Все виды преобразователей напряжения. Преобразователи

Электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и (или) показателей качества. Примечание.… …

Преобразователь электрической энергии - 4. Преобразователь электрической энергии Converter Преобразователь электроэнергии Электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с… …

преобразователь электрической энергии, - 2 преобразователь электрической энергии, преобразователь электроэнергии: Электротехническое устройство, преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и/или показателей качества в электрическую энергию с другими значениями… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Преобразователь электрической энергии - – электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и (или) показателей качества. ГОСТ 18311 80 … Коммерческая электроэнергетика. Словарь-справочник

Преобразователь электрической энергии - 1. Электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и (или) показателей качества Употребляется в… … Телекоммуникационный словарь

Преобразователь электрической энергии (Преобразователь электроэнергии) - English: Electricity converter Электротехническое изделие (устройство), преобразующее электрическую энергию с одними значениями параметров и (или) показателей качества в электрическую энергию с другими значениями параметров и (или) показателей… … Строительный словарь

ГОСТ Р 54130-2010: Качество электрической энергии. Термины и определения - Терминология ГОСТ Р 54130 2010: Качество электрической энергии. Термины и определения оригинал документа: Amplitude die schnelle VergroRerung der Spannung 87 Определения термина из разных документов: Amplitude die schnelle VergroRerung der… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Преобразователи тепловой энергии плазмы в электрич. энергию. Существуют два типа П. и. э. э. магнитогидродинамический генератор и термоэлектронный преобразователь. Физический энциклопедический словарь. М.: Советская энциклопедия. Главный редактор … Физическая энциклопедия

Преобразователи тепловой энергии плазмы (См. Плазма) в электрическую энергию. Существует 2 типа П. и. э. э. Магнитогидродинамический генератор и Термоэлектронный преобразователь … Большая советская энциклопедия

преобразователь частоты - преобразователь частоты Преобразователь электрической энергии переменного тока, который преобразует электрическую энергию с изменением частоты [ОСТ 45.55 99] EN frequency converter electric energy… … Справочник технического переводчика

Широко распространённые в повседневной практике преобразователи напряжения – это специализированные устройства, предназначенные для корректировки размаха и частоты выходного питающего напряжения. Электронные системы этого типа позволяют регулировать выходные параметры (включая частоту выходного напряжения).

Необходимость в их применении возникает в том случае, когда приходится подключать устройства с нестандартными входными характеристиками. Преобразовательные схемы могут выполняться в виде самостоятельного блока либо интегрироваться в действующую систему бесперебойного питания. Эти приборы пользуются повышенным пользовательским спросом, а также широко применяются для решения отдельных производственных задач.

Конструкция

Для изменения уровня действующего напряжения питания чаще всего применяются специализированные импульсные преобразователи со встроенными в них индуктивными схемами. В соответствии со стоящей перед ними задачей, все известные модели преобразовательных устройств делятся на следующие классы:

Инвертирующие схемы;
Повышающие электронные агрегаты;
Понижающие преобразователи.

Независимо от вида этих устройств, все они работают по одному и тому же принципу, обеспечивая требуемую функциональность и качество формируемых сигналов. Одинаковость устройств этого класса чаще всего выявляется по следующим характерным признакам:

Наличие собственного модуля питания;
Входящие в состав схемы элементы коммутации, представленные мощными полупроводниковыми транзисторами;
Накопители энергии в виде отдельного дросселя или катушки;
Фильтрующие конденсаторы, подключаемые в параллель нагрузочному сопротивлению;
Специальные диоды, используемые в качестве блокирующего элемента.

Применение всех перечисленных выше элементов в нужных сочетаниях предоставляет возможность получения любой из известных категорий импульсных устройств.

Принцип действия

В основу работы импульсных преобразователей заложен принцип регулировки уровня сигнала путём изменения ширины импульсов, управляющих работой коммутирующего элемента.

Обратите внимание! Этот метод электронного управления параметрами сигнала встречается в различных образцах современной аппаратуры и называется широтно-импульсным.

Для стабилизации режима работы в электрическую схему вводится обратная связь, за счёт которой при колебаниях выходного напряжения параметры рабочих импульсов также меняются.

Простейшие преобразователи напряжения содержат в своей основе обычный трансформатор, на выходе которого формируется напряжение с амплитудой, отличной от входного значения.

Известны иные типы преобразовательных устройств, работающих по принципу, схожему с уже описанными ранее образцами, но несколько отличающихся по своей конструкции. Они, как правило, выполняются на основе полупроводников и позволяют получить высокие показатели эффективности преобразования (большой КПД).

Классификация импульсных преобразователей

Выпускаемые отечественной промышленностью импульсные преобразователи, в соответствии с токовыми параметрами, подразделяются на следующие классы:

Электронные конверторы, обеспечивающие преобразование переменного уровня (АС) в постоянный выходной сигнал (DC). Они рассчитаны для промышленного применения и используются в системах, где требуются пониженные значения питающего напряжения 380/220 Вольт;
Инверторы, выполняющие обратное преобразование: входной (DC) сигнал в выходной (АС). Эти устройства востребованы в системах бесперебойного питания, а также в электронных сварочных агрегатах, в которых в результате инвертирования удаётся уменьшить габариты и вес прибора;
Конверторные устройства постоянного напряжения или тока, позволяющие преобразовывать одну величину питающего параметра в другую.

Эти устройства нередко используются для организации питания аккумуляторных батарей при необходимости подключать к ним нагрузки с различными номиналами напряжений.

Состав преобразователя

В состав конструкции импульсных устройств обычно входят следующие функциональные узлы:

Встроенный генератор импульсного сигнала, работающий от собственного блока питания (БП);
Импульсный трансформатор, преобразующий сигналы заданной периодичности в выходные импульсы более высокой частоты;
Встроенные стабилизаторы, обеспечивающие постоянство параметров сигналов, получаемых на выходе устройств;
Электронные коммутаторы на мощных транзисторных элементах, работающие в импульсном режиме, близком к состоянию насыщения.

К этому перечню следует добавить накопительные индуктивности, используемые при построении генераторных схем. Они обычно входят в состав таких широко распространённых устройств, как преобразователь тока.

Типичным представителем комплектующих элементов является трансформатор, обеспечивающий преобразование напряжения с минимальными потерями мощности. Они широко применяются при построении самых разнообразных радиоэлектронных и электротехнических схем.

Достоинства и недостатки преобразовательных устройств

К числу достоинств большинства известных моделей преобразующих устройств относятся:

Высокая эффективность преобразования стандартных сетевых напряжений в удобный для пользователя вид с одновременным контролем их основных параметров;
Компактность и мобильность отдельных образцов инверторных аппаратов, допускающая применение их в качестве автомобильных преобразователей;
Хорошие показатели экономичности с КПД, приближающимся к 90%;
Универсальность и надёжность преобразовательных устройств, обеспечивающая возможность подключения любых видов потребителей;
Возможность компенсации потерь электроэнергии за счёт повышения выходного напряжения.

Важно! Перечисленные преимущества преобразующих приборов позволяют устанавливать их в наиболее ответственных узлах охранных и осветительных систем, а также в модулях управления работой котлов отопления, насосных станций и другого специального оборудования.

К достоинствам этих устройств также следует отнести наличие таких дополнительных опций, как возможность переключения индикаторов измеряемых величин с входного на выходное напряжение. Добавим к этому допустимость подстройки в определённых пределах контролируемых выходных параметров.

К вполне устранимым недостаткам преобразователей данного класса следует отнести чувствительность к эксплуатации в условиях повышенной влажности (это не касается моделей, выпускаемых во влагозащитном исполнении). Добавим к этому высокую стоимость преобразующих систем.

Применение преобразователей в быту

Универсальные модели относятся к категории наиболее сложных устройств, которые способны регулировать несколько параметров (ток, напряжение и частоту) сразу. Но в повседневной практике вполне хватает более простых образцов преобразователей, в которых регулируется только один из входных показателей.

Дополнительная информация. Схема управления напряжением и током, осуществляемого с целью ограничения одного из этих параметров (обычно тока), широко применяется в схемах зарядки аккумуляторов. В более сложных устройствах этого класса могут использоваться современные микроконтроллеры.

В заключение обзора необходимо отметить, что существует множество вариантов исполнения импульсных преобразовательных модулей. Но, независимо от типа и сложности электронного устройства, лежащие в его основе принципы функционирования не меняются. Усвоив основные технические приёмы построения этих приборов, можно научиться обращаться с оборудованием любой сложности, а также успешно ремонтировать его в случае поломки.

Видео

В данной статье вы узнаете все про преобразователи, какую роль играют в области измерений, рассмотрим все типы преобразователей, опишем преимущества и недостатки отдельных видов преобразователей, а так же рассмотрим области применения.

Что такое преобразователь

Преобразователь — это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую, чтобы сделать ее читаемой для измерения . Таким образом, он преобразует энергию в читаемую форму, например, термометр, который преобразует тепловую энергию в высоту ртутного столба . В преобразователе выход контролируется входом.

Роль преобразователя

Они играют жизненно важную роль в области измерений. Как мы уже говорили ранее, преобразователь преобразует физическую величину в электрический сигнал . Таким образом, без преобразователя было бы очень трудно измерить непрерывную физическую величину, например, интенсивность света, скорость, поток, температуру, излучение, электрический поток и т.д. Величины сначала преобразуются в электрический сигнал, затем они контролируются специальным оборудованием. Кто-то не мог представить измерения этих непрерывных физических величин без датчиков.

Типы преобразователей

Они широко разделены на две категории;

Активный преобразователь
Пассивный преобразователь

Активный преобразователь.

Для работы такого типа преобразователей необходим внешний источник энергии. Энергия подается через отдельный источник напряжения. Примером является потенциометр , который измеряет сопротивление путем протекания минутного тока через себя. Большинство преобразователей сейчас активные.

Пассивный преобразователь.

Они преобразуют одну форму энергии в другую без использования энергии. Пассивные преобразователи преобразуют физические величины, такие как: температура, давление, скорость и т.д.

Датчики подразделяются на :

Резистивный преобразователь
Термисторы
Индуктивный преобразователь
Емкостный преобразователь
Датчики смещения
Преобразователи скорости
Преобразователи давления

Резистивный преобразователь

Эти преобразователи работают по принципу изменения сопротивления. Сопротивление изменяется несколькими способами, в том числе:

Применяя физическое напряжение;

Изменение света на светочувствительном элементе;

Изменение температуры.

RTD — сокращенно обозначен как резистивный датчик температуры

Сопротивление RTD изменяется с изменением температуры, и это изменение сопротивления контролируется с точки зрения изменения тока / напряжения. Обычно RTD изготавливаются из таких материалов, как платина. Ni и Германий используются для изготовления термометров сопротивления для специальных применений. Когда дело доходит до производительности, Platinum RTD (PRDS) являются лучшими . В термометре используются термометры сопротивления с диапазоном между BP O2 и температурой плавления сурьмы.

Применение :

Широко используется для измерения высокой температуры.

Термисторы

Это чувствительные к температуре . Как и RTS, их сопротивление изменяется с изменением температуры. Однако они изготовлены из материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент (то есть снижение сопротивления при повышении температуры), в отличие от RTS, которые имеют положительный температурный коэффициент. Термисторы инкапсулированы в материал, подобный оксиду переходного металла. Эти оксиды демонстрируют высокое изменение сопротивления при небольшом изменении температуры. Таким образом, они более чувствительны, почти в 400 раз больше, чем термопара ИС. Они идеально подходят для измерения температуры микросхем животного тела.

Основные преимущества :

Достаточно чувствителен, чтобы ощутить температуру до 0,01С;
Химически стабильный;
Быстрое время отклика;
Малый размер.

Недостаток :

Ограниченный диапазон температур от -50С до 300С.

Индуктивный преобразователь

Индуктивная трансдукция имеет место, когда измеряемая величина изменяет индуктивность (Self или взаимную) катушки. Простой способ изменения -L состоит в перемещении чувствительного элемента в магнитном поле. Это движение вызывает побочную ЭДС.

Основные преимущества :

Нет износа из-за отсутствия скользящего контакта, как в случае потенциометра.

Применения :

Линейные переменные дифференциальные трансформаторы (ЛПДТ)
Тахометр использует индуктивный преобразователь для преобразования скорости в электрический сигнал для контроля скорости.

Емкостные преобразователи

В преобразователях этого типа измеряемая величина изменяет емкость цепи. Это изменение отслеживается с точки зрения некоторой другой физической величины.

Применения :

Автоматическая сенсорная ЖК-система.
Емкостный микрофон, который использует акустическое давление для изменения положения пластины. Это изменение контролируется с точки зрения звукового сигнала.

Датчики смещения

Датчики этого типа используются для определения положения объекта. Измеряемая физическая переменная (то есть движение) предназначена для изменения сопротивления. Это изменение сопротивления измеряется в терминах напряжения.

Применения :

Довольно чувствителен для контроля трещин в стенах и зданиях.

Датчик скорости

Они работают по основному принципу генератора, согласно которому при наличии относительного движения между проводниками и магнитом генерируется ЭДС. Генерируемое напряжение контролируется по скорости. Таким образом, чем быстрее относительное движение, тем больше будет создаваемая ЭДС.

Применения :

Они широко используются в устройствах контроля скорости, например, в измерителе скорости автомобиля.

Для преобразования постоянного тока в переменный применяют специальные электронные силовые устройства, называемые инверторами. Чаще всего инвертор преобразует постоянное напряжение одной величины в переменное напряжение другой величины.

Таким образом, инвертор - это генератор периодически изменяющегося напряжения, при этом форма напряжения может быть синусоидальной, приближенной к синусоидальной или импульсной . Инверторы применяют как в качестве самостоятельных устройств, так и в составе систем бесперебойного электроснабжения (UPS).

В составе источников бесперебойного питания (ИБП), инверторы позволяют, например, получить непрерывное электроснабжение компьютерных систем, и если в сети напряжение внезапно пропадет, то инвертор мгновенно начнет питать компьютер энергией, получаемой от резервного аккумулятора. По крайней мере, пользователь успеет корректно завершить работу и выключить компьютер.

В более крупных устройствах бесперебойного электроснабжения применяются более мощные инверторы с аккумуляторами значительной емкости, способные автономно питать потребители часами, независимо от сети, а когда сеть снова вернется в нормальное состояние, ИБП автоматически переключит потребители напрямую к сети, а аккумуляторы начнут заряжаться.

Техническая сторона

В современных технологиях преобразования электроэнергии инвертор может выступать лишь промежуточным звеном, где его функция - преобразовать напряжение путем трансформации на высокой частоте (десятки и сотни килогерц). Благо, на сегодняшний день решить такую задачу можно легко, ведь для разработки и конструирования инверторов доступны как полупроводниковые ключи, способные выдерживать токи в сотни ампер, так и магнитопроводы необходимых параметров, и специально разработанные для инверторов электронные микроконтроллеры (включая резонансные).

Требования к инверторам, как и к другим силовым устройствам, включают: высокий КПД, надежность, как можно меньшие габаритные размеры и вес. Также необходимо чтобы инвертор выдерживал допустимый уровень высших гармоник во входном напряжении, и не создавал неприемлемо сильных импульсных помех для потребителей.

В системах с «зелеными» источниками электроэнергии (солнечные батареи, ветряки) для подачи электроэнергии напрямую в общую сеть, применяют Grid-tie – инверторы, способные работать синхронно с промышленной сетью.

В процессе работы инвертора напряжения, источник постоянного напряжения периодически подключается к цепи нагрузки с чередованием полярности, при этом частота подключений и их продолжительность формируется управляющим сигналом, который поступает от контроллера.

Контроллер в инверторе обычно выполняет несколько функций: регулировка выходного напряжения, синхронизация работы полупроводниковых ключей, защита схемы от перегрузки. Принципиально инверторы делятся на: автономные инверторы (инверторы тока и инверторы напряжения) и зависимые инверторы (ведомые сетью, Grid-tie и т.д.)

Схемотехника инверторов

Полупроводниковые ключи инвертора управляются контроллером, имеют обратные шунтирующие диоды. Напряжение на выходе инвертора, в зависимости от текущей мощности нагрузки, регулируется автоматическим изменением ширины импульса в блоке высокочастотного преобразователя, в простейшем случае это .

Полуволны выходного низкочастотного напряжения должны быть симметричными, чтобы цепи нагрузки ни в коем случае не получили значительной постоянной составляющей (для трансформаторов это особенно опасно), для этого ширина импульса НЧ-блока (в простейшем случае) делается постоянной.

В управлении выходными ключами инвертора, применяется алгоритм, обеспечивающий последовательную смену структур силовой цепи: прямая, короткозамкнутая, инверсная.

Так или иначе, величина мгновенной мощности нагрузки на выходе инвертора имеет характер пульсаций с удвоенной частотой, поэтому первичный источник должен допускать такой режим работы, когда через него текут пульсирующие токи, и выдерживать соответствующий уровень помех (на входе инвертора).

Если первые инверторы были исключительно механическими, то сегодня есть множество вариантов схем инверторов на полупроводниковой базе, а типовых схем всего три: мостовая без трансформатора, двухтактная с нулевым выводом трансформатора, мостовая с трансформатором.

Мостовая схема без трансформатора встречается в устройствах бесперебойного питания мощностью от 500 ВА и в автомобильных инверторах. Двухтактная схема с нулевым выводом трансформатора используется в маломощных ИБП (для компьютеров) мощностью до 500 ВА, где напряжение на резервном аккумуляторе составляет 12 или 24 вольта. Мостовая схема с трансформатором применяется в мощных источниках бесперебойного питания (на единицы и десятки кВА).

В инверторах напряжения с прямоугольной формой на выходе, группа ключей с обратными диодами коммутируется так, чтобы получить на нагрузке переменное напряжение и обеспечить контролируемый режим циркуляции в цепи .

За пропорциональность выходного напряжения отвечают: относительная длительность управляющих импульсов либо сдвиг фаз между сигналами управления группами ключей. В неконтролируемом режиме циркуляции реактивной энергии, потребитель влияет на форму и величину напряжения на выходе инвертора.

В инверторах напряжения со ступенчатой формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь формирует однополярную ступенчатую кривую напряжения, грубо приближенную по своей форме к синусоиде, период которой равен половине периода выходного напряжения. Затем мостовая НЧ-схема превращает однополярную ступенчатую кривую в две половинки разнополярной кривой, грубо напоминающей по форме синусоиду.

В инверторах напряжения с синусоидальной (или почти синусоидальной) формой на выходе, предварительный высокочастотный преобразователь генерирует постоянное напряжение близкое по величине к амплитуде будущей синусоиды на выходе.

После этого мостовая схема формирует из постоянного напряжения переменное низкой частоты, путем многократной ШИМ, когда каждая пара транзисторов на каждом полупериоде формирования выходной синусоиды открывается несколько раз на время, изменяющееся по гармоническому закону. Затем НЧ-фильтр выделяет из полученной формы синус.

Простейшие схемы предварительного высокочастотного преобразования в инверторах являются автогенераторными. Они довольно просты в плане технической реализации и достаточно эффективны на малых мощностях (до 10-20 Вт) для питания нагрузок не критичных к процессу подачи энергии. Частота автогенераторов не более 10 кГц.

Положительная обратная связь в таких устройствах получается от насыщения магнитопровода трансформатора. Но для мощных инверторов такие схемы не приемлемы, поскольку потери в ключах возрастают, и КПД получается в итоге низким. Тем более, любое КЗ на выходе срывает автоколебания.

Более качественные схемы предварительных высокочастотных преобразователей - это обратноходовые (до 150 Вт), двухтактные (до 500 Вт), полумостовые и мостовые (более 500 Вт) на ШИМ контроллерах, где частота преобразования достигает сотен килогерц.

Типы инверторов, режимы работы

Однофазные инверторы напряжения подразделяются на две группы: с чистым синусом на выходе и с модифицированной синусоидой. Большинство современных приборов допускают упрощенную форму сетевого сигнала (модифицированную синусоиду).

Чистая же синусоида важна для приборов, у которых на входе есть электродвигатель или трансформатор, либо если это специальное устройство, работающее только с чистой синусоидой на входе.

Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например, для питания . При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора. По мощности инвертор выбирают исходя из пикового значения оной для потребителя.

Вообще, существует три рабочих режима инвертора: пусковой, длительный и режим перегрузки. В пусковом режиме (заряд емкости, пуск холодильника) мощность может на долю секунды двукратно превысить номинал инвертора, это допустимо для большинства моделей. Длительный режим - соответствующий номиналу инвертора. Режим перегрузки - когда мощность потребителя в 1,3 раза превышает номинал - в таком режиме средний инвертор может работать примерно полчаса.

По внешнему виду многие преобразователи напряжения похожи, и на первый взгляд может показаться, что и по характеристикам они так же не имеют сильных различий, но это совсем не так.

Все они очень сильно различаются по функциональным возможностям и техническим характеристикам. Чтобы выбрать инвертор, нужно разобраться в технических характеристиках данных устройств, и только после этого определиться с покупкой конкретной модели данного устройства.

Инверторы, представленные на Российском рынке, очень сильно отличаются по цене, от самых бюджетных моделей в одну – две тысячи рублей, и до нескольких десятков тысяч, за устройства той же мощности. Главным отличием преобразователей напряжения является форма выходного напряжения. Есть устройства, на выходе которых получается напряжение синусоидальной формы, как их еще называют инверторы с чистым синусом , и преобразователи напряжения формой выходного напряжения, которых является модифицированный синус (квази-синус). Первые устройства стоят гораздо дороже, чем преобразователи с квази-синусом, и разница в цене колоссальная.

Преобразователи напряжения с модифицированной синусоидой, их еще часто называют автомобильные инверторы, позволяют подключать не слишком точное оборудование, не имеющее электроники и схем управления, например дрель, болгарка, лампочки и другие устройства подобного рода. Они имеют достаточно низкий КПД и большое потребление тока на собственные нужды, и по большей части рассчитанные на непродолжительное время непрерывной работы.