Elektrický spotřebič

Elektrický spotřebič, podle toho jak má být připojen v elektrické instalaci, lze zařadit do některé ze tříd ochrany.

Krytí je konstrukční opatření, které je součástí elektrického spotřebiče. Poskytuje ochranu před dotykem s živými a pohybujícími se částmi. Rovněž však chrání spotřebič před poškozením, vniknutím cizích těles a vody či vodních par.

Tato charakteristika vyjadřuje závislost mezi proudem a napětím. V případě střídavého proudu budou dále uvažovány efektivní hodnoty. Charakteristiky se vztahují na napětí a proudy, při kterých dané spotřebiče mohou správně pracovat. Mimo tento rozsah mohou být jiné.

• Odporová: Toto chování vykazují nejjednodušší spotřebiče, jako např. topná tělesa. Spotřebič se chová jako rezistor, tedy proud jím odebíraný lineárně roste s napětím. Kromě topných těles se takto chovají i derivačně a permanentně buzené elektromotory, pokud se otáčky můžou měnit (např. stejnosměrný ventilátor). Krátkodobě se ovšem chovají napěťově, kde napětí závisí na otáčkách. Proto mají zpravidla velký rozběhový proud. Odporové chování mají i zesilovače ve třídě A, ale ty se jako samostatné spotřebiče vyskytují jen málo, kvůli velkému příkonu.
• Proudová: Klasickým proudovým spotřebičem je žárovka. Při zvýšení napětí se zvýší i teplota vlákna a tím se zvýší jeho odpor. Proud samozřejmě do jisté míry roste, ale charakteristika má blíže k proudovému stabilizátoru, než k odporu. Dříve se žárovky používaly i jako proudové stabilizátory. Pro tento účel se používala i speciální verze zvaná variátor. Proudový charakter mají i elektronické spotřebiče obsahující lineární stabilizátory. Při nárůstu vstupního napětí neroste proud, protože obvod za stabilizátorem je napájen stále stejným napětím, změní se pouze ztráta na stabilizátoru. Takto se chovají i zesilovače tříd AB a B, přičemž AB jsou běžné Hi-fi zesilovače. Proud ale závisí na průběhu a hlasitosti zvuku.
• Napěťová: Tyto spotřebiče jsou až do určitého napětí nevodivé, nebo odebírají malý proud, který ale od určité hranice strmě roste. Proto ke správné funkci většinou potřebují vhodný proud omezující prvek. Typickým napěťovým spotřebičem je LED. Např. bílá LED je do cca 2,5 V prakticky nevodivá, do 3 V prochází velmi malý proud, který ale kolem 3,2 V dosáhne jmenovité hodnoty a o několik desetin V výše může být ještě několikanásobně vyšší. Podobně též výbojové zdroje světla (zářivky, výbojky, doutnavky) vykazují napěťovou charakteristiku, navíc s mírně záporným odporem (při zvyšování proudu roste ionizace a tím klesá napětí). Z toho důvodu je vůbec nelze samostatně používat s běžnými zdroji napětí a svítidlo musí vždy omezovat proud. Napěťovými spotřebiči jsou i akumulátory při nabíjení, ale napětí zpravidla postupně roste.
• Výkonová: Tyto spotřebiče při zvyšování napětí snižují odebíraný proud tak, že zůstane přibližně zachován příkon. Do této skupiny patří drtivá většina moderní elektroniky, která má na vstupu spínané stabilizátory. Při změně napětí se tak pouze mění převodní poměr stabilizátoru. Např. počítače, televize, telefony, nabíječky a zesilovače třídy D. V případě bateriově napájených spotřebičů je nepříjemným důsledkem fakt, že čím je baterie vybitější, tím větší proud spotřebič odebírá.

Některé spotřebiče mohou v průběhu činnosti přecházet mezi charakteristikami. Např. moderní pračky s elektronicky řízenými motory vykazují výkonovou charakteristiku, ale když začne ohřev vody, převáží odporové chování topného tělesa. Nebo svítilny s LED mívají při nabitém akumulátoru výkonovou, či proudovou charakteristiku, ale až napětí klesne tak, že na stabilizátor nic nezbývá, přechází charakteristika na napěťovou a světlo začne slábnout.

• Odporový: Topná tělesa a žárovky vykazují shodný dynamický průběh napětí a proudu, protože se jejich odpor nemůže moc rychle měnit. Při napájení ze sítě odebírají tedy sinusový proud, který je ve fázi s napětím.
• Obdélníkový: Vysoké procento LED žárovek obsahuje velký počet LED zapojených v sérii, takže jsou vodivé až od několika stovek V a pak proudový stabilizátor. Některé LED žárovky a zejména reflektory, nebo COB moduly pro 230 V mají LED rozděleny na několik skupin, které se v průběhu cyklu síťového napětí připínají a odpínají, takže odběr proudu trvá po většinu každé půlperiody. V obou případech tedy při překročení určitého napětí začne odběr proudu, který se dále nemění a po poklesu napětí pod podobnou hranici zas proud skokově zaniká.
• Impulzní kvůli usměrnění: Běžná elektronika napájená ze sítě mívá na vstupu usměrňovač a kondenzátor. V průběhu cyklu střídavého proudu tak napřed proud neodebírá, až vstupní napětí překročí napětí na kondenzátoru, proud začne strmě růst a po nabití kondenzátoru zas strmě klesat. Výsledkem je, že takový spotřebič odebírá krátké pulzy velkého proudu. V důsledku toho je napětí v síti zkreslené a zvyšují se ztráty v rozvodné soustavě, zejména transformátorech. Proto se v moderní elektronice zavádí používání PFC, což jsou opatření vedoucí k rozšíření časů odběru proudu (např. tlumivka v sérii s usměrňovačem) a nejlépe i simulující odporové dynamické chování (např. PFC předregulátory mezi usměrňovačem a kondenzátorem).
• Fázově posunutý: Některé spotřebiče mohou mít částečně induktivní charakter (např. střídavé elektromotory, zářivková a výbojková svítidla) a proud je tedy zpožděn za napětím, nebo kapacitní charakter (např. některá svítidla s LED) a proud naopak napětí předchází. V obou případech je výsledkem vznik jalového výkonu, který zvyšuje ztráty v rozvodné síti. Chování podobné kapacitnímu vykazuje i elektronika bez PFC (protože je maximum proudu před maximem napětí), ale negeneruje klasický jalový výkon (protože cyklus neobsahuje oblast, kde by měl proud opačnou polaritu než napětí).
• Impulzní kvůli činnosti spotřebiče: Mnoho elektroniky napájené z baterií má impulzní odběr. Ve stavu stand-by je typicky téměř nulový odběr, ale jednou až několikrát za sekundu na několik mikrosekund vzroste na např. desítky mA, kdy se probudí procesor, přičte čas, zjistí zda není stisklé tlačítko a pod. Mobilní telefon při vysílání odebírá několik ampérů, ale v důsledku časového multiplexu ani při hovoru nevysílá většinu času. Podobně i počítač, pokud není zrovna plně vytížen, odebírá proud, který má trvalou nižší složku a k ní impulzy, když procesor, nebo grafická karta něco dělá. Perioda těchto pulzů může souviset s obnovovací frekvencí zobrazení, nebo i myši při pohybu.

Zvláštní skupinu tvoří elektronické spotřebiče, obsahující elektronické obvody, které nemusejí přímo měnit elektrickou energii na jiný druh energie, ale zpracovávají elektrické signály od vstupního zařízení do výstupního.

Mezi elektronické spotřebiče patří

• počítač
• mobilní telefon
• přehrávače a rekordéry
  • gramofon
  • magnetofon
  • kazetový magnetofon
  • video
  • CD
  • DVD
• elektronické hudební nástroje (keyboard)
• zesilovač
• mixážní pult