Was ist ein AC-Netzteil?
AC-Netzteile sind Wechselstromnetzteile, deren Richtung und Stärke sich mit der Frequenz ändert.
Der gesamte Strom, der von den Energieversorgungsunternehmen an die Haushalte geliefert wird, ist Wechselstrom. Alle Haushaltsgeräte, die an eine Steckdose angeschlossen werden, wie Klimaanlagen, Kühlschränke und Beleuchtungskörper, werden mit AC-Netzteilen betrieben.
In der Industrie werden Geräte, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, manchmal als Wechselstromnetzteile bezeichnet und sind weit verbreitet.
Anwendungen von AC-Netzteilen
AC-Netzteile werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von allgemeinen Haushaltsgeräten bis hin zu Industrieanlagen.
Viele Haushaltsgeräte, wie z. B. Haartrockner, Klimaanlagen und Mikrowellenherde, werden mit AC-Netzteilen betrieben. In der Industrie werden AC-Netzteile vor allem zum Betrieb von gewerblichen Kühlgeräten, Abluftgebläsen, industriellen Wasserpumpen usw. verwendet.
In der IT-Branche beispielsweise werden unterbrechungsfreie Stromversorgungen zum Schutz kritischer Datenserver und Datenspeicher eingesetzt. Bei einer unterbrechungsfreien Stromversorgung handelt es sich um ein Produkt, das Wechselstrom liefert, während die Batterie in normalen Zeiten mit handelsüblichem Strom geladen wird, und das Strom aus der Batterie liefert, wenn der handelsübliche Strom ausgeht. Wenn der Begriff Wechselstromversorgung verwendet wird, bezieht er sich manchmal auf diese unterbrechungsfreie Stromversorgung.
Datenserver und andere Geräte sind kritische und präzise Instrumente. Die kleinste Störung der AC-Stromversorgung kann zu einem Ausfall führen. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen werden auch eingesetzt, um diese Präzisionsgeräte mit ungestörtem Wechselstrom zu versorgen.
Es gibt auch Simulatoren, mit denen getestet werden kann, ob elektrische Geräte durch absichtlich erzeugte Störungen in der Wechselstromversorgung beschädigt werden können.
Funktionsweise von AC-Netzteilen
Die kommerzielle Wechselstromversorgung erfolgt hauptsächlich durch Synchrongeneratoren. Synchrongeneratoren nutzen die elektromagnetische Induktion, um Strom zu liefern.
Die elektromagnetische Induktion beruht auf dem Prinzip, dass eine Spannung erzeugt wird, wenn ein Magnet an einen gewickelten Kupferdraht herangeführt oder von ihm entfernt wird. Synchrongeneratoren erzeugen Strom durch eine Spannung, die durch die Rotation der Wicklungen mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird, während im Inneren ein starkes Magnetfeld entsteht.
Die (stabilisierten) AC-Stromversorgungen in der IT-Industrie lassen sich in zwei Hauptkategorien unterteilen: AC-Stabilisatorsysteme (AVR) und Frequenzumrichtersysteme (CV und CF):
1. AC-Stabilisatorsysteme
AC-Stabilisatorsysteme dienen der Stabilisierung der Ausgangsspannung und der Wellenform, während Frequenzumrichtersysteme zusätzlich die Frequenz stabilisieren sollen.
AC-Stabilisatorsysteme werden grob in Slidac-Systeme und Tap-Switching-Systeme unterteilt. Bei Slidac-Systemen werden Servomotoren oder ähnliche Geräte eingesetzt, um die Anzapfungen des Transformators kontinuierlich zu schalten und so eine konstante Wechselspannung aufrechtzuerhalten.
Das Stufenschaltverfahren vergleicht die Spannung des Eingangswechselstroms mit einer Referenzspannung, korrigiert den Fehler und gibt die Spannung aus.
2. Frequenzumrichtersystem
Frequenzumrichtersysteme lassen sich grob in lineare Verstärkersysteme und Wechselrichtersysteme unterteilen. Bei beiden Verfahren wird der Wechselstrom einmal in Gleichstrom umgewandelt.
Die Ausgangsspannung und -frequenz werden dann mithilfe eines linearen Verstärkers bei der linearen Verstärkermethode und eines DC/AC-Inverters bei der Invertermethode korrigiert und als AC-Netzteile ausgegeben.
Vorteile von AC-Netzteilen
AC-Netzteile haben zwei wesentliche Vorteile:
1. Einfache Umwandlung
AC-Netzteile lassen sich je nach Wicklungsverhältnis des Transformators leicht umwandeln. Die Stromübertragung über große Entfernungen kann mit hohen Spannungen erfolgen, um die Verluste zu verringern und der Strom kann leicht entnommen werden, indem ein Transformator am Ort des Bedarfs aufgestellt wird.
Es ist möglich, die Spannung mit einem Gleichstromnetzteil umzuwandeln, aber die Kosten für den Wandler selbst und die für die Umwandlung erforderliche Zeit sind hoch. Der Hauptvorteil von AC-Netzteilen besteht darin, dass diese Methode der Spannungsanpassung die Kosten für die Stromübertragung und -verteilung senken kann.
2. Leichte Unterbrechung des Stromkreises
Die abwechselnd positive und negative Spannung ist ein Merkmal der Wechselstromversorgung. Wenn es im Falle eines Unfalls oder einer Katastrophe notwendig ist, den Strom vorübergehend zu unterbrechen, kann der Moment des Stromausfalls zur Unterbrechung des Stromkreises genutzt werden, wodurch die Schäden an der elektrischen Anlage und am Schutzschalter selbst begrenzt werden.
Weitere Informationen zu AC-Netzteilen
Erfindung des AC-Netzteils
Der Erfinder der AC-Netzteile war ein Mann namens Nikola Tesla. Tesla wurde in der heutigen Republik Kroatien geboren und war schon in jungen Jahren gut in Mathematik.
Während seines Studiums an der Technischen Universität Graz sah Tesla den Gramm-Generator (ein Gerät zur Erzeugung von Gleichstrom, das sowohl als Generator als auch als Motor fungiert), was ihn dazu inspirierte, über eine bessere Art der Stromerzeugung nachzudenken. Fünf Jahre später gelang es ihm, den ersten Wechselstromgenerator der Welt zu erfinden, den Zweiphasen-Wechselstrommotor.
Tesla entwickelte dann seine Ideen zum Wechselstrom weiter und arbeitete für Thomas Edison, der für Gleichstrom berühmt war. Allerdings stand Edison, der Erfinder des Gleichstroms, Teslas Erfindung des Wechselstroms ablehnend gegenüber.
Beide Männer beriefen sich auf den Nutzen und die Sicherheit des von ihnen erfundenen Stroms und später entstand das Werk „Edison für Gleichstrom vs. Tesla für Wechselstrom“. Nach dieser Konfrontation wurde Teslas Wechselstrom von der Öffentlichkeit anerkannt und heute ist der Wechselstrom nicht mehr wegzudenken.