Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Преобразователь переменного тока в постоянный может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог. Предложенный преобразователь содержит трехфазный трансформатор (1) с двумя вторичными обмотками, каждая из которых содержит по две обмотки, одну, выполненную по схеме звезды, вторую — по схеме обратной звезды, соединенных нулевыми точками в шестифазную звезду, и двенадцать вентилей (2…13). Числа витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды (или звезды), и числа витков фазных обмоток, составляющих звезды (или обратные звезды), находятся в соотношении. Каждый из шести вентилей (3, 5, 7, 9, 11, 13) соединяет пару противофазных выводов фазных обмоток двух шестифазных звезд. В данном случае аноды вентилей (3, 7, 11, 9, 13, 5) подключены соответственно к выводам фаз а, в, с, х, у, z одной шестифазной звезды, а катоды соответственно к выводам фаз х′, у′, z′, а′, в′, с′ второй шестифазной звезды. Группы вентилей (2, 6, 10) и (8, 12, 4) образуют соответственно анодную и катодную вентильные звезды; катоды вентилей анодной звезды соединены соответственно с фазами х, у, z одной шестифазной звезды, а аноды катодной звезды, соответственно, с фазами х′, у′, z′ другой шестифазной звезды. Общие точки анодной и катодной вентильных звезд образуют выходные выводы устройства соответственно (14) и (15), к которым присоединена нагрузка (16). Предложенный преобразователь переменного тока в постоянный обеспечивает технический результат — более высокое качество преобразования. 4 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может найти применение для питания потребителей постоянного тока, в частности, в системах электроснабжения электрифицированных железных дорог.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямленное напряжение, содержащий 12 вентилей, образующих две мостовые схемы и трансформатор, вторичная обмотка которого, поделенная в каждой фазе на три секции, соединена в двухсторонний встречно-встречный неравносторонний зигзаг — трехлучевую звезду (А.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. с. SU №1282291, МПК Н02М 7/162. Мостовой преобразователь электроэнергии / A.M.Репин. Бюл. №1, 1987).

Данный преобразователь имеет невысокие энергетические показатели, что обусловлено параметрической несимметрией цепей протекания тока нагрузки при формировании смежных пульсаций. Наличие частей обмоток с тремя численными значениями витков этих частей усложняет технологию равномерного размещения частей на стержнях трансформатора, а в ряде случаев приводит к конструктивной несимметрии результирующих напряжений вторичных обмоток, что снижает качество преобразования электроэнергии.

Известен преобразователь переменного тока в постоянный, обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямленное напряжение, содержащий трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, части которой образуют правильный замкнутый шестиугольник, к трем, чередующимся через одну, вершинам которого подключены дополнительные обмотки встречно с соответствующей им парой смежных по фазе основных частей и шестиячейковый вентильный мост (А.с. SU №1347133, МПК Н02М 7/08. Мостовой источник постоянного напряжения (его варианты) / A.M.Репин. Бюл. №39, 1987).

Данный преобразователь также подвержен снижению энергетических показателей, обусловленному параметрической несимметрией цепей тока при формирования смежных пульсаций. Кроме того, большое различие количества витков частей обмоток усложняет технологию равномерного размещения их на стержнях трансформатора, а в ряде случаев приводит к конструктивной несимметрии напряжений обмоток, снижающей качество преобразования параметров электроэнергии.

Наиболее близким к изобретению, принятым за прототип, является преобразователь переменного тока в постоянный (Репин A.M. Новые базовые технические решения и классификация вентильных преобразователей энергии // Вопросы радиоэлектроники. Серия ОВР, 1985. — Вып.6. — С.71, рис.10, з), обеспечивающий двенадцатипульсное выпрямление и содержащий двенадцать вентилей, соединенных в два трехфазных вентильных моста, образующих шестифазный вентильный мост из шести вентильных ячеек с двумя последовательно согласно соединенными вентилями в каждой, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, с отношением чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд, равным , входы переменного тока шестифазного вентильного моста, образованные точками соединения вентилей в ячейках, соединены с фазными выводами шестифазной звезды, а выводы постоянного тока шестифазного моста, каждый из которых образован общими точками соединения одноименных электродов двух вентильных звезд (анодных звезд для одного вывода и катодных — для другого) образуют выходные выводы устройства.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Недостатком данного преобразователя является относительно невысокое качество преобразования, снижение которого обусловлено параметрической несимметрией цепей протекания тока нагрузки в смежных циклах образования пульсаций выпрямленного напряжения, приводящей к появлению неканонических гармоник в спектре выпрямленного напряжения.

Задача изобретения — создание преобразователя переменного тока в постоянный, имеющего более высокое качество преобразования.

Указанная задача достигается тем, что в преобразователе переменного тока в постоянный, содержащем двенадцать вентилей, образующих две вентильные группы, каждая из которых содержит по три вентильных ячейки из двух последовательно согласно соединенных вентилей, а одноименные свободные электроды половины вентилей первой вентильной группы и свободные электроды другого наименования, принадлежащие половине вентилей второй группы, соединены, образуя при этом анодную и катодную вентильные звезды, общие точки соединения электродов вентилей в которых образуют выходные выводы устройства, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, а отношение чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд равно , причем каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды), имеющей большее число витков, присоединен к незадействованной точке соединения вентилей ячейки, принадлежащей первой вентильной группе, трансформатор преобразователя снабжен дополнительной аналогичной вторичной обмоткой, каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды) которой, имеющей большее число витков, соединен с незадействованной точкой соединения вентилей ячейки, принадлежащей второй вентильной группе, причем каждый свободный вывод фазной обмотки, принадлежащей одной шестифазной звезде, соединен со свободным электродом одного из вентилей вентильных групп, второй электрод которого соединен с противофазным данному выводу выводом фазной обмотки, принадлежащей другой шестифазной звезде.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

На Фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема предлагаемого преобразователя; на фиг.2 — векторные диаграммы напряжений, представленные в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток, и развернутые векторные диаграммы, поясняющие принцип формирования векторов результирующих напряжений; на фиг.3 — схема работы вторичных обмоток и вентилей преобразователя; на фиг.4 — временные диаграммы выпрямленного напряжения, обратных напряжений и токов вентилей.

Преобразователь (фиг.1) содержит трехфазный трансформатор 1 с двумя вторичными обмотками, каждая из которых содержит по две обмотки, одну, выполненную по схеме звезды, вторую — по схеме обратной звезды, соединенных нулевыми точками в шестифазную звезду, и двенадцать вентилей 2…13. Числа витков фазных обмоток, составляющих обратные звезды, и числа витков фазных обмоток, составляющих звезды, находятся в соотношении . Каждый из шести вентилей 3, 5, 7, 9, 11, 13 соединяет пару противофазных выводов фазных обмоток двух шестифазных звезд. В данном случае аноды вентилей 3, 7, 11, 9, 13, 5 подключены соответственно к выводам фаз а, в, с, х, у, z одной шестифазной звезды, а катоды соответственно к выводам фаз х′, у′, z′, а′, в′, с′ второй шестифазной звезды. Группы вентилей 2, 6, 10 и 8, 12, 4 образуют соответственно анодную и катодную вентильные звезды; катоды вентилей анодной звезды соединены соответственно с фазами х, у, z одной шестифазной звезды, а аноды катодной звезды соответственно с фазами х′, у′, z′ другой шестифазной звезды. Общие точки анодной и катодной вентильных звезд образуют выходные выводы устройства соответственно 14 и 15, к которым присоединена нагрузка 16.

Принцип работы преобразователя (фиг.1) иллюстрируется векторными диаграммами напряжений, представленными в виде амплитудно-фазовых портретов напряжений фазных обмоток (фиг.2, а)), составляющих две несимметричные (по амплитудам фазных напряжений) шестифазные системы напряжений вторичных обмоток, и развернутой на фазовой плоскости совмещенной векторной диаграммой, показывающей принцип формирования результирующих напряжений, представленных векторами S1…S12 (фиг.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. 2, б)). В каждой вторичной обмотке, состоящей из гальванически связанных между собой нулевыми точками прямой и обратной звезд, отношение чисел витков фазных обмоток, составляющих (в данном случае) обратные звезды, к числам витков фазных обмоток, составляющих звезды, равно . При таком соотношении чисел витков обеспечивается равенство результирующих напряжений по амплитуде и фазовых сдвигов между ними в 30 эл. градусов.

Формирование двенадцатипульсного выпрямленного напряжения на нагрузке поясняется векторными диаграммами, которые на фиг.2 совмещены с текущими композициями соединения фазовых портретов напряжений вторичных обмоток. Так, первый вектор результирующего напряжения S1 является суммой коллинеарных векторов фазных напряжений вторичных обмоток фаз х, а, х′ и отстающего на 60 эл. град. вектора фазного напряжения фазы z′ трансформатора. В формировании вектора S12 вместо вектора напряжения фазы z′ участвует опережающий вектор напряжения фазы у′. Таким образом, можно убедиться, что данная и каждая последующая пара векторов результирующих напряжений формируется равными по модулю векторами фазных напряжений. За период формируется двенадцать одинаковых результирующих напряжений, образующих двенадцатифазную систему результирующих выпрямляемых напряжений. Обе шестифазные системы напряжений при этом синфазны друг относительно друга. Как пример, на фиг.2, в) приведен другой, из множества возможных, вариант исполнения вентильных обмоток, основу которого составляет правильный шестигранник.

Схема работы обмоток и вентилей (фиг.3), полученная из анализа диаграмм на фиг.2, б), позволяет определить, что все фазные обмотки, образующие обратные звезды, проводят ток 180 эл. град. за период сетевого напряжения, а обмотки, образующие прямые звезды — 60 эл. град. (без учета коммутации). Вентили анодной и катодной вентильных звезд имеют угол проводимости 120 эл. град. Остальные вентили имеют угол проводимости 60 эл. град. Ток нагрузки в интервале пульсации обтекает три вентиля.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Порядок вступления вентилей 2…13 в работу отражен в их нумерации на схеме фиг.1.

Исходя из геометрического построения диаграмм векторов результирующих напряжений (фиг.2) определено максимальное значение выпрямленного напряжения при идеальной коммутации и соответственно его среднее значение. Приняв за относительную единицу (о.е.) амплитуду напряжения на вторичной фазной обмотке, имеющей наибольшее число витков, в соответствии с векторными диаграммами на фиг.2 получено среднее значение выпрямленного напряжения U do =3,308 о.е.

По результатам анализа работы вторичных обмоток (фиг.3) определена мощность вторичных обмоток трансформатора преобразователя, составившая 1,29 P d (P d — мощность нагрузки). Расчетная типовая мощность трансформатора предлагаемого преобразователя равна 1,15 P d , но этот показатель при исполнении обмоток по схеме шестифазной звезды возрастает на 5-6% из-за необходимости компенсации переменного потока намагничивания. Однако при выполнении обмоток по схемам замкнутого типа данный показатель улучшается. Например, при выполнении обмоток по варианту, приведенному на диаграммах Фиг.2,в), типовая мощность трансформатора равна 1,083 Р d , но технология его изготовления усложняется

На Фиг.4, а) показана временная диаграмма выпрямленного напряжения, полученная при схемотехническом моделировании и подтверждающая двенадцатипульсный режим работы преобразователя. Моделирование показало, что при нарушении принятого соотношения между числами витков разновеликих вентильных обмоток более чем на 15%, например, при соотношении

значительного искажения кривой выпрямленного напряжения от канонической формы не происходит. Отсутствие амплитудной несимметрии в пульсациях выпрямленного напряжения в этом случае обусловлено принятой для преобразователя топологией цепей формирования результирующих напряжений (фиг.2). Наблюдается лишь незначительное рассогласование фазовых сдвигов между результирующими напряжениями (максимумами пульсаций). На фиг.4, б) приведены диаграммы кривых тока и обратного напряжения для одного из вентилей катодной группы (вентиль 8), а на фиг.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. 4, в) — аналогичные диаграммы для вентиля группы, соединяющей шестифазные звезды (вентиль 5). При сравнении последних временных диаграмм (или из анализа векторных диаграмм) видно, что максимальные обратные напряжения вентилей анодной и катодной групп составляют 0,524 от среднего значения выпрямленного напряжения, а к остальным вентилям приложено напряжение в 1,0472 раза превышающее среднее значение выпрямленного напряжения.

Весьма существенен тот факт, что, даже с учетом применения разных по площади сечения проводов при выполнении фазных обмоток звезд и обратных звезд, активные сопротивления цепей тока при формировании всех результирующих напряжений равны, а реактивные сопротивления при однотипности размещения обмоток по стержням трансформатора также будут равны (без учета поправки, связанной с применением плоского стержневого магнитопровода). Технологичности выполнения обмоток, лучшему потокосцеплению и минимизации индуктивности рассеяния способствует относительно небольшая разность чисел витков фазных обмоток, принадлежащих звездам и обратным звездам. Все это позволяет уменьшить параметрическую несимметрию и, кроме того, в ряде случаев (при различных мощностях преобразователя и (или) разных уровнях выпрямленного напряжения) появляется возможность более точного выполнения принятого расчетного соотношения между числами витков обмоток при их целочисленном исполнении. Таким образом, качество преобразования улучшается.

Данный преобразователь можно строить на основе двух однотипных трансформаторов, а дополнив его аналогичным преобразователем с первичной обмоткой в трансформаторе, осуществляющей сдвиг линейных напряжений вторичных обмоток в 30 эл. град. относительно линейных напряжений вторичных обмоток исходного трансформатора, можно удвоить кратность частоты пульсаций выпрямленного напряжения.

Таким образом, предлагаемый преобразователь переменного тока в постоянный имеет более высокое качество преобразования, чем прототип.

Преобразователь переменного тока в постоянный, содержащий двенадцать вентилей, образующих две вентильные группы, каждая из которых содержит по три вентильных ячейки из двух последовательно согласно соединенных вентилей, а одноименные свободные электроды половины вентилей первой вентильной группы и свободные электроды другого наименования, принадлежащие половине вентилей второй группы соединены, образуя при этом анодную и катодную вентильные звезды, общие точки соединения электродов вентилей в которых образуют выходные выводы устройства, и трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, выполненной по схеме несимметричной шестифазной звезды, состоящей из симметричных обратных друг другу звезд, соединенных нулевыми точками, а отношение чисел витков фазных обмоток обратных друг другу звезд равно , причем каждый фазный вывод обмотки звезды (обратной звезды), имеющей большее число витков, присоединен к незадействованной точке соединения вентилей ячейки, принадлежащей первой вентильной группе, отличающийся тем, что трансформатор преобразователя снабжен дополнительной аналогичной вторичной обмоткой, каждый вывод фазной обмотки звезды (обратной звезды) которой, имеющей большее число витков, соединен с незадействованной точкой соединения вентилей ячейки, принадлежащей второй вентильной группе, причем каждый свободный вывод фазной обмотки, принадлежащей одной шестифазной звезде, соединен со свободным электродом одного из вентилей вентильных групп, второй электрод которого соединен с противофазным данному выводу выводом фазной обмотки, принадлежащей другой шестифазной звезде.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Изобретение относится к устройству для выработки постоянного напряжения из переменного напряжения с параллельно включенными диодными мостами, преимущественно, для энергопитания железных дорог

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока для станков для повышения их быстродействия, а также на преобразовательных подстанциях для питания электрифицированных железных дорог в электрометаллургической и химической отраслях промышленности для уменьшения величины пульсаций выпрямленного напряжения и уменьшения содержания высших гармонических составляющих в кривой переменного тока

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при создании регулируемых электроприводов постоянного тока, не предъявляющих повышенных требований к быстродействию, а также для питания различных электротехнических установок, не предъявляющих повышенных требований к пульсации выпрямленного напряжения

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжениямогут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

Устройство

Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

1.Инвертирующие.


2.Повышающие.


3.Понижающие.

Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:

1.Ключевой коммутирующий элемент.
2.Источник питания.
3.Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
4.Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
5.Блокировочный диод.

Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение иного значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике. Устройство трансформатора включает следующие элементы:

1.Магнитопровод.
2.Первичная и вторичная обмотка.
3.Каркас для обмоток.
4.Изоляция.
5.Система охлаждения.
6.Иные элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

Существуют и иные виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

Принцип действия

Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.

1.Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
2.Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
3.В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
4.Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
5.Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
6.В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

В

иды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока;

1) регуляторы напряжения;
2) преобразователи уровня напряжения;
3) линейный стабилизатор напряжения.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Преобразователи переменного тока в постоянный;

1) импульсные стабилизаторы напряжения;
2) блоки питания;
3) выпрямители.

Преобразователи постоянного тока в переменный: инверторы.

