Elektrische Energiewandler. Spannungswandler Zweck von Spannungswandlern

Spannungswandler sind spezielle Geräte, die bei Spannungsmangel im Netz Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Das heißt, aus einer Gleichstrombatterie kann Wechselstrom mit einer Spannung von 220 Volt und einer Frequenz von 50 Hertz gewonnen werden.

Spannungswandler wird auch Spannungswandler genannt. Für viele Elektrogeräte sind die Parameter des elektrischen Stroms von großer Bedeutung. Bei Abweichungen von den festgelegten Parametern kann es zu Schäden an Elektrogeräten und Geräten kommen. Und wenn Überspannungen im Netz dauerhaft sind, kommt zusätzlich zum Wechselrichter dieser zum Einsatz.

Vorteile von Spannungswandlern

Wenn wir einen herkömmlichen Generator und einen Umrichter vergleichen, hat letzterer eine Reihe von Vorteilen:

• Das Gerät ist besonders umweltfreundlich, da die elektrische Energie zur Umwandlung im Akku gespeichert wird. Im Gegensatz zu einem Generator erzeugt ein Wechselrichter keine schädlichen Emissionen in die Atmosphäre;
• Der absolut geräuschlose Betrieb des Wechselrichters ermöglicht den Einsatz nicht nur in einem Privathaus als Stromgenerator, sondern auch in einer Wohnung, fast überall;
• Im Gegensatz zu einem elektrischen Generator erfordert ein Stromwandler keine häufige Wartung, das heißt, es fallen keine zusätzlichen Materialkosten an;
• Die Betriebsdauer hängt ganz von der Kraftstoffmenge und der Motorlebensdauer ab. Die Konverter sind in der Lage, die höchste Batterieladung selbstständig aufrechtzuerhalten; bei Bedarf können Sie jederzeit zusätzliche Batterien installieren;
• Der für 220 Volt ausgelegte Wechselrichter schaltet bei Stromausfall automatisch um und erfordert keine Anwesenheit von Personen in der Nähe.

Verwendung von Spannungswandlern

Wer braucht vor allem Stromwandler:

• Wenn es notwendig ist, das Heizsystem im Falle einer Abschaltung des Stromnetzes funktionsfähig zu halten. Das Gleiche gilt für Kühlschränke und Computer. Der Konverter verhindert nicht nur den Ausfall elektrischer Geräte, sondern stellt auch deren kontinuierlichen Betrieb sicher;
• Der Wechselrichter kann nicht nur in einem Privathaus oder einer Privatwohnung eingesetzt werden, sondern auch auf dem Feld, wo er bei völligem Stromausfall einen elektrischen Generator ersetzen kann;
• Ein Stromwandler kann in Krankenhäusern, insbesondere bei Operationen und in Zahnarztpraxen, unverzichtbar sein;
• Wechselrichter sind in Geschäften, die Lebensmittel verkaufen, sowie in Lebensmittellagern, wo der Ausfall von Kühlschränken sehr teuer sein kann, unverzichtbar.

Dmitri Levkin

Ein Frequenzumrichter oder Frequenzumrichter – ein elektrisches Gerät (Steuerungssystem), das zur Steuerung der Drehzahl und/oder von Wechselstrommotoren durch Änderung der Frequenz und Versorgungsspannung verwendet wird.

Gemäß GOST 23414-84 ist ein Halbleiter-Frequenzumrichter ein Halbleiter-Wechselstromwandler, der Wechselstrom einer Frequenz in Wechselstrom einer anderen Frequenz umwandelt

Ein Frequenzumrichter ist ein Gerät zur kontinuierlichen Steuerung eines Prozesses. Typischerweise ist der Frequenzumrichter in der Lage, Drehzahl und Drehmoment zu steuern und/oder.

Frequenzumrichter mit geringer Leistung

Frequenzumrichter werden zunehmend in verschiedenen Industrie- und Transportanwendungen eingesetzt. Dank der Entwicklung von Leistungshalbleiterelementen erfreuen sich solche mit PWM-Ansteuerung immer größerer Verbreitung. Als Geräte werden Geräte bezeichnet, die ein Gleichstromsignal in ein Wechselstromsignal mit der gewünschten Spannung und Frequenz umwandeln Wechselrichter. Eine solche Umwandlung kann je nach Aufgabenstellung mittels elektronischer Schalter (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) und Thyristoren erfolgen.

Derzeit wird der Großteil der weltweit erzeugten elektrischen Energie für die Arbeit genutzt. Die Umwandlung elektrischer Leistung in mechanische Leistung erfolgt durch Elektromotoren mit Leistungen von weniger als einem Watt bis zu mehreren zehn Megawatt.

Moderne Elektroantriebe müssen verschiedene Anforderungen erfüllen, wie zum Beispiel:
• maximal;
• großer Bereich zur stufenlosen Einstellung von Rotationsgeschwindigkeit, Beschleunigung, Winkel und linearer Position;
• schnelle Fehlerbeseitigung bei Änderung von Steuersignalen und/oder Störungen;
• maximale Nutzung in Zeiten reduzierter Spannung oder Stromstärke;
• Zuverlässigkeit, intuitive Steuerung.

Design des Frequenzumrichters

Die Hauptelemente des Frequenzumrichters sind Leistungsteil(elektrischer Energiewandler) und Kontrollgerät(Regler). Moderne Frequenzumrichter verfügen in der Regel über eine modulare Architektur, die es Ihnen ermöglicht, die Fähigkeiten des Geräts zu erweitern. Oft besteht auch die Möglichkeit, zusätzliche Schnittstellenmodule und I/O-Erweiterungsmodule zu installieren.

Notiz:

1. Kein Feedback.
2. Mit Feedback.
3. Im eingeschwungenen Zustand

Modulationsmethoden

Die weit verbreitete Entwicklung elektrischer Leistungswandler in den letzten Jahrzehnten hat zu einer Zunahme der Forschung auf dem Gebiet der Modulation geführt. Die Modulationsmethode wirkt sich direkt auf die Effizienz des gesamten Energiesystems (Leistungsteil, Steuerungssystem) aus und bestimmt den wirtschaftlichen Nutzen und die Leistung des Endprodukts.

Das Hauptziel von Modulationsverfahren besteht darin, bessere Wellenformen (Spannungen und Ströme) mit minimalen Verlusten zu erreichen. Andere kleinere Steuerungsaufgaben können durch die Verwendung der richtigen Modulationstechnik gelöst werden, z. B. die Reduzierung von Gleichtaktrauschen, die Nivellierung der Gleichspannung, die Reduzierung der Eingangsstromwelligkeit und die Reduzierung der Anstiegsgeschwindigkeit. Es ist unmöglich, alle Managementziele gleichzeitig zu erreichen; es ist ein Kompromiss erforderlich. Jede einzelne Anwendung muss eingehend untersucht werden, um die am besten geeignete Modulationsmethode zu ermitteln.

Modulationsverfahren lassen sich in vier Hauptgruppen einteilen:
• PWM – Pulsweitenmodulation
• SVM – Raumvektormodulation
• harmonische Modulation
• Methoden zum Schalten variabler Frequenz

Spannungswechselrichter

Der Spannungswechselrichter ist unter den Stromrichtern am weitesten verbreitet.

Zweistufiger Spannungswechselrichter

Der zweistufige Spannungsquellenwechselrichter ist die am weitesten verbreitete Energiewandlertopologie. Es besteht aus einem Kondensator und zwei Leistungshalbleiterschaltern pro Phase. Das Steuersignal für den oberen und unteren Leistungsschalter ist gekoppelt und erzeugt nur zwei mögliche Ausgangsspannungszustände (die Last ist an die positive oder negative Schiene der Gleichspannungsquelle angeschlossen).

Phasenspannung des zweistufigen Spannungswechselrichters

Kaskaden-H-Brückenkonverter

Kaskadenwandler- ein hochmodularer Wandler, der aus mehreren einphasigen Wechselrichtern, meist Powerzellen genannt, besteht, die zu einer Phase in Reihe geschaltet sind. Jede Energiezelle besteht aus Standard-Niederspannungskomponenten, was einen einfachen und kostengünstigen Austausch im Fehlerfall gewährleistet.

Der Hauptvorteil dieses Umrichters liegt in der ausschließlichen Verwendung von Niederspannungskomponenten, während er die Steuerung leistungsstarker Lasten im Mittelspannungsbereich ermöglicht. Obwohl die Schaltfrequenz in jeder Zelle niedrig ist, ist die äquivalente Schaltfrequenz, die an die Last angelegt wird, hoch, was Schaltverluste reduziert, eine niedrige Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (dv/dt) ergibt und hilft, Resonanzen zu vermeiden.

Floating-Capacitor-Konverter

Die Ausgangsspannung eines Floating-Capacitor-Wandlers wird durch direktes Anschließen des Phasenausgangs an den positiven und negativen Bus oder durch den Anschluss über Kondensatoren erhalten. Die Anzahl der Ausgangsspannungspegel hängt von der Anzahl der Pad-Kondensatoren und dem Verhältnis zwischen den verschiedenen Spannungen ab.

Auch dieser Konverter verfügt wie im vorliegenden Fall über eine modulare Topologie, bei der jede Zelle aus einem Kondensator und zwei angeschlossenen Schaltern besteht. Im Gegensatz zu einem Kaskadenwandler erhöht das Hinzufügen zusätzlicher Leistungsschalter zu einem Kondensatorwandler jedoch nicht die Nennleistung des Wandlers, sondern verringert lediglich die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit (dv/dt), wodurch die harmonische Verzerrung des Ausgangssignals verbessert wird. Wie bei einem Kaskadenwandler reduziert die Modularität die Kosten für den Austausch von Komponenten, erleichtert den Support und ermöglicht einen fehlertoleranten Betrieb.

Ein Kondensatorwandler benötigt nur eine Gleichstromquelle, um alle Zellen und Phasen zu versorgen. Dadurch kann auf einen Eingangstransformator verzichtet werden und die Anzahl der Zellen kann je nach erforderlicher Ausgangsleistung beliebig erhöht werden. Ähnlich wie bei erfordert dieser Wandler einen speziellen Steueralgorithmus, um die Spannung an den Kondensatoren zu regeln.

Aktueller Wechselrichter

Für den Betrieb eines Stromwechselrichters ist immer ein gesteuerter Gleichrichter erforderlich, der den Gleichstromzwischenkreis mit konstantem Strom versorgt. Die Standardtopologie verwendet typischerweise Thyristorgleichrichter. Um das Rauschen in der Last zu reduzieren, wird im Zwischenkreis eine geteilte Induktivität verwendet. Der Stromwechselrichter verfügt über eine Leistungsschalterschaltung ähnlich der von , als Leistungsschalter werden jedoch integrierte Steuerthyristoren (IGCTs) verwendet. Der Ausgangsstrom liegt in Form von PWM vor und kann nicht direkt an eine induktive Last (Motor) angelegt werden. Daher enthält der Wechselrichter zwangsläufig einen kapazitiven Ausgangsfilter, der den Strom glättet und eine gleichmäßige Spannung an die Last ausgibt. Dieser Konverter ist für den Betrieb bei Mittelspannungen realisierbar und darüber hinaus von Natur aus dazu in der Lage Energierückgewinnung.

Direktkonverter

Direktwandler übertragen Energie direkt vom Eingang zum Ausgang, ohne den Einsatz von Energiespeicherelementen. Der Hauptvorteil solcher Konverter sind ihre geringeren Abmessungen. Der Nachteil besteht darin, dass ein komplexeres Steuerungssystem erforderlich ist.

Zyklokonverter gehört zur Kategorie der Direktwandler. Dieser Wandler wird häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Leistung erfordern. Dieser Wandler besteht aus zwei Thyristorwandlern pro Phase, die eine variable Gleichspannung erzeugen können, die so gesteuert wird, dass sie einem Referenzsinussignal folgt. Der Eingang jedes Wandlers wird von einem Phospho-Shifting-Transformator gespeist, der Oberwellen niedriger Ordnung des Eingangsstroms eliminiert. Die Ausgangsspannung ist das Ergebnis einer Kombination von Eingangsspannungssegmenten, bei denen die Grundschwingung dem Referenzsignal folgt. Aufgrund seiner Beschaffenheit ist dieser Wandler gut für den Antrieb niederfrequenter Hochleistungslasten geeignet.

Matrixkonverter gehört in seiner direkten und indirekten Ausführung ebenfalls zur Kategorie der Direkttransformatoren. Grundlegendes Funktionsprinzip direkter Matrixkonverter(Direktmatrixwandler) – die Möglichkeit, die Ausgangsphase an jede der Eingangsspannungen anzuschließen. Der Wandler besteht aus neun bidirektionalen Schaltern, die jede Eingangsphase mit jeder Ausgangsphase verbinden können, sodass Strom in beide Richtungen fließen kann. Zur Verbesserung des Eingangsstroms ist ein induktiv-kapazitiver Filter zweiter Ordnung erforderlich. Der Ausgang ist direkt mit einer induktiven Last verbunden. Es sind nicht alle verfügbaren Tastenkombinationen möglich, sie sind auf nur 27 gültige Schaltzustände beschränkt. Wie bereits erwähnt, liegt der Hauptvorteil von Matrixkonvertern in ihrer geringeren Größe, was für Anwendungen in der Automobil- und Luftfahrtindustrie wichtig ist.

Indirekter Matrixkonverter(indirekter Matrixumrichter) besteht aus einem bidirektionalen dreiphasigen Gleichrichter, einem virtuellen Zwischenkreis und einem dreiphasigen Wechselrichter. Die Anzahl der Leistungshalbleiter ist die gleiche wie bei Direktmatrix-Konvertern (wenn ein bidirektionaler Schalter als zwei unidirektionale Schalter behandelt wird), die Anzahl der möglichen Einschaltzustände ist jedoch unterschiedlich. Mit der gleichen indirekten Matrixkonverterkonfiguration ist es möglich, die Topologie zu vereinfachen und die Anzahl der Elemente zu reduzieren, indem der Betrieb auf positive Spannung im virtuellen Gleichstromzwischenkreis beschränkt wird. Die reduzierte Topologie heißt Sparse-Matrix-Konverter(Sparse-Matrix-Konverter).

Um Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln, werden spezielle elektronische Leistungsgeräte, sogenannte Wechselrichter, eingesetzt. Am häufigsten wandelt ein Wechselrichter Gleichspannung einer Größe in Wechselspannung einer anderen Größe um.

Auf diese Weise, Ein Wechselrichter ist ein Generator periodisch variierender Spannung, und die Spannungsform kann sinusförmig, nahezu sinusförmig oder gepulst sein. Wechselrichter werden sowohl als eigenständige Geräte als auch als Teil von unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen (USV) eingesetzt.

Als Teil der unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) ermöglichen Wechselrichter beispielsweise die kontinuierliche Stromversorgung von Computersystemen. Wenn die Netzspannung plötzlich ausfällt, beginnt der Wechselrichter sofort, den Computer mit Energie aus der Pufferbatterie zu versorgen. Zumindest hat der Benutzer Zeit, den Computer ordnungsgemäß herunterzufahren und auszuschalten.

Größere unterbrechungsfreie Stromversorgungsgeräte verwenden leistungsstärkere Wechselrichter mit Batterien von erheblicher Kapazität, die in der Lage sind, Verbraucher unabhängig vom Netzwerk stundenlang autark mit Strom zu versorgen. Wenn das Netzwerk wieder in den Normalzustand zurückkehrt, schaltet die USV die Verbraucher automatisch direkt auf das Netzwerk um Die Batterien werden aufgeladen.

Technische Seite

In modernen Technologien zur Stromumwandlung kann ein Wechselrichter nur als Zwischenglied fungieren, dessen Funktion darin besteht, Spannung durch Transformation mit hoher Frequenz (zig und hundert Kilohertz) umzuwandeln. Glücklicherweise lässt sich dieses Problem heute leicht lösen, denn für die Entwicklung und den Bau von Wechselrichtern stehen sowohl Halbleiterschalter zur Verfügung, die Strömen von Hunderten Ampere standhalten, als auch Magnetkreise mit den erforderlichen Parametern und speziell für Wechselrichter konzipierte elektronische Mikrocontroller (einschließlich resonanter).

Zu den Anforderungen an Wechselrichter, wie auch an andere Leistungsgeräte, gehören: hoher Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit sowie möglichst geringe Abmessungen und Gewicht. Es ist außerdem erforderlich, dass der Wechselrichter das zulässige Maß an höheren Harmonischen in der Eingangsspannung einhält und keine unzulässig starken Impulsgeräusche für Verbraucher erzeugt.

In Systemen mit „grünen“ Stromquellen (Sonnenkollektoren, Windkraftanlagen) werden netzgekoppelte Wechselrichter zur direkten Einspeisung des Stroms in das allgemeine Netz eingesetzt – Wechselrichter, die synchron mit dem Industrienetz arbeiten können.

Während des Betriebs des Spannungswechselrichters wird eine Konstantspannungsquelle periodisch mit wechselnder Polarität an den Lastkreis angeschlossen, wobei die Häufigkeit der Verbindungen und deren Dauer durch ein Steuersignal bestimmt werden, das von der Steuerung kommt.

Der Controller im Wechselrichter erfüllt normalerweise mehrere Funktionen: Anpassen der Ausgangsspannung, Synchronisieren des Betriebs von Halbleiterschaltern und Schutz des Stromkreises vor Überlastung. Grundsätzlich werden Wechselrichter unterteilt in: autonome Wechselrichter (Stromwechselrichter und Spannungswechselrichter) und abhängige Wechselrichter (netzgekoppelt, netzgekoppelt usw.)

Design der Wechselrichterschaltung

Die Halbleiterschalter des Wechselrichters werden von einem Controller gesteuert und verfügen über Sperrdioden. Die Spannung am Wechselrichterausgang wird abhängig von der aktuellen Lastleistung durch automatische Änderung der Pulsweite in der Hochfrequenz-Umrichtereinheit geregelt, im einfachsten Fall ist dies der Fall.

Die Halbwellen der niederfrequenten Ausgangsspannung müssen symmetrisch sein, damit die Lastkreise auf keinen Fall einen nennenswerten Gleichanteil erhalten (bei Transformatoren ist dies besonders gefährlich); im einfachsten Fall) konstant gemacht wird.

Bei der Steuerung der Ausgangsschalter des Wechselrichters wird ein Algorithmus verwendet, der eine sequentielle Änderung der Stromkreisstrukturen gewährleistet: direkt, kurzgeschlossen, invers.

Auf die eine oder andere Weise hat die Größe der momentanen Lastleistung am Wechselrichterausgang einen pulsierenden Charakter mit doppelter Frequenz, daher muss die Primärquelle einen solchen Betriebsmodus zulassen, wenn pulsierende Ströme durch sie fließen, und dem entsprechenden Störpegel standhalten ( am Wechselrichtereingang).

Waren die ersten Wechselrichter ausschließlich mechanisch, gibt es heute viele Möglichkeiten halbleiterbasierter Wechselrichterschaltungen, und es gibt nur drei typische Schaltungen: Brücke ohne Transformator, Gegentakt mit Nullanschluss des Transformators, Brücke mit Transformator.

Eine Brückenschaltung ohne Transformator findet sich in unterbrechungsfreien Stromversorgungsgeräten ab einer Leistung von 500 VA und in Kfz-Wechselrichtern. Eine Gegentaktschaltung mit einem Nulltransformatoranschluss wird in USVs mit geringer Leistung (für Computer) mit einer Leistung von bis zu 500 VA verwendet, bei denen die Spannung an der Pufferbatterie 12 oder 24 Volt beträgt. Eine Brückenschaltung mit einem Transformator wird in leistungsstarken unterbrechungsfreien Stromversorgungen (für Einheiten und Dutzende kVA) verwendet.

Bei Spannungswechselrichtern mit rechteckigem Ausgang wird eine Gruppe von Schaltern mit Freilaufdioden geschaltet, um eine Wechselspannung an der Last zu erhalten und einen kontrollierten Umlaufmodus im Stromkreis bereitzustellen.

Die Proportionalität der Ausgangsspannung wird bestimmt durch: die relative Dauer der Steuerimpulse oder die Phasenverschiebung zwischen den Steuersignalen der Tastengruppen. Im unkontrollierten Blindenergiezirkulationsbetrieb beeinflusst der Verbraucher die Form und Höhe der Spannung am Wechselrichterausgang.

Bei Spannungswechselrichtern mit Stufenausgang erzeugt der Hochfrequenz-Vorwandler einen unipolaren Stufenspannungsverlauf, der in etwa einer Sinuskurve ähnelt und deren Periodendauer der halben Periodendauer der Ausgangsspannung entspricht. Die NF-Brückenschaltung wandelt dann die unipolare Stufenkurve in zwei Hälften einer multipolaren Kurve um, die in ihrer Form in etwa einer Sinuswelle ähnelt.

Bei Spannungswechselrichtern mit sinusförmiger (oder nahezu sinusförmiger) Ausgangswellenform erzeugt der Hochfrequenz-Vorwandler eine konstante Spannung, deren Größe der Amplitude des zukünftigen sinusförmigen Ausgangs entspricht.

Anschließend formt die Brückenschaltung aus einer Gleichspannung mittels Mehrfach-PWM eine niederfrequente Wechselspannung, indem jedes Transistorpaar in jeder Halbwelle der Ausgangssinuskurve mehrmals für eine nach einem harmonischen Gesetz variierende Zeit geöffnet wird. Der Tiefpassfilter extrahiert dann eine Sinuswelle aus der resultierenden Wellenform.

Die einfachsten Schaltungen zur vorläufigen Hochfrequenzumwandlung in Wechselrichtern sind selbsterzeugend. Sie sind technisch recht einfach umzusetzen und bei geringen Leistungen (bis zu 10-20 W) recht effektiv zur Versorgung von Lasten, die für den Energieversorgungsprozess unkritisch sind. Die Frequenz von Selbstoszillatoren beträgt nicht mehr als 10 kHz.

Bei solchen Geräten entsteht eine positive Rückkopplung durch die Sättigung des Magnetkreises des Transformators. Für leistungsstarke Wechselrichter sind solche Systeme jedoch nicht akzeptabel, da die Verluste in den Schaltern zunehmen und der Wirkungsgrad letztendlich niedrig ist. Darüber hinaus stört jeder Kurzschluss am Ausgang die Eigenoszillationen.

Bessere Schaltungen für vorläufige Hochfrequenzwandler sind Flyback (bis 150 W), Push-Pull (bis 500 W), Halbbrücke und Brücke (mehr als 500 W) bei PWM-Controllern, bei denen die Wandlungsfrequenz Hunderte von Kilohertz erreicht .

Wechselrichtertypen, Betriebsarten

Einphasige Spannungswechselrichter werden in zwei Gruppen eingeteilt: mit reinem Sinuswellenausgang und mit modifizierter Sinuswelle. Die meisten modernen Geräte ermöglichen eine vereinfachte Form des Netzwerksignals (modifizierte Sinuswelle).

Eine reine Sinuswelle ist wichtig für Geräte, die am Eingang einen Elektromotor oder Transformator haben, oder wenn es sich um ein spezielles Gerät handelt, das nur mit einer reinen Sinuswelle am Eingang arbeitet.

Dreiphasen-Wechselrichter werden typischerweise zur Erzeugung von Drehstrom für Elektromotoren, beispielsweise zur Stromversorgung, verwendet. In diesem Fall werden die Motorwicklungen direkt mit dem Umrichterausgang verbunden. Leistungsmäßig wird der Wechselrichter nach seinem Spitzenwert für den Verbraucher ausgewählt.

Generell gibt es drei Betriebsarten des Wechselrichters: Anlauf-, Dauer- und Überlastbetrieb. Im Startmodus (Laden der Kapazität, Starten des Kühlschranks) kann die Leistung für den Bruchteil einer Sekunde das Doppelte der Wechselrichterleistung überschreiten; dies ist für die meisten Modelle akzeptabel. Langzeitmodus – entsprechend der Wechselrichterleistung. Überlastmodus – wenn die Leistung des Verbrauchers 1,3-mal höher als die Nennleistung ist – in diesem Modus kann der durchschnittliche Wechselrichter etwa eine halbe Stunde lang arbeiten.

Auswirkungen; Konverter Ein Element, das Eingabeaktionen oder -signale eines Typs in Ausgabeaktionen oder -signale eines anderen Typs umwandelt. Hinweis. Der Begriff elektrischer Maschinensignalwandler wird ähnlich definiert... ... Polytechnisches terminologisches Erklärungswörterbuch

Empfänger, Reduzierer, Übersetzer, Transformator, Konverter; Solion, Einheit, Reformist, Brücke, Konverter, Transverter, Gleichrichter, Reformer, Wechsler, Perestroika, Sensor, Scanistor, Transformator, Reorganisator Wörterbuch der russischen Synonyme.… … Synonymwörterbuch

Elektromechanisch oder ein elektroakustischer Wandler, dessen Wirkung auf dem Magnetostriktionseffekt beruht. Im Magnetfeld wird in der Technik in der Regel die lineare Magnetostriktion von Ferro- oder Ferrimagneten eingesetzt. Magnetisierung (siehe Ferromagnetismus ... Physische Enzyklopädie

Konverter- KONVERTER, Reorganisator, Reformer... Wörterbuch-Thesaurus der Synonyme der russischen Sprache

KONVERTER- ein Gerät, das Mengen einer Art (Energie, Signale) in andere Arten und Formen umwandelt, die für die weitere Verwendung geeignet sind. P., unterschiedlich in Funktionsprinzip und Design, werden häufig in der Automatisierungs- und Telemechanik, Informatik und... ... eingesetzt. Große Polytechnische Enzyklopädie

KONVERTER, ich, Ehemann. 1. Derjenige, der transformiert, hat transformiert, was n. 2. Gerät zur Umwandlung elektrischer Energie. Elektrischer p.p.-Strom. | Ehefrauen Konverter, s (auf 1 Wert). Ozhegovs erklärendes Wörterbuch. S.I. Ozhegov, N. Yu. Shvedova... Ozhegovs erklärendes Wörterbuch

- (Konverter) eine rotierende Maschine zur Umwandlung von: Gleichstrom einer Spannung in Gleichstrom einer anderen Spannung, Wechselstrom in Gleichstrom und umgekehrt; Wechselstrom in Wechselstrom, jedoch mit einer anderen Periodenzahl. Nach dem Entwurf von P. ... ... Meereswörterbuch

Konverter- Ein Gerät zum Umwandeln von Signalformen von einem Typ in einen anderen (z. B. von seriell zu parallel oder von analog zu diskret) sowie zum Übertragen von Signalen von einer Frequenz auf eine andere. [L.M. Newdjajew. Telekommunikationstechnologien… Leitfaden für technische Übersetzer

Konverter- 3.1 Wandler: Ein Gerät zur Umwandlung einer gemessenen mechanischen Bewegung, beispielsweise einer Beschleunigung in eine bestimmte Richtung, in eine zur Messung oder Aufzeichnung geeignete Größe. Hinweis Der Konverter kann Folgendes enthalten: ... Wörterbuch-Nachschlagewerk mit Begriffen der normativen und technischen Dokumentation

Konverter ist ein elektrisches Gerät. Je nach Anwendung kann es bedeuten: in der Elektronik: Analog-Digital-Wandler Digital-Analog-Wandler Elektronenoptischer Wandler Flyback... ... Wikipedia

Bücher

• Transformator, Olga Golosova. Aus dem Verlag: Allein auf der Straße – kein Geld, kein Zuhause, keine Freunde. Was wäre, wenn Sie gestern noch ein Oligarch wären? Wenn die Welt dir und nur dir dienen würde? Es ist eine Schande? Was werden Sie tun, um das Versprechen zu erhalten, all dies zurückzugeben?
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Die moderne Wissenschaft erklärt die Existenz von Elektrizität durch Ansammlungen von Ladungen mit entgegengesetzten Vorzeichen. Die Natur produziert unglaublich viel Strom. Reibungskräfte in der Atmosphäre erzeugen riesige Gewitterwolken. Zwischen den Wolken und der Erdoberfläche entstehen Spannungen von mehreren Millionen Volt. Ein paar Minuten Gewitter mit Blitz entsprechen in der elektrischen Leistung dem Dauerbetrieb eines großen Kraftwerks.

Aber es kann sein, dass es keinen Blitz gibt. Allerdings schwebt Elektrizität immer noch im Raum zwischen Himmel und Erde.

• Offensichtlich ist die Spannung der erste und wichtigste Parameter der elektrischen Energie.

In der Natur gibt es nur langsam wechselnde und fast augenblicklich verschwindende Spannungen. Das Gewitter nimmt allmählich an Stärke zu, die Ladungen durch die Reibung bewegter Luftschichten werden immer größer. Die Spannung zwischen den Wolken und der Erdoberfläche nimmt zu.

Wenn die Bewegung der Luftmassen zu einem bestimmten Zeitpunkt stoppt, nimmt die Spannung allmählich ab. Wenn nicht, wird die Spannung durch einen Blitzeinschlag sofort auf Null gesetzt.

• Es ist offensichtlich, dass elektrischer Strom, der die Form eines Blitzes hat, der zweite Parameter der elektrischen Energie ist.

Mit der Weiterentwicklung der Wissenschaft lernten die Menschen, atmosphärische elektrische Prozesse zu simulieren, indem sie eine elektrostatische oder, wie sie auch genannt wird, elektrophoretische Maschine erfanden:

Diese Maschine war der erste Wandler mechanischer Energie in Elektrizität. Diese Transformation konnte jedoch nicht umkehrbar gemacht werden. Obwohl die Maschine eine Spannungs- und Stromquelle war, bestand das Problem darin, dass keine weitere Umwandlung elektrischer Energie möglich war. Doch im Laufe der Zeit hat die Wissenschaft einen weiteren Grund für das Auftreten elektrischer Ladungen entdeckt. Es stellte sich heraus, dass nicht nur Reibung, sondern auch ein Magnetfeld in der Lage ist, Strom zu erzeugen.

Es stellte sich heraus, dass diese Entdeckung vollständig von der Entwicklung der Technologie bestimmt war. Als ein Metalldraht und ein Permanentmagnet auftauchten, deren Wechselwirkung in der Natur nicht existiert, wurde die Entdeckung der elektromagnetischen Induktion möglich. Es stellte sich heraus, dass die resultierende elektrische Energie in direktem Zusammenhang mit der Geschwindigkeit der gegenseitigen Bewegung von Magnet und Draht steht.

• Offensichtlich ist die Frequenz der dritte Parameter der elektrischen Energie.

Nach Faradays Entdeckung des Phänomens der elektromagnetischen Induktion wurden verschiedene elektrische Maschinen erfunden, darunter auch elektrische Energiewandler. Die ersten davon waren Transformatoren, die es ermöglichten, elektrische Energie über große Entfernungen durch Drähte zu übertragen. Es stellte sich heraus, dass die Wechselspannung an den Enden der Spulenwicklung gleichmäßig auf ihre Windungen verteilt ist. Jede Windung erzeugt die gleiche Spannung.

Daher bestimmt die Anzahl der Windungen der Wicklung die Spannung, die zur Stromversorgung des neuen Stromkreises verwendet werden kann. Es stellte sich außerdem heraus, dass die zusätzliche Windung, die den Spulenkern außerhalb der Hauptwicklung umgibt, an ihren Enden die gleiche Spannung aufweist wie die Windung der Hauptwicklung. Solche Spulen, die einen gemeinsamen Magnetkreis abdecken, wurden als Transformatoren bezeichnet. Wenn alle Spulen in einer Reihenschaltung miteinander verbunden waren, wurde ein solches Gerät Spartransformator genannt.

Ein Spartransformator mit den gleichen Parametern zur Stromumwandlung erweist sich als effizienter als ein Transformator, da er über eine elektrische Verbindung zwischen den Wicklungen verfügt. Dadurch kann mehr elektrische Leistung an den Verbraucher übertragen werden. Bei einem Transformator besteht nur eine elektromagnetische Kopplung zwischen den Wicklungen.

Diese Funktion gewährleistet jedoch eine vollständige elektrische Isolierung der Wicklungen voneinander. Aus diesem Grund werden Transformatoren häufig in allen elektrischen Geräten eingesetzt, die über das Stromnetz mit Strom versorgt werden, um diese Geräte sicher mit Strom zu versorgen. Mit Transformatoren können Sie nur Spannung und Strom ändern, während ihre Frequenz unverändert bleibt. In dieser Funktion werden sie auch heute noch eingesetzt. Und in Fernstromversorgungssystemen haben Transformatoren enorme Größen erreicht. Eine solche Einheit ist im Bild unten dargestellt:

Doch nach dem Aufkommen der Transformatoren entstand eine weitere Möglichkeit zur Stromumwandlung.

Rollen

Es stellte sich heraus, dass jede Spule Energie in einem elektromagnetischen Feld speichert. Es bleibt einige Zeit bestehen, nachdem kein elektrischer Strom mehr durch die Spulenwicklung fließt. Und an den Enden der Spulenwicklung liegt während dieser Zeit weiterhin Spannung an. Dieses Phänomen wurde als selbstinduzierte EMK bezeichnet. Es stellte sich auch heraus, dass die Größe der Selbstinduktions-EMK von der Geschwindigkeit abhängt, mit der der elektrische Strom in der Spule abgeschaltet wird.

Je schneller der Strom abnimmt, desto größer ist die Spannung an den Enden der Wicklung. Ein solcher Stromwandler erhielt seinen Namen vom Namen seines Erfinders und wurde als „Ruhmkorff-Spule“ bekannt, deren Bild unten links abgebildet ist. Das klassische Zündsystem eines Benzin-Automotors funktioniert nach dem gleichen Prinzip.

Allerdings war es lange Zeit möglich, die Frequenz von Spannung und Strom nur durch Rotation umzuwandeln. Ein Synchronmotor, der mit einer Frequenz drehte, die durch die Frequenz der Versorgungsspannung bestimmt wurde, drehte den Generator. Um die Frequenz zu erhöhen, könnte man entweder ein Drehzahlerhöhungsgetriebe verwenden oder die Anzahl der Generatorpole erhöhen oder beides. Das Problem der Gewinnung von gleichgerichtetem Strom wurde auf ähnliche Weise gelöst. Mechanische Kontakte, beispielsweise ein Motorkollektor, durchliefen nur die Hälfte des Stromzyklus. Diese Impulse gelangten in einen gemeinsamen Stromkreis und so wurde ein gleichgerichteter Strom beider Halbzyklen erhalten.

Elektronische Geräte haben entscheidend zur Entwicklung der Stromumwandlung beigetragen. Sie ermöglichten die Herstellung von Gleichrichtern und Frequenzumrichtern ohne bewegliche Teile und lieferten Stromparameter, die für auf mechanischen Prinzipien basierende Geräte unerreichbar waren. Es ist möglich geworden, leistungsstarke Hochfrequenzgeneratoren, sogenannte Wechselrichter, zu entwickeln. Durch die Erhöhung der Frequenz konnte die Größe der Transformatoren um ein Vielfaches reduziert werden.

Wechselrichter

Mit dem Aufkommen leistungsstarker Hochspannungs-Halbleiterbauelemente – Transistoren und Thyristoren – wurden Wechselrichter weiterentwickelt. Mit ihrem Aufkommen erfasste die Hochfrequenz-Stromumwandlung fast alle Geräte mit sekundären Stromquellen. Für elektronische Vorschaltgeräte für Gasentladungslampen haben sich Wechselrichterschaltungen durchgesetzt. Gleichzeitig wurde eine höhere Lichtqualität bei erheblicher Energieeinsparung erreicht.

Der bedeutendste Moment in der Entwicklung der Stromumwandlung waren Wechselrichter und Gleichrichter für Hochspannungsleitungen. Mit dem Aufkommen von Quecksilberventilen – leistungsstarken, spezialisierten elektrischen Vakuumgeräten – begann man schon vor langer Zeit mit der Einführung solcher Fernstromversorgungssysteme.

Anschließend wurden sie durch effizientere Thyristoren und Transistoren ersetzt. Halbleiter-Stromrichter sind in der Lage, im aktuellen brasilianischen Stromsystem 3,15 Gigawattstunden elektrische Energie über eine Distanz von 2.400 km zu übertragen. Solchen Energieübertragungssystemen gehört die Zukunft. Stromleitungen, die mit Gleichstrom betrieben werden, weisen keine Reaktanz und Stromverluste auf, die mit Wechselspannung und -strom verbunden sind.

Sie enthalten keine anderen Prozesse und Phänomene, die den gemeinsamen Betrieb mehrerer Stromerzeugungs- und -übertragungssysteme in einem einzigen Stromversorgungssystem erheblich beeinträchtigen. Doch Reibung und Elektromagnetismus sind nicht die einzigen Prozesse, die zur Umwandlung von Elektrizität genutzt werden. Etwa in den gleichen Jahren, in denen das Phänomen der elektromagnetischen Induktion entdeckt wurde, wurde auch der piezoelektrische Effekt entdeckt.

Dadurch wurde eine Gruppe von Mineralien gefunden und anschließend künstlich Materialien mit piezoelektrischen Eigenschaften hergestellt. Diese Eigenschaften bestehen darin, mechanische Kräfte, die auf eine Probe aus piezoelektrischem Material ausgeübt werden, in elektrische Impulse umzuwandeln. Aber auch die umgekehrte Umwandlung elektrischer Impulse in mechanische Verformungen der Probe ist möglich. Basierend auf solchen Mustern ist es möglich, einen Transformator ohne Wicklungen und Magnetfelder innerhalb und außerhalb des Kerns herzustellen.

Ein solcher Transformator erhöht die angelegte Spannung um ein Vielfaches bei minimaler Größe und geringem Gewicht. Es wird lediglich eine Keramikplatte mit angelöteten Drähten sein.

In diesem Fall wird die resultierende Leistung nicht groß sein. Der Größen- und Kostengewinn im Vergleich zu einem elektromagnetischen Transformator wird jedoch erheblich sein. Solche piezoelektrischen Transformatoren werden in Sekundärstromversorgungen eingesetzt. Außerdem verwenden alle modernen Raucher Feuerzeuge, bei denen der Funke durch einen piezoelektrischen Miniaturtransformator erzeugt wird.

Bei der Weiterentwicklung von Stromrichtern geht es darum, die Frequenz von Spannung und Strom zu erhöhen. Dieser Prozess ist mit der Notwendigkeit verbunden, neue Halbleiterbauelemente und -materialien zu schaffen. In den Werken einiger Science-Fiction-Autoren wird anstelle von Stromleitungen ein Energiestrahl erwähnt. Vielleicht werden ihre Prophezeiungen wahr.