Czy zastanawiałeś się kiedyś, w jaki sposób energia elektryczna dociera do twojego domu lub przypuszczasz, że jeśli jest wyłączona, w jaki sposób nadal otrzymujesz prąd w domu. W rzeczywistości może istnieć wiele sposobów na uzyskanie zasilania prądem przemiennym bez konieczności pozostawania bez prądu.
4 Źródła zasilania prądem przemiennym w domu
Sieć AC: Zasadniczo ze względu na łatwość przesyłu oraz niski koszt i łatwość konwersji na prąd stały, zasilanie prądem przemiennym jest preferowane w przypadku zasilania domów nad prądem stałym. Czy zastanawiałeś się kiedyś, jak działa ten cały system dystrybucji energii? Nie?
Pozwólcie, że pokrótce przedstawię cały system
System dystrybucji energii
Podstawowa sieć dystrybucji energii składa się z następujących podsekcji:
- Elektrownia: Elektrownia to miejsce, w którym generowana jest trójfazowa prąd przemienny. Powodem stosowania 3 faz jest to, że wszystkie prądy fazowe mają tendencję do wzajemnego znoszenia się, utrzymując zrównoważone obciążenie i mogą wytwarzać wirujące pole magnetyczne używane w silnikach elektrycznych. Elektrownia składa się zazwyczaj z generatorów turbin parowych, które pracują na parze otrzymywanej ze spalania węgla, ropy i gazu ziemnego lub z elektrowni jądrowych. Moc prądu przemiennego generowana przez generatory jest przekształcana na wysokie napięcie przy około 155 kV za pomocą dużych transformatorów podwyższających.
- Podstacje przesyłowe: Wytworzona moc przy wysokim napięciu 155 kV trafia do podstacji przesyłowych, które składają się z transformatora obniżającego napięcie, wyłączników i urządzeń sterujących oraz przekształca prąd przemienny wysokiego napięcia na prąd przemienny o niskim napięciu 60 kV, który ma być doprowadzony do obwodów przesyłowych do jednostka dystrybucji zasilania.
- Jednostka transmisji: Jednostka transmisyjna składa się z każdej 3-przewodowej wieży, z której każda ma fazę, a także czwartego przewodu, który działa jak uziemienie chroniące przed wyładowaniami atmosferycznymi. Zwykle odległość transmisji wynosi około 400 km.
- Sieć dystrybucji: Składa się z transformatorów obniżających napięcie, które przetwarzają przychodzące zasilanie prądem przemiennym wysokiego napięcia z 60 kV na 12 kV oraz szyn dystrybucyjnych do przesyłania prądu przemiennego.
- Jednostki transmisyjne do domu: Jednostka transmisyjna składa się z 3 okablowanych wież, które przenoszą prąd zmienny w każdej fazie, a także składa się z banków regulatorów zapobiegających stanom nieustalonym w napięciach i odczepów w celu uzyskania zasilania jednofazowego lub dwufazowego z zasilania trójfazowego.
- Zasilacz sieciowy w pobliżu domów: Zasilacz prądu przemiennego składa się z transformatorów obniżających napięcie na biegunach elektrycznych, które obniżają napięcie prądu przemiennego z linii przesyłowych do normalnego napięcia zmiennego o wartości 240 V do zasilania domowego. Zasilanie 240 V jest dostarczane z trzema przewodami, z dwoma przewodami o napięciu 120 V każdy przy 180 stopniowej różnicy faz, a trzecim przewodem jest przewód neutralny lub uziemiający.
Energia słoneczna: Innym źródłem pozyskiwania energii w domu jest energia słoneczna. Dzięki możliwości uzupełniania i łatwej dostępności energia słoneczna staje się jednym z głównych źródeł energii. Dystrybucja energii słonecznej w domach składa się z następujących elementów:
Energia słoneczna do domów
- Panele słoneczne: Szereg paneli słonecznych składający się z ogniw słonecznych jest umieszczany na dachach domów w takim kierunku, aby uzyskać maksymalne światło słoneczne i przekształcić to światło słoneczne w energię elektryczną.
- Kontroler ładowania: Zadaniem kontrolera ładowania jest kontrolowanie ładowania akumulatorów w celu zapewnienia, że nadmierne napięcie DC nie przedostanie się do akumulatorów. Zapewnia również ładowanie akumulatora w przypadku wyczerpania się mocy akumulatora.
- Baterie: Zestaw prawie 12 baterii służy do magazynowania prądu stałego z ogniw słonecznych.
- Falownik: Służy do zamiany prądu stałego z akumulatorów na zasilanie prądem przemiennym do zasilania urządzeń, które do działania potrzebują zasilania prądem przemiennym.
Nieprzerwane źródło zasilania: W poprzednim punkcie dowiedzieliśmy się o magazynowaniu energii słonecznej, a następnie przekształcaniu prądu stałego na prąd przemienny za pomocą falowników. To samo można zrobić dla zasilania prądem przemiennym z sieci.
System nieprzerwanego zasilania
W trybie normalnym zasilanie pochodzi z sieci zasilającej AC i jest podawane do odbiorników po wyregulowaniu przez stabilizator. To napięcie AC jest zamieniane na napięcie DC w celu ładowania akumulatorów.
W trybie rezerwowym energia DC zmagazynowana w akumulatorach jest przekształcana na prąd zmienny za pomocą falowników. Podstawowy falownik składa się z transformatora z centralnie odczepionym uzwojeniem pierwotnym wraz z przełącznikami, które umożliwiają przepływ prądu z powrotem do akumulatora przez uzwojenia pierwotne, umożliwiając w ten sposób wytworzenie napięcia zmiennego na uzwojeniach pierwotnych .
Praktyczny UPS
Generatory: Generator zapasowy dla domów działa na gaz ziemny lub olej napędowy. Składa się ze sterownika, który monitoruje przepływ prądu z sieci zasilającej przez automatyczny przełącznik zasilania. W przypadku awarii zasilania automatyczny przełącznik zasilania zamyka linie sieciowe i otwiera linię zasilającą z generatora. W ten sposób po 10 sekundach przerwy od zaniku zasilania generator zaczyna działać i dostarcza prąd do urządzeń domowych. Po przywróceniu zasilania sterownik wyczuwa to i automatycznie wyłącza zasilanie z generatora i ponownie zaczyna monitorować główne zasilanie. Generator jest tańszy i ma mniejsze zużycie, ale jest głośny w porównaniu z falownikami.
System generatora zapasowego prądu przemiennego
Praktyczny generator używany w domach
Automatyczny wybór źródła zasilania w domach
Możemy zbudować prosty automat do wyboru dowolnego źródła zasilania. Potrzebujemy podstawowego mikrokontrolera, sterownika przekaźnika i 4 przekaźników.
System składa się z 4 przycisków połączonych z Mikrokontrolerem, z których każdy reprezentuje stan dostępności każdego źródła zasilania. Mikrokontroler odpowiednio steruje sterownikiem przekaźnika, aby wybrać odpowiedni przekaźnik podłączony do odpowiedniego źródła zasilania.
Schemat blokowy przedstawiający automatyczny wybór źródła zasilania prądem przemiennym
Podczas normalnej pracy Mikrokontroler steruje sterownikiem przekaźnika tak, aby obciążenie było podłączone do sieci zasilającej przez odpowiedni przekaźnik. Naciśnięcie pierwszego przycisku reprezentującego zasilanie sieciowe wskazuje na awarię zasilania sieciowego. W tym przypadku mikrokontroler jest zaprogramowany tak, aby podawać wysoki stan logiczny na jeden z pinów wejściowych sterownika przekaźnika (podłączonego do odpowiedniego alternatywnego źródła zasilania), a sterownik przekaźnika odpowiednio generuje niski sygnał logiczny na odpowiednim pinie wyjściowym. Przekaźnik podłączony do tego alternatywnego źródła zasilania jest podłączony i umożliwia zasilanie obciążenia. Kiedy którykolwiek z alternatywnych zasilaczy wraz z zasilaniem sieciowym ulegnie awarii, wybierany jest inny dostępny zasilacz. Innymi słowy, jeśli naciśnięty zostanie zarówno przycisk zasilania sieciowego, jak i sąsiedni przycisk, alternatywne źródło zasilania odpowiada trzeciemu przyciskowi. Do wyświetlenia stanu obciążenia można użyć wyświetlacza LCD.
Kredyt zdjęciowy
