Преобразователь напряжения: описание устройства, принцип работы

Как устроен прибор

Для преобразования одного уровня напряжения в другой часто используются импульсные преобразователи напряжения с индуктивным накопителем энергии. В соответствии с этим известны три типа схем преобразования:

• Чтобы повернуть вспять.
• Повышение.
• Вниз.

Общими для этих типов преобразователей являются пять элементов:

• Ключевой коммутационный элемент.
• Источник питания.
• Индуктивный накопитель энергии (индуктивность, индуктор).
• Конденсатор фильтра, который подключен параллельно нагрузочному резистору.
• Блокирующий диод.

Включение этих пяти элементов в различные комбинации позволяет создавать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Схема простого инвертора напряжения.

Регулировка уровня выходного напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, управляющих работой элемента клавишного переключателя. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения вызывает автоматическое изменение ширины импульса.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Преобразует напряжение переменного тока одного значения в напряжение переменного тока другого значения. Это свойство трансформатора широко используется в электронике и электротехнике.

Таблица — Основные характеристики преобразователя напряжения.

Диодный мост

Диодный мост — это небольшая схема, состоящая из 4 диодов для преобразования переменного тока в постоянный. В отличие от однополупериодного выпрямителя, который состоит из одного диода и пропускает ток только в течение положительного полупериода, мостовая схема позволяет току проходить в течение каждого полупериода. Диодные мосты выполнены в виде небольших групп, заключенных в пластиковый корпус. Четыре штифта выступают из корпуса сборки со знаками «+», «-» или «~», указывающими, где мост является входом, а где выход. Но не обязательно диодные мосты можно встретить в виде такой сборки, они также собираются включением четырех диодов прямо на печатной плате, что очень удобно.

Например. Вышел из строя один из диодов моста, если есть сборка, смело выбрасываем, а если мост собирается из четырех диодов прямо на плате, меняем неисправный диод и все. На принципиальных схемах диодный мост обозначен включением четырех диодов в мостовую схему, как показано в левой части рисунка ниже: здесь диоды являются как бы плечами выпрямительного моста. Такое графическое обозначение моста можно встретить в старых радиотехнических журналах. Однако сегодня диодный мост в основном обозначают в виде ромба, внутри которого находится значок диода, указывающий только полярность выходного напряжения. Теперь давайте посмотрим, как работает диодный мост, на примере низковольтного выпрямителя. В таком выпрямителе, использующем четыре диода, в течение каждой полуволны по очереди работают два диода противоположных плеч моста, соединенные последовательно друг с другом, но напротив второй пары диодов.

Диодный мост.

Что какое преобразователь напряжения

Преобразователь — это электрическое устройство, которое преобразует электричество с одними параметрами или показателями качества в электричество с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут быть род тока и напряжения, их частота, количество фаз, фазное напряжение. По степени управляемости преобразователи электроэнергии делятся на неуправляемые и управляемые. В управляемых преобразователях можно регулировать выходные переменные — напряжение, ток, частоту.

По основанию элемента преобразователи мощности делятся на электрические машинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические). Электромашинные преобразователи реализуются на основе использования электрических машин и в настоящее время относительно редко находят применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодами, тиристорами и транзисторами.

По характеру преобразования электроэнергии преобразователи мощности делятся на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы переменного и постоянного напряжения и фазовые преобразователи переменного напряжения.

В современных автоматизированных электроприводах используются в основном полупроводниковые тиристоры и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока. Преимуществами полупроводниковых преобразователей являются широкий функционал для управления процессом преобразования электроэнергии, высокая скорость и эффективность, длительный срок службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности для реализации защит, сигнализации, диагностики и тестирования как самого электропривода, так и технологическое оборудование.

Принцип работы преобразователя напряжения.

В то же время полупроводниковым преобразователям свойственны некоторые недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая устойчивость к шумам, искажениям синусоидального тока и напряжения сети.

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Разберемся на практике, зачем нужно устанавливать конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора разной емкости:

Рассмотрим первое. Мы измеряем его значение с помощью нашего LC-метра. Его емкость составляет 25,5 наноФарад или 0,025 мкФ.

Цепляем его на диодный мост по приведенной выше схеме

И цепляемся к осциллографу:

Посмотрим на осциллограмму:

Как видите, рябь все еще сохраняется.

Что ж, возьмем конденсатор побольше.

Получаем 0,226 мкФ.

Цепляем диодный мост так же, как и первый конденсатор, снимаем его показания.

А вот собственно осциллограмма

Нет… почти, но все же не то. Рябь все еще видна.

Возьмем наш третий конденсатор. Его емкость составляет 330 мкФ. Даже мой LC-метр не может измерить это, так как у меня на нем ограничение в 200 микрофарад.

Подключаем к диодному мосту и снимаем с него осциллограмму.

Но на самом деле ее

Хороший. Совсем другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

— чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не злоупотребляйте емкостью! Поскольку в этом случае наше устройство будет очень большим, потому что большие конденсаторы обычно очень большие. И начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке цепи питания.

— чем меньше импеданс нагрузки на выходе такого блока питания, тем больше будет амплитуда пульсаций. С этим борются пассивные фильтры и встроенные регуляторы напряжения, обеспечивающие чистейшее постоянное напряжение.

Особенности применения

На данный момент такое оборудование используется практически во всех отраслях промышленности, и с каждым днем ​​они находят все большее применение в жизни каждого человека, в частности, в составе оборудования легковых или грузовых автомобилей. Рабочая частота инверторов напряжения (преобразователей напряжения) не превышает ста килогерц. Кроме того, преобразователь напряжения (инвертор напряжения) может использоваться в качестве генератора. В принципе, генератор и инвертор довольно похожи, но не следует предполагать, что эти типы оборудования имеют одинаковое назначение и принцип работы.

Повышающий преобразователь.

Имеются существенные отличия в схемах генератора и преобразователя напряжения. Кроме того, по сравнению с дизельным или бензиновым генератором инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет ряд преимуществ, в частности:

• инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет гораздо меньшие габариты и вес;
• инвертору напряжения (преобразователю напряжения) не нужно постоянно контролировать весь перечень параметров, что является обязательным для работы дизельных электростанций или бензогенераторов. Эти параметры включают уровень топлива, уровень и давление моторного масла, а также температуру и уровень охлаждающей жидкости. Все эти параметры, например, при использовании инвертора напряжения (преобразователя напряжения) от двигателя автомобиля, регулируются самостоятельно, к тому же при относительно невысокой мощности потребителей (например, до 1000 Вт) длительное время включения автомобиля генератор вообще не требуется и, конечно же, не расходуется топливо;
• на холостом ходу инвертор напряжения (преобразователь напряжения) имеет низкое энергопотребление (около 5 Вт) в отличие от дизельного или бензинового генератора, который на холостом ходу потребляет до пятидесяти процентов потребления при максимальной нагрузке;
• отсутствие механического износа, соответственно лучшая отказоустойчивость и больший срок службы;
• колебание выходной частоты на инверторе напряжения (преобразователе напряжения) минимально и, как правило, не превышает сотых долей процента;
• инвертор напряжения (преобразователь напряжения) экологически чистый (не шумит и не выделяет выхлопные газы) и позволяет подключать альтернативные источники энергии (например, солнечные батареи или ветрогенераторы);
• инвертор напряжения (преобразователь напряжения) можно использовать как стартерное зарядное устройство, как источник бесперебойного питания, как восстановитель аккумулятора;
• и наконец, инвертор напряжения (преобразователь напряжения) просто значительно (в несколько раз!) дешевле.

Таблица — Популярные модели преобразователей напряжения.

Список потенциальных пользователей инверторов напряжения (преобразователей напряжения) может быть очень большим. Здесь есть производители различных рабочих мест в удаленных условиях или с частыми отключениями электроэнергии и любители отдыха на природе, желающие сохранить возможность пользоваться «благами цивилизации», и расчетливые владельцы различных производств или охраняемых объектов и т.д. И т.д.

В частности, использование инверторов напряжения (преобразователей напряжения) в сочетании с несколькими автономными источниками питания дает очень большие преимущества, это стоит одной только экономии топлива, и к этому также сохраняется «запас электроэнергии», так сказать, на всякий случай.

правда, при выборе инверторов напряжения (преобразователей напряжения) следует помнить, что многие потребители электрического тока (особенно холодильники и насосы) имеют пусковую мощность в несколько раз выше номинальной (обычно это можно увидеть в паспорте устройства) и именно это следует принять за основу при расчете необходимого инвертора напряжения (преобразователя напряжения).

Преобразователь 24В в 12В

Какое устройство позволяет выпрямить переменное напряжение?

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения постоянного тока из переменного тока называется выпрямлением, а устройства — выпрямителями. Основная часть выпрямителя — это полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении.

Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров

Самый простой способ изменить значение u — отрегулировать значение предоставленного Uip, если такая возможность существует. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема. Но такие источники электроэнергии, как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея, не обладают такой емкостью. Таким образом, регулирование частоты и выходного значения u полностью возложено на инвертор.

Для регулировки значения u пара диагонально противоположных транзисторов должна быть открыта немного раньше, чем в рассмотренном выше случае. Следовательно, алгоритм системы управления должен предусматривать смещение управляющих сигналов. Например, подаваемые при размыкании VT1 ​​и VT4 управляющие импульсы, подаваемые на базы VT2 и VT3, под определенным углом, называются углом управления α.

Обратите внимание, что значение амплитуды uн остается неизменным и приблизительно равно значению Uï, но фактическое значение u будет уменьшаться с увеличением угла управления α. Посмотрим, как это работает.

В интервале времени от t1 до t2 пара транзисторов VT1 и VT4 открыта; iн прокручивается справа налево, как показано на схеме. В момент t2 первый транзистор выключается, а второй включается. Ток остается в том же направлении, и нагрузка закрывается, поэтому напряжение на ней падает почти до нуля и, следовательно, i также уменьшается.

Также поступает команда от системы управления, и VT2 открывается, а VT4 закрывается. Однако энергия, накопленная в индуктивности, не позволяет току i менять направление, и он течет по той же цепи, только через диоды VD2 и VD3 напротив источника питания. Продолжительность этого процесса продолжается до момента времени t4. В точке t4 под действием примененного Uip знак меняется в противоположную сторону.

Типы преобразователей

При выборе модели преобразователя также необходимо учитывать особенности потребления электроэнергии различными устройствами, учитывая особенности потребления, электрические приборы можно условно разделить на 2 группы.

Первая группа — это электрические приборы, при включении и в начале работы которых кратковременное потребление энергии (так называемая пиковая пусковая нагрузка) во много раз превышает номинальную мощность. В эту группу входят, например, насосы, компрессоры и холодильники, для их подключения часто необходимо использовать разделительные трансформаторы.

Комментарий эксперта
Лагутин Виталий Сергеевич Инженер по специальности «Программное обеспечение информационных технологий и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 г. Задать вопрос Фактическая мощность некоторых устройств, например насосов на базе асинхронных двигателей и оборудования на их основе (кондиционеры, холодильники), примерно в 1,5 раза больше номинальной, это связано с тем, что мощность обычно указывается без учета потерь (полезная мощность). Для устройств этой группы необходимо выбирать преобразователь напряжения с максимально допустимой мощностью, которая значительно превышает номинальную мощность устройства.

Вторая группа — это электроприборы, пусковая мощность которых не превышает номинальную, к ним относятся телевизоры, компьютеры, лампы, обогреватели, потребляющие постоянную энергию, а также инструменты с двигателями коллекторного типа (дрели, торцовочные пилы, строгальные станки, бетонные станки) миксеры, газонокосилки и др.), потребляющих номинальную мощность только при включенной нагрузке, для устройств данной группы достаточно выбрать преобразователь напряжения с максимально допустимой мощностью несколько выше номинальной мощности устройства.

Электронный преобразователь напряжения.

Импульсные устройства

Переключающие преобразователи используются, когда необходимо преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего их собирают на основе индуктивного или емкостного накопителя энергии. Их отличает от других источников питания высокий КПД, в некоторых случаях достигающий 95%. Основные электрические схемы импульсных преобразователей выполняются с использованием 4-х элементов:

• переключающий элемент;
• накопители энергии (индуктор, индуктивность, конденсаторы);
• блокирующий диод;
• конденсатор, подключенный параллельно сопротивлению нагрузки.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать импульсный преобразователь любого типа. Величина выходного напряжения определяется амплитудой импульсов, управляющих переключающим элементом. Это создает в катушке индуктивности запас энергии. Стабилизация осуществляется через обратную связь, т.е ширина импульса изменяется в зависимости от значения выходного напряжения.

Преобразователь напряжения импульсный.

Для создания токов высокой частоты используются преобразователи, собранные по колебательным цепям. При этом одновременно подается постоянное напряжение, подаваемое на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер). Выходные импульсы обычно имеют прямоугольную форму. Результирующее переменное напряжение можно увеличивать, уменьшать и т.д.

Кроме того, его легко исправить и добиться нужной полярности. Для этого используется соответствующее зажигание диодов, а выпрямитель собирается, например, по мостовой схеме. Напряжение на выходе импульсных преобразователей должно быть стабилизировано. Для этого используются различные типы стабилизаторов (импульсные или линейные). Правда, из-за невысокого КПД последние используются редко.

Что касается импульсных стабилизаторов, то они в своей работе используют широтно-импульсную или частотную модуляцию. В первом случае изменяется длительность, во втором — частота импульсов. Есть устройства с комбинированным методом стабилизации.

Автомобильные модели

С увеличением количества автомобилей возросла необходимость использования различных бытовых приборов при их эксплуатации, в том числе работающих от переменного напряжения 220 В. Для этого были разработаны автомобильные инверторы, с помощью которых постоянная напряжение от автомобильного аккумулятора +12 В (легковой автомобиль) или +24 В (грузовой автомобиль) преобразуется в переменное 220 В. Вы можете подключить электрическую или электрическую бритву, чтобы проткнуть их, зарядить ноутбук и т.д.

Автомобильный инвертор — это генератор напряжения, форма которого похожа на синусоидальную волну. В этом случае ток на выходе устройства не зависит от величины тока на входе и может практически регулироваться от нуля до максимума. Точно так же теоретически можно регулировать частоту и напряжение. В упрощенном виде электрическую схему автомобильного преобразователя можно представить в виде трансформатора, первичные обмотки которого возбуждаются через тиристорные переключатели. Включая обмотки, тиристоры создают на выходе трансформатора переменный ток.

Преобразователи напряжения автомобильные

При этом образуется измененная (ступенчатая) синусоида, но это никак не влияет на работоспособность большинства бытовых приборов. Преобразователи для использования в автомобилях имеют достаточно высокий КПД, достигающий 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды. В процессе эксплуатации устройства у потребителя есть возможность выбрать один из трех режимов его работы:

1. Режим работы, обеспечивающий длительную работу инвертора на номинальной мощности.
2. Режим перегрузки, который позволяет получить от устройства значительно больше мощности, чем при нормальной работе. Однако в этом режиме инвертор не должен работать более 30 минут.
3. Пусковой режим используется, когда необходимо получить мгновенную мощность при высокой нагрузке (запуск электродвигателя и т.д.).

При использовании инвертора не рекомендуется постоянно включать его на максимальную мощность. Выбирать режим его работы необходимо исходя из величины нагрузки. Выбирая преобразователь для автомобиля, главное внимание следует уделить его мощности. Его величина непременно должна быть больше мощности подключенных устройств. Кроме того, немаловажное значение имеет тип подключаемых электроприборов. Если вы планируете подключать к автомобильному инвертору устройства, потребляющие значительный ток, то вам необходимо приобрести устройство соответствующей мощности (от 300 до 2000 Вт).

Бытовые приборы

В настоящее время преобразователи напряжения широко используются в быту. Их начали использовать в домашних условиях в качестве резервных или аварийных источников питания, задача которых — обеспечивать работу бытовой техники в случае несанкционированного отключения центральной электросети. Обычно домашний преобразователь напряжения представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими батареями. В коттеджах и загородных домах (дачных участках) они также дополняются устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

Схема бытового преобразователя напряжения.

В некоторых случаях могут использоваться солнечные батареи или ветряные генераторы. Инверторы, предназначенные для бытового использования, часто подключают к маломощной бытовой технике:

• телевизоры;
• компьютер и др.

При этом необходимо помнить о бытовой технике, например, холодильниках, электронасосах и т.д., которым для работы требуется источник питания «чистой синусоидой», что требует покупки гораздо более дорогих устройств. В местах, где нет централизованной электросети, можно, рассчитав необходимую электрическую мощность, организовать энергосистему всего дома. Однако для этого потребуется покупка довольно дорогого оборудования.

Инвертор домашнего напряжения.

Например, стоимость инвертора мощностью 10… 60 кВт составляет не менее 20 000 долларов. Использование таких устройств целесообразно в случае организации энергосистем на основе альтернативных источников энергии. При сравнении классического источника бесперебойного питания (ИБП) в режиме онлайн с преобразователем напряжения комбинация компонентов аккумулятор + инвертор кажется предпочтительной по ряду причин, в том числе:

• бережная работа от аккумулятора;
• большой выбор аккумуляторных батарей;
• возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и др.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в довольно широком ассортименте. Продукция этих производителей отличается высоким качеством и выполняет множество различных функций. Поэтому преобразователи постоянного / переменного тока обеспечивают защиту от глубокого разряда батарей, проверяя значение минимального входного напряжения. Они также контролируют параметры выходного сигнала.

Бестрансформаторные устройства

Характеристики преобразователя напряжения с 12 В на 220 В. В последнее время они стали очень популярны, так как на их изготовление и, в частности, на изготовление трансформаторов необходимо затратить значительные средства, так как их обмотка выполнена из металла, не покрытого металлом. -цветные металлы, цена на которые постоянно растет. Главное достоинство таких преобразователей — это, конечно же, цена. Из минусов есть тот, который существенно отличает его от трансформаторных блоков питания и преобразователей. Из-за выхода из строя одного или нескольких полупроводниковых устройств вся выходная энергия может уйти на клеммы потребителя, и это обязательно выведет его из строя.

Вот простейший преобразователь AC-DC. Роль регулирующего элемента выполняет тиристор. Проще дело обстоит с преобразователями, в которых нет трансформаторов, но работающих на основе и в режиме устройства, повышающего напряжение. Здесь даже если один или несколько элементов уйдут, на нагрузке не появится опасная разрушительная энергия.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения.

Какая деталь генератора преобразует трехфазный переменный ток в постоянный?

Выпрямительный блок преобразует переменное напряжение в постоянное.

Принцип действия

Преобразователь напряжения генерирует напряжение питания требуемого значения из другого напряжения питания, например, для питания определенного оборудования от батареи. Одно из основных требований к преобразователю — обеспечение максимального КПД. Преобразование переменного напряжения может быть легко выполнено с использованием трансформатора, при этом такие преобразователи постоянного тока в напряжение часто создаются на основе промежуточного преобразования постоянного тока в переменный.

• К первичной обмотке трансформатора подключен мощный генератор переменного напряжения, питаемый от источника постоянного напряжения.
• Со вторичной обмотки снимается переменное напряжение необходимой величины, которое затем выпрямляется.
• При необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется с помощью стабилизатора, который включается на выходе выпрямителя, либо путем регулирования параметров переменного напряжения, генерируемого генератором.
• Для достижения высокого КПД в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и генерируют напряжение с помощью логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые переключают напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (через транзистор не течет ток) в состояние насыщения, когда напряжение на транзисторе падает.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев используется ЭДС самоиндукции, которая создается на индуктивности в случае резкого отключения электроэнергии. Транзистор работает как переключатель тока, а первичная обмотка повышающего трансформатора действует как индуктивность. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Такие схемы способны генерировать напряжения до нескольких десятков кВ. Их часто используют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и т.д. При этом обеспечивается КПД более 80%.

Принципиальная схема бестрансформаторного преобразователя напряжения.

Полезные свойства аппаратов

Часто инверторы от 12 В до 220 В обеспечивают защиту или ослабление работы информационных систем от качества сетей переменного тока. В случае внезапного сбоя питания резервная батарея и выпрямитель восстановят резервное питание и выключат компьютер без потери важных данных.

В сложных и ответственных конструкциях эти устройства работают более длительным и контролируемым образом. Эта работа выполняется как отдельно, так и параллельно с основной электрической сетью. Кроме того, инвертор может выступать в качестве промежуточного звена в серии преобразователей.

Отличительной особенностью в этом случае является наличие частоты высокого напряжения — до 100 кГц. Для эффективной работы также используются полупроводниковые переключатели, магнитные материалы и специальные контроллеры. Для удобства использования инвертор должен иметь высокий КПД, надежность и компактные размеры.

Выходное напряжение обязательно должно соответствовать техническим характеристикам общей сети, особенно для сетевых инверторов, которые используются для преобразования энергии от солнечных панелей, ветряных генераторов и других экологически чистых источников.

Какие элементы содержит Выпрямительное устройство?

Блок-схема выпрямителя

Выпрямитель состоит из трех компонентов: трансформатора (Т), диодного блока (ДБ) со сглаживающим фильтром (СФ), подключенного на выходе).

Ремонт прибора

Ремонт этих устройств для преобразования одного вида напряжения в другой лучше всего производить в сервисных центрах, где персонал высококвалифицирован и впоследствии предоставит гарантии на выполненные работы. Чаще всего все современные качественные преобразователи состоят из нескольких сотен электронных деталей, и при отсутствии явных перегоревших элементов найти неисправность и устранить ее будет очень сложно.

Некоторые недорогие китайские устройства этого типа вообще в принципе лишены возможности ремонта, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да, они могут быть немного громоздкими и не компактными, но они подлежат ремонту, так как многие их детали можно заменить на аналогичные.

Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)

Преобразователи AC / DC используются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электрических сетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко используются в промышленной автоматизации, производстве электроснабжения, телекоммуникациях, транспорте, гальванике, электростанциях, сварочных машинах. В зависимости от используемых переключателей мощности выпрямители бывают:

1. Тиристор. Обычно они состоят из следующих основных компонентов:

• трансформатор. Необходимо понизить / увеличить напряжение, а также гальваническую развязку выпрямителя от сети;
• тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электрического тока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока независимо от колебаний напряжения на входе;
• блок управления клапанной группой;
• емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания импульсных выходных параметров.

2. Транзистор. Эти выпрямители включают в себя следующие элементы:

• вход фильтра LC. Необходимо защитить сеть от помех выпрямителя;
• диодный мост;
• RF преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульс и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока независимо от колебаний входного напряжения;
• ВЧ трансформатор. Предназначен для уменьшения / увеличения напряжения импульсного тока;
• диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
• блок управления;
• выходной LC-фильтр.

Какое явление используется в работе генератора переменного тока?

Генератор переменного тока («генератор переменного тока») — это электрическая машина, преобразующая механическую энергию в электрическую энергию переменного тока. Большинство генераторов переменного тока используют вращающееся магнитное поле.

Схема инвертора напряжения

Наиболее распространенная схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT-транзисторов VT1… VT4, соединенных по мостовой схеме, и четырех обратных диодов, названных VD1… VD4, соединенных параллельно с полупроводниковыми переключателями, управляемыми в противоположном направлении. Преобразователь питает активную индуктивную нагрузку. Именно она самая обычная, поэтому и была взята за основу.

Входные клеммы инвертора подключены к Uip. Если таким источником служит диодный выпрямитель, его выход должен отклоняться конденсатором C.

В силовой электронике наиболее часто используются IGBT (они показаны на схеме) и тиристоры GTO, IGCT. При работе на более низких мощностях полевые MOSFET-транзисторы вне конкуренции.

В момент t1 VT1 и VT4 открываются, а VT2 и VT3 закрываются. Формируется единственный путь для прохождения тока через нагрузку: «+» Uip — VT1 — нагрузка RnLn — VT4 — «-» Uip. Таким образом, в интервале времени t1 — t2 создается замкнутая петля для потока in в соответствующем направлении.

Режим работы схемы

Для изменения направления управляющие импульсы снимаются с баз VT1 и VT4 и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT2,3. В точке t2 на оси времени t первый и четвертый VT1,4 закрыты, а второй и третий открыты. Однако поскольку нагрузка является активно-индуктивной, она не может мгновенно изменить противоположное направление. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности Lн. Следовательно, он будет поддерживать то же направление, пока вся энергия, накопленная в индуктивности в виде магнитного поля, равная Wm = (Ln ∙ i2) / 2, не рассеется.

В связи с этим в интервале времени t2 — t3 ток будет течь через диоды VD2 и VD3, сохраняя то же направление на RнLн, но будет проходить в противоположном направлении через Uboil или конденсатор C, если источником питания является диодный выпрямитель. Поэтому в обязательном порядке необходимо установить конденсатор С, если инвертор подключен к диодному выпрямителю. В противном случае протекание потока будет прервано, в результате чего произойдет сильный скачок, который может повредить изоляцию потребителя и повредить полупроводниковые приборы.

В момент t3 вся энергия, запасенная на индуктивности, уменьшится до нуля. Начиная с момента t3 до момента t4 под действием IU, подаваемого через открытые полупроводниковые переключатели VT2 и VT3, поток in будет течь через LnRn в другом направлении.

В точке t4, расположенной на оси времени t, управляющий сигнал снимается с VT1,3, а VT1 и VT4 открываются. Однако он продолжает течь в том же направлении, пока энергия, накопленная в индуктивности, не будет израсходована. Это произойдет в интервале времени t4 — t5.

Работа схемы

Начиная с момента t5, он меняет направление и будет течь от Uip через LnRn по пути через VT1 и VT4. Кроме того, все процессы, происходящие в электрической цепи, будут повторяться. На LnRn форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму из-за наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно повышаться и падать. Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), формы в eu будут в виде прямоугольников.

Поскольку VT1… VT4 открывались попарно на всей длине соответствующих полупериодов, на выходе преобразователя формировался максимально возможный uн, поэтому максимальное значение протекало через LнRн. Однако часто необходимо обеспечить постепенное увеличение мощности потребителя, например, для постепенного увеличения яркости освещения или скорости двигателя.

Следует уточнить, что сигналы от системы управления КС отправляются не напрямую на базы полупроводниковых переключателей, а через драйвер. Поскольку современные системы управления построены на безе микроконтроллеров, вырабатывающих маломощные сигналы, которые не могут открыть IGBT, для увеличения мощности открывающего импульса используется промежуточное звено — драйвер. Кроме того, драйвер часто выполняет множество дополнительных функций: защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.д.

Технические характеристики

Все электрические преобразователи выдают стандартную частоту 50 Гц и напряжение 220 В. Этот выход соответствует требованиям бытовой электросети и совместим со всеми потребителями. Основные параметры:

• номинальная мощность;
• Эффективность;
• активная или пассивная система охлаждения;
• потребление энергии в режиме ожидания;
• максимальная потребляемая мощность на входе;
• напряжение питания;
• устройства для защиты от короткого замыкания и перегрева оборудования.

Старые модели инверторов представляют собой трансформаторы тока, а современные модели собраны на импульсных контроллерах, что обеспечивает высокий КПД устройств. Иногда это значение достигает 95%, а оставшиеся 5% рассеиваются самим устройством, из-за чего он перегревается.

В зависимости от модели инвертора 12-220 вольт потребители на выходе получают синусоидальную волну прямоугольного напряжения или, в более дорогих моделях, соответствует нормативному значению. Некоторые устройства с высокой пусковой мощностью не могут быть запущены инвертором.

Для этого необходимо использовать переходники, состоящие из конденсаторов, способных обеспечить достаточный пусковой ток. Иногда просто необходимо ограничить использование определенного электрооборудования.