Преобразователи переменного напряжения;

1) трансформаторы переменной частоты;
2) преобразователи частоты и формы напряжения;
3) регуляторы напряжения;
4) преобразователи напряжения;
5) трансформаторы разного рода.

Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:

1.На пьезоэлектрических трансформаторах.
2.Автогенераторные.
3.Трансформаторные с импульсным возбуждением.
4.Импульсные источники питания.
5.Импульсные преобразователи.
6.Мультиплексорные.
7.С коммутируемыми конденсаторами.
8.Бестрансформаторные конденсаторные.

Особенности

1.При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
2.Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
3.По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

Применение

1.Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6-24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
2.Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.
3.Для питания различных цепей;

1) автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
2) радио- и телевизионной аппаратуры.

Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

4.Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
5.Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.

Достоинства и недостатки

К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
2.Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
3.Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
4.Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
5.Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
6.Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
7.Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.

К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:

1.Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
2.Занимают некоторое место.
3.Сравнительно высокая цена.

Остановимся сначала
на выпрямительных измерительных
преобразователях. Они предназначаются
для выпрямления (детектирования)
переменного тока, превращая его в
пульсирующий ток, среднее значение
которого представляет собой выходную
величину и может быть пропорционально
пиковому (амплитудному), среднеквадратическому
или средневыпрямленному значениям
входной величины. В соответствии с этим
сами преобразователи классифицируются
следующим образом: по
параметру переменного напряжения U
x~
,
которому
соответствует напряжение выходной цепи
детектора:

преобразователь пикового значения,
преобразователи среднеквадратического
и средневыпрямленного значений
напряжения; по
схеме входа:

преобразователи с открытым и закрытым
входом по постоянному напряжению;
по характеристике преобразования:

линейные и квадратичные преобразователи.

Преобразователь
пикового значения

— это преобразователь, выходное напряжение
которого непосредственно соответствует
U max
или U min
(U в
или U н).Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.
Преобразователь пикового значения
относится к линейным, и может иметь
открытый (рисунок 2.1, а) или закрытый
(рисунок 2.1, б) вход по постоянному
напряжению.

Принцип работы
преобразователей пикового значения
напряжения заключается в заряде
конденсатора C через диод V до максимального
(пикового) значения U x~ ,
которое затем запоминается, если
постоянная времени разряда конденсатора
C (через резистор R) значительно превышает
постоянную времени заряда. Полярность
включения диода V определяет соответствие
выходного напряжения U x=
либо U max
(U в),
либо U min (U н),
а возможные пульсации U x=
сглаживаются цепочкой R ф,
C ф.
Если детектор имеет открытый вход, U x=
определяется суммой`U и U в
(U н),
т.е. соответствует U max
(U min).
При закрытом входе U x=
соответствует U в
(U н).
Если же U x~
не содержит постоянной составляющей,
то схемы, изображенные на рис.2.1,а,б,
идентичны, а U x=
соответствует U m .
В некоторых случаях применяют
двухполупериодные пиковые детекторы
с удвоением напряжения, позволяющие
прямо измерять значение размаха
напряжения.

Рисунок 2.1 Схемы
преобразователя пикового значения
напряжения:

а) — с открытым
входом; б) — с закрытым входом.

Существенным
достоинством преобразователей пикового
значения напряжения являются большое
входное сопротивление (равное R/2 для
схемы на рисунок 2.1, а и R/3 — для схемы на
рисунок 2.1, б) и наилучшие по сравнению
с другими типами преобразователей
частотные свойства.

Преобразователь
среднеквадратического значения

— это преобразователь переменного
напряжения в постоянный ток (напряжение),
пропорциональный U 2 ск.
Характеристика преобразования в этом
случае должна быть квадратичной, а при
наличии постоянной составляющей
необходим детектор с открытым входом.

Преобразователь
среднеквадратического значения позволяет
осуществить преобразование в постоянное
напряжение среднеквадратического
значения переменных напряжений
несинусоидальной формы, поскольку

,
гдеU 2
— среднеквадратическое
значение напряжения несинусоидальной
формы, U k
— среднеквадратическое значение
гармонических составляющих.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

В качестве
нелинейного элемента преобразователя,
имеющего квадратичную вольтамперную
характеристику (ВАХ), можно, например,
использовать начальный участок ВАХ
полупроводникового диода. Однако участок
этот имеет очень малую протяженность,
а полупроводниковые приборы имеют
большой разброс параметров на этом
участке характеристики. Поэтому такие
преобразователи строятся на основе
диодной цепочки. Такая цепочка позволяет
получить ВАХ в результате кусочно-линейной
аппроксимации параболической кривой.
Схема квадратичного преобразователя
с диодной цепочкой показана на рисунке
2.2.

Входное напряжение
u вх
подводится к широкополосному трансформатору
Т1. С помощью диодов V1 и V2 во вторичной
обмотке осуществляется двухполупериодное
выпрямление. Выпрямленное напряжение
воздействует на цепь, состоящую из
диодной цепочки V1…V8, делителей напряжения
R3…R14 и резистора нагрузки R15. Падение
напряжения на нагрузке через фильтр
нижних ч

астот
Z1 подается на выход преобразователя.

Рисунок 2.2 Структурная
схема преобразователя

среднеквадратического
значения на основе диодной цепочки.

Выходное напряжение
пропорционально среднему значению тока
диодной цепочки. Диодная цепочка имеет
близкую к параболической вольтамперную
характеристику. Поэтому среднее значение
выходного напряжения оказывается
пропорциональным квадрату
среднеквадратического значения входного
напряжения.

Как получается
квадратичная вольтамперная характеристика?
Делители напряжения R3 … R14 подключены
к общему стабилизированному источнику
напряжения Е. Делители подобраны так,
что напряжения смещения U i ,
подаваемые на диоды, удовлетворяют
соотношению U 1

U 2 ,
в цепи
преобразователя будет протекать ток
i 
= i o
+ i 1
+ i 2 .
Крутизна ВАХ будет увеличиваться с
ростом U. Выбирая соответствующим образом
сопротивления делителей, можно получить
ВАХ в виде ломанной линии, приближающейся
к квадратичной параболе. Таким образом,
квадратичная характеристика синтезируется
из начальных участков характеристик
ряда диодных ячеек.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Коэффициент
преобразования такого преобразователя
по току К» v
= I/U 2 ,
где I — среднее значение тока на выходе
преобразователя, U — среднеквадратическое
значение входного напряжения.

В современных
приборах применяются в основном
квадратичные детекторы с
термопреобразователями, аналогичными
преобразователям термоэлектрических
амперметров. Такой преобразователь
представляет собой сочетание одной или
нескольких термопар и нагревателя.
Основным недостатком их является
квадратичный характер функции
преобразования. Этот недостаток
устраняется применением дифференциальной
схемы включения двух (или более)
термопреобразователей, как показано
на рис унке 2.3.

При подаче на
термопреобразователь ТП 1
измеряемого напряжения U x~
выходное напряжение ТП 1
U 1 =
k T U 2 ск.

Кроме
термопреобразователя ТП 1 ,
в схеме имеется второй термопреобразователь
ТП 2 ,
включенный встречно с ТП 1 .
На ТП 2
подается напряжение обратной связи,
поэтому его выходное напряжение U 2
= k T U 2 3 .

Таким образом на
входе УПТ имеет место результирующее
напряжение

U 1
— U 2
= k T (U 2 ск
— U 2 3),
(2.1)

чему соответствует

U 3
= k УПТ k T (U 2 ск
— U 2 3).
(2.2)

Если параметры
схемы выбрать так, чтобы

k УПТ k T U 2 3 >>U 3 ,
(2.3)

т

о
тогда окончательно U 3

U ск,
т.е. функция преобразования будет
равномерной.

Рисунок 2.3 Структурная
схема преобразователя

среднеквадратического
значения напряжения

Преобразователь
средневыпрямленного значения

— это преобразователь переменного
напряжения в постоянный ток, пропорциональный
U св.
Вольтамперная характеристка такого
преобразователя должна иметь линейный
участок в пределах диапазона входных
напряжений. Примером подобного
преобразователя может служить
двухполупериодный полупроводниковый
выпрямитель с фильтром нижних частот.
Наиболее распространенными являются
мостовые схемы (рис. 2.4). В схеме рис.
2.4,а ток через диагональ моста протекает
в одном и том же направлении в течение
обоих полупериодов переменного
напряжения.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. В положительный полупериод
ток протекает по цепи: верхний входной
зажим — диод V1 — диагональ моста — диод
V4 — нижний входной зажим; в отрицательный:
нижний зажим — диод V3 — диагональ моста
— диод V2 — верхний входной зажим.

Направление тока
соответствует проводящему направлению
указанных диодов. Характеристики
реальных диодов не имеют строго линейного
участка, как это требуется условиями
преобразования. Ток, протекающий через
диод при положительном значении входного
напряжения

,
(2.5)

где R v (U)
— сопротивление открытого диода, зависящее
от приложенного напряжения, R — сопротивление
нагрузки.

Начальный участок
характеристики близок к квадратичному.
Поэтому будет иметь место погрешность,
которая будет тем меньше, чем ближе к
линейной будет характеристика диода.

Рисунок 2.4 Структурная
схема преобразователя

средневыпрямленного
значения напряжения.

Для улучшения
линейности вольт-амперной характеристики
в диагональ моста последовательно с
резистором R включают резистор R доб,
сопротивление которого намного больше
сопротивления открытого диода R v (U).

В этом случае

.
(2.6)

Зависимость прямого
тока от напряжения будет близка к
линейной. Уменьшение чувствительности,
обусловленное включением R доб,
можно компенсировать введением
дополнительного усиления.

Схема, представленная
на рисунке 2.4,б, отличается от предыдущей
тем, что вместо диодов V3 и V4 включены
резисторы R1 и R2. В положительный полупериод
напряжения ток протекает через диод V1
и резистор R1. Через резистор R2 в этот
полупериод ток не протекает, на его
зажимах напряжение равно нулю. В
отрицательный полупериод напряжения
ток протекает через диод V2 и резистор
R2.

Уравнение
преобразования для рассмотренных схем
можно выразить следующим образом:

Для схемы (рисунок
2.4,а)

U o
= К v св
U св
=

,
при R v1
= R v2
= R v3
= R v4
= R v
(2.7)

Если R >>
R v ,
то U = U св;

Для схемы (рисунок
2.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. 4,б)

U o
= К v св
U св
=

,
при R v1
= R v2
= R v ;
R1
= R2 = R, (2.8)

Если R >>
R v ,
то U = U св.

Погрешность
преобразования обусловлена, главным
образом, нелинейностью вольтамперной
характеристики диода и влиянием прямого
сопротивления диода на ток, протекающий
через выпрямительный мост.

Необходимо, однако,
добавить, что линейность характеристики
таких детекторов будет тем лучше, чем
больше U x~
(при малых U x~
детектор становится квадратичным).
Поэтому детекторы средневыпрямленного
значения, как правило, применяют в
вольтметрах второй модификации .

Преобразователь
– это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами электрической энергии могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые
и управляемые
. В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота — могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся)
и полупроводниковые (статические)
. Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем
называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители
не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости — .

Управляемые выпрямители
выполняются на управляемых диодах — тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления .

Управляемый выпрямитель

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные — нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части — на мостовые и с нулевым выводом.

Называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли автономные инверторы напряжения и тока, реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН)
имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как .

Автономные инверторы тока (АИТ)
имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока.Постоянный ток перевести в переменный ток: Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Преобразователи постоянного напряжения в переменное. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ)
называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Промышленный преобразователь частоты для управления электроприводом

Регулятором напряжения переменного тока
называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока
называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Наибольшее распространение получил , при котором изменяется длительность импульсов напряжения при неизменной частоте их следования.

Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).

На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4. Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4. Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2. В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.

Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8. От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго — через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1…VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока («супербета»), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.

В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку. Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.

Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:

Т(ч) = (0,7WU)/P, где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумулятора, В; Р — мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85…0,9.

Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10…12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.

Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.

В таблице: S — площадь сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.

Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1…VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее. Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора. При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность — 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.

Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках. Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит. Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром). Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U. Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3. Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает. Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.

После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В. Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.

В. Д. Панченко, г.Киев

Как преобразовать постоянный ток в переменный. Как из постоянного тока сделать переменный?

Cтраница 1

Преобразование постоянного тока в переменный в динамическом конденсаторе осуществляется за счет периодически изменяющейся емкости конденсатора при колебании одной из пластин.

Преобразование постоянного тока в переменный называется инвертированием, а устройство, выполняющее такую функцию, — инвертором.

Преобразование постоянного тока в переменный и модуляция сигналов переменного тока. Для усиления постоянного напряжения обычно используются усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами. Существенным недостатком всех усилителей постоянного тока является дрейф нуля. Наличие дрейфа нуля и трудности непосредственного усиления малых постоянных напряжений явились причиной возникновения ряда схем усилителей с преобразованием постоянного напряжения в переменное и усилением последнего с помощью усилителя переменного тока. В качестве преобразователей применяются механические, микрофонные, электронные и другие устройства.

Преобразование постоянного тока в переменный ток осуществляется путем периодического прерывания цепи питания нагрузки. Если уровень выходного напряжения преобразователя отличается от уровня входного напряжения постоянного тока, нагрузка включается через трансформатор.

Преобразование постоянного тока в переменный и обратное преобразование.

Преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование) может осуществляться при помощи электрических вентилей, проводимостью которых можно управлять. Для этой цели используются тиристоры. Как было показано, выпрямитель е фазовым управлением и ведомый сетью инвертор (инвертор, частота тока в котором соответствует частоте сети и Р0 Рин) работают одинаково и любой из этих режимов может быть осуществлен в одной и той же схеме. При работе как выпрямитель устройство передает энергию в нагрузку постоянного тока. Когда оно работает как инвертор, источник постоянного напряжения нужен, чтобы создать ток в устройстве и передать мощность на сторону переменного тока, инверторный режим наступает при а 90 ч — 180 эл. Ведомый сетью (неавтономный) инвертор используется при реостатных испытаниях тепловозов с рекуперацией энергии. Подобные установки о каждым годом находят все большее распространение.

Преобразование постоянного тока в переменный производится конденсатором, емкость к-рого периодически изменяется (напр.

Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть. Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).

На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4. Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4. Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2. В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.

Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8. От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго — через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1…VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока («супербета»), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.

В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку. Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.

Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:

Т(ч) = (0,7WU)/P, где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумулятора, В; Р — мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,85…0,9.

Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 10…12 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.

Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.

В таблице: S — площадь сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.

Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.

Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1…VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее. Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора. При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность — 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.

Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках. Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит. Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром). Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ. При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U. Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3. Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает. Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.

После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В. Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.

В. Д. Панченко, г.Киев

“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”

Кафедра защиты информации

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

»

Инвертор

– преобразует постоянный ток в переменный.

Конвертор

– преобразователь постоянного напряжения в постоянное, но другого уровня (с промежуточным преобразованием входного напряжения в переменное и трансформацией к нужному уровню).

Центральным звеном является преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Применяют различные схемы таких устройств:

Транзисторные и на электронных лампах;

Построенные на транзисторах с насыщающимися сердечниками;

Релаксационные генераторы, триггеры, мультивибраторы;

По однотактной, двухтактной и мостовой схемах;

Тиристорные простые и мостовые схемы (в мощных устройствах).

Простая схема двухтактного тиристорного инвертора

Рисунок 1 — простая схема двухтактного тиристорного инвертора

От Т2 поступают импульсы управления в цепь тиристоров.

От постоянного источника напряжение поступает на вход схемы. Оно проходит через

на аноды VD.
заряжается до двойного входного напряжения. Если теперь подать импульсы на VD2, сразу закрывается VD1, перезаряжается, все знаки в Т1 поменяются на противоположные и ток потечет через VD2.

Как видно из работы схемы, на коммутирующей емкости

в момент закрытия тиристора действует напряжение равное удвоенному напряжению питания, что является недостатком для схемы.

Его устраняет мостовая схема тиристорного инвертора.

Мостовая схема тиристорного инвертора

Рисунок 2 — Мостовая схема тиристорного инвертора

Схема управления открывает сначала VD1 и VD4, а потом, когда емкость зарядится до

, в этот момент, если открыть другие тиристоры, VD1 и VD4 мгновенно закроются.

В данной схеме на закрытых тиристорах действует лишь напряжение источника питания.

Тиристорные выпрямители являются эффективными перспективными инверторами. Применяются на значительной мощности и используются в настоящее время для замены электромашинных агрегатов, преобразующих энергию постоянного тока резервных аккумуляторных батарей в переменный ток, в устройствах гарантированного питания (УГП) аппаратуры на предприятиях связи.

Преобразователи постоянного напряжения

Часто при питании электронных устройств ИП являются низковольтными, а для питания цепей потребления требуются значительные напряжения. При этом прибегают к преобразованию напряжения. Для этого используют инверторы и конверторы. Используются электромагнитные преобразователи, вибропреобразователи и статические преобразователи на п/п приборах.

Электромагнитные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и вибропреобразователи – напряжение прямоугольной формы. В настоящее время имеются статические преобразователи с выходным напряжением по форме близким к синусоидальному. Недостаток электромагнитного преобразователя: большие габариты и масса. Вибропреобразователи – маломощные и малонадежные. Поэтому наибольшее применение находят полупроводниковые преобразователи с малыми габаритами и массой, высоким КПД и эксплуатационной надежностью.

Построение преобразователей на тиристорах и транзисторах следует связывать с величиной питающих напряжений, требуемой мощности, характером изменения нагрузки.

Транзисторные преобразователи напряжения

Они подразделяются по способу возбуждения на 2 типа: с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.2*tu. Конденсатор сглаживающего фильтра Cф при этом заряжается выпрямленным напряжением до Uп.

В течении паузы tп, когда транзистор закрыт, цепь тока Iн замыкается через дроссель Lф и блокирующий диод VD2, как и в импульсном стабилизаторе с последовательным регулированием.

В однотактных преобразователях трансформатор работает с подмагничиванием, для борьбы с которым можно применять сердечник с зарядом. Однако он не подходит при использовании тор. транзистора. В нашем случае используется блокирующий конденсатор, который в течении паузы tп разряжаетсячерез обмотку W1, перемагничивая сердечник током разряда.

Емкость Cбл. Выбирается из условия, чтобы при максимальном коэффициенте заполнения φmax длительность паузы tп была не менее четверти периода колебательного контура L, Cбл.

Такой преобразователь с обратным включением диода обеспечивает развязку и защиту выходного напряжения от помех по входным шинам питания.

Транзисторные преобразователи определяются по следующим формулам:

Uп=Uп(Iкм/2Iн-W1/W2)

tu = Iкм*L1/Uп

tп = Iкм*L2/Uн*W2

φ = fп*Iкм*L1/Uп = tu/(tu+tп)

Лучшие массогабаритные показатели имеют двухтактные преобразователи с понижающим трансформатором.

Трансформаторы выполняются на магнитопроводе с прямоугольной петлей гистерезиса. Здесь также используется положительная ОС. Генератор работает следующим образом. При включении напряжения питания Uп из-за неидентичности параметров один из транзисторов, например VT1, начинает открываться и его коллекторный ток увеличивается. Обмотки ОС Wб подключены так, что наведенное в них ЭДС полностью открывает транзистор VT1 и закрывает транзистор VT2.

Переключение транзисторов начинается в момент насыщения транзистора. Вследствие этого наведенные во всех обмотках трансф. Напряжения уменьшаются до нуля, а затем изменяют свою полярность.

Теперь на базу ранее открытого транзистора VT1 подается отрицательное напряжение, а на базу ранее закрытого транзистора VT2 поступает положительное напряжение и он начинает открываться. Этот регенеративный процесс формирования фронта выходного напряжения протекает очень быстро. В дальнейшем процессы в схеме повторяются.

Частота переключения зависит от значения напряжения питания, параметров трансформатора и транзисторов и рассчитываются по формуле:fп=((Uп-Uкэ нас)*10000)/4*B*s*Wк*Sc*Kc.

Такой режим более экономичен, чем при переключении за счет предельного тока коллектора и работа преобразователя более устойчива.

Такие преобразователи используются как задающие генераторы для усилителей мощности и как автономные маломощные источники электропитания. Основные достоинства: простота схемы, а также нечувствительность к короткому замыканию в цепи нагрузки.

Недостатком преобразователя с насыщающимся сердечником является наличие выбросов коллекторного тока в момент переключения транзисторов, что увеличивает потери а преобразователе.

Напряжение на закрытом транзисторе может достигать значения:

Uкэm = (2,2: 2,4)Uпmax

два напряжения это сумма Uп+ЭДС на неработающей обмотке, кроме того учитываются выбросы напряжения во время переключения. Для уменьшения последних в схему иногда включают шунтирующие диоды.

При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощности. В качестве задающего генератора можно использовать преобразователи с самовозбуждением. Применение таких преобразователей целесообразно если необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя.

В случае высокого входного напряжения применяют мостовые усилители мощности.

Предположим, в первый полупериод одновременно работают транзисторы T1,T2. Во второй T2,T3. Напряжение питания прикладывается к первичной обмотке транзистора, его полярность меняется каждый полупериод. Напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению источника питания. Выходной транзистор работает в ненасыщенном режиме, выполняется он из материала с непрямоугольной петли гистерезиса.

Преобразователи на тиристорах

Тиристоры в отличие от транзисторов имеют одностороннее управление. Для запирания тиристоров в схемах преобразователей используются реактивные элементы в основном в виде коммутирующих конденсаторов.

При отпирании первого тиристора емкость заряжается до напряжения 2Uп. При отпирании второго тиристора напряжение конденсатора прикладывается в обратном направлении к первому транзистору, под действием его он запирается. Конденсатор перезаряжается, и напряжение на его обмотках и на первичной обмотке тиристора меняет знак (потенциалы показаны на схеме в скобках). В следующий полупериод вновь отпирается тиристор T1 и процесс повторяется.

Для обеспечения запирания тиристоров необходимо, чтобы энергия коммутирующего конденсатора была достаточной для того, чтобы в процессе перезаряда обратное напряжение на тиристорах падало достаточно медленно и успело бы обеспечить восстановление их запирающих свойств.

Недостатком такого инвертора является сильная зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.

Для уменьшения влияния характера и величины нагрузки на форму и величину выходного напряжения применяют схемы с обратными диодами, которые в свою очередь необходимы для возврата реактивной энергии, накопленной в индуктивной нагрузке и реактивных коммутирующих элементах в источнике питания преобразователя.

Источник питания с бестрансформаторным входом

Особенностью таких источников являются использование процесса преобразования входного напряжения с использованием высокой частоты.

Отсутствие силового транзистора на входе и использование транзисторовна повышенной частоте существенно улучшает массогабаритные характеристики.

Функциональная схема ИПБВ на базе регулируемого преобразователя имеет следующий вид:

ВЧФ — препятствует проникновению во входные цепи помех от ИПБВ и наоборот.

ВУ – выпрямительное устройство,

СФ – сглаживающий фильтр;

РП – регулируемый преобразователь;

ЗГ – синхронизирующий задающий генератор;

ГПН – генератор пилообразного напряжения.

Работу ИПБВ со стабилизацией входного напряжения с использованием ШИМ легко представлять, рассмотрев диаграммы напряжений на отдельных участках схемы.

С целью упрощения регулировки преобразователь как правило строится по однотактной схеме с обеспечением рекуперации части энергии, накопленной в реактивных элементах в источник входного напряжения. На выходе преобразователя при напряжениях 5 — 10В ставят выпрямитель со средней точкой. С целью уменьшения времени коммутации силовых транзисторов на их входах применяют цепи обеспечивающие значительное превышение запирающего напряжения по отношению к отрицательному.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. — Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Подред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.

Инструкция

Для начала нам нужно разобраться, что такое электрический ток и чем переменный ток отличается от постоянного. Упорядоченное движение заряженных частиц называют электрическим током. В постоянном электрическом токе через сечение проводника за одинаковые интервалы времени проходит одинаковое количество заряженных частиц. А вот в переменном токе количество этих частиц за одинаковые интервалы времени всегда разное.

А вот теперь можно преступать непосредственно к преобразованию переменного тока
в постоянный, в этом нам поможет устройство под названием «диодный мост». Диодный мост или мостовая схема — одно из самых распространённых устройств для выпрямления переменного тока
.
Изначально она была разработана с применением радиоламп, но считалась сложным и дорогим решением, вместо неё применялась более примитивная схема со сдвоенной вторичной обмоткой в питающем выпрямитель трансформаторе. Сейчас, когда полупроводники очень дёшевы, в большинстве случаев применяется именно мостовая схема. Но использование данной схемы не гарантирует 100% выпрямления тока
, поэтому в схему можно дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения. Теперь, на выходе нашей схемы, как результат мы получаем постоянный ток

Чтобы получить постоянный ток
, достаточно взять обычный элемент питания. Напряжение такого источника ток
а, как правило, стандартное – 1,5 Вольта. Соединив последовательно несколько таких элементов, можно получить батарею с напряжением, пропорциональным количеству таких элементов. Для получения постоянного ток
а можно также воспользоваться зарядным устройством от мобильного телефона (5 В) или автомобильным аккумулятором (12В). Однако, если необходимо получить нестандартное напряжение, например, 42 В, то придется соорудить самодельный выпрямитель с простейшим фильтром питания.

Вам понадобится

  • Понижающий трансформатор 220 в./42в.
  • Сетевой шнур с вилкой
  • Диодный мост PB-6
  • Электролитический конденсатор 2000 мкФ×60в
  • Паяльник, канифоль, припой, соединительные провода.

Инструкция

Соберите выпрямитель по изображенной на рисунке схеме:

Чтобы правильно собрать и использовать такое устройство, необходимы минимальные знания о происходящих в приборе процессах. Поэтому, внимательно ознакомьтесь со схемой и принципами работы выпрямителя.Схема действия диодного моста, объясняющая принцип его работы: Во время положительного полупериода (мелкий штрих пунктир) ток
движется по правому верхнему плечу моста к положительному выводу, через нагрузку поступает на левое нижнее плечо и возвращается в сеть. Во время отрицательного полупериода (крупный штрих пунктир) ток
течет по другой паре диодов выпрямительного моста. Здесь Тр. – трансформатор, понижает напряжение с 220 до 42 Вольт, гальванически разделяет высокое и низкое напряжение. Д – диодный мост, выпрямляет переменное напряжение, поступившее с трансформатора. Цифрой 1 обозначена первичная (сетевая) обмотка трансформатора, цифрой 2 – вторичная (выходная) обмотка трансформатора.

Подсоедините к первичной обмотке трансформатора сетевой шнур с вилкой. Двумя проводами соедините два вывода вторичной обмотки трансформатора с двумя входными выводами диодного моста. Вывод диодного моста с маркировкой «минус» припаяйте к отрицательному выводу конденсатора.

Отрицательный вывод конденсатора обозначен на его корпусе светлой полосой со знаком «минус». К этому же выводу припаяйте провод синего цвета. Это будет отрицательный выход выпрямителя. Вывод диодного моста со знаком «плюс» припаяйте ко второму выводу конденсатора вместе с проводом красного цвета. Это будет положительный вывод выпрямителя. Перед включением тщательно проверьте правильность монтажа – ошибки здесь не допустимы.

Видео по теме

Полезный совет

Конденсатор играет роль фильтра питания, сглаживая пульсации, оставшиеся после выпрямления диодным мостом переменного тока.

Для зарядки аккумулятора накала применяется зарядное устройство, которое можно приобрести в торговой сети или же сделать своими руками, потратив при этом минимум средств, да и времени.

Вам понадобится

  • Полулитровая стеклянная банка, алюминиевая и свинцовая пластина, резиновая трубка, крышка с отверстием посередине.

Инструкция

Возьмите стакан или полулитровую стеклянную банку , алюминиевую и свинцовую пластины размером 40х100 мм и резиновую трубку диаметром 2 см. Отрежьте от резиновой трубки кольцо длиной 2 см, натяните его на алюминиевую пластину, на уровень электролита . Это необходимо, так как при работе выпрямителя электролит сильно разъедает алюминий у самой поверхности раствора. Резина предохраняет его от коррозии и тем самым дает возможность выпрямителю работать значительно дольше.

Используйте в качестве электролита раствор двууглекислого натра (питьевая сода). Возьмите соду из расчета 5-7 гр. на 100 мл воды. В данном выпрямителе положительным полюсом будет алюминий, отрицательным — свинец . При включении прибора в обычную городскую сеть переменного тока свинцовой пластиной, через выпрямитель
пойдет ток. Но пойдет он только в одном направлении. На алюминиевой пластине в это время постоянно будет положительный полюс напряжения .Если в сеть включить алюминиевую пластину, то на свинцовой пластине постоянно будет отрицательный полюс напряжения. Получится однополупериодный выпрямитель
, потому что через него проходит электрический ток только одного полупериода. В первом случае, например, через прибор будет проходить ток только положительного направления.

Для полного использования напряжения применяют двухполупериодные выпрямители. Их нужно составить из двух или четырех элементов, в зависимости от требуемой для зарядки силы тока. А подключаются они в обе фазы электросети.При включении прибора в сеть переменного тока примените предохранители . Регулировку напряжения, которое подается на зарядку , можно произвести при помощи реостата, который позволит «гасить» лишнее напряжение в цепи и соответственно создаст нормальные условия для зарядки аккумулятора .

Видео по теме

Обратите внимание

Для зарядки аккумуляторов накала целесообразно использовать выпрямитель из 4 элементов, так как для снятия силы тока в один ампер требуется выпрямитель с площадью алюминиевой пластины в 100 кв. см.

Полезный совет

Сила зарядного тока аккумуляторов должна составлять 0,1% от его емкости.

Источники:

  • Выпрямитель для зарядки аккумулятора

Если вы решили самостоятельно изготовить трансформатор, то вам необходимо знать некоторые вещи об этом устройстве, в том числе и как рассчитать ток
в трансформаторе
, о чем и пойдет речь ниже.

Инструкция

Узнайте, если вам до этого было неизвестно, максимальный ток
нагрузки и напряжение на вторичной обмотке.
Умножьте ток
максимальной нагрузки (в амперах) на коэффициент 1,5 – узнаете обмотку второго трансформатора (в амперах).

Рассчитайте мощность , расходуемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора. Для этого, умножьте напряжение вторичной обмотки на максимальный ток
, который проходит через нее.
Подсчитайте мощность трансформатора. Чтобы узнать мощность следует умножить максимальную мощность на вторичной обмотке на 1,25.

Высчитайте величину тона на первичной обмотке . Для этого полученную в прошлом пункте мощность следует разделить на сетевое напряжение на первичной обмотке.
Рассчитайте параметры площади сердечника магнитного

Автор
: elremont от 22-08-2013

В этом руководстве я собираюсь рассказать о кремниевых диодах, диодных мостах, и как преобразовывать переменный ток в постоянный. Это условное обозначение диода и картин. Полоска на конце диода указывает вам, каким образом поставить его в вашу схему, но что такое диод?

Диод это устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Это удобно запомнить, сравнивая диоды с водопроводными кранами, которые позволяют воде течь только в одном направлении. Так что если вы пустите переменное напряжение или ток через диод, отрицательное напряжение будет блокировано, и вы останетесь с только положительной полуволной. Этот процесс называется выпрямлением тока… оно работает не только с синусоидальными волнами. Это также будет работать с квадратными, треугольными волнами, или любыми другими сигналами, которые имеют отрицательный полупериод. Минуточку…
Если увеличить и наложить сигналы друг на друга, то видно, что напряжение снизилось! Это происходит потому, что не существует такой вещи, как идеальный диод. У всех диодов есть прямое падение напряжения, обозначаемое «Vf». Это означает, что всякий раз, когда ток протекает вперед через диод, будет падение напряжения, которое обычно составляет около 0,7 вольт. Точное значение зависит от температуры, тока и типа диода, а пока давайте просто считать, что это 0.7V Так кремниевый диод даже не откроется, пока не будет 0.7V на его выводах и после его открытия на диоде всегда будет падение напряжения 0.7V. Проверьте это экспериментально, чтобы увидеть то, что я имею в виду: При отрицательном напряжении на входе, диод не может открыться, так что вы ничего не получите на выходе. 0,3 вольта на входе это все еще не достаточно, чтобы открыть диод, так что вы опять ничего не получите. 0,9 вольт на входе достаточно, чтобы открыть диод, но из-за падения напряжения у вас останется только 0.2V. И при 10 вольтах, минус 0,7 вольта, вы получаете 9,3 вольт.
Иногда падение напряжения на диоде проблема… иногда нет… Для примера я покажу вам, при 10 вольт от пика до пика на входе это почти незаметно.
Но если я попытаюсь выпрямить ток 0.5V, такой, как сигнал, поступающий из моего MP3-плеера, то падение 0.7V становится проблемой, и это не работает. Чтобы справиться с этой проблемой, надо использовать передовые технологии, такие как супер диоды. Но на данный момент вам не нужно беспокоиться об этом. Нет устройств эффективных на 100%, так что давайте поговорим о мощности. Будет ли диод нагреваться, сможете ли вы предсказать? Хорошо, потери энергии в диоде определяются Vf и током, протекающим через диод. Для обычного кремниевого диода с Vf = 0,7 В, при прохождении одного миллиампера, всего 0,7 мВт теряется на нагрев, так что это не проблема. Но уже при 3 А выделяется 2,1 Вт тепла, а это довольно много, так что вам придется использовать более крупный диод или использовать диод с низким прямым падением напряжения, например диод Шоттки. Их я рассмотрю в другом видео. Кстати, независимо от того, что кто-то говорит вам, при параллельном соединении диоды не смогут пропускать больший ток.
Что произойдет, если один диод закроется? Тепло, которое выделялось на нем, будет выделяться на других диодах. Старые диоды не идеальны, но я хочу поговорить не о коммутации скоростных диодов. Я использую диоды 1N4007, они предназначены для силовой электроники с низкой частотой переменного тока 50 — 60 Гц, как в вашем доме.
Теперь посмотрим, что происходит, когда я увеличиваю частоту. После около 15 кГц диод становится бесполезным, поскольку он начинает проводить в обратном направлении. Это потому, что диоду для переключения между открытым состоянием, позволяющим току двигаться вперед и закрытым требуется определенное количество времени. Разные диоды будут иметь разные скорости переключения. Так, если я заменю 1N4007 на 1N4148, то он будет хорошо работать, вплоть до 100 кГц и даже больше. Для работы с радиочастотами надо применять диоды, которые переключаются еще быстрее. Поэтому, когда вы проектируете что-то, вы должны думать о максимальном обратном напряжении вашего диода, прямом напряжении, номинальном токе и скорости переключения. Google всегда поможет вам в поиске справочной информации по диодам. Хорошо, что в большинстве случаев теорию работы диодов знать не обязательно. Так давайте использовать диоды, чтобы что-нибудь построить. Наиболее распространено использование диодов для преобразования переменного тока в постоянный, для питания различных устройств, которые есть у вас дома. Я собираюсь показать вам, как построить простой нерегулируемый источник питания постоянного тока очень похожий на этот. Я начну с тока малой силы, а затем я покажу вам, как улучшить конструкцию, чтобы работать с более мощной нагрузкой. Начинаем с преобразования напряжения сети в более низкое, безопасное переменное напряжение. Я покажу вам, как это сделать в моем руководстве по трансформаторам. При отсутствии нагрузки мой трансформатор дает мне хорошую чистую синусоиду около 39 вольт от пика до пика при 60 Гц. Я поставил диод 1N4007 и измерю напряжение до и после диода, можно увидеть срез отрицательного напряжения. Технически я преобразовал переменный ток в постоянный с помощью только одного диода, потому что я убрал все отрицательное напряжение. Но это не очень хороший постоянный ток, не так ли? Половину времени у вас странный горб по напряжению и половина времени у нас нет вообще ничего.
Если вам надо немного больше стабильности, для питания полезной нагрузки, мы добавим конденсатор, чтобы все наладить. Я начинаю с 1 мкФ, но чем больше емкость, тем лучше, потому что вы будете иметь больший энергетический накопитель. Это больше похоже на правду! Теперь у меня есть идеальный источник постоянного тока на 18,7 вольт. Всякий раз, когда вы делаете источник питания постоянного напряжения то лучшее, что вы можете увидеть на экране осциллографа- это постоянное стабильное напряжение. К сожалению, единственная причина, почему сейчас все выглядит идеально, то только потому, что я не успел подключить нагрузку. Конденсатор заряжается через диод, и сейчас нет ничего, что могло бы разрядить конденсатор. Итак, давайте посмотрим, что происходит, когда я добавляю резистор 4,7 кОм в качестве нагрузки. Закон Ома предсказывает, что должно быть только 4 мА нагрузки (что очень мало), но посмотрите, что происходит. Вы видите здесь, что, когда входное напряжение положительное, диод позволяет току протекать, так конденсатор заряжается. Но как только входное напряжение становится отрицательным, диод блокирует обратное протекание тока и единственный источник энергии это конденсатор на 1 мкФ. И как вы можете видеть его энергия быстро расходуется даже при низкой нагрузке. Так что же нам с этим делать? Давайте увеличим размер нашего резервуара энергии, чтобы его было достаточно, чтобы обеспечить нам питание до следующей положительной полуволны. Давайте заменим крошечный конденсатор на 1 мкФ на большой конденсатор на 470 мкФ, и посмотрим что происходит.
Это работает очень хорошо! Теперь у нас есть источник питания постоянного тока, который может выдавать ток в несколько миллиампер которого достаточно для питания некоторых датчиков и операционных усилителей. Хорошо, давайте модернизируем его на ступеньку выше. С нагрузкой в десять Ом, эта схема должна потреблять гораздо больше тока. Ну, что дело дрянь… мы вернулись к ситуации, когда напряжение проседает в каждом такте. Среднее напряжение 8 вольт, при токе около 0,8 ампер, но величина пульсаций напряжения огромна. Представьте себе, что мы попытаемся подключить что-то к этим… напряжение будет постоянно падать так низко, что никогда не будет оставаться постоянным! Так что даже 470 мкФ как накопителя энергии уже недостаточно. Мы можем попробовать решить проблему в лоб и добавить еще больше емкости.
Итак, давайте посмотрим, как схема работает с 3400 мкФ. Ну… это лучше… Теперь мы получили среднее напряжение около 12,5 вольт при токе около 1,25 А, но мы видим пульсации переменного тока 5 вольт, а это очень много. Можно продолжать добавлять емкость бесконечно, чтобы уменьшить количество провисания между циклами. Но для нагрузки в несколько ампер это становится непрактично и дорого. Но есть небольшая хитрость. Если взять четыре диода и расположить их таким образом, мы получим «диодный мост». Вот как это работает: В первой половине синусоиды, на верхний провод приходит положительная волна синусоиды, эти два диода открываются и пропускают ток. Далее диоды закрываются, блокируя любые возможные изменения направления тока. Теперь во второй половине синусоидальной волны, где верхний провод становятся отрицательным по отношению к нижнему проводу, другие два диода открываются, а два других закрыты. Таким образом, вместо того, чтобы терять нижнюю половину формы сигнала переменного тока, обрезав ее и никогда не используя, вы просто переворачиваете и перенаправляете ее. И на выходе вы получаете постоянный ток с пульсациями 120 Гц вместо 60 Гц.
И так же, как и раньше, вы можете обработать выходной сигнал конденсаторами, чтобы получить хорошее гладкое напряжение. Вы можете купить готовые мостовые выпрямители, но их легко построить самостоятельно. Вот мой мостового выпрямителя подключен к трансформатору. Я сделал его из четырех диодов 1N4007 и я потратил на них около 4 центов. Взгляните на то, как напряжение изменяется с положительного на отрицательное при 60 Гц, и теперь оно никогда не опускается ниже нуля вольт, и мы получаем эти положительные постоянные полуволны напряжения при 120 Гц. Это называется полным выпрямлением, потому что мы используем обе волны переменного тока. Теперь давайте вернемся к нашей макетной плате с нагрузкой десять Ом и посмотрим, как мостового выпрямитель работает с емкостью 470 мкФ по сравнению с одиночным диодом, который мы испытывали ранее.
Теперь у нас в среднем 11,6 вольт вместо 8 вольт, которые мы получали раньше с одного диода. И вы можете видеть, что это объясняется тем, что мостовой выпрямитель заряжает конденсатор в два раза чаще, потому что мы используем обе полуволны сети переменного тока 60 Гц. Теперь подумайте о том, насколько это большая разница, учитывая, что эти дополнительные диоды стоили мне только три цента.
Работу мостовых выпрямителей может быть немного трудно понять, но так как они работают так хорошо, все их используют. Теперь давайте сравним один диод с 3400 мкФ и мостовый выпрямитель с 3400 мкФ. Теперь мы получаем в среднем 13,5 вольт вместо 12,5 вольт и у нас есть пульсации только около одного или двух вольт. Другими словами, сочетание мостового выпрямителя с большой емкостью может преобразовать большой ток питания переменного тока в большой полезный ток питания постоянного тока. Просто имейте в виду, что ваши диоды и конденсаторы должны быть рассчитаны на то напряжение, с которым вы работаете.
То, что мы имеем сейчас, это в основном то же самое, что находится внутри этих дешевых маленьких нерегулируемых блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный, которые используются для питания радиостанций, часов и других домашних гаджетов. Мы могли бы сделать версию на 9 вольт, и она может питать старые Sega или Nintendo. Но я хочу подчеркнуть, что все это нерегулируемые источники питания. Это означает, что даже если мы успешно сгладим пульсации напряжения, то мы все равно столкнемся с проблемой изменения среднего напряжения под нагрузкой.
Без нагрузки это 18,7 вольт. А при 1 амперной нагрузке вы получите 13 вольт. Для некоторых схем это не будет иметь значения, если они предназначены для работы с широким диапазоном напряжений. Но многие устройства, такие как микроконтроллеры и другая цифровая электроника потребуют очень стабильный источник напряжения, и для этого вам нужно будет создать так называемый регулируемый источник напряжения. Про регуляторы напряжения я расскажу в другом видео. Теперь вы знаете, что делают диоды и как они преобразовывают переменный ток в постоянный.
_

Что будет, если подать в электросеть постоянный ток / Хабр

Война токов завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.

Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.


Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.

И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь. Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.

источник картинки: выключатель-автоматический.рф

Дополнения от Bronx и AndrewN:

Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше.

Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.

Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.

Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО. На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.

Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение. Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен.

Электронный счетчик устроен по-другому. Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет. Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте.

Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.

Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.
Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.

Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль. Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер.

При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора. Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.
Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой. Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой:
Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой. Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно. Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление.

Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток. Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.

Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть схемы различных ЭПРА, можно заметить общий принцип. Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.

источник картинки: aliexpress.com

Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.

Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны, от простых до довольно сложных.

Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.

источник картинки: bigclive.com

Более дорогие лампы устроены сложнее, очень похоже на ЭПРА для люминесцентных ламп. Источник питания в них содержит высокочастотный импульсный стабилизатор, который питается выпрямленным сетевым напряжением. Как и в случае с ЭПРА, схема будет нормально работать, если подать на неё постоянное напряжение.

источник картинки: powerelectronictips.com
Универсальный коллекторный двигатель (УКД) состоит из неподвижного статора и ротора, который вращается внутри. Статор имеет одну обмотку, а ротор сразу несколько. Роторные обмотки подключаются через коллектор — цилиндр с контактами, по которому скользят угольные щётки. Взаимодействие магнитных полей статора и ротора заставляет ротор поворачиваться. Коллектор устроен так, что всё время включает ту из обмоток, которая находится перпендикулярно обмотке статора — для неё вращающий момент будет максимальным.
Такой двигатель может работать при питании как переменным, так и постоянным током. Собственно, поэтому он и называется «универсальным». При смене полярности одновременно меняется направление магнитного поля и в статоре, и в роторе, в результате двигатель продолжает вращаться в ту же сторону. На постоянном токе УКД развивает даже больший момент, чем на переменном, за счет отсутствия индуктивного сопротивления обмоток. Универсальные коллекторные двигатели применяются там, где нужно получить большую мощность при малых габаритах. В бытовой технике УКД стоят в стиральных машинах, пылесосах, фенах, блендерах, миксерах, мясорубках, а также в электроинструментах. Все эти приборы продолжат работать, если напряжение в розетке внезапно «выпрямится».
У синхронного двигателя в статоре несколько обмоток, которые создают вращающееся магнитное поле. Ротор содержит постоянный магнит либо обмотку, питаемую постоянным током. Магнитное поле статора сцепляется с полем ротора и вращает его за собой. Особенностью такого двигателя является то, что частота его вращения зависит только от частоты питающего тока. На постоянном токе, очевидно, такой двигатель будет вращаться с нулевой частотой, то есть остановится.
В быту применяются маломощные синхронные двигатели там, где нужно поддерживать строго постоянную частоту вращения. В основном, это электромеханические часы и таймеры. Также синхронными являются двигатель вращения тарелки в СВЧ-печи и двигатель сливного насоса в стиральной машине.
Асинхронный двигатель похож своим устройством на синхронный. В нем также статор имеет несколько обмоток и создаёт вращающееся поле. Но обмотка ротора никуда не подключена и замкнута накоротко. Ток в ней создаётся за счет явления электромагнитной индукции в переменном поле статора. Этот ток создаёт своё магнитное поле, которое взаимодействует с вращающимся полем статора и заставляет ротор вращаться.
Асинхронные двигатели отличаются низким уровнем шума и большим ресурсом из-за отсутствия трущихся щёток. Их можно встретить в холодильниках, кондиционерах и вентиляторах. При питании постоянным током магнитное поле статора вращаться не будет. Также не возникнет ток в короткозамкнутом роторе. Двигатель останется неподвижен, а обмотка будет просто нагреваться, как обычный кусок провода.
Строго говоря, это не отдельный тип двигателя, а способ управления им. Сам двигатель может быть синхронным или асинхронным. Главная особенность в том, что напряжения на обмотках формируются управляющей схемой по сигналу с датчика положения ротора. Это позволяет регулировать скорость и крутящий момент в широких диапазонах, ограничивать пусковые токи и даёт кучу возможностей, вроде стабилизации частоты вращения. Вот пара хороших статей, объясняющих всю эту магию:

Раз
Два

Вентильные двигатели всё шире используются в бытовой технике: в стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах. Обычно такую технику можно узнать по прилагательному «инверторный» в рекламе. Вентильный двигатель безразличен к форме питающего напряжения. Напряжение сети первым делом выпрямляется, а затем управляющий блок «лепит» из него несколько разных синусоид (обычно три) для питания обмоток мотора. Естественно, такая система будет спокойно работать на постоянном токе.
Трансформатор состоит из нескольких обмоток, связанных общим магнитопроводом. Переменный ток в одной обмотке (первичной) порождает индукционные токи во всех остальных обмотках (вторичных). Ключевая особенность трансформатора, ради которой его обычно и используют, в том, что напряжения на обмотках соотносятся так же, как количество витков в этих обмотках. Если в первичной обмотке намотать 1000 витков, а во вторичной — 100, такой трансформатор будет понижать напряжение в 10 раз. Если включить его наоборот — в 10 раз повышать. Очень просто и удобно.

В линейном блоке питания напряжение сети понижается (или повышается, если надо) до необходимого уровня при помощи трансформатора. Далее стоит выпрямитель, который преобразует переменное напряжение в постоянное, и фильтр, сглаживающий пульсации. Затем может идти стабилизатор, который поддерживает неизменным выходное напряжение.

Линейные блоки питания постепенно вытесняются импульсными, но первые работают ещё много где. В микроволновке, если она не «инверторная», есть мощный трансформатор, который повшает сетевые 220 В до нескольких киловольт, необходимых для работы магнетрона. От трансформаторов питается управляющая электроника в стиральных машинах, кухонных плитах и кондиционерах. Трансформаторные блоки питания используются в аудиоаппаратуре и дешёвых зарядных устройствах.

Что случится с трансформатором, если его включить в сеть постоянного тока? Во-первых, на вторичных обмотках напряжение не появится, так как электромагнитная индукция возникает лишь при изменении тока. Во-вторых, обмотка не будет обладать индуктивным сопротивлением, а значит, через неё потечёт гораздо больший ток, чем рассчитано. Трансформатор будет перегреваться и довольно быстро сгорит.

Чем выше частота переменного тока, тем эффективнее работает трансформатор (в разумных пределах, конечно). Если использовать частоту в несколько десятков килогерц вместо сетевых 50 Гц, можно прилично уменьшить габариты трансформаторов при той же передаваемой мощности. Эта идея лежит в основе импульсных блоков питания. Работает такой блок следующим образом: напряжение сети выпрямляется, полученное постоянное напряжение питает транзисторный генератор, который даёт снова переменное напряжение, но уже высокой частоты. Его теперь можно понижать или повышать трансформатором, выпрямлять и подавать в нагрузку.

По такой схеме сейчас питается подавляющее большинство электроники: компьютеры, мониторы, телевизоры, зарядные устройства для ноутбуков, телефонов и прочих гаджетов. Поскольку входное напряжение первым делом выпрямляется, импульсный блок питания должен без проблем работать на постоянном токе. Но есть пара моментов, которые могут всё испортить.

Во-первых, напряжение после выпрямителя равно почти амплитудному значению переменного напряжения. То есть для ~220 В на входе выпрямитель даст 311 B. Мы же по условию подаём постоянное напряжение 220 В, что на 30% ниже. Это скорее всего не вызовет проблем, потому что современные блоки питания могут работать в широком диапазоне напряжений, обычно от 100 до 250 В.

