17 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое инвертор: принцип работы, разновидности и области применения

И основные эксплуатационные характеристики инверторов

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

(ДГТУ)

Тема лекции: «Инверторы»

по дисциплине «электропитание и элементы

ЛЕКЦИЯ № 5

Тема лекции: «Инверторы»

1. Назначение, классификация, принцип действия и основные эксплуатационные характеристики инверторов.

2. Электромагнитные процессы и основные расчетные соотношения в транзисторном инверторе.

3. Электромагнитные процессы в тиристорном автономном инверторе тока.

1. Бушуев В. М., Деминский В. А. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: учеб. пособие для вузов. — М.: Горячая линия — Телеком, 2011. — с. 7 – 56.

Назначение, классификация, принцип действия

и основные эксплуатационные характеристики инверторов

Назначение инверторов. На практике часто возникает задача преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение. Процесс преобразования постоянного тока в переменный получил наименование инвертирования, а устройства, осуществляющие это преобразование, называются инверторами. Термин “инвертирование” происходит от латинского слова invercio — переворачивание, перестановка. Впервые этот термин в преобразовательной технике был применен для обозначения процесса, обратного выпрямлению, и характеризовал процесс, при котором поток электрической энергии источника постоянного тока поочередно изменял свое направление на обратное таким образом, что в приемнике протекал переменный ток. Таким образом, устройства, преобразующие электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока с постоянной или регулируемой частотой, называются инверторами.

Необходимость применения такого типа устройства возникает в следующих случаях:

— когда единственным источником электрической энергии в РЭС является химический источник тока, а некоторые приемники требуют для электропитания только переменного тока;

— при необходимости преобразовать переменное напряжение одной частоты в переменное напряжение другой частоты (более высокой);

— при необходимости повысить качество выпрямленного напряжения путем преобразования выпрямленного напряжения промышленной частоты в переменное напряжение повышенной частоты с последующим его выпрямлением для уменьшения коэффициента пульсаций (в ППН).

Физическая сущность процесса инвертирования постоянного тока состоит в том, что посредством применения полупроводниковых переключателей, соединенных в схему инвертирования, и соответствующим чередованием замкнутого и разомкнутого их состояния осуществляется такое подключение резистора нагрузки к источнику постоянного тока, которое обеспечивает изменение направления тока в этом резисторе, подобное протеканию по нему переменного тока. Путем такого преобразования создается возможность электропитания приемников переменного тока от первичного источника электрической энергии постоянного тока.

Классификация инверторов.Инверторы принято классифицировать по ряду признаков:

— по числу импульсов противоположной полярности за период выходного напряжения;

— по схеме преобразования (инвертирования);

— по числу фаз вторичной обмотки трансформатора;

— по типу применяемых переключающих вентильных устройств (ключей);

— по способу управления или коммутации переключающими устройствами.

По числу импульсов противоположной полярности за период выходного напряжения различают однотактные и двухтактные инверторы. В однотактных инверторах в приемник за период изменения выходного напряжения из первичной сети постоянного напряжения передается один импульс. В двухтактных инверторах за один период изменения выходного напряжения таких импульсов напряжения передается два.

Под схемой преобразования (инвертирования) понимают схему соединения вентильных элементов и элементов для их коммутации, а также трансформатора и в отдельных случаях входного или выходного фильтра. Работа инвертора и его технико-экономические показатели в основном определяются схемой инвертирования, от которой зависят: форма кривой выходного напряжения; форма кривой потребляемого тока; внешняя (или нагрузочная) характеристика; КПД инвертора; допустимое изменение коэффициента мощности нагрузки (указываемого обычно по основной гармонике напряжения на нагрузке); максимальное или мгновенное значения тока нагрузки, определяющие для большинства схем порог устойчивой работы инвертора.

На практике находят применение следующие схемы инвертирования:

— однофазная однотактная (рис. 5.1);

— однофазная двухтактная (рис. 5.2);

— однофазная мостовая (рис. 5.3);

— трехфазная однотактная с нулевым выводом (рис. 5.4, а);

— трехфазная мостовая (рис. 5.4, б).

В зависимости от требований, предъявляемых к инверторам со стороны их приемников, они могут быть с трансформаторным и бестрансформаторным (гальваническим) выходами. Как правило, трансформаторная схема применяется в тех случаях, когда необходимо изменить величину выходного напряжения относительно напряжения источника питания или обеспечить электрическую развязку цепей постоянного и переменного тока. Примеры схем обоих типов приведены на рис. 5.2, а, б.

По числу фаз вторичной обмотки трансформатора различают однофазные, двухфазные и трехфазные инверторы.

По типу переключающих вентильных устройств (ключей) различают транзисторные и тиристорные инверторы. Транзисторные инверторы применяют для получения выходной мощности от 20. 50 Вт до 1000 Вт. При большей выходной мощности (от 1 до 100 кВт и более), особенно при большом первичном напряжении применяются тиристорные инверторы.

В зависимости от способа управления или коммутации переключающими устройствами различают два основных класса инверторов:

— инверторы с самовозбуждением или автономные инверторы;

— инверторы с независимым возбуждением (ведомые сетью).

Автономный инвертор — это полупроводниковый инвертор, в котором коммутация полупроводниковых приборов осуществляется под действием напряжения, обусловленного элементами, входящими в состав полупроводникового инвертора (ГОСТ 23414-84).

Ведомый инвертор — это полупроводниковый инвертор, в котором коммутация полупроводниковых приборов осуществляется под действием напряжения, обусловленного внешними по отношению к полупроводниковому инвертору источниками электрической энергии (ГОСТ 23414-84).

Принцип инвертирования и схемы инвертирования. На схемах инверторов (рис.5.1,а – рис. 5.4) цифрами обозначены условные номера ключей-прерывателей. В однофазной однотактной схеме (рис. 5.1,а) при замыкании ключа S1 источник питания подключается непосредственно к нагрузке. При периодическом замыкании и размыкании ключа на приемнике получим импульсы напряжения прямоугольной формы (рис. 5.1,б). Длительность импульсов напряжения и их частота следования полностью определяется режимом работы ключа. Для выделения переменной составляющей напряжения в такой схеме целесообразно применить трансформатор.

Рисунок 5.1 — Однофазная однотактная схема инвертора (а)

и временная диаграмма выходного напряжения (б)

Аналогичным образом работает однофазная двухполупериодная схема с нулевым выводом (рис. 5.2, а, б). Различия состоят только в том, что ключи S1 и S2 замыкаются не одновременно, а поочередно таким образом, когда замкнутому состоянию ключа S1 соответствует разомкнутое состояние ключа S2 и наоборот, т.е. ключи работают в противофазе.

Рисунок 5.2 — Однофазные двухтактные схемы с нулевым выводом:

а) бестрансформаторная; б) трансформаторная;

в) временная диаграмма выходного напряжения

Если интервалы времени замкнутого и разомкнутого состояния ключей S1 и S2 одинаковы, то в нагрузке получим переменное напряжение прямоугольной формы.

В мостовой схеме инвертора (рис. 5.3) для получения переменного напряжения на выходе необходима одновременная коммутация двух ключей S1 и S4 или S2 и S3.

Рисунок 5.3 — Однофазная мостовая схема

Рисунок 5.4. Трехфазные схемы инвертирования:

а – с нулевым выводом; б- трехфазная мостовая схема

На рис. 5.4 представлены более сложные схемы, обеспечивающие преобразование постоянного напряжения в трехфазное.

Автономные инверторы тока и напряжения.В зависимости от характера протекания электромагнитных процессов в схемах автономных инверторов их дополнительно подразделяют на три основных типа:

Это разделение носит условный характер. За определяющий признак при этом принимается проводимость цепи постоянного тока со стороны непосредственно преобразующей части (например, со стороны тиристоров) относительно переменной составляющей выходного напряжения. Рассматривая далее простейшие схемы автономных инверторов (рис.8.5), нужно помнить, что на них показаны как бы механические ключи. Реально же используются электронные ключи, автоматически обеспечивающие самовозбуждение инверторов.

Рассмотрим автономные инверторы тока и напряжения, получающие питание от источника постоянного напряжения Ud (рис. 5.5). В цепи постоянного тока первого инвертора (рис. 5.5,а) включен дроссель Ld с большой индуктивностью. Наличие такого дросселя обеспечивает электромагнитную инерционность процесса изменения тока в неразветвленной части схемы в паузах между переключениями ключевых элементов S1. S4 ток можно условно считать неизменным, постоянным, а бросками тока в моменты переключения можно пренебречь.

Читать еще:  Нарезка резьбы: особенности проведения работ на трубопроводе, инструменты и приспособления

Процесс коммутации в этих условиях и воспринимается как инвертирование тока, а само преобразовательное устройство называется инвертором тока.

В схеме (рис.5.5,б) источник постоянного напряжения подключен непосредственно к ключевым элементам, которые периодически с изменением полярности автоматически подключают это напряжение к приемнику. В результате приемник питается как бы от источника переменного напряжения. Такая схема классифицируется как инвертор напряжения. Ток приемника в этом случае должен носить обычно активный либо индуктивный характер (если на выходе инвертора не установлены специальные фильтры с конденсаторами). При емкостном характере нагрузки из-за скачкообразного изменения напряжения имеют место всплески токов, что ухудшает работу инвертора.

В резонансных инверторах, содержащих и конденсаторы, приемник, имеющий большую индуктивность, образует с емкостными элементами схемы инвертора колебательный контур с резонансом напряжений. При этом собственная частота контура должна быть выше или равна рабочей частоте инвертора. Такие инверторы имеют близкую к синусоидальной форму напряжения и тока в приемнике и применяются для получения переменного напряжения или тока повышенной частоты (более 1000 Гц).

Рисунок 5.5 — Автономные мостовые инверторы:

а — инвертор тока; б – инвертор напряжения;

в, г – временные диаграммы

Таким образом, сущность процесса инвертирования заключается в как бы периодическом подключении приемника или первичной обмотки трансформатора к источнику постоянного тока с одной и той же полярностью в однотактных или с противоположной полярностью в двухтактных схемах инверторов.

Характеристики инверторов. Основными характеристиками, которые позволяют сравнивать между собой различные схемы инверторов, являются:

а) зависимость величины выходного напряжения инвертора от величины напряжения питания постоянного тока при заданном токе приемника:

б) зависимость частоты выходного напряжения инвертора от величины напряжения питания при заданном токе нагрузки:

в) внешняя характеристика инвертора — зависимость выходного напряжения инвертора от величины тока приемника при неизменном напряжении питания:

г) выходное сопротивление инвертора (внутреннее), которое определяется по внешней характеристике инвертора:

где DUвых — изменение напряжения на выходе инвертора;

DIвых — изменение тока приемника инвертора.

д) величина выходной мощности инвертора Pвых;

е) коэффициент полезного действия инвертора.

Все указанные характеристики для реального инвертора могут быть получены экспериментальным путем.

Что такое инвертор: разновидности и прицип работы

Одна из самых значительных достижений 19-го века была связана не с землей или ресурсами, а с установлением типа электричества, которое все чаще стало внедряться в наши здания. Существует два вида тока: постоянный ток (DC) и переменный ток (AC). Ученых всегда интересовала возможность преобразования одного вида в другой. Так появился инвертор.

История появления преобразователя

В конце 1800-х годов американский электрик-пионер Томас Эдисон (1847−1931) вышел из своей лаборатории, чтобы продемонстрировать, что постоянный ток (DC) является лучшим способом подачи электроэнергии, чем переменный ток (AC), который был новой системой, поддерживаемой его сербским соперником Николой Тесла (1856−1943). Эдисон пробовал всевозможные хитрые способы убедить людей в том, что AC слишком опасен: от электроочистки слона до поддержки использования переменного тока в электрическом стуле для управления смертной казнью. Несмотря на это, система Tesla выиграла тот день, и мир с тех пор довольно много работает на электросети.

Единственная проблема заключается в том, что, хотя многие из наших приборов предназначены для работы с переменным током, маломощные генераторы часто производят постоянный. Это означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от аккумуляторной батареи постоянного тока в мобильном доме, вам потребуется устройство, которое преобразует DC в AC-инвертор, как его называют.

Электричество постоянного и переменного тока

Когда преподаватели науки объясняют основную идею электричества как поток электронов, они обычно говорят о постоянном токе (DC). Мы узнаем, что электроны немного похожи на линию муравьев, идущих вместе с пакетами электрической энергии так же, как муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для чего-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема (сплошная электрическая петля), соединяющая батарею, лампу и выключатель, а электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампе, пока вся энергия батареи истощается.

В больших бытовых приборах электричество работает по-другому. Источник питания, который поступает от розетки в стене, основан на переменном токе (AC), где электричество переключается в направлении 50−60 раз в секунду (другими словами, на частоте 50−60 Гц). Трудно понять, как AC доставляет энергию, когда он постоянно меняет свое мнение о том, куда он идет. Если электроны, выходящие из настенной розетки, добираются, скажем, на несколько миллиметров вниз по кабелю, тогда нужно обратить вспять направление и вернуться назад, как они когда-либо добираются до лампы на столе, чтобы та засветилась?

Ответ на самом деле довольно прост. Представьте, что между лампой и стеной заполнены электроны. Когда вы щелкаете на переключателе, все электроны, заполняющие кабель, вибрируют назад и вперед в нитях лампы — и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и лампа засвечивается. Электроны необязательно должны вращаться по кругу для переноса энергии: в АС они просто «бегут на месте».

Что предстваляет собой инвертор

Одним из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Вестингауза, босса Westinghouse Electrical Company) является то, что большинство приборов, которые мы имеем в наших домах, специально разработаны для работы от сети переменного тока. Приборы, нуждающиеся в постоянном токе, но потребляющие электроэнергию от розетки переменного, нуждаются в дополнительной части оборудования, называемой выпрямителем, как правило, из электронных компонентов, называемых диодами, для преобразования AC в DC.

Инвертор выполняет противоположную работу, и довольно легко понять ее суть. Предположим, у вас есть аккумулятор в фонарике, а переключатель закрыт, поэтому DC течет по цепи всегда в том же направлении, что и гоночный автомобиль вокруг дорожки. Теперь, если вы вытащите батарею и развернете ее, предполагая, что это соответствует другому способу, он почти наверняка все еще подаст свет, и вы не заметите какой-либо разницы в освещение, которое вы получаете, — но электрический ток будет протекать противоположным образом.

Предположим, у вас были молниеносные руки, и они были достаточно ловкими, чтобы переворачивать батарею 50−60 раз в секунду. Тогда бы вы стали своего рода механическим инвертором, превратив питание постоянного тока батареи в переменный на частоте 50−60 Гц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в электрических магазинах, работают не так, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные переключатели, которые быстро переключаются на текущее направление. Инверторы, подобные этому, часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо протекает в одну сторону, либо наоборот, или он мгновенно переключается между двумя состояниями.

Такие внезапные перемены направления опасны для некоторых видов электрооборудования. При нормальной мощности AC, он постепенно переходит с одной стороны в другую в виде синусоидальной волны.

Электронные инверторы могут использоваться для создания такого рода плавно изменяющегося выхода переменного от входа постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторами, для увеличения и снижения выходного тока, чем резкий, прямоугольный выходной сигнал включения / выключения, который вы получаете с помощью базового инвертора.

Инверторы также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенного входного напряжения DC на совершенно другое выходное напряжение переменного (выше или ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше входной мощности. Из закона сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не может выдавать больше энергии, чем они потребляют, и некоторая энергия должна быть потеряна как тепло, поскольку электричество протекает через различные электрические и электронные компоненты. На практике эффективность инвертора часто превышает 90 процентов, хотя базовая физика говорит нам, что какая-то часть энергии — какой бы она ни была — всегда где-то теряется.

Читать еще:  Сталь р18 — расшифровка маркировки быстрорежущего сплава, характеристики и применение

Принцип работы устройства

Представьте, что вы аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого произвести переменный. Как бы вы это сделали? Если весь ток, который вы производите, вытекает в одном направлении, как насчет добавления простого переключателя на ваш выход? Включение и выключение вашего тока может очень быстро обеспечить импульсы DС, которые могли бы выполнять как минимум половину работы. Чтобы сделать правильный AC, вам понадобится переключатель, который позволит полностью отменить ток и сделать это примерно 50−60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, которая меняет контакты туда и обратно более 3000 раз в минуту.

По сути, старомодный механический инвертор сводится к коммутационному блоку, подключенному к трансформатору. А так как электромагнитные устройства, которые меняют низковольтный переменный на высоковольтный ток или наоборот, используя две катушки провода (называемые первичной и вторичной) ранами вокруг общего железного ядра.

В механическом инверторе либо электродвигатель, либо какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий ток вперед и назад в основном просто путем изменения контактов и генерирует переменный во вторичном режиме. Коммутационное устройство работает так же, как в электрическом дверном звонке. Когда питание подключено, оно намагничивает переключатель, вытягивает его и очень быстро отключает. Пружина снова вернет переключатель, включив его, и потом будет повторять процесс снова и снова.

Частота переключения задается сигналами управления, формируемыми управляющей схемой (контроллером). Контроллер также может решать дополнительные задачи:

  • Регулирование напряжения.
  • Синхронизация частоты переключения ключей.
  • Защитой их от перегрузок.

Классификация инверторов

Инверторы могут быть очень большими и массивными, особенно если они имеют встроенные батарейные блоки, поэтому они могут работать автономно. Они также генерируют много тепла, поэтому у них большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Самые маленькие инверторы — это более портативные коробки размером с автомобильное радио, которое вы можете подключить к гнезду прикуривателя, чтобы произвести AC для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Так же, как приборы различаются по мощности, которую они потребляют, инверторы различаются по мощности, которую они производят. Как правило, чтобы быть в безопасности, вам понадобится инвертор, рассчитанный на четверть выше максимальной мощности устройства, которое вы хотите использовать. Это позволяет предположить, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют максимальную мощность при первом включении. Хотя инверторы могут обеспечивать максимальную мощность в течение коротких периодов времени, важно отметить, что они не предназначены для работы на пиковой мощности в течение длительного времени.

По принципу действия инверторы делятся на:

  • Автономные.
  • Инверторы напряжения (АИН).
  • Инверторы тока (АИТ).
  • Резонансные инверторы (АИР).
  • Зависимые (инверторы, ведомые сетью).

Здоровенные приборы в наших домах, которые используют большое количество энергии (такие вещи, как электрические нагреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники), не очень заботятся о том, какую форму волны они получают: все, что они хотят, это энергия и как можно больше. Электронные устройства, с другой стороны, намного более суетливы и предпочитают более плавный вход, который они получают от синуидальной волны.

  • Многие инверторы работают как автономные устройства с аккумулятором, которые полностью независимы от сети.
  • Другие, так называемые утилитарно-интерактивные инверторы или инверторы с привязкой к сетке, специально разработаны для подключения к сети все время. Как правило, они используются для передачи электроэнергии от чего-то вроде солнечной панели обратно в сеть с точно правильным напряжением и частотой.

Это прекрасно, если ваша главная цель — создать собственную силу. Но это не так полезно, если вы хотите иногда быть независимыми от сети, или вам нужен резервный источник питания в случае сбоя, потому что если ваше соединение с сетью опускается, и вы не производите электричество самостоятельно (например, это ночное время, и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже опускается, и вы полностью без энергии, независимо от того, генерируете ли вы свою силу или нет.

По этой причине некоторые люди используют бимодальные или двунаправленные устройства, которые могут работать как в автономном, так и в сетчатом режиме (хотя и не одновременно). Поскольку у них есть дополнительные части, они, как правило, более громоздки и дороже.

Крупные коммутационные устройства для применений передачи энергии, установленные до 1970 года, преимущественно использовали ртутно-дуговые клапаны. Современные инверторы обычно являются твердотельными (статические инверторы). Современный метод проектирования включает компоненты, расположенные в конфигурации моста H. Этот дизайн также довольно популярен среди небольших потребительских устройств.

Используя трехмерную печать и новые полупроводники, исследователи из Национальной лаборатории Oak Ridge Департамента энергетики создали инвертор мощности, который мог бы сделать электромобили более легкими, более мощными и более эффективными.

Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут 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. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:
  • Инвертирующие.
  • Повышающие.
  • Понижающие.
Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
  • Ключевой коммутирующий элемент.
  • Источник питания.
  • Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
  • Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
  • 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 другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

Устройство трансформатора включает следующие элементы:
  • Магнитопровод.
  • Первичная и вторичная обмотка.
  • Каркас для обмоток.
  • Изоляция.
  • Система охлаждения.
  • Другие 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 другие 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. 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.
  • Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
  • Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
  • 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.
  • Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
  • 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.
  • 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%.
Читать еще:  Цельнометаллическая просечно вытяжная сетка цпвс

В иды

Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

Преобразователи напряжения постоянного тока:
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи уровня напряжения.
  • Линейный стабилизатор напряжения.
Преобразователи переменного тока в постоянный:
  • Импульсные стабилизаторы напряжения.
  • Блоки питания.
  • Выпрямители.
Преобразователи постоянного тока в переменный:
  • Инверторы.
Преобразователи переменного напряжения:
  • Трансформаторы переменной частоты.
  • Преобразователи частоты и формы напряжения.
  • Регуляторы напряжения.
  • Преобразователи напряжения.
  • Трансформаторы разного рода.
Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
  • На пьезоэлектрических трансформаторах.
  • Автогенераторные.
  • Трансформаторные с импульсным возбуждением.
  • Импульсные источники питания.
  • Импульсные преобразователи.
  • Мультиплексорные.
  • С коммутируемыми конденсаторами.
  • Бестрансформаторные конденсаторные.
Особенности
  • При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
  • Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
  • 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
  • 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.
  • Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
  • Для питания различных цепей;

— автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
— 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.

  • 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.
  • 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.

Преобразователи напряжения с 12 на 220 вольт

Преобразователь напряжения с 12 на 220 В используют там, где есть необходимость подключения электрических устройств, потребляющих стандартный сетевой ток, к источнику переменного напряжения. Во многих случаях эта сеть бывает недоступна. Применение автономного бензинового генератора требует соблюдения правил его обслуживания: постоянный контроль за уровнем рабочего топлива, обеспечение вентиляции. Применение преобразователей в комплекте с автомобильными аккумуляторными батареями позволяет решить задачу оптимальным способом.

Назначение и принцип работы

Что такое преобразователь напряжения. Так называют электронный прибор, изменяющий величину входного сигнала. Он может использоваться в качестве устройства, повышающего или понижающего его значение. Входное напряжение после преобразования может изменить как свою величину, так и частоту. Такие устройства, изменяющие постоянное напряжение (преобразовывающие его) в выходной сигнал переменного тока, получили название инверторов.

Преобразователи напряжения находят применение как в виде автономного устройства, питающего потребителей энергией переменного тока, так и могут входить в состав других изделий: систем и источников бесперебойного питания, устройств повышения постоянного напряжения до необходимой величины.

Инверторы представляют собой генераторы напряжения гармонических колебаний. Источнику постоянного тока с помощью специальной схемы управления создается режим периодического переключения полярности. В результате на выходных контактах устройства, к которым подключена нагрузка, формируется сигнал переменного напряжения. Его величину (амплитуду) и частоту определяют элементы схемы преобразователя.

Управляющее устройство (контроллер) задает частоту переключения источника и форму выходного сигнала, а его амплитуду определяют элементы выходного каскада схемы. Они рассчитаны на максимальную мощность, которую потребляет нагрузка в цепи переменного тока.

Контроллер используется и для регулирования величины выходного сигнала, которое достигается управлением длительностью импульсов (увеличение или уменьшение их ширины). Информация об изменениях величины выходного сигнала на нагрузке поступает в контроллер по цепи обратной связи, на основании которой в нем формируется управляющий сигнал на сохранение необходимых параметров. Этот метод называется ШИМ (широтно-импульсной модуляцией) сигналов.

В схемах силовых выходных ключей преобразователя напряжения 12В могут использоваться мощные составные биполярные транзисторы, полупроводниковые тиристоры, полевые транзисторы. Схемы контроллеров выполняются на микросхемах, представляющих собой уже готовые к работе устройства с необходимыми функциями (микроконтроллеры), специально разработанных для таких преобразователей.

Схема управления обеспечивает последовательность работы ключей для обеспечения на выходе инвертора сигнала, необходимого для нормальной работы устройств потребителя. Кроме того, управляющая схема должна обеспечивать симметрию полуволн выходного напряжения. Это особенно важно для схем, в которых на выходе используются повышающие импульсные трансформаторы. Для них недопустимо появление постоянной составляющей напряжения, которая может появиться при нарушении симметрии.

Существует много вариантов построения схем инверторов напряжения (ИН), но выделяют из них 3 основные:

  • ИН бестрансформаторный мостовой;
  • трансформаторный ИН с нулевым проводом;
  • мостовая схема с трансформатором.

Каждая из них находит применение в своей области в зависимости от примененного в нем источника питания и требуемой выходной мощности для питания потребителей. В каждой из них должны быть предусмотрены элементы защиты и сигнализации.

Защита от понижения и повышения напряжения источника постоянного тока определяет диапазон работы инверторов “по входу”. Защита от повышенного и пониженного выходного переменного напряжения необходима для нормальной работы оборудования потребителя. Диапазон срабатывания устанавливается в соответствии с требованиями используемой нагрузки. Эти виды защиты обратимые, то есть при восстановлении параметров оборудования до нормы работа может быть восстановлена.

При срабатывании защиты вследствие короткого замыкания в нагрузке или чрезмерного возрастания выходного тока перед тем, как продолжить эксплуатацию оборудования, необходим тщательный анализ причин этого события.

Преобразователь 12В является наиболее приемлемым для создания локальной электросети. Наличие большого количества автомобилей и аккумуляторных батарей 12В постоянного тока позволяет их использовать для обеспечения запросов пользователей. Такие сети можно создавать в самых различных местах, начиная от собственного авто. Они мобильны и не зависят от места стоянки.

Разновидности преобразователей с 12 на 220 вольт

Простые преобразователи с 12 на 220 рассчитаны на небольшую мощность потребителей. Требования к качеству выходного питающего напряжения и к форме сигнала невысоки. Классические их схемы не используют микроконтроллеры ШИМ. Мультивибратор, собранный на логических элементах И-НЕ, формирует электрические импульсы частотой следования 100 Гц. Для создания противофазного сигнала используется D-триггер. Он делит частоту задающего генератора на 2. Противофазный сигнал в виде прямоугольных импульсов образуется на прямом и инверсном выходах триггера.

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector