Convertoare de energie electrică. Convertor de tensiune Scopul convertoarelor de tensiune

Convertizoarele de tensiune sunt dispozitive speciale care, în cazul lipsei tensiunii în rețea, transformă curentul continuu în curent alternativ. Adică dintr-o baterie DC poți obține curent alternativ cu o tensiune de 220 de volți și o frecvență de 50 de herți.

Convertorul de tensiune este de asemenea numit. Pentru multe aparate electrice, parametrii curentului electric sunt de mare importanță. În cazul abaterilor de la parametrii stabiliți se pot produce deteriorarea aparatelor și dispozitivelor electrice. Și dacă supratensiunile în rețea sunt permanente, atunci pe lângă invertor, acesta este utilizat.

Avantajele convertoarelor de tensiune

Dacă comparăm un generator convențional și un convertor, acesta din urmă are o serie de avantaje:

Dispozitivul este foarte prietenos cu mediul, deoarece energia electrică pentru conversie este stocată în baterie. Spre deosebire de un generator, un invertor nu produce emisii nocive în atmosferă;
Funcționarea absolut silențioasă a invertorului îi permite să fie folosit nu numai într-o casă privată, ca generator electric, ci și într-un apartament, aproape oriunde;
Spre deosebire de un generator electric, un convertor de curent nu necesită întreținere frecventă, adică nu necesită costuri suplimentare cu materiale;
Timpul de funcționare depinde în întregime de cantitatea de combustibil și de durata de viață a motorului. Convertoarele sunt capabile să mențină în mod independent cea mai mare încărcare a bateriei, dacă este necesar, puteți instala întotdeauna baterii suplimentare;
Invertorul, proiectat pentru 220 de volți, comută automat în cazul unei căderi de curent și nu necesită prezența persoanelor în apropierea acestuia.

Utilizarea convertoarelor de tensiune

Cine are nevoie în primul rând de convertoare de curent:

Daca este necesara mentinerea sistemului de incalzire in stare de functionare in cazul in care reteaua electrica este oprita. Același lucru este valabil și pentru frigidere și computere. Convertorul nu numai că va preveni defecțiunea echipamentelor electrice, ci va asigura și funcționarea continuă a acestuia;
Invertorul poate fi folosit nu numai într-o casă sau un apartament privat, ci și pe teren, unde în absența completă a energiei electrice poate înlocui un generator electric;
Un convertor de curent poate fi indispensabil în spitale, mai ales în timpul operațiilor și în cabinetele stomatologice;
Invertoarele sunt indispensabile în magazinele care vând produse alimentare, precum și în depozitele alimentare, unde defecțiunea frigiderelor poate fi foarte costisitoare.

Dmitri Levkin

Un convertor de frecvență, sau convertor de frecvență - un dispozitiv electric (sistem de control) utilizat pentru a controla viteza și/sau motoarele de curent alternativ prin schimbarea frecvenței și a tensiunii de alimentare.

Conform GOST 23414-84, un convertor de frecvență semiconductor este un convertor AC semiconductor care convertește curentul alternativ de o frecvență în curent alternativ de altă frecvență.

Un convertor de frecvență este un dispozitiv folosit pentru a asigura controlul continuu al unui proces. De obicei, convertizorul de frecvență este capabil să controleze viteza și cuplul și/sau .

Convertor de frecvență de joasă putere

Convertizoarele de frecvență sunt din ce în ce mai utilizate în diverse aplicații industriale și de transport. Datorită dezvoltării elementelor semiconductoare de putere, cele cu control PWM devin din ce în ce mai răspândite. Sunt numite dispozitive care convertesc un semnal DC într-un semnal AC cu tensiunea și frecvența dorite invertoare. O astfel de conversie poate fi efectuată folosind comutatoare electronice (BJT, MOSFET, IGBT, MCT, SIT, GTO) și tiristoare, în funcție de sarcină.

În prezent, cea mai mare parte a energiei electrice produsă în lume este folosită pentru muncă. Conversia energiei electrice în putere mecanică se realizează folosind motoare electrice cu puteri cuprinse între mai puțin de un watt și câteva zeci de megawați.

maxim ;
gamă largă de reglare lină a vitezei de rotație, accelerației, unghiului și poziției liniare;
eliminarea rapidă a erorilor atunci când semnalele de control și/sau interferența se schimbă;
utilizare maximă în perioadele de tensiune sau curent redus;
fiabilitate, control intuitiv.