Во-вторых, выпрямитель состоит из четырёх диодов, которые работают парами: одна пара на положительной полуволне тока, другая — на отрицательной. Таким образом, каждый диод пропускает ток лишь половину времени. Если мы подадим на выпрямитель постоянное напряжение, одна пара диодов будет открыта всегда, и на них будет рессеиваться двойная мощность. Если диоды не имеют двойного запаса по току, они могут сгореть. Но это не слишком большая беда: можно просто выкинуть выпрямитель и подавать постоянное напряжение сразу после него.

После того, как вы потушили несколько возгораний и сгребли в кучу испорченные приборы, настало время подвести итоги. Переход на постоянный ток переживёт либо старая и простая техника (лампы накаливания, нагреватели, коллекторные моторы с механическим управлением) либо, наоборот, самая современная (с импульсными блоками питания и инверторными моторами).

К счастью, описанный сценарий вряд ли осуществится на практике, если не рассматривать возможность специально организованной диверсии. Ни при какой возможной аварии в энергосети переменное напряжение не станет вдруг постоянным. Правда, при возможных авариях случаются иные нехорошие вещи, но это уже совсем другая история. Берегите себя и делайте бэкапы.

Преобразование переменного тока в постоянный

Для того чтобы генератор переменного тока был способен заряжать батарею и обеспечивать питание других компонентов транспортного средства, требуется преобразовать переменный тик (alternating current — АС) в постоянный (direct current — DC). Самый подходящий электронный компонент для этой задачи — кремниевый диод. Если переменный ток одной фазы пропустить через диод, на выходе диода появится полуволна, как показано на рисунке. В этом примере диод позволяет проходить к положительному полюсу батареи только половине полупериодов волны. Отрицательные полупериоды блокируются.

Рис. Однополупериодное выпрямление

На рисунке ниже показано, что мостовой выпрямитель с четырьмя диодами выпрямляет обе полуволны однофазного напряжения. Диод часто рассматривается как односторонний клапан для электрического тока. И хотя это хорошая аналогия, важно помнить, что диод хорошего качества блокирует обратный ток с напряжением приблизительно 400 В, а для того, чтобы диод начал проводить в прямом направлении, требуется небольшое напряжение — около 0,6 В.

Рис. Мостовой двухполупериодный выпрямитель (одна фаза)

Чтобы выпрямлять напряжение трехфазной машины, потребуется шесть диодов. Они тоже связаны в виде моста, как показало на рисунке. Мост состоит из трех «пропускающих» и трех «запирающих» диодов. Форма выходного напряжения, создаваемого этой цепью, приведена на рисунке совместно с сигналами трех фаз.

Рис. Трехфазный мостовой выпрямитель

В блок выпрямителя часто вводятся еще три диода, выпрямляющих положительную полуволну напряжения. Они обычно меньше главных диодов и используются только для того, чтобы питать малым током обмотку возбуждения магнитного поля в роторе. Дополнительные диоды известим как экстра-диоды, диоды магнитного поля или диоды возбуждения. На рисунке показан выпрямитель с девятью диодами.

Рис. Девятидиодиый выпрямитель

Вследствие значительных токов, текущих через главные диоды, им требуется радиатор для отвода тепла, чтобы предохранить их от термического повреждения. В некоторых случаях вместо одного диода ставят нескольких соединенных параллельно, чтобы они без повреждения выдерживали большие токи. Диоды в блоке выпрямителя служат для предотвращения обратного тока от батареи к генератору. Они также позволяют нескольким генераторам переменного тока работать параллельно без синхронизации, так как ток не может течь от одного генератора к другому.

Когда используется статор с соединением обмоток «звезда», сумма напряжений в нейтральной точке звезды теоретически равна 0 В. Однако на практике из-за небольших погрешностей в конструкции статора и ротора и в этой точке возникает потенциал. Этот потенциал (напряжение) известен как третья гармоника и показан на рисунке. Его частота — утроенная основная частота фазной обмотки. Подключив к центру звезды два дополнительных диода, один в прямом и один в обратном включении, можно извлечь дополнительную мощность. Прирост мощности достигает 15%.

Рис. Третья гармоника

На последнем рисунке показана полная схема электрогенератора при использовании главного выпрямителя с восемью диодами и тремя диодами возбуждения поля. На схеме показан также регулятор напряжения. Индикаторная лампочка, помимо основной функции предупреждения о неисправности генератора, служит для подачи начального тока возбуждения в обмотку ротора. Генератор не всегда может самовозбуждаться, поскольку остаточный магнетизм обычно недостаточен для создания такого напряжения, которое преодолеет прямое смешение диодов выпрямителя (0,6 или 0,7 В). Типичная мощность лампочки индикатора — 2 Вт. Многие изготовители также подключают параллельно лампочке резистор, чтобы усилить возбуждение генератора и гарантировать его работу, если лампочка сгорит. Лампочка, предупреждающая об отсутствии заряда, погаснет, когда в обмотку ротора пойдет ток от диодов возбуждения, поскольку в этом случае на обоих выводах лампочки возникнет одно и то же напряжение (разница потенциалов на лампочке станет равной 0 В).

Рис. Полная внутренняя схема генератора переменного тока

Как из переменного тока сделать постоянный 12в

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.

Umax – максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:

Читаем в обязательном порядке продолжение этой статьи.

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

  • С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.
  • При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.
  • Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии.

Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение.

Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц.

Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U2.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

  • аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
  • стационарные насосы для полива огородов;
  • аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
  • системы видеонаблюдения и сигнализации;
  • батареечные радиоприемники и плееры;
  • ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
  • галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;
  • портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
  • паяльные станции и электропаяльники;
  • зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
  • слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
  • детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
  • различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

  • С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.
  • При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.
  • Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии.

Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение.

Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц.

Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U2.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

  • аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
  • стационарные насосы для полива огородов;
  • аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
  • системы видеонаблюдения и сигнализации;
  • батареечные радиоприемники и плееры;
  • ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
  • галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;
  • портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
  • паяльные станции и электропаяльники;
  • зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
  • слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
  • детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
  • различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

Вычисляем мощность переменного и постоянного электрического тока по формуле

При проектировании электрооборудования и расчёте кабелей и пусковой и защитной аппаратуры важно правильно рассчитать мощность и ток электроаппаратуры. В этой статье рассказывается о том, как найти эти параметры.

Формулы расчёта электрической мощности

Что такое мощность

При работе электронагревателя или электродвигателя они выделяют тепло или выполняют механическую работу, единица измерения которой – 1 джоуль (Дж).

Одна из основных характеристик электрооборудования – мощность, показывающая количество тепла или произведённой работы за 1 секунду и выражающаяся в ваттах (Вт):

1Вт=1Дж/1с.

В электротехнике 1Вт выделяется при прохождении тока в 1А при напряжении 1В:

1Вт=1А*1В.

Согласно закону Ома, найти мощность можно также, зная сопротивление нагрузки и ток или напряжение:

P=U*I=I*I*R=(U*U)/R, где:

  • P (Вт) – мощность электроприбора;
  • I (А) – ток, протекающий через устройство;
  • R (Ом) – сопротивление аппарата;
  • U (В) – напряжение.

Номинальной называют мощность при номинальных параметрах сети и номинальной нагрузке на валу электродвигателя.

Для того чтобы узнать количество электричества, потреблённого за весь период работы, её необходимо умножить на время, которое аппарат работал. Поучившаяся величина измеряется в кВт*ч.

Расчёт в сетях переменного и постоянного напряжения

Электросеть, питающая электроприборы, может быть трёх видов:

  • постоянное напряжение;
  • переменное однофазное;
  • переменное трёхфазное.

Для каждого вида при расчётах используется своя формула мощности.

Расчёт в сети постоянного напряжения

Самые простые расчёты производятся в электросети постоянного тока. Мощность электроаппаратов, подключённых к ней, прямо пропорциональна току и напряжению и, чтобы найти её, используется формула:

P=U*I.

Например, в электродвигателе с номинальным током 4,55А, подключённом к электросети 220В, мощность равна 1000 Ватт, или 1кВт.

И, наоборот, при известных напряжении сети и мощности ток рассчитывается по формуле:

I=P/U.

Однофазные нагрузки

В сети, в которой отсутствуют электродвигатели, а также в бытовой электросети можно пользоваться формулами для сети постоянного напряжения.

Интересно. В бытовой электросети 220В ток можно вычислить по упрощённой формуле: 1кВт=5А.

Мощность переменного тока вычисляется сложнее. Эти аппараты, кроме активной, потребляют реактивную энергию, и формула:

P=U*I

показывает полную потребляемую энергию устройства. Для того чтобы узнать активную составляющую, нужно учесть cosφ – параметр, показывающий долю активной энергии в полной:

Ракт=Робщ*cosφ=U*I*cosφ.

Соответственно, Робщ=Ракт/cosφ.

Например, в электродвигателе с Ракт 1кВт и cosφ 0,7 полная энергия, потребляемая устройством, будет 1,43кВт, и ток – 6,5А.

Треугольник активной, реактивной и полной энергии

Расчет в трехфазной сети

Трёхфазную электросеть можно представить как три однофазных сети. Однако в однофазных сетях используется понятие «фазное напряжение» (Uф), измеряемое между нулевым и фазным проводами, в сети 0,4кВ, равное 220В. В трёхфазных электросетях вместо «фазного» применяется понятие «линейное напряжение» (Uлин), измеряемое между линейными проводами и в сети 0,4кВ, равное 380В:

Uлин=Uф√3.

Поэтому формула для активной нагрузки, например, электрокотла, выглядит так:

P=U*I*√3.

При определении мощности электродвигателя необходимо учитывать cosφ, выражение приобретает следующий вид:

P=U*I*√3*cosφ.

На практике этот параметр обычно известен, а узнать необходимо ток. Для этого используется следующее выражение:

I=P/(U*√3*cosφ).

Например, для электродвигателя 3кВт (3000Вт) и cosφ 0,7 расчёт получается таким:

I=3000/(380*√3*0,7)=5,8А.

Интересно. Вместо вычислений можно считать, что в трёхфазной сети 380В 1кВт соответствует 2А.

Лошадиная сила

В некоторых случаях при определении мощности автомобилей пользуются устаревшей единицей измерения «лошадиная сила».

Эту единицу ввел в обращение Джеймс Уайт, в честь которого названа единица мощности 1 Ватт, в 1789 году. Его нанял один пивовар для постройки парового двигателя для насоса, способного заменить лошадь. Чтобы определить, какой необходим двигатель, взяли лошадь и запрягли её качать воду.

Считается, что пивовар взял самую сильную лошадь и заставил её работать без отдыха. Реальная сила лошади меньше в 1,5 раза.

В разных странах соотношение 1ЛС и 1кВт немного отличается друг от друга. В России принято считать 1ЛС=0.735кВт, и автомобильный двигатель в 80ЛС соответствует электродвигателю 58,8кВт.

Лошадиная сила

Знание того, как определить мощность и как узнать ток электроприборов, необходимы для проектирования электросетей, расчета кабелей и пускорегулирующей аппаратуры.

Видео

Оцените статью:

Как перевести переменное напряжение в постоянное. Как из постоянного тока сделать переменный?

Преобразователь переменного тока в постоянный — это устройство, преобразующее энергию переменного тока в
постоянный. Это устройство нелинейное, поэтому спектр напряжения на его выходе отличается от входного. В иностранной
литературе подобные устройства называются преобразователями AC/DC (переменный/постоянный ток). На рисунке 1 приведено
условно-графическое обозначение преобразователя AC/DC. На его входе и выходе приведены осциллограммы и спектрограммы
напряжения.

Рисунок 1. Условно-графическое обозначение выпрямителя

В состав преобразователя переменного напряжения в постоянное входят как выпрямитель, так и фильтр, подавляющий нежелательные
составляющие выходного напряжения. Задача фильтра, подключаемого к выходу выпрямителя, выделить только постоянную составляющую
U
0 (полезный эффект выпрямления) и подавить все остальные составляющие спектра напряжения U
d
(пульсации). Это действие часто называется «сглаживанием» выходного напряжения. Поэтому такой фильтр называется сглаживающим.
Его выполняют в виде ФНЧ (обычно LC-фильтра) с полосой пропускания Δf
f c .

Если выпрямитель, входящий в состав преобразователя AC/DC, в процессе работы использует одну полуволну напряжения переменного
тока, то он называется однотактным или однополупериодным, а если обе полуволны — то двухтактным или двухполупериодным.
На рисунке 2 приведена упрощенная схема однотактного преобразователя переменного напряжения в постоянное.

Рисунок 2. Эквивалентная схема однотактного преобразователя переменного тока в постоянный

На данном рисунке ключ К синхронно с частотой источника U1 подключает нагрузку к источнику. На нагрузке получается
пульсирующее напряжение с частотой ω c
. За период частоты входного колебания через нагрузку и
источник проходит только один импульс тока. Частота первой гармоники тока (и напряжения пульсаций на нагрузке) равна
частоте сети ω c
. Постоянная составляющая тока нагрузки в данной схеме протекает через источник
входного напряжения. Если в его составе присутствует трансформатор, то это приведет к его подмагничиванию и ухудшению
массогабаритных параметров. Если напряжениесети на входе однополупериодного выпрямителя гармоническое
U
1 = U
m sinω c t
, то временные диаграммы напряжения
на входе и выходе данной схемы будут выглядеть так, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Временные диаграммы напряжения на входе и выходе однополупериодного преобразователя

Как видно из данного рисунка уровень постоянной составляющей тока на выходе схемы однотактного преобразователя AC/DC
достаточно мал. Поэтому чаще применяется двухтактная схема. Схема двухтактного преобразователя переменного напряжения в
постоянное приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Эквивалентная схема двухтактного преобразователя переменного тока в постоянный

В данной схеме ключи К1 и К2 подключают нагрузку на время одной полуволны (Т/2) два раза за период. Поэтому за период
изменения напряжения сети через нагрузку и источник проходят два импульса тока, причем благодаря переключению ток через
нагрузку протекает в одном направлении. Постоянная составляющая тока нагрузки не протекает через первичный источник и не
влияет на его работу. Частота импульсов тока и напряжения на нагрузке U
H в два раза выше частоты сети
ω c
, что позволяет уменьшить габариты сглаживающего фильтра. Все перечисленные факторы позволяет
значительно улучшить массу и габариты преобразователя переменного тока в постоянный. Временные диаграммы напряжений и
токов на входе и выходе двухтактного преобразователя переменного тока в постоянный приведены на рисунке 5.

Рисунок 5. Временные диаграммы напряжений и токов на входе и выходе двухполупериодного преобразователя

В качестве ключей в схемах преобразователей переменного тока в постоянный используются неуправляемые и управляемые вентили,
в качестве которых используются диоды, тиристоры, биполярные и полевые транзисторы. Наиболее широко применяются неуправляемые
вентили, в качестве которых используются мощные полупроводниковые диоды.

Следует отметить, что современные AC/DC преобразователи строятся по более сложной схеме. В них сначала производится
выпрямление и фильтрация входного колебания, затем генерация высокой частоты, напряжение которой трансформируется в
нужное на выходе, а затем снова выпрямление и фильтрация всех нежелательных спектральных составляющих. Это позволяет
значительно уменьшить габариты преобразователя и повысить его к.п.д. Часто они выполняются в виде малогабаритного
неразъемного блока.

Рисунок 6. Внешний вид AC/DC преобразователя

Литература:

  1. Сажнёв А.М., Рогулина Л.Г., Абрамов С.С. “Электропитание устройств и систем связи”: Учебное пособие/ ГОУ ВПО СибГУТИ. Новосибирск, 2008г. – 112 с.
  2. Алиев И.И. Электротехнический справочник. – 4-е изд. испр. – М.: ИП Радио Софт, 2006. – 384с.
  3. Гейтенко Е.Н. Источники вторичного электропитания. Схемотехника и расчёт. Учебное пособие. – М., 2008. – 448 с.
  4. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов / В.М.Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф. Захаров и др. – М.,2009. – 384 с.
  5. Денисов А.И., Зволинский В.М., Руденко Ю.В. Вентильные преобразователи в системах точной стабилизации. – К.: Наукова думка, 1997. – 250 с.

Вместе со статьей «Преобразование переменного тока в постоянный» читают:


http://сайт/BP/Ventil/

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него.

Способы получения электричества

Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе.

Существует несколько способов получения электричества:

  • из тепловой энергии;
  • из энергии воды;
  • из атомной (ядерной) энергии;
  • из ветровой энергии;
  • из солнечной энергии и др.

Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Электричество из энергии ветра

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Самый простой способ его получения — энергия природных сил.

В данном примере от энергии ветра. Природный феномен дующего с различной силой ветра люди научились использовать давно. Укрощает ветер простой ветряк, оборудованный приводом и соединённый с генератором. Генератор и вырабатывает электрическую энергию.

Излишки тока при постоянном использовании ветряка можно накапливать в аккумуляторных батареях. Выработанный постоянный экологически чистый ток в быту и производстве не применяется.

Полученный и преобразованный в переменный ток, он идет для бытового использования. Накопленные излишки электричества хранятся в аккумуляторных батареях. При отсутствии ветра запасы электричества, хранящиеся в аккумуляторах, преобразуются и поступают на нужды человека.

Электроэнергия из воды

К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется. Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.

Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер которой порядка 1,5 метров, способна обеспечить электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которую могут два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.

Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции. Для промышленного получения электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.

То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.

Обозначение тока и применение его в быту

Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Direct Current. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направления. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.

Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различного типа устройств, таких как:

  • счетные машинки;
  • детские игрушки;
  • слуховые аппараты;
  • прочие механизмы.

Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC/AC, включаемый в бытовую розетку.

Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток. Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и Многие производители устанавливают преобразователь DC/AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Выше говорилось, что все аккумуляторы, батарейки для фонариков, пультов телевизоров имеют постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, существует современное устройство под названием инвертор, он с легкостью из постоянного тока сделает переменный. Рассмотрим, как это применимо в повседневности.

Бывает, что во время нахождения в автомашине человеку необходимо срочно распечатать на ксероксе документ. Ксерокс имеется, машина работает и, включив в прикуриватель переходник на инвертор, он может подключить к нему ксерокс и распечатать документы. Схема преобразователя достаточно сложна, особенно для людей, которые имеют отдаленное понятие о работе электричества. Поэтому в целях безопасности лучше не пытаться самостоятельно соорудить инвертор.

Переменный ток и его свойства

Протекая, переменный ток в течение одной секунды меняет направление и величину 50 раз. Изменение движения тока — это его частота. Обозначается частота в герцах.

У нас частота тока 50 герц. Во многих странах, например США, частота равна 60 герц. Также бывает трёхфазный и однофазный переменный ток.

Для бытовых нужд приходит электричество, равное 220 вольтам. Это действующее значение переменного тока. Но амплитуда тока максимального значения будет больше на корень из двух. Что в итоге даст 311 вольт. То есть фактическое напряжение бытовой сети составляет 311 вольт. Для изменения постоянного тока на переменный применяются трансформаторы, в которых используются различные схемы преобразователей.

Передача тока по высоковольтным линиям

Все электрические наружные сети несут по своим проводам переменный ток различного напряжения. Оно может колебаться от 330000 вольт до 380 вольт. Передача осуществляется только переменным током. Данный способ транспортировки — самый простой и дешёвый. Как из переменного тока сделать постоянный, давно известно. Поставив трансформатор в нужном месте, получим необходимое напряжение и силу тока.

Схемы преобразователей

Самая простая схема решения вопроса о том, как из постоянного тока сделать переменный 220 В, не существует. Это может сделать диодный мост. Схема преобразователя DC/AC имеет в своём составе четыре мощных диода. Мост, собранный из них, создает движение тока в одном направлении. Мостик срезает верхние границы переменных синусоид. Диоды собираются последовательно.

Вторая схема преобразователя переменного тока — это на выход с моста, собранного из диодов, конденсатора или фильтра, который сгладит и исправит провалы между пиками синусоид.

Отлично преобразует постоянный ток в переменный инвертор. Схема его сложна. Используемые детали не из дешевого порядка. Потому и цена на инвертор немаленькая.

Какой электрический ток опаснее — постоянный или переменный?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся на работе и в быту с электроприборами, подключенными в розетки. Ток, бегущий от электрического щита до розетки, однофазный переменный. Происходят случаи поражения электрическим током. Меры безопасности и знания о поражении током необходимы.

В чем принципиальная разница между попаданием под напряжение переменным током и постоянным? Имеется статистика, что переменный DC однофазный ток в пять раз опаснее постоянного AC тока. Поражение током, вне зависимости от его типа, само по себе отрицательный факт.

Последствия от поражения током

Небрежность в обращении с электроприборами может, мягко говоря, негативно сказаться на здоровье человека. Поэтому не стоит экспериментировать с электричеством, если на то нет специальных навыков.

Действие тока на человека зависит от нескольких факторов:

  • сопротивления тела самого потерпевшего;
  • напряжения, под которое попал человек.
  • от силы тока на момент контакта человека с электричеством.

С учетом всего перечисленного можно сказать, что действие переменного тока намного опаснее, чем постоянного. Имеются данные экспериментов, подтверждающие факт, что для получения равного результата при поражении сила постоянного тока должна быть в четыре — пять раз выше, чем переменного.

Сама природа переменного тока отрицательно сказывается на работе сердца. При поражении током происходит непроизвольное сокращение сердечных желудочков. Это может привести к его остановке. Особенно опасно соприкосновение с оголенными жилами людям, имеющим сердечный стимулятор.

У постоянного тока частота отсутствует. Но высокие напряжение и сила тока могут привести также к летальному исходу. Выйти из под контакта с постоянным электрическим током проще, чем из-под контакта с переменным.

Этот небольшой обзор природы электрического тока, его преобразования должен быть полезен людям, далеким от электричества. Минимальные познания в области происхождения и работы электроэнергии помогут понять суть работы обычных бытовых приборов, которые так необходимы для комфортной и спокойной жизни.

Все Вы наверное задавались вопросом: «А как получить постоянное напряжение из переменного?» Ну что ж, пора думаю раскрыть эту тайну:-) , хотя это тайной и не назовешь. В этой статье я покажу основы, а какое напряжение получить — это уже решать вам. Оказывается, на деле все это гораздо проще, чем кажется.

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под «постоянным напряжением». Как гласит нам Википедия, постоянный напряжение (он же и постоянный ток) — это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю. Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации . А вот собственно и осциллограмма постоянного напряжения:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время
(ось Х), а по вертикали напряжение
(ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор . А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение
, мы с Вами после трансформатора подключали Диодный мост . На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор.
А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство кондера: заряжаться и разряжаться. Весь прикол состоит в том, что кондер с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осцилле, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Давайте же рассмотрим на практике, почему нам нужно ставить кондер большой емкости. На фото ниже у нас три кондера. Все разной емкости.

Рассмотрим первый кондер. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр . Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И снимаем показания с кондера осцилом.

А вот и осциллограмма с кондера.

Неееее… это осциллограмма не постоянного тока. Пульсации все равно остались.

Ну что ж, возьмем кондер емкостью побольше.

Замеряем его емкость. Получается 0,226 микроФарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый кондер снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограма.

Не… почти, но все равно не то.

Берем наш третий кондер. Его емкость 330 микроФарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

Чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие.

Чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. В этом случае лучше всего использовать трехвыводные стабилизаторы напряжения , которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт, скажем для каких-нибудь безделушек? Сначала нужно подобрать транс, чтобы на выходе он выдавал… 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки транса мы будем получать действующее напряжение .

где

U Д

— действующее напряжение

U max

— максимальное напряжение

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе транса должно быть 12/1,41=8,5 Вольт. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансе, мы должны убавлять или добавлять обмотки транса. Формула . Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из того, что мы собираемся питать и какое напряжение и сила тока должны проходить через диоды. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем кондер с большой емкостью. Кондер подбираем исходя из того, чтобы напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у транса на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запоминалось;-)

Читаем в обязательном порядке этой статьи.

1.3. Преобразование переменного тока

в постоянный и постоянного в переменный

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами, т. е. генераторами переменного тока, который удобно преобразовывать трансформаторами и передавать на большие расстояния. Между тем имеется ряд технологических процессов, требующих постоянного тока: электролиз, зарядка аккумуляторов и т. д. Поэтому часто возникает необходимость преобразования переменного тока в постоянный и обратно.

Широко распространенные в начале XX в. электромашинные преобразователи (одноякорные преобразователи и мотор-генераторные установки) уступили свое место более компактным и бесшумным полупроводниковым выпрямителям. Благодаря высоким

Рис. 1.12. Двухтактный однофазный выпрямитель

эксплуатационным показателям и малым габаритам полупроводниковых выпрямителей появилась тенденция к замене генераторов постоянного тока синхронными генераторами, имеющими на выходе полупроводниковый выпрямитель. Таким образом, появились новые классы машин — трансформаторов и синхронных,- постоянно работающих с выпрямителями. Однако работа электрической машины на выпрямитель имеет особенности, которые надо учитывать при проектировании этих машин и анализе процессов, происходящих в них.-грузке весьма значительны, а частота переменной составляющей в 2 раза выше частоты переменного тока (рис. 1.12, б). При трехфазном мостовом выпрямлении схема получается шеститактной и пульсации напряжения невелики — менее 6% от постоянной составляющей (рис. 1.13, б).

Ток в цепи нагрузки обычно сглажен сильнее, чем напряжение, так как цепь нагрузки часто содержит индуктивность, представляющую большое сопротивление для переменной составляющей тока и малое — для постоянной.

Если считать ток в нагрузке /в),
содержащий высшие гармоники, повышающие нагрев обмоток. Кроме того, при использовании схем выпрямления с нулевой точкой имеется постоянная составляющая тока в обмотках (рис. 1.12,6). Из-за этого резко возрастает действующее значение тока и нужно принимать меры против создания постоянного подмагничивания стержня. Для предотвращения этого явления, например, в однофазных трансформаторах применяют либо броневую
конструкцию (рис. 1.14), либо на каждом стержне располагают все обмотки трансформатора, деля их пополам.

Большое влияние на работу выпрямителя (рис. 1.15,
о) оказывает коммутация тока — процесс перехода с одного вентиля на другой.

Из-за наличия индуктивностей в токопроводящей цепи и индуктивности, обусловленной потоками рассеяния трансформатора, ток с одного вентиля переходит на другой не мгновенно, а за период коммутации Г к, которому соответствует угол коммутации у
(рис. 1.15, б).

Для простоты предположим, что ток в нагрузке Id
идеально сглажен. Тогда сумма токов через первый и второй вентили i a \
и iai
в процессе коммутации неизменна:

Рис. 1.14. Схематический чертеж броневого трансформатора

В момент начала коммутации, когда значение ЭДС проходит через нуль и меняет знак, обмотка трансформатора становится замкнутой накоротко и для ее контура можно написать уравнение

Во время коммутации напряжение на нагрузке СЛг=0,5(е 2а + +е 2 ь)
и в однофазном выпрямителе равно нулю (рис. 1.15, б).
Следовательно, из-за коммутации уменьшается выпрямленное напряжение и увеличивается его пульсация. Поскольку угол коммутации у тем больше, чем больше ток нагрузки I d
и индуктивное сопротивление х а,
для повышения качества выпрямителя желательно, чтобы питающая его машина имела небольшое индуктивное сопротивление. В трансформаторе х а
равно индуктивному сопротивлению, обусловленному потоками рассеяния, и определяется из опыта короткого замыкания В синхронном генераторе

где Ха»
и x q »
— сверхпереходные индуктивности по продольной и поперечной осям соответственно, учитывающие наличие тока в демпферной обмотке.

Таким образом, синхронные генераторы, предназначенные для работы на выпрямитель, должны быть рассчитаны на работу с несинусоидальным током и иметь демпферную обмотку.

Коэффициент мощности генератора, работающего на нерегулируемый выпрямитель,

Рис. 1.16. Схема однофазного инвертора

где v«0,9 — коэффициент искажения; >ф«0,5у- угол сдвига тока относительно первой гармоники напряжения.

Преобразование постоянного тока в переменный
производится с помощью инверторов, в которых используются управляемые вентили: транзисторы, тиристоры и др.

Схема однофазного инвертора представлена на рис. 1.16. Включение вентилей инвертора производится поочередно каждый полупериод таким образом, чтобы направление тока во вторичной обмотке трансформатора было противоположно направлению ЭДС в этой обмотке, т. е. чтобы энергия передавалась от источника постоянного тока в сеть переменного тока.

Инверторы имеют сравнительно сложную систему автоматического управления, что ведет к повышению их стоимости и уменьшению надежности по сравнению с неуправляемыми выпрямителями.

Кроме того, в инверторе возможно появление режима сквозного горения,
когда ток в обмотке совпадает по фазе с ее ЭДС. Такой режим возможен либо при неисправности в системе управления, либо при слишком большом угле коммутации. При сквозном горении обычно ток возрастает до недопустимого значения и обычно полупроводниковые вентили выходят из строя. Большое число элементов в системе управления и возможность аварийного режима сквозного горения делают надежность инверторов значительно ниже, чем у неуправляемых выпрямителей: наработка на отказ уменьшается в 50… 100 раз.

Перспективна идея питания от инверторов асинхронных и синхронных двигателей. Изменяя частоту включения вентилей, можно менять частоту напряжения на выводах статора двигателя и тем самым экономично (без сопротивлений) регулировать угловую скорость. Такой способ регулирования скорости называется частотным. Однако низкая надежность систем с инверторами — преобразователями частоты препятствует их широкому применению.

В настоящее время частотное регулирование скорости применяется только в особых условиях, где не могут работать двигатели постоянного тока, погруженные в жидкость: двигатели судов, нефтепроводов, двигатели шаровых мельниц и т. д.

Рис. 1.17. Устройство машины постоянного тока

Имеются экспериментальные образцы с частотным регулированием в крановом и тяговом электрооборудовании.

В машине постоянного тока имеется своеобразный преобразователь- коллектор, который в генераторном режиме является выпрямителем, а в двигательном — преобразователем частоты.

Конструкция машины постоянного тока сходна с конструкцией обращенной синхронной машины, у которой обмотка якоря находится на роторе, а магнитные полюсы неподвижны. При вращении якоря (ротора) в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направленная так, как это показано на поперечном разрезе рис. 1.17, а.

В проводниках, расположенных по одну сторону линии симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими. Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

Постоянная ЭДС получается с помощью скользящего контакта между обмоткой и внешней электрической цепью.

Проводники соединяются в витки с шагом ушт,
как в машинах переменного тока, а затем витки соединяются последовательно один за другим, образуется замкнутая обмотка.

В половине обмотки (в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой — противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.17, б).
По контуру обмотки ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняются в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирается из медных пластин, изолированных друг от друга.

В крупных машинах начало и конец каждого витка присоединяются к коллекторным пластинам; в малых машинах пластин

меньше, чем витков, и поэтому между двумя пластинами припаивается часть обмотки из нескольких витков — секция.

Под нагрузкой через проводники якоря проходит ток, направление которого определяется направлением ЭДС.

В связи с тем что ток нагрузки постоянен, в витках обмотки якоря ток имеет форму, близкую к прямоугольной (рис. 1.18, а).

При переходе витка из одной параллельной ветви в другую он замыкается накоротко щеткой на время, называемое периодом коммутации
(рис. 1.18, б)

T K =bJv KOn ,
(1.66)

где Ь щ
— ширина щетки; и К ол — линейная скорость точки, находящейся на поверхности коллектора.

В простейшем случае, когда щетка уже коллекторной пластины, для секции, замкнутой щеткой (рис. 1.18,0),

Рис. 1.18. Диаграммы токов при коммутации

где iiRi=AUi
и i 2 R2=AU 2
— падение напряжения в щеточном контакте соответственно с первой и второй коллекторной пластинами; R c
— активное сопротивление секции; L pe3 — результирующая индуктивность секции; е к
— ЭДС от внешнего поля. Пренебрегая iR c
ввиду малости R c ,
получим

Полученное основное уравнение коммутации
(1.68) совпадает с уравнением коммутации в выпрямителе
(1.61). Решение этого уравнения легко получить, предположив, что Д£Л-Д£/2«0,

Чтобы при выходе из-под щетки первой пластины не происходил разрыв тока, в момент времени t = T K
ток через первую пластину должен быть равен нулю: 11(Гк)=0=21 а -|-ек.рез, откуда

Это условие безыскровой коммутации сводится к тому, чтобы во всех режимах угол коммутации у
был неизменен:

y=*T K =2vJ>JD a v Koll =2b»jD a ,

(1.71)

где D a
— диаметр якоря; v a —
линейная скорость точки, находящейся на поверхности якоря; Ь»щ=ЬщО а /О КО л
— ширина щетки, приведенная к диаметру якоря.

Для выполнения этого условия ЭДС в зоне коммутации ЭДС е к
создается специальными добавочными полюсами, обмотка которых включена последовательно в цепь якоря, а их магнитная цепь делается ненасыщенной.

Процесс коммутации в выпрямителях, инверторах и в машинах постоянного тока сходен. И в том и в другом случаях процесс изменения тока в период коммутации определяется значением и формой ЭДС в короткозамкнутом контуре. Поэтому нельзя уподоблять коллектор механическому выпрямителю, как это иногда делается .

Наличие коллектора вносит и свои особенности: усложняется конструкция машины и более дорогой становится эксплуатация. Однако эти недостатки электрических машин искупаются их основным преимуществом: в двигательном режиме случайные нарушения коммутации обычно приводят к небольшому подгару коллектора и щеток, а не к аварийному режиму опрокидывания,
как в инверторах.

Вследствие этого надежность коллекторной машины постоянного тока значительно выше надежности системы «асинхронный двигатель- преобразователь частоты», ее КПД на 3…5% выше, машина значительно дешевле, имеет меньшие габариты и массу.

Эти преимущества и заставляют отдавать предпочтение машине постоянного тока, ограничивая применение асинхронного двигателя с частотным регулированием узкими рамками специфических устройств (двигатели, работающие в жидкости, и т. д.).

Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Постоянный ток и его источники

У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC
— сокращением от английского Direct Current
(в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:

Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.

Переменный ток и его параметры

У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T)
, а обратная ему величина – частотой (f)
. Буквенное обозначение переменного тока – АС
, сокращение от Alternating Current
(знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:

̴

После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.

Переменный ток характеризуется параметрами:

ХарактеристикаОбозначениеЕдиница измеренияОписание
Число фазОднофазный
Трехфазный
НапряжениеUвольтМгновенное значение
Амплитудное значение
Действующее значение
Фазное
Линейное
ПериодТсекундаВремя одного полного колебания
ЧастотаfгерцЧисло колебаний за 1 секунду

Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.

Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3)
.

Напряжение между фазами называется линейным
, а между фазой и нулем – фазным
, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.

Под мгновенным
значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным
значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения
. Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?

При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:

Мощность, которую передается по линии, равна:

Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.

Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.

Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением
, а устройства – выпрямителями
. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод
, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.

Затем пульсации устраняют при помощи фильтров
, простейшим из них является конденсатор
. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.

Для преобразования в переменный ток используются инверторы
. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.

Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 августа 2020 г.

Одна из самых значительных битв 19 века велась не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества.
это приводит в действие наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические
пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать
что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии
мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его
главный соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон пробовал все виды
хитрые способы убедить людей в том, что кондиционер слишком опасен, от
убить слона на электрическом стуле, чтобы (довольно хитро) поддержать использование
AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Даже так,
Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе
власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы
предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Который
означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от
Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует
DC to AC — инвертор, как его еще называют.Давай ближе
посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и ветряными микровентиляторами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено
Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества
как поток электронов обычно говорят о прямом
ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия
муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии в одном
способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для
что-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (
непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и
электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к
лампу, пока не разрядится вся энергия батареи.

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой
ток немного похож на движение от одной стороны к другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на
пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе.
Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на
переменный ток (AC), где переключается электричество
примерно 50–60 раз в секунду (другими словами,
частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает
энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет!
Если электроны, выходящие из вашей розетки, получат, скажем, несколько
миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться
опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы сделать ее
загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели
бегает между лампой и стеной, набитой электронами. Когда
Вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель
колебаться взад и вперед в нити лампы — и эта быстрая
перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет
лампы накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии:
в AC они просто «бегут на месте».

Что такое инвертор?

Фото: Типичный электрический инвертор.Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа
Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что
большая часть бытовой техники, которая есть в наших домах, специально разработана
работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но которые должны потреблять электроэнергию
от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем,
обычно строится из электронных компонентов, называемых
диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко
понять суть того, как это работает. Предположим, у вас в
фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи,
всегда в одном направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь
если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит
в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы
не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрический
ток на самом деле будет течь в обратном направлении.Предположим, вы
у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения.
аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического
инвертор, преобразующий постоянный ток батареи в переменный ток с частотой
50–60 герц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают должным образом.
таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные
Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока
направление. Подобные инверторы часто производят так называемый
прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо
наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из
Вход постоянного тока. В них используются электронные компоненты, называемые индукторами и
конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно
чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с
базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного
Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока
(выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше
чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что
инвертор и трансформатор не могут выдавать больше мощности, чем потребляют
в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла, когда течет электричество
через различные электрические и электронные компоненты.В
На практике КПД инвертора часто превышает 90
процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия — пусть и небольшая — всегда
где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов — и теперь давайте вернемся к нему еще раз.
немного подробнее.

Представьте, что вы — аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу
и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все
ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления
просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока,
очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока, что при
минимум половина работы.Чтобы обеспечить правильный переменный ток, вам понадобится переключатель, который
позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60
раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую
контакты вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вам понадобится аккуратная работа пальцами!

По сути, устаревший механический инвертор сводится к коммутационному блоку.
подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили наши
статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные
устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот,
с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной
вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель
или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток вперед и назад в
первичный, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной — так
он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал
над. Переключающее устройство работает примерно так же, как и в
электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель,
потянув ее открыть и на короткое время выключить.Весна тянет
переключите обратно в положение, включите его снова и повторите
процесс — снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается в первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она неоднократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает на вход переменный ток, а не постоянный ток.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость вращения диска определяет частоту выходного переменного тока. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет давать очень грубый выходной сигнал прямоугольной формы.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или переключаете его обратно и
вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень
резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую
направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения)
против времени, и вы получите прямоугольную волну.
Хотя электричество, различающееся таким образом, технически
переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток
доставляется в наши дома, что гораздо более плавно
волнообразная синусоида). Вообще здоровенный
бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую электроэнергию (например, электрические
обогреватели, лампы накаливания,
чайники или холодильники) не особо заботятся
волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много
это — так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на
с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод
они получают от синусоидальной волны.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов:
инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращенно до PSW) и
модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). Как
их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные
(в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования
постоянный ток в плавно изменяющийся переменный ток очень
похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши
дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока.
источник, включая телевизоры,
компьютеры, видеоигры,
радио и стереосистемы.
С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно
недорогая электроника (тиристоры,
диоды и другие простые компоненты) на
производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую
приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки
мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и действительно вызывают проблемы
с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером),
в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых
часы и устройства умного дома.Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат
волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида
(площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и
потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW.
С другой стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: Модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоидальную волну (синий цвет), чем на прямоугольную волну (оранжевый цвет), но все же включает в себя внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она приближается к
идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью
Независимо от сети, другие (известные как интерактивные инверторы , или , привязанные к сети инверторы ) являются
специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то
как солнечная панель, обратно в сеть с правильным напряжением и частотой.Это нормально, если ваша главная цель — выработать собственную силу. Это не так полезно
если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите
резервный источник питания на случай отключения электричества, потому что если ваш
подключение к сети прерывается, и вы не производите электроэнергию самостоятельно
(например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и
вы совершенно лишены силы — так же беспомощны, как если бы
вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные инверторы или двунаправленные преобразователи , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (но не в обоих одновременно). С
у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более
дорогие.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный
аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они также
выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические
плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Как вы можете видеть на нашем верхнем фото,
типичные — размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят
немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше
портативные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно подключить к прикуривателю
розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются.
в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы
нужен инвертор примерно на четверть выше максимальной мощности
устройства, которым вы хотите управлять. Это учитывает тот факт, что
некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы)
потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока
инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это
важно отметить, что они на самом деле не предназначены для работы на пике
мощность на длительные периоды.

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 августа 2020 г.

Одна из самых значительных битв 19 века велась не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества.
это приводит в действие наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические
пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать
что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии
мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его
главный соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон пробовал все виды
хитрые способы убедить людей в том, что кондиционер слишком опасен, от
убить слона на электрическом стуле, чтобы (довольно хитро) поддержать использование
AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Даже так,
Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе
власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы
предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Который
означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от
Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует
DC to AC — инвертор, как его еще называют.Давай ближе
посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и ветряными микровентиляторами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено
Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества
как поток электронов обычно говорят о прямом
ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия
муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии в одном
способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для
что-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (
непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и
электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к
лампу, пока не разрядится вся энергия батареи.

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой
ток немного похож на движение от одной стороны к другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на
пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе.
Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на
переменный ток (AC), где переключается электричество
примерно 50–60 раз в секунду (другими словами,
частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает
энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет!
Если электроны, выходящие из вашей розетки, получат, скажем, несколько
миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться
опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы сделать ее
загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели
бегает между лампой и стеной, набитой электронами. Когда
Вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель
колебаться взад и вперед в нити лампы — и эта быстрая
перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет
лампы накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии:
в AC они просто «бегут на месте».

Что такое инвертор?

Фото: Типичный электрический инвертор.Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа
Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что
большая часть бытовой техники, которая есть в наших домах, специально разработана
работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но которые должны потреблять электроэнергию
от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем,
обычно строится из электронных компонентов, называемых
диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко
понять суть того, как это работает. Предположим, у вас в
фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи,
всегда в одном направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь
если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит
в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы
не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрический
ток на самом деле будет течь в обратном направлении.Предположим, вы
у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения.
аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического
инвертор, преобразующий постоянный ток батареи в переменный ток с частотой
50–60 герц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают должным образом.
таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные
Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока
направление. Подобные инверторы часто производят так называемый
прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо
наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из
Вход постоянного тока. В них используются электронные компоненты, называемые индукторами и
конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно
чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с
базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного
Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока
(выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше
чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что
инвертор и трансформатор не могут выдавать больше мощности, чем потребляют
в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла, когда течет электричество
через различные электрические и электронные компоненты.В
На практике КПД инвертора часто превышает 90
процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия — пусть и небольшая — всегда
где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов — и теперь давайте вернемся к нему еще раз.
немного подробнее.

Представьте, что вы — аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу
и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все
ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления
просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока,
очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока, что при
минимум половина работы.Чтобы обеспечить правильный переменный ток, вам понадобится переключатель, который
позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60
раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую
контакты вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вам понадобится аккуратная работа пальцами!

По сути, устаревший механический инвертор сводится к коммутационному блоку.
подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили наши
статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные
устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот,
с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной
вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель
или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток вперед и назад в
первичный, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной — так
он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал
над. Переключающее устройство работает примерно так же, как и в
электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель,
потянув ее открыть и на короткое время выключить.Весна тянет
переключите обратно в положение, включите его снова и повторите
процесс — снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается в первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она неоднократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает на вход переменный ток, а не постоянный ток.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость вращения диска определяет частоту выходного переменного тока. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет давать очень грубый выходной сигнал прямоугольной формы.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или переключаете его обратно и
вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень
резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую
направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения)
против времени, и вы получите прямоугольную волну.
Хотя электричество, различающееся таким образом, технически
переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток
доставляется в наши дома, что гораздо более плавно
волнообразная синусоида). Вообще здоровенный
бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую электроэнергию (например, электрические
обогреватели, лампы накаливания,
чайники или холодильники) не особо заботятся
волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много
это — так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на
с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод
они получают от синусоидальной волны.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов:
инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращенно до PSW) и
модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). Как
их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные
(в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования
постоянный ток в плавно изменяющийся переменный ток очень
похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши
дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока.
источник, включая телевизоры,
компьютеры, видеоигры,
радио и стереосистемы.
С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно
недорогая электроника (тиристоры,
диоды и другие простые компоненты) на
производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую
приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки
мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и действительно вызывают проблемы
с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером),
в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых
часы и устройства умного дома.Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат
волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида
(площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и
потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW.
С другой стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: Модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоидальную волну (синий цвет), чем на прямоугольную волну (оранжевый цвет), но все же включает в себя внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она приближается к
идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью
Независимо от сети, другие (известные как интерактивные инверторы , или , привязанные к сети инверторы ) являются
специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то
как солнечная панель, обратно в сеть с правильным напряжением и частотой.Это нормально, если ваша главная цель — выработать собственную силу. Это не так полезно
если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите
резервный источник питания на случай отключения электричества, потому что если ваш
подключение к сети прерывается, и вы не производите электроэнергию самостоятельно
(например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и
вы совершенно лишены силы — так же беспомощны, как если бы
вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные инверторы или двунаправленные преобразователи , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (но не в обоих одновременно). С
у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более
дорогие.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный
аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они также
выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические
плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Как вы можете видеть на нашем верхнем фото,
типичные — размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят
немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше
портативные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно подключить к прикуривателю
розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются.
в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы
нужен инвертор примерно на четверть выше максимальной мощности
устройства, которым вы хотите управлять. Это учитывает тот факт, что
некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы)
потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока
инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это
важно отметить, что они на самом деле не предназначены для работы на пике
мощность на длительные периоды.

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 августа 2020 г.

Одна из самых значительных битв 19 века велась не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества.
это приводит в действие наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические
пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать
что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии
мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его
главный соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон пробовал все виды
хитрые способы убедить людей в том, что кондиционер слишком опасен, от
убить слона на электрическом стуле, чтобы (довольно хитро) поддержать использование
AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Даже так,
Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе
власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы
предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Который
означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от
Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует
DC to AC — инвертор, как его еще называют.Давай ближе
посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и ветряными микровентиляторами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено
Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества
как поток электронов обычно говорят о прямом
ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия
муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии в одном
способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для
что-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (
непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и
электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к
лампу, пока не разрядится вся энергия батареи.

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.Прямой
ток немного похож на движение от одной стороны к другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на
пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе.
Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на
переменный ток (AC), где переключается электричество
примерно 50–60 раз в секунду (другими словами,
частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает
энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет!
Если электроны, выходящие из вашей розетки, получат, скажем, несколько
миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться
опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы сделать ее
загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели
бегает между лампой и стеной, набитой электронами. Когда
Вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель
колебаться взад и вперед в нити лампы — и эта быстрая
перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет
лампы накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии:
в AC они просто «бегут на месте».

Что такое инвертор?

Фото: Типичный электрический инвертор.Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа
Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что
большая часть бытовой техники, которая есть в наших домах, специально разработана
работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но которые должны потреблять электроэнергию
от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем,
обычно строится из электронных компонентов, называемых
диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко
понять суть того, как это работает. Предположим, у вас в
фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи,
всегда в одном направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь
если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит
в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы
не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрический
ток на самом деле будет течь в обратном направлении.Предположим, вы
у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения.
аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического
инвертор, преобразующий постоянный ток батареи в переменный ток с частотой
50–60 герц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают должным образом.
таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные
Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока
направление. Подобные инверторы часто производят так называемый
прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо
наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из
Вход постоянного тока. В них используются электронные компоненты, называемые индукторами и
конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно
чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с
базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного
Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока
(выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше
чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что
инвертор и трансформатор не могут выдавать больше мощности, чем потребляют
в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла, когда течет электричество
через различные электрические и электронные компоненты.В
На практике КПД инвертора часто превышает 90
процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия — пусть и небольшая — всегда
где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов — и теперь давайте вернемся к нему еще раз.
немного подробнее.

Представьте, что вы — аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу
и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все
ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления
просто переключиться на выходной провод? Включение и выключение тока,
очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока, что при
минимум половина работы.Чтобы обеспечить правильный переменный ток, вам понадобится переключатель, который
позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60
раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую
контакты вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вам понадобится аккуратная работа пальцами!

По сути, устаревший механический инвертор сводится к коммутационному блоку.
подключен к электрическому трансформатору. Если вы изучили наши
статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные
устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот,
с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной
вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель
или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток вперед и назад в
первичный, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной — так
он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал
над. Переключающее устройство работает примерно так же, как и в
электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель,
потянув ее открыть и на короткое время выключить.Весна тянет
переключите обратно в положение, включите его снова и повторите
процесс — снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается в первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она неоднократно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает на вход переменный ток, а не постоянный ток.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость вращения диска определяет частоту выходного переменного тока. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет давать очень грубый выходной сигнал прямоугольной формы.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или переключаете его обратно и
вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень
резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую
направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения)
против времени, и вы получите прямоугольную волну.
Хотя электричество, различающееся таким образом, технически
переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток
доставляется в наши дома, что гораздо более плавно
волнообразная синусоида). Вообще здоровенный
бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую электроэнергию (например, электрические
обогреватели, лампы накаливания,
чайники или холодильники) не особо заботятся
волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много
это — так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на
с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод
они получают от синусоидальной волны.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов:
инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращенно до PSW) и
модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). Как
их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные
(в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования
постоянный ток в плавно изменяющийся переменный ток очень
похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши
дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока.
источник, включая телевизоры,
компьютеры, видеоигры,
радио и стереосистемы.
С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно
недорогая электроника (тиристоры,
диоды и другие простые компоненты) на
производят своего рода «закругленную» прямоугольную волну (гораздо более грубую
приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки
мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и действительно вызывают проблемы
с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером),
в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых
часы и устройства умного дома.Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат
волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида
(площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и
потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW.
С другой стороны, они, как правило, немного дешевле, чем настоящие инверторы.

Изображение: Модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоидальную волну (синий цвет), чем на прямоугольную волну (оранжевый цвет), но все же включает в себя внезапные резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она приближается к
идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью
Независимо от сети, другие (известные как интерактивные инверторы , или , привязанные к сети инверторы ) являются
специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то
как солнечная панель, обратно в сеть с правильным напряжением и частотой.Это нормально, если ваша главная цель — выработать собственную силу. Это не так полезно
если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите
резервный источник питания на случай отключения электричества, потому что если ваш
подключение к сети прерывается, и вы не производите электроэнергию самостоятельно
(например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и
вы совершенно лишены силы — так же беспомощны, как если бы
вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют бимодальные инверторы или двунаправленные преобразователи , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (но не в обоих одновременно). С
у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более
дорогие.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный
аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они также
выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические
плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Как вы можете видеть на нашем верхнем фото,
типичные — размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят
немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше
портативные коробки размером с автомобильный радиоприемник, которые можно подключить к прикуривателю
розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются.
в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы
нужен инвертор примерно на четверть выше максимальной мощности
устройства, которым вы хотите управлять. Это учитывает тот факт, что
некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы)
потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока
инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это
важно отметить, что они на самом деле не предназначены для работы на пике
мощность на длительные периоды.

Как работает преобразователь постоянного тока в переменный?

Обновлено 22 сентября 2019 г.

Автор: Chris Deziel

Предположим, что питание отключилось, и все, что у вас есть под рукой, — это автомобильный аккумулятор на 12 В. Можете ли вы использовать его для питания холодильника, чтобы еда не испортилась? К сожалению, ответ отрицательный, потому что вы упускаете что-то важное, и мы говорим не только о розетке для вилки. Вам нужно устройство, которое преобразует мощность постоянного тока от батареи в мощность переменного тока, которая может управлять компрессором холодильника.

Этот преобразователь постоянного тока в переменный называется инвертором. Преобразовать переменный ток в постоянный довольно просто — все, что вам нужно сделать, это пропустить ток через диод, который пропускает ток только в одном направлении. Преобразование из постоянного в переменный более сложно, потому что вам нужен какой-то генератор, который меняет направление тока на нужную вам частоту. Есть способ сделать это механически, но большинство инверторов полагаются на резисторы, конденсаторы, транзисторы и другие схемные устройства.

Инвертору нужна еще одна вещь: способ изменить напряжение источника тока для использования устройством, которое будет использовать питание.Другими словами, ему нужен трансформатор. Например, если вы питаете холодильник на 120 В от батареи на 12 В, инвертору нужен повышающий трансформатор, который увеличивает напряжение в 10 раз. Поскольку он работает только с переменным током, трансформатор включается в цепь после компонентов, которые изменяют ток с постоянного на переменный.

Что такое постоянный и переменный ток?

Большинство людей узнают о постоянном токе, когда знакомятся с электричеством, и лучший способ визуализировать это — подумать о батарее.Если вы соедините клеммы аккумулятора проводящим проводом, электроны потекут от отрицательной клеммы к положительной, как муравьи, следующие друг за другом во время кормления.

Если вы поместите в цепь нагрузку, например свет, электроны проходят через нагрузку и работают на своем пути к положительному выводу. В случае лампочки работа заключается в том, чтобы нагреть нить накала, чтобы она светилась.

Вместо того, чтобы течь в одном направлении, переменный ток меняет направление много раз в секунду, и это связано с тем, как он генерируется.Используя электромагнитную индукцию, явление, при котором изменяющееся магнитное поле производит электрический ток в проводящем проводе, генератор переменного тока вырабатывает электричество с помощью вращающегося ротора и катушки проводящего провода. В одной из версий, ротор представляет собой постоянный магнит, и во время вращения он генерирует ток в катушке, который меняет направление с каждой половиной оборота ротора.

Переменный ток не проходит через провод так же, как постоянный ток. Лучше всего думать об этом так, как будто электроны в проводе колеблются на месте.Во время первой половины вращения ротора электроны движутся в одном направлении, а во время второй половины вращения — в другую сторону.

Если вы построите график движения отдельного электрона в зависимости от времени, он сгенерирует форму волны, известную как синусоидальная волна. Частота волны определяется скоростью вращения ротора генератора.

Простой механический преобразователь постоянного тока в переменный

Устройство, которое может преобразовывать постоянный ток в переменный, должно иметь возможность отключать ток, идущий в одном направлении, и отправлять его в другом направлении, а затем через равные промежутки времени обращать процесс в обратном направлении.Чтобы сделать это, поместите вращающееся колесо между парой клемм и расположите контакты так, чтобы колесо меняло соединения батареи при каждом вращении. Ток будет течь в одном направлении, когда колесо находилось в начальной точке, и в противоположном направлении, когда колесо повернулось на 180 градусов.

Такая грубая установка будет производить ток типа «все или ничего» в каждом направлении, и если вы изобразите движение электрона в цепи, вы получите то, что известно как прямоугольная волна.Это не лучший инвертор для дома. Ток мог бы выполнять простые задачи, например, заставлять нагревательный элемент светиться, но он не работал бы с чувствительным электронным оборудованием. Более того, вам понадобится точный способ управления вращением колеса, чтобы получить полезную мощность переменного тока.

Инверторы используют компоненты схемы для изменения направления тока

Вместо того, чтобы вращать колеса, коммерческие инверторы используют компоненты схемы, такие как конденсаторы, резисторы и транзисторы.Общая схема инвертора постоянного тока в переменный ток показывает параллельные цепи с транзисторами, включенными последовательно с резисторами, и перекрестные схемы с конденсаторами и силовыми транзисторами, или полевые МОП-транзисторы (полевые транзисторы с металлооксидным полупроводником). В другом типе используется генератор на мосту Вина, который состоит из резисторов и конденсаторов.

Оба описанных выше инвертора представляют собой инверторы с чистой синусоидой (PSW), и генерируемый ими сигнал может использоваться всеми электронными устройствами. Если вы ищете инвертор для дома, вам нужен инвертор PSW, потому что он будет работать с электронными компонентами вашей плиты, сушилки, стиральной машины и других приборов.

Другой тип преобразователя постоянного тока в переменный — это преобразователь модифицированной синусоидальной волны (MSW). В нем используются более дешевые компоненты, такие как диоды и тиристоры, похожие на транзисторы. Сигнал от инвертора MSW похож на прямоугольную волну со слегка закругленными углами, и, хотя он может питать большие приборы, он не подходит для электронного оборудования. Это был бы лучший инвертор мощности для автомобиля, делающий аккумулятор доступным для электроинструментов и оборудования для ремонта автомобилей.

Еще одна вещь: трансформатор

Даже если вы преобразуете сигнал от источника постоянного тока, такого как аккумулятор или солнечная панель, в переменный, напряжения не будет достаточно для питания прибора на 120 В.К счастью, усилить напряжение переменного тока несложно. Все, что вам нужно, это трансформатор, который также работает по принципу электромагнитной индукции.

Трансформатор прост в эксплуатации. Две проводящие катушки расположены рядом или одна внутри другой, и ток, проходящий через одну катушку, называемую первичной катушкой, индуцирует ток в другой, вторичной катушке. Соотношение токов в двух катушках, а также их напряжений определяется разницей в количестве витков в катушках.

Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первая, трансформатор повысит напряжение на величину, равную числу витков вторичной обмотки, деленному на число витков первичной обмотки.

Вы можете спроектировать инвертор для подачи любого напряжения, которое вы хотите, но если вам нужен преобразователь постоянного тока в переменный, который превратит автомобильный аккумулятор 12 В в источник питания 120 В для вашего дома, вам нужно сделать соотношение между первичным и вторичная обмотка с 1 по 10. Коммерческие инверторные трансформаторы имеют сотни витков, а провода выделяют резистивное тепло, поэтому инвертору нужны ребра — и, возможно, вентилятор — для охлаждения.Более того, катушки иногда наматываются на твердый сердечник, чтобы обеспечить более эффективную индукцию, и это может сделать инвертор очень тяжелым.

Как преобразовать постоянный ток в переменный (постоянный ток в переменный)?

Как преобразовать постоянный ток в переменный (постоянный ток в переменный)? — Обмен электротехнического стека

Сеть обмена стеков

Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

Посетить Stack Exchange

  1. 0

  2. +0

  3. Авторизоваться
    Зарегистрироваться

Electrical Engineering Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для профессионалов в области электроники и электротехники, студентов и энтузиастов.Регистрация займет всего минуту.

Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

Кто угодно может задать вопрос

Кто угодно может ответить

Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

Спросил

Просмотрено
553 раза

\ $ \ begingroup \ $

Закрыт .Этот вопрос должен быть более конкретным. В настоящее время он не принимает ответы.


Хотите улучшить этот вопрос? Обновите вопрос, чтобы он фокусировался только на одной проблеме, отредактировав это сообщение.

Закрыт 3 года назад.

Я хочу сделать схему, которая преобразует постоянный ток в переменный ток.Можно ли дома без дорогостоящих ресурсов. Я знаю, что мне нужно использовать некоторые ресурсы, но я хочу, чтобы это было как можно проще.

  постоянного тока в переменный ток
  

Я знаю, как преобразовать переменный ток в постоянный, но для обратного я не знаю, как это сделать. Кто-нибудь, пожалуйста, помогите, если сможет.

Я больше не разбираюсь в электронике. Я инженер-программист, но мне тоже приходится работать с электроникой.

Мишель Кейзерс

13.2k1414 золотых знаков5656 серебряных знаков115115 бронзовых знаков

Создан 23 ноя.

\ $ \ endgroup \ $

3

\ $ \ begingroup \ $

Инвертор может быть таким же простым, как источник напряжения, несколько резисторов, пара транзисторов NPN и PNP в установке на тотемной опоре и трансформатор.Вы можете сделать это своими руками, но встроенный инвертор для коммерческого автомобиля будет работать лучше с более высокой эффективностью при более низкой стоимости.

Создан 23 ноя.

Прохожий

1,9k 55 золотых знаков7272 серебряных знака178178 бронзовых знаков

\ $ \ endgroup \ $

2

Не тот ответ, который вы ищете? Посмотрите другие вопросы с метками current ac dc или задайте свой вопрос.

Электротехнический стек Exchange лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в ​​отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

Расчет силы переменного тока в постоянный через инвертор

Итак, у вас есть электроприбор для работы, но нет места для его подключения.Когда вам нужно запустить обычное бытовое электрическое устройство в районе, где нет постоянного электроснабжения, этот калькулятор поможет вам выяснить, какой размер батарей и инвертор мощности вам нужен!

Добро пожаловать в наш инструмент преобразования постоянного тока в переменный (с инвертором). Этот калькулятор разработан, чтобы помочь вам определить количество потребляемой мощности при преобразовании одной формы мощности в другую с помощью инвертора постоянного тока в переменный.

Просто введите цифры мощности в поля ниже, и мы сделаем расчеты за вас, включая типичную неэффективность и все прочие технические характеристики, которые вы, возможно, не хотите вычислять.Если вы не уверены в своих числах, взгляните на иллюстрации с пошаговыми инструкциями ниже при вводе чисел.

Если вы хотите подобрать аккумуляторную батарею инвертора, то сначала необходимо определить силу постоянного тока, которую вы будете выдавать из аккумуляторной батареи через инвертор. Этот калькулятор может помочь вам определить потребляемую мощность постоянного тока через инвертор, чтобы вы могли точно рассчитать размер аккумуляторной батареи инвертора.

Введите рейтинги устройства переменного тока

Найдите аккумулятор Выберите свой инвертор

Прохождение

Пример Напряжение переменного тока — Многие приложения имеют диапазон входного напряжения переменного тока.В США оно может составлять от 100 до 125 В переменного тока. В Европе обычно 200-240. В этом примере мы будем использовать стандарт США 120 вольт переменного тока.
Пример Сила переменного тока — Входная сила тока — это сила тока, потребляемого приложением от сети переменного тока. Это число обычно измеряется в амперах. Если ток указан в миллиамперах (мАч), вы можете преобразовать его в амперы, разделив число на 1000. Например, в нашем примере приложение потребляет 300 миллиампер, что совпадает с 0.3 ампера.
Пример Мощность — мощность — это общая мощность, потребляемая приложением. Он рассчитывается путем умножения напряжения на силу тока. Следовательно, 120 В переменного тока x 0,3 А равны 36 Вт.
Пример Напряжение постоянного тока — Выходное напряжение — это номинальное значение вашей аккумуляторной системы, обычно от одной 12-вольтной батареи. Мы используем 12,5 В для 12-вольтовых аккумуляторных систем.
Пример DC Amperage — Теперь мы знаем, что наше приложение потребляет 36 Вт общей мощности.Если вы возьмете эту мощность от источника постоянного тока 12,5 В, то общая требуемая сила тока увеличится до 3,31 А или 3310 мА. Поскольку у аккумуляторов ограниченная емкость или ампер-часы, важно, чтобы размер аккумулятора был достаточно большим, чтобы справиться с потребностью в силе тока для вашего приложения.

Найдите аккумулятор Выберите свой инвертор

Была ли эта информация полезной? Подпишитесь, чтобы получать обновления и предложения.

Написано 29 октября 2019 г. в 10:32

Как работают инверторы постоянного / переменного тока

Инверторы

очень просты в установке.Большинство из них представляют собой устройства, работающие по принципу «включай и работай», особенно небольшие инверторы с малой мощностью. У этих инверторов есть кабель с вилкой, который вставляется в прикуриватель вашего автомобиля или грузовика. Они предназначены для портативных устройств, поэтому другой монтаж не требуется.

Если вы покупаете инвертор с более высокой мощностью, правильная установка становится более важной. При мощности ниже 400 Вт подключение прикуривателя все еще возможно, но при более высокой мощности требуется прямое подключение к батарее.Входные кабели инвертора имеют зажимы, которые можно прикрепить к клеммам аккумулятора, как набор соединительных кабелей. Если установка должна быть постоянной, кабели можно прикрепить к клеммам болтами. Сам инвертор можно установить где угодно, но он должен находиться в месте с хорошей циркуляцией воздуха. Инверторы выделяют изрядное количество тепла, и они используют охлаждающие вентиляторы и теплоотводящие ребра для предотвращения перегрева. Более крупные и тяжелые инверторы имеют монтажные отверстия в шасси, поэтому их можно прикрепить болтами к любой поверхности.Очевидно, что при постоянной установке вы, вероятно, захотите прикрутить преобразователь на место, но это не является абсолютно необходимым. Можно просто установить инвертор в надежное и устойчивое положение, закрепить провода на батарее и подключить.

Каким же образом инвертор выглядит? Что ж, самые маленькие инверторы поместятся в вашем кармане, а модели с более высокой мощностью примерно равны по размеру и весу большому словарю. Общее правило: чем выше мощность, тем больше и тяжелее инвертор.В верхней части шкалы мощности инвертора некоторые инверторы могут быть более двух футов в длину и весить более 30 фунтов.

Современные инверторы имеют некоторые встроенные функции безопасности, которые делают их еще проще в использовании. Некоторые модели подают сигнал тревоги, когда напряжение батареи становится слишком низким. Это больше для удобства, но в зависимости от того, какое оборудование вы используете, это также может быть ценным средством безопасности. Инверторы обычно также имеют возможность автоматического отключения. Если блок обнаруживает перегрузку по току или перегрев, он отключается, чтобы уменьшить или предотвратить вероятность возгорания.