ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

В общем случае преобразователь или конвертор напряжения это электротехническое устройство, способное преобразовывать один уровень или вид этого параметра в другой.

Как правило, говоря о преобразователях напряжения, имеют в виду конверторы, работающие в цепях переменного тока (AC/AC). В других случаях эти приборы называют преобразователями постоянного напряжения (DC/DC) или инверторами (DC/AC или AC/DC).

Устройства для преобразования напряжения встречаются на практике повсеместно. Различают и классифицируют их по различным признакам.

По назначению конверторы подразделяют на:

Преобразователи постоянного напряжения, а именно:

• регуляторы;
• линейные стабилизаторы.

Конверторы переменного напряжения. В состав этой категории входят:

• трансформаторы различных типов;
• регуляторы;
• преобразователи формы и частоты сигнала.

Инверторы для преобразования постоянного напряжения в переменное и наоборот. В группу инверторов входят также:

• выпрямители;
• импульсные стабилизаторы.

Кроме того специалисты выделяют в отдельную категорию блоки питания, каждый из которых содержит в себе какой-либо преобразователь напряжения. Ими являются:

• встроенные источники электропитания различных видов оборудования;
• малогабаритные адаптеры (зарядные устройства), предназначенные для электропитания (зарядки) мобильных телефонов, электронных гаджетов и девайсов.

ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Импульсные преобразователи применяются в тех случаях, когда нужно преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего они собираются на базе индуктивных или емкостных накопителей энергии. От других источников электропитания их отличает высокий уровень КПД, достигающий в некоторых случаях 95%.

Принципиальные электрические схемы импульсных преобразователей выполняются с использованием 4 х элементов:

• коммутирующий элемент;
• накопитель энергии (катушка индуктивности, дроссель, конденсаторы);
• блокирующий диод;
• конденсатор, соединенный параллельно с сопротивлением нагрузки.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать любой тип импульсного конвертора.

Величина напряжения на выходе определяется шириной импульсов, управляющих коммутирующим элементом. При этом создается запас энергии в катушке индуктивности. Стабилизация реализуется за счет обратной связи, то есть ширина импульсов меняется в зависимости от значения выходного напряжения.

Для создания токов высокой частоты используют преобразователи, собранные с использованием колебательных контуров. При этом напряжение постоянного тока, поступающее на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер) является одновременно и питающим. Выходные импульсы имеют, как правило, прямоугольную форму.

Полученное переменное напряжение можно усилить, понизить и т. д. Кроме того его легко выпрямить и получить нужную полярность. Для этого используют соответствующее включение диодов, а выпрямитель собирают, например, по мостовой схеме.

Напряжение на выходе импульсных преобразователей необходимо стабилизировать. Для этого используют различного рода стабилизаторы (импульсные или линейные). Правда, из-за низкого КПД последние используются редко.

Что касается импульсных стабилизаторов, то они в своей работе используют широтно или частотно импульсную модуляцию. В первом случае меняется длительность во втором — частота импульсов. Встречаются устройства с комбинированным способом стабилизации.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

С увеличением количества автомобилей возросла потребность использования в процессе их эксплуатации различных бытовых приборов, в том числе работающих от переменного напряжения 220В.

Для этого и были разработаны автомобильные инверторы, с помощью которых постоянное напряжение от автомобильного аккумулятора +12 В (легковые автомобили) или +24 В (грузовой автотранспорт) преобразуется в переменное 220 В. К ним можно подключить электробритву или электродрель, зарядить ноутбук и пр.

Автомобильный инвертор является генератором напряжения, форма которого приближена к синусоиде. При этом ток на выходе прибора не зависит от величины тока на входе и его можно регулировать практически от нуля до максимума. Точно также теоретически можно регулировать частоту и напряжение.

Упрощенно электрическую схему автомобильного конвертора можно представить в виде трансформатора, на первичные обмотки которого напряжение подается через тиристорные ключи. Поочередно включая обмотки тиристоры создают на выходе трансформатора переменный ток.

При этом формируется модифицированная (ступенчатая) синусоида, но это никак не влияет на работоспособность большинства бытовых приборов.

Преобразователи для использования в автомобилях обладают достаточно высоким КПД, который достигает 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды.

Потребитель в процессе эксплуатации прибора имеет возможность выбрать один из трех режимов его работы:

1. Рабочий режим, обеспечивающий длительную работу инвертора с номинальной мощностью.
2. Режим перегрузки, который позволяет получить от прибора значительно большую мощность, чем при работе в обычном режиме. Однако в таком режиме инвертор не должен работать более 30 мин.
3. Пусковой режим используется при необходимости получения моментальной мощности при высокой нагрузке (запуск электродвигателя и пр.).

Выбирая конвертор для авто основное внимание необходимо обратить на его мощность. Ее величина должна быть заведомо больше мощности подключаемых устройств. Кроме того немаловажное значение имеет и тип подключаемых электроприборов. Если к автомобильному инвертору предполагается подключать приборы, потребляющие при запуске значительные токи, то приобретать нужно прибор, обладающий соответствующей мощностью (от 300 до 2000 Вт).

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ДОМА

В настоящее время широкое применение преобразователи напряжения нашли в быту. Их стали использовать в домашних условиях в качестве резервных или аварийных источников питания, задача которых обеспечить работу бытовой техники в случае несанкционированного отключения сети централизованного электропитания.

Как правило, преобразователь напряжения для дома представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими аккумуляторными батареями. В коттеджах и загородных домах (дачах) их дополняют также устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

В отдельных случаях для этого могут использоваться солнечные батареи или ветрогенераторы.

К инверторам, предназначенным для использования в домашних условиях, чаще всего подключают маломощную бытовую технику:

• телевизоры;
• компьютеры и пр.

В местах, где отсутствует централизованная электросеть можно, рассчитав необходимую электрическую мощность, организовать систему электропитания целого дома. Однако это потребует приобретения достаточно дорогого оборудования.

Например, стоимость инвертора мощностью 10. 60 кВт составляет не менее $20000. Использование подобного рода устройств целесообразно в случае организации систем электропитания на основе альтернативных источников энергии.

Если сравнивать классический блок бесперебойного питания (UPS), работающий в режиме online, с преобразованием напряжения, то сочетание компонентов «аккумуляторная батарея+инвертор» выглядит предпочтительней по ряду причин, среди которых:

• щадящий режим работы аккумуляторов;
• большой выбор аккумуляторных батарей;
• возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и пр.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в достаточно широком ассортименте. Особой популярностью пользуется, например, продукция тайваньской компании Mean Well и голландской фирмы Victron Energy.

Продукция этих производителей отличается высоким качеством и обладает большим количеством различных функций. Так преобразователи типа DC/AC обеспечивают защиту рот глубокого разряда аккумуляторных батарей, контролируя величину минимального входного напряжения. Контролируют они и параметры выходного сигнала.

Все модели этих компаний имеют большой запас мощности, что позволяет им выдерживать большие перегрузки, возникающие при запуске электроприборов. Ряд устройств обеспечивает получение на выходе синусоиды высокого качества, что позволяет подключать к ним самое требовательное электрооборудование.

© 2012-2020 г. Все права защищены.

Представленные на сайте материалы имеют информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

ru.knowledgr.com

Конвертер напряжения — конвертер электроэнергии, который изменяет напряжение источника электроэнергии. Это может быть объединено с другими компонентами, чтобы создать электроснабжение.

AC и DC

Преобразование напряжения переменного тока использует трансформатор. Преобразование от одного напряжения постоянного тока до другого требует электронной схемы (электромеханическое оборудование требовалось перед развитием электроники полупроводника). См. статью о войне тока для больше об этом. Властью сети (названный током домашнего хозяйства в США) является универсально AC.

Практические конвертеры напряжения

Конвертеры сети

Общее использование конвертера напряжения для устройства, которое позволяет приборы, сделанные для напряжения сети одной географической области работать в области с различным напряжением. Такое устройство можно назвать конвертером напряжения, конвертером власти, адаптером путешествия, и т.д. Большая часть единственной фазы переменного тока электрические розетки в мировой власти поставки в 210-240 В или в 100-120 В. Трансформатор или автотрансформатор могут использоваться; (авто) трансформаторы неотъемлемо обратимы, таким образом, тот же самый трансформатор может использоваться, чтобы увеличить напряжение или понизить его тем же самым отношением. Более легкие и устройства меньшего размера могут быть сделаны, используя электронную схему; сокращение напряжения в электронном виде более простое и более дешевое, чем увеличение его. Маленький, недорогой, адаптеры путешествия, подходящие для устройств низкой власти, таких как электрические бритвы, но не, скажем, фены, доступны; адаптеры путешествия обычно включают адаптеры конца штепселя для различных стандартов, используемых в разных странах. Трансформатор использовался бы для более высокой власти.

Трансформаторы не изменяют частоту электричества; во многих регионах с 100-120 В электричество поставляется в 60 Гц, и 210-240-вольтовые области имеют тенденцию использовать 50 Гц. Это может затронуть эксплуатацию устройств, которые зависят от частоты сети (некоторые аудио поворотные столы и электрические часы только для сети, и т.д., хотя современное оборудование, менее вероятно, будет зависеть от частоты сети). Оборудование с мощными двигателями или внутренними трансформаторами, разработанными, чтобы работать в 60 Гц, может перегреть в 50 Гц, даже если поставляемое напряжение правильно.

большей части приведенного в действие сетью электрооборудования, хотя это может определить единственное номинальное напряжение, фактически есть диапазон терпимости выше и ниже того пункта. Таким образом устройства обычно могут использоваться или на любом напряжении приблизительно от 100 — 120 В или на любом напряжении приблизительно от 210 — 240 В. В таких случаях конвертеры напряжения должны только быть определенными, чтобы преобразовать любое напряжение в пределах одного диапазона, к напряжению в пределах другого, вместо того, чтобы отделить конвертеры, необходимые для всех возможных пар номинальных напряжений (110–220, 117–220, 110–230, и т.д.)

Конвертеры для устройств

Конвертеры сети

Другое требование должно обеспечить низковольтное электричество устройству от электричества сети; это было бы сделано тем, что обычно называют электроснабжением. Большинство современных электронных устройств требует между 1,5 и 24-вольтовый DC; ниже приведенные в действие устройства в этих напряжениях могут часто работать или от батарей или от сети. Некоторые устройства включают электроснабжение и просто включены в сеть. Другие используют внешний источник питания, включающий или трансформатор и ректификатор или электронную схему. Электроснабжение переключенного способа стало широко распространенным в начале двадцать первого века; они меньше и легче, чем некогда универсальные конвертеры трансформатора и часто разрабатываются, чтобы работать от сети AC в любом напряжении между 100 и 250 В. Кроме того, потому что они, как правило, исправляются, чтобы работать в напряжении постоянного тока, они минимально затронуты частотой сети (50 против 60 Гц). Детали об операции даны в статье об электроснабжении.

Мобильные конвертеры

Конвертеры напряжения могут использоваться в транспортных средствах с 12-вольтовыми выходами DC. Простая пипетка напряжения может использоваться, чтобы уменьшить напряжение для устройств низкой власти; если больше чем 12 В требуются, или для мощных устройств, электроснабжение переключенного способа используется. Продукция обычно будет DC в диапазоне 1.5-24 В. Электроснабжение, которое производит или 100-120-вольтовый AC или 210-240-вольтовый AC, доступно; их называют инверторами, из-за преобразования формируют DC к AC, а не изменению напряжения. Частота продукции и форма волны инвертора могут не точно копировать, что поставляемый электричеством сети, хотя это обычно не проблема.

Выбор конвертера

Конвертер, чтобы вести оборудование должен быть определен, чтобы поставлять, по крайней мере, фактические ватты или амперы, используемые оборудованием; это обычно заявляется на этикетке на оборудовании. Конвертер более высокого рейтинга безопасно использовать. Некоторое оборудование использует больше власти или тока при запуске; 20%-й край обычно соответствует, хотя он может быть включен в номинальное число.

Конверторы, инверторы, назначение, основные схемы, принцип работы

Конвертором называют преобразователь постоянного напряжения одного значения напряжения в другое.

Функционально конвертор включает в себя следующие узлы:

· Инвертор – осуществляет преобразование поступающего на вход постоянное напряжение в переменное напряжение высокой (20-40кГц) частоты;

· Выпрямитель с фильтром.

В настоящее время применяют два типа конверторов:

1) преобразователи постоянного напряжения с самовозбуждением;

2) импульсные преобразователи постоянного напряжения.

Принцип инвертирования напряжения

Для построения схемы инвертора напряжения воспользуемся принципом дуальности. Инвертор является устройством, противоположным выпрямителю, т.к. он преобразует напряжение постоянного тока в разнополярное напряжение прямоугольной или синусоидальной формы. Поменяем местами источник с нагрузкой в схеме выпрямителя и получим схему инвертора напряжения:

Рисунок 52 — Принцип синтеза инвертора напряжения. а) выпрямитель, б) инвертор

Для формирования двухполярного напряжения необходимо определенным образом

управлять ключевыми элементами. Обеспечить стабилизацию (регулирование)

напряжения на выходе инвертора можно изменением длительности импульсов управления

ключами в зависимости от дестабилизирующих факторов.

Электромеханические преобразователи — это класс устройств, созданных для преобразования электрической энергии в механическую и наоборот. Также возможно преобразование электрической энергии в электрическую же энергию другого рода. Основными видом электромеханического преобразователя является электродвигатель (электрогенератор).

Электрические машины

Электрические машины, за редким исключением, совершают однонаправленное непрерывное преобразование энергии. Особым видом электрической машины является трансформатор, не имеющий движущихся частей, участвующих непосредственно в преобразовании энергии, но принципиально схожий с генераторами и двигателями. Все электрические машины являются обратимыми (могут быть как генераторами, так и двигателями).

По назначению разделяют:

· генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую

· двигатели, преобразующие электрическую энергию в механическую

· преобразователи, преобразующие параметры (род тока, напряжение, частота, число фаз переменного тока) электрической энергии

По действию разделяют:

· индуктивные (представлены ниже)

· емкостные (изменение электрического поля)

Трансформатор

Трансформатором называется статическая электрическая машина, способная преобразовывать электрическую энергию из одного вида в другой, изменяя её основные параметры — напряжение (трансформатор напряжения), мощность (трансформатор мощности), силу тока (трансформатор тока) или частоту (трансформатор частоты).

Основным параметром любого трансформатора является коэффициент трансформации — величина, равная отношению значений изменяемого параметра (напряжения, тока, мощности или частоты).

Синхронная машина

Синхронная машина — это такая электрическая машина переменного тока, в которой частота вращения ротора равна частоте изменения (вращения) электромагнитного поля статора.

Асинхронная машина

Асинхронной машиной, в противовес синхронной, называют такую электрическую машину, в которой частота вращения ротора меньше частоты изменения (вращения) электромагнитного поля статора. Эта разница называется скольжением.

Машина постоянного тока

Машина постоянного тока — электрическая машина, преобразующая энергию в два этапа: электрическую энергию постоянного тока в электрическую энергию переменного тока при помощи преобразователя частоты (механического выпрямителя — коллектора); электрическую энергию переменного тока в механическую энергию на валу двигателя.

Умформер

Умформер (моторгенератор) — устройство, объединяющее, как правило, оба вида машин переменного тока (синхронную и асинхронную), либо переменного и постоянного тока. Преобразует один вид электрической энергии в электрическую энергию другого рода. Является электромеханическим преобразователем электрического тока.