Design convertor de frecvență

Elementele principale ale convertizorului de frecvență sunt sectiunea de putere(convertor de energie electrică) și dispozitiv de control(controlor). Convertizoarele de frecvență moderne au de obicei o arhitectură modulară, care vă permite să extindeți capacitățile dispozitivului. De asemenea, este adesea posibil să instalați module de interfață suplimentare și module de extindere I/O.

Notă:

Niciun raspuns.
Cu feedback.
În stare de echilibru

Metode de modulare

Dezvoltarea pe scară largă a convertoarelor de putere electrică în ultimele decenii a condus la o creștere a cercetărilor în domeniul modulației. Metoda de modulare afectează în mod direct eficiența întregului sistem de alimentare (secțiune de putere, sistem de control), determinând beneficiile economice și performanța produsului final.

Scopul principal al metodelor de modulare este de a obține forme de undă mai bune (tensiuni și curenți) cu pierderi minime. Alte sarcini minore de control pot fi realizate prin utilizarea tehnicii corecte de modulare, cum ar fi reducerea zgomotului în modul comun, nivelarea tensiunii DC, reducerea ondulației curentului de intrare și reducerea ratei de mișcare. Este imposibil să atingeți toate obiectivele de management simultan; este necesar un compromis. Fiecare aplicație trebuie studiată în profunzime pentru a determina cea mai potrivită metodă de modulare.

PWM - modularea lățimii impulsului
SVM - modulație vectorială spațială
modulația armonică
Metode de comutare cu frecvență variabilă

Invertor de tensiune

Invertorul de tensiune este cel mai comun printre convertoarele de putere.

Invertor de tensiune pe două niveluri

Invertorul cu sursă de tensiune cu două niveluri este cea mai utilizată topologie de convertor de energie. Este alcătuit dintr-un condensator și două comutatoare semiconductoare de putere pe fază. Semnalul de control pentru comutatoarele de putere superioare și inferioare este cuplat și generează doar două stări posibile de tensiune de ieșire (sarcina este conectată la șina pozitivă sau negativă a sursei de tensiune DC).

Tensiunea de fază a invertorului de tensiune cu două niveluri

Convertor cu punte H în cascadă

Convertor în cascadă- un convertor foarte modular format din mai multe invertoare monofazate, numite de obicei celule de putere, conectate în serie pentru a forma o fază. Fiecare celulă de putere este realizată din componente standard de joasă tensiune, ceea ce asigură o înlocuire ușoară și ieftină în caz de defecțiune.

Principalul avantaj al acestui convertor este utilizarea numai a componentelor de joasă tensiune, în timp ce face posibilă controlul sarcinilor puternice în domeniul de medie tensiune. Deși frecvența de comutare în fiecare celulă este scăzută, frecvența de comutare echivalentă aplicată sarcinii este mare, ceea ce reduce pierderile de comutare, oferă o rată de trecere a tensiunii scăzute (dv/dt) și ajută la evitarea rezonanțelor.

Convertor de condensator plutitor

Tensiunea de ieșire a unui convertor cu condensator plutitor este obținută prin conectarea directă a ieșirii de fază la magistrala pozitivă, negativă sau conectarea prin condensatoare. Numărul de niveluri de tensiune de ieșire depinde de numărul de condensatori pad și de relația dintre diferitele tensiuni.

Acest convertor, ca și în cazul, are și o topologie modulară, în care fiecare celulă este formată dintr-un condensator și două comutatoare conectate. Cu toate acestea, spre deosebire de un convertor în cascadă, adăugarea de comutatoare de putere suplimentare la un convertor de condensator nu crește puterea nominală a convertorului, ci doar reduce rata de variare a tensiunii (dv/dt), îmbunătățind distorsiunea armonică a semnalului de ieșire. La fel ca un convertor în cascadă, modularitatea reduce costurile de înlocuire a componentelor, facilitează suportul și permite funcționarea tolerantă la erori.

Un convertor de condensator necesită o singură sursă de curent continuu pentru a alimenta toate celulele și fazele. Prin urmare, se poate renunța la un transformator de intrare, iar numărul de celule poate fi mărit în mod arbitrar în funcție de puterea de ieșire necesară. Similar cu , acest convertor necesită un algoritm de control special pentru a regla tensiunea pe condensatoare.

Invertor de curent

Pentru a funcționa, un invertor de curent necesită întotdeauna un redresor controlat pentru a furniza curent constant la legătura DC. Topologia standard utilizează de obicei redresoare cu tiristoare. Pentru a reduce zgomotul în sarcină, inductanța divizată este utilizată în legătura CC. Invertorul de curent are un circuit de comutator de alimentare similar cu , dar tiristoarele de control integrate (IGCT) sunt utilizate ca comutatoare de alimentare. Curentul de ieșire este sub formă de PWM și nu poate fi aplicat direct la o sarcină inductivă (motor), astfel încât invertorul de curent include în mod necesar un filtru capacitiv de ieșire care netezește curentul și emite o tensiune netedă la sarcină. Acest convertor poate fi implementat pentru a funcționa la tensiuni medii și, în plus, este capabil în mod inerent recuperarea energiei.

Convertoare directe

Convertizoarele directe transferă energia direct de la intrare la ieșire fără utilizarea elementelor de stocare a energiei. Principalul avantaj al acestor convertoare este dimensiunile lor mai mici. Dezavantajul este necesitatea unei scheme de control mai complexe.

Cicloconvertor face parte din categoria convertoarelor directe. Acest convertor a fost utilizat pe scară largă în aplicații care necesită putere mare. Acest convertor constă din convertoare cu tiristoare duale pe fază, care pot genera o tensiune DC variabilă controlată pentru a urma un semnal sinusoidal de referință. Intrarea fiecărui convertor este alimentată de un transformator phos-shifting, unde armonicile de ordin scăzut ale curentului de intrare sunt eliminate. Tensiunea de ieșire este rezultatul unei combinații de segmente de tensiune de intrare în care fundamentala urmează semnalul de referință. Prin natura sa, acest convertor este foarte potrivit pentru conducerea sarcinilor de joasă frecvență și de mare putere.

Convertor matriceîn variantele sale directe și indirecte aparține și categoriei transformatoarelor directe. Principiul de bază de funcționare convertor direct matricial(convertor direct de matrice) - capacitatea de a conecta faza de ieșire la oricare dintre tensiunile de intrare. Convertorul este format din nouă comutatoare bidirecționale care pot conecta orice fază de intrare la orice fază de ieșire, permițând curentului să circule în ambele direcții. Pentru a îmbunătăți curentul de intrare, este necesar un filtru inductiv-capacitiv de ordinul doi. Ieșirea este conectată direct la o sarcină inductivă. Nu toate combinațiile de taste disponibile sunt posibile, ele sunt limitate la doar 27 de stări de comutare valide. După cum am menționat mai devreme, principalul avantaj al convertoarelor matriceale este dimensiunea lor mai mică, ceea ce este important pentru aplicațiile de automobile și aviație.

Convertor matricial indirect(convertor de matrice indirectă) constă dintr-un redresor trifazat bidirecțional, o legătură CC virtuală și un invertor trifazat. Numărul de semiconductori de putere este același ca pentru convertoarele matrice directe (dacă un comutator bidirecțional este tratat ca două comutatoare unidirecționale), dar numărul de stări posibile de pornire este diferit. Folosind aceeași configurație a convertorului matriceal indirect, este posibil să se simplifice topologia acestuia și să se reducă numărul de elemente prin limitarea funcționării acestuia la tensiune pozitivă în legătura CC virtuală. Se numește topologia redusă convertor matriceal rar(convertor matriceal rar).

Pentru a converti curentul continuu în curent alternativ, se folosesc dispozitive electronice speciale de putere numite invertoare. Cel mai adesea, un invertor convertește tensiunea DC de o magnitudine în tensiune AC de altă magnitudine.

Prin urmare, un invertor este un generator de tensiune care variază periodic, iar forma tensiunii poate fi sinusoidală, apropiată de sinusoidală sau pulsată. Invertoarele sunt utilizate atât ca dispozitive independente, cât și ca parte a sistemelor de alimentare neîntreruptibilă (UPS).

Ca parte a surselor de alimentare neîntreruptibilă (UPS), invertoarele permit, de exemplu, să obțină o alimentare continuă a sistemelor informatice, iar dacă tensiunea rețelei dispare brusc, invertorul va începe instantaneu să alimenteze computerul cu energia primită de la bateria de rezervă. Cel puțin utilizatorul va avea timp să se închidă corect și să închidă computerul.

Dispozitivele de alimentare neîntreruptibilă mai mari folosesc invertoare mai puternice cu baterii de capacitate semnificativă, capabile să alimenteze autonom consumatorii ore întregi, indiferent de rețea, iar când rețeaua revine la normal, UPS-ul va comuta automat consumatorii direct în rețea, iar bateriile vor începe să se încarce.

Partea tehnică

În tehnologiile moderne de conversie a energiei electrice, un invertor poate acționa doar ca o legătură intermediară, unde funcția sa este de a converti tensiunea prin transformare la o frecvență înaltă (zeci și sute de kiloherți). Din fericire, astăzi această problemă poate fi rezolvată cu ușurință, deoarece pentru dezvoltarea și construcția invertoarelor sunt disponibile atât întrerupătoare semiconductoare care pot rezista la curenți de sute de amperi, cât și circuite magnetice cu parametrii necesari și microcontrolere electronice special concepute pentru invertoare. (inclusiv cele rezonante).

Cerințele pentru invertoare, ca și pentru alte dispozitive de putere, includ: eficiență ridicată, fiabilitate și dimensiuni și greutate cât mai mici. De asemenea, este necesar ca invertorul să mențină nivelul permis de armonici mai mari în tensiunea de intrare și să nu creeze un zgomot de impuls inacceptabil de puternic pentru consumatori.

În sistemele cu surse de electricitate „verzi” (panouri solare, turbine eoliene), invertoarele Grid-Tie sunt folosite pentru a furniza energie electrică direct la rețeaua generală - invertoare care pot funcționa sincron cu rețeaua industrială.

În timpul funcționării invertorului de tensiune, o sursă de tensiune constantă este conectată periodic la circuitul de sarcină cu polaritate alternativă, în timp ce frecvența conexiunilor și durata acestora sunt formate de un semnal de control care vine de la controler.

Controlerul din invertor îndeplinește de obicei mai multe funcții: reglarea tensiunii de ieșire, sincronizarea funcționării comutatoarelor cu semiconductor și protejarea circuitului de suprasarcină. În principiu, invertoarele sunt împărțite în: invertoare autonome (invertoare de curent și invertoare de tensiune) și invertoare dependente (driven-driven, Grid-tie etc.)

Proiectarea circuitului invertorului

Comutatoarele semiconductoare ale invertorului sunt controlate de un controler și au diode de șunt invers. Tensiunea la ieșirea invertorului, în funcție de puterea curentă a sarcinii, este reglată prin modificarea automată a lățimii impulsului în unitatea de convertizor de înaltă frecvență, în cel mai simplu caz acesta este.

Semiundele tensiunii de joasă frecvență de ieșire trebuie să fie simetrice, astfel încât circuitele de sarcină să nu primească în niciun caz o componentă constantă semnificativă (pentru transformatoare, acest lucru este deosebit de periculos pentru aceasta, lățimea impulsului blocului de joasă frecvență (in cel mai simplu caz) se face constant.

În controlul comutatoarelor de ieșire ale invertorului se folosește un algoritm care asigură o modificare secvențială a structurilor circuitului de putere: direct, scurtcircuitat, invers.

Într-un fel sau altul, mărimea puterii de sarcină instantanee la ieșirea invertorului are un caracter pulsatoriu cu frecvență dublă, astfel încât sursa primară trebuie să permită un astfel de mod de funcționare atunci când curg curenții pulsatori prin ea și să reziste la nivelul corespunzător de interferență ( la intrarea invertorului).

Dacă primele invertoare au fost exclusiv mecanice, astăzi există multe opțiuni pentru circuitele invertoare pe bază de semiconductori și există doar trei circuite tipice: punte fără transformator, push-pull cu borna zero a transformatorului, punte cu transformator.

Un circuit de punte fără transformator se găsește în dispozitivele de alimentare neîntreruptibilă cu o putere de 500 VA sau mai mult și în invertoarele auto. Un circuit push-pull cu un terminal de transformator zero este utilizat în UPS-urile de putere redusă (pentru computere) cu o putere de până la 500 VA, unde tensiunea bateriei de rezervă este de 12 sau 24 de volți. Un circuit de punte cu un transformator este utilizat în sursele de alimentare neîntreruptibile puternice (pentru unități și zeci de kVA).

În invertoarele de tensiune cu ieșire dreptunghiulară, un grup de comutatoare cu diode cu roată liberă este comutat astfel încât să se obțină o tensiune alternativă pe sarcină și să asigure un mod de circulație controlat în circuit.

Proporționalitatea tensiunii de ieșire este determinată de: durata relativă a impulsurilor de comandă sau defazarea dintre semnalele de comandă ale grupurilor de taste. Într-un mod de circulație necontrolată a energiei reactive, consumatorul influențează forma și mărimea tensiunii la ieșirea invertorului.

În invertoarele de tensiune cu o ieșire în trepte, pre-convertorul de înaltă frecvență generează o curbă de tensiune în trepte unipolară, aproximând aproximativ o formă sinusoidă, a cărei perioadă este egală cu jumătate din perioada tensiunii de ieșire. Circuitul podului LF transformă apoi curba pas unipolară în două jumătăți ale unei curbe multipolare, asemănând aproximativ cu o undă sinusoidală în formă.

În invertoarele de tensiune cu o formă de undă de ieșire sinusoidală (sau aproape sinusoidală), convertorul preliminar de înaltă frecvență generează o tensiune constantă apropiată ca mărime de amplitudinea viitoarei ieșiri sinusoidale.

După aceasta, circuitul puntea formează o tensiune alternativă de joasă frecvență dintr-o tensiune continuă, folosind PWM multiple, atunci când fiecare pereche de tranzistoare la fiecare semiciclu al sinusoidului de ieșire este deschisă de mai multe ori pentru un timp care variază în funcție de o lege armonică. Filtrul trece-jos extrage apoi o undă sinusoidală din forma de undă rezultată.

Cele mai simple circuite pentru conversia preliminară de înaltă frecvență în invertoare sunt autogeneratoare. Sunt destul de simple din punct de vedere al implementării tehnice și sunt destul de eficiente la puteri mici (până la 10-20 W) pentru alimentarea sarcinilor care nu sunt critice pentru procesul de alimentare cu energie. Frecvența auto-oscilatoarelor nu este mai mare de 10 kHz.

Feedback-ul pozitiv în astfel de dispozitive este obținut din saturarea circuitului magnetic al transformatorului. Dar pentru invertoarele puternice astfel de scheme nu sunt acceptabile, deoarece pierderile în comutatoare cresc, iar eficiența ajunge să fie scăzută. Mai mult, orice scurtcircuit la ieșire perturbă auto-oscilațiile.

Circuite mai bune pentru convertoarele preliminare de înaltă frecvență sunt flyback (până la 150 W), push-pull (până la 500 W), semi-bridge și bridge (mai mult de 500 W) pe controlerele PWM, unde frecvența de conversie atinge sute de kiloherți .

Tipuri de invertoare, moduri de funcționare

Invertoarele de tensiune monofazate sunt împărțite în două grupe: cu ieșire cu undă sinusoidală pură și cu undă sinusoidală modificată. Cele mai multe dispozitive moderne permit o formă simplificată a semnalului de rețea (undă sinusoidală modificată).

O undă sinusoidală pură este importantă pentru dispozitivele care au motor electric sau transformator la intrare sau dacă este un dispozitiv special care funcționează doar cu undă sinusoidală pură la intrare.

Invertoarele trifazate sunt utilizate de obicei pentru a crea curent trifazat pentru motoarele electrice, cum ar fi sursa de alimentare. În acest caz, înfășurările motorului sunt conectate direct la ieșirea invertorului. În ceea ce privește puterea, invertorul este selectat pe baza valorii sale de vârf pentru consumator.

În general, există trei moduri de funcționare ale invertorului: modul de pornire, continuu și suprasarcină. În modul de pornire (încărcarea capacității, pornirea frigiderului), puterea poate depăși pentru o fracțiune de secundă de două ori valoarea nominală a invertorului, aceasta este acceptabilă pentru majoritatea modelelor. Mod pe termen lung - corespunzând valorii nominale a invertorului. Modul de suprasarcină - când puterea consumatorului este de 1,3 ori mai mare decât cea nominală - în acest mod, invertorul mediu poate funcționa aproximativ o jumătate de oră.

Impacturi; convertor Element care convertește acțiunile de intrare sau semnalele de un tip în acțiuni de ieșire sau semnale de alt tip Notă. Termenul convertor de semnal al mașinii electrice este definit în mod similar... ... Dicționar terminologic explicativ politehnic

Receptor, reductor, translator, transformator, convertor; solion, unitate, reformist, punte, convertor, transvertor, redresor, reformator, schimbător, perestroika, senzor, scanistor, transformator, reorganizator Dicționar de sinonime rusești.… … Dicţionar de sinonime

Electromecanic sau un traductor electroacustic, a cărui acțiune se bazează pe efectul de magnetostricție. În câmpul magnetic, de regulă, magnetostricția liniară a fero-ului sau ferimagneților este utilizată în domeniul tehnologiei. magnetizare (vezi Ferromagnetism... Enciclopedie fizică

convertor- CONVERTOR, reorganizator, reformator... Dicționar-tezaur de sinonime ale vorbirii ruse

CONVERTOR- un dispozitiv care convertește cantități de un tip (energie, semnale) în alte tipuri și forme, convenabil pentru utilizare ulterioară. P., variate ca principiu de funcționare și proiectare, sunt utilizate pe scară largă în automatizare și telemecanică, informatică și... ... Marea Enciclopedie Politehnică

CONVERTOR, eu, soț. 1. Cel care transformă, a transformat ceea ce n. 2. Dispozitiv de conversie a energiei electrice. Curent electric p.p. | neveste convertor, s (la 1 valoare). Dicționarul explicativ al lui Ozhegov. SI. Ozhegov, N.Yu. Shvedova... Dicționarul explicativ al lui Ozhegov

- (Convertor) o mașină rotativă pentru transformarea: curentului continuu al unei tensiuni în curent continuu al altei tensiuni, curentului alternativ în curent continuu și invers; curent alternativ în curent alternativ, dar cu un număr diferit de perioade. După proiectul lui P. ...... Dicţionar marin

convertor- Un dispozitiv pentru conversia formelor de semnal de la un tip la altul (de exemplu, de la serial la paralel sau de la analog la discret), precum și pentru transferul semnalelor de la o frecvență la alta. [L.M. Nevdiaev. Tehnologii de telecomunicații… Ghidul tehnic al traducătorului

convertor- 3.1 traductor: un dispozitiv pentru transformarea unei mișcări mecanice măsurate, cum ar fi accelerația într-o direcție dată, într-o mărime adecvată pentru măsurare sau înregistrare. Notă Convertorul poate include... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Convertorul este un dispozitiv electric. În funcție de aplicație, poate însemna: în electronică: Convertor analog-digital Convertor digital-analog Convertor electron-optic Flyback... ... Wikipedia

Cărți

Transformator, Olga Golosova. De la editor: Singur pe stradă - fără bani, fără casă, fără prieteni. Dacă ai fi oligarh chiar ieri? Dacă lumea ți-ar fi servit pe tine și numai pe tine? E o rușine? Ce vei face pentru o promisiune de a returna toate acestea?...
Transformator, Olga Golosova. Singur pe stradă - fără bani, fără casă, fără prieteni. Dacă ai fi oligarh chiar ieri? Dacă lumea ți-ar fi servit pe tine și numai pe tine? E o rușine? Ce vei face pentru o promisiune de a returna toate acestea? Așa e - asta e...

Știința modernă explică existența electricității prin acumulări de sarcini de semne opuse. Natura produce o cantitate incredibilă de electricitate. Forțele de frecare din atmosferă creează întinderi uriașe de nori cu tunete. Tensiuni de milioane de volți apar între nori și suprafața pământului. Câteva minute de furtuni cu fulgere sunt echivalente ca putere electrică cu funcționarea continuă a unei centrale mari.

Dar s-ar putea să nu fie fulgere. Cu toate acestea, electricitatea încă plutește în spațiul dintre cer și pământ.

Evident, tensiunea este primul și principalul parametru al energiei electrice.

În natură, există tensiuni care se schimbă încet și dispar aproape instantaneu. Furtuna capătă treptat putere, sarcinile de la frecarea straturilor de aer în mișcare devin din ce în ce mai mari. Tensiunea dintre nori și suprafața pământului crește.

Dacă mișcarea maselor de aer se oprește la un moment dat, tensiunea va scădea treptat. Dacă nu, un fulger va „zero” instantaneu tensiunea.

Este evident că curentul electric, care are forma fulgerului, este al doilea parametru al energiei electrice.

Pe măsură ce știința s-a dezvoltat, oamenii au învățat să simuleze procesele electrice atmosferice inventând o mașină electrostatică sau, așa cum se numește altfel, o mașină electroforică:

Această mașină a devenit primul convertor de energie mecanică în electricitate. Cu toate acestea, această transformare nu a putut fi reversibilă. Deși mașina era o sursă de tensiune și curent, problema era că nu se puteau face alte transformări ale energiei electrice. Dar, de-a lungul timpului, știința a descoperit un alt motiv pentru apariția sarcinilor electrice. Nu numai frecarea, ci și un câmp magnetic s-au dovedit a fi capabili să creeze electricitate.

Această descoperire s-a dovedit a fi complet determinată de dezvoltarea tehnologiei. Când au apărut un fir metalic și un magnet permanent, a căror interacțiune nu există în natură, a devenit posibilă descoperirea inducției electromagnetice. S-a dovedit că energia electrică rezultată este direct legată de viteza de mișcare reciprocă a magnetului și a firului.

Evident, frecvența este al treilea parametru al energiei electrice.

După descoperirea de către Faraday a fenomenului inducției electromagnetice, au fost inventate diverse mașini electrice, inclusiv convertoare de energie electrică. Primele dintre acestea au fost transformatoarele, care au făcut posibilă transmiterea energiei electrice prin fire pe distanțe lungi. S-a dovedit că tensiunea alternativă la capetele înfășurării bobinei este distribuită uniform între spirele sale. Fiecare tură produce aceeași tensiune.

Prin urmare, numărul de spire ale înfășurării va determina tensiunea care poate fi utilizată pentru alimentarea noului circuit electric. De asemenea, s-a dovedit că tura suplimentară care înconjoară miezul bobinei în afara înfășurării principale are aceeași tensiune la capetele sale ca tura înfășurării principale. Astfel de bobine, care acoperă un circuit magnetic comun, au început să fie numite transformatoare. Dacă toate bobinele erau conectate între ele într-un circuit în serie, un astfel de dispozitiv se numea autotransformator.

Un autotransformator, cu aceiași parametri pentru conversia energiei electrice, se dovedește a fi mai eficient decât un transformator, deoarece are o conexiune electrică între înfășurări. Prin urmare, poate transmite mai multă putere electrică consumatorului. Într-un transformator, există doar cuplare electromagnetică între înfășurări.

Dar această caracteristică asigură izolarea electrică completă a înfășurărilor între ele. Din acest motiv, transformatoarele sunt utilizate pe scară largă în toate dispozitivele electrice care sunt alimentate de rețeaua electrică pentru a furniza energie în siguranță acestor dispozitive. Transformatoarele vă permit să schimbați doar tensiunea și curentul, lăsând frecvența acestora fără nicio modificare. Ele sunt încă folosite în această calitate și astăzi. Și în sistemele de alimentare la distanță lungă, transformatoarele au atins dimensiuni enorme. O astfel de unitate este prezentată în imaginea de mai jos:

Dar după apariția transformatoarelor, a apărut o altă posibilitate de transformare a energiei electrice.

Mulinete

S-a dovedit că orice bobină stochează energie într-un câmp electromagnetic. Există de ceva timp după ce curentul electric încetează să curgă prin înfășurarea bobinei. Și la capetele înfășurării bobinei, tensiunea continuă să existe în acest timp. Acest fenomen a ajuns să fie numit fem autoindusă. De asemenea, s-a dovedit că magnitudinea FEM de auto-inducție depinde de viteza cu care curentul electric este oprit în bobină.

Cu cât curentul scade mai repede, cu atât este mai mare tensiunea la capetele înfășurării. Un astfel de convertor de energie electrică și-a primit numele de la numele inventatorului său și a devenit cunoscut sub numele de „bobina Ruhmkorff”, a cărei imagine este afișată mai jos, în stânga. Sistemul clasic de aprindere al unui motor pe benzină funcționează pe același principiu.

Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp a fost posibilă convertirea frecvenței tensiunii și curentului numai prin rotație. Un motor sincron, care s-a rotit la o frecvență determinată de frecvența tensiunii de alimentare, a rotit generatorul. Pentru a crește frecvența, se poate folosi fie o cutie de viteze de creștere a vitezei, fie creșterea numărului de poli generatorului, sau ambele. Problema obținerii curentului redresat a fost rezolvată în mod similar. Contactele mecanice, de exemplu, un comutator de motor, au trecut doar o jumătate din ciclul curent. Aceste impulsuri au intrat într-un circuit electric comun și astfel s-a obținut un curent redresat al ambelor semicicluri.

Dispozitivele electronice au adus o contribuție decisivă la dezvoltarea conversiei energiei electrice. Acestea au făcut posibilă crearea redresoarelor și convertoarelor de frecvență fără piese în mișcare, oferind parametri de electricitate de neatins pentru dispozitivele create pe principii mecanice. A devenit posibil să se creeze generatoare puternice de înaltă frecvență numite invertoare. O creștere a frecvenței a făcut posibilă reducerea de mai multe ori a dimensiunii transformatoarelor.

Invertoare

Invertoarele au fost dezvoltate în continuare odată cu apariția dispozitivelor semiconductoare puternice de înaltă tensiune - tranzistoare și tiristoare. Odată cu apariția lor, conversia puterii de înaltă frecvență a acoperit aproape toate dispozitivele cu surse de alimentare secundare. Circuitele invertoare au devenit utilizate pe scară largă pentru balasturile electronice pentru lămpile cu descărcare în gaz. În același timp, s-a obținut o calitate superioară a luminii cu economii semnificative de energie.

Cel mai important moment în dezvoltarea conversiei energiei electrice au fost invertoarele și redresoarele pentru liniile electrice de înaltă tensiune. Astfel de scheme de alimentare la distanță lungă au început să fie utilizate cu destul de mult timp în urmă odată cu apariția supapelor cu mercur - dispozitive puternice specializate de vid electric.

Au fost apoi înlocuite cu tiristoare și tranzistoare mai eficiente. Convertizoarele de putere semiconductoare sunt capabile să transmită 3,15 gigawați-oră de energie electrică pe o distanță de 2.400 km în sistemul electric actual al Braziliei. Astfel de sisteme de transmisie a energiei sunt viitorul. Liniile electrice care funcționează pe curent continuu sunt lipsite de reactanță și pierderi de energie electrică asociate cu tensiunea și curentul alternativ.

Ele nu conțin alte procese și fenomene care interferează foarte mult cu funcționarea în comun a mai multor sisteme de generare și transport de energie într-o singură schemă de alimentare. Dar frecarea și electromagnetismul nu sunt singurele procese care sunt folosite pentru a converti electricitatea. Cam în aceiași ani de la descoperirea fenomenului de inducție electromagnetică, a fost descoperit efectul piezoelectric.

Ca urmare, a fost găsit un grup de minerale, iar ulterior au fost create artificial materiale cu proprietăți piezoelectrice. Aceste proprietăți constau în transformarea forțelor mecanice aplicate unui eșantion de material piezoelectric în impulsuri electrice. Dar este posibilă și conversia inversă a impulsurilor electrice în deformații mecanice ale probei. Pe baza unor astfel de mostre, este posibil să se fabrice un transformator fără înfășurări și câmpuri magnetice în și în afara miezului.

Un astfel de transformator va crește tensiunea aplicată de mai multe ori cu dimensiuni și greutate minime. Va fi doar o placă ceramică cu fire lipite.

În acest caz, puterea rezultată nu va fi mare. Dar câștigul în dimensiune și cost în comparație cu un transformator electromagnetic va fi semnificativ. Astfel de transformatoare piezoelectrice sunt utilizate în sursele de alimentare secundare. De asemenea, toți fumătorii moderni folosesc brichete în care scânteia este creată de un transformator piezoelectric miniatural.

Dezvoltarea în continuare a convertoarelor de putere este o luptă pentru creșterea frecvenței tensiunii și a curentului. Acest proces este asociat cu necesitatea de a crea noi dispozitive și materiale semiconductoare. Lucrările unor scriitori de science fiction menționează un fascicul de energie folosit în locul liniilor electrice. Poate că profețiile lor se vor împlini.