Преобразователи постоянного тока в переменный

Преобразователями постоянного тока в переменный являются инверторы.

Инвертор — устройство для преобразования постоянного тока или переменного в переменный ток^[1] с изменением величины напряжения или без и частоты. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде или дискретного сигнала.

Различают управляемы и неуправляемые инверторы. Управляемые инверторы выполняются на базе тиристоров(однофазные инверторы), неуправляемые выполняются на базе диодов(трехфазные, n-фазные инверторы).

Преобразователи постоянного тока в постоянный

без изменением параметров

Преобразователями постоянного тока в постоянный без изменением параметров явряются однофазные инверторы.

Однофазный инвертор

Инвертор автомобильный. Преобразует постоянное напряжение бортовой сети (12В) в переменное напряжение бытовой электросети (220В).

Рисунок 20 - Синусоида, снятая в сети 220

Верхушки срезаны из-за большого числа импульсных преобразователей

Рисунок 21 - Модифицированный синус, снятый с ИБП

Модифицированный синус, снятый с ИБП, работающего от аккумулятора

Существуют несколько групп инверторов, которые различаются по стоимости примерно в 15 раз:

• Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.

• Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощённой формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса

Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощённой формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной аудио аппаратуры. Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.

Существуют три режима работы инвертора:

• Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.

• Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.

• Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.

В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна либо выше расчётной мