na krabici je jeden z polu. Pak je tu samozrejme elektrolyt (louh, nebo kyselina u otevrenych baterek), ale ten typicky staci vcas umyt vodou, nepit a necakat si ho do oci. Pokud pri praci s louhovymi akumulatory citite, ze mate mastne prsty, ale na zadny olej jste nesahali, tak to znamena, ze vam louh zmydelnil vas vlastni tuk v povrchovych vrstvach kuze. Umyjte si ruce ve vode a za par hodin to bude dobre.


A loucim se s pozdravem spojari vsech zemi proletujte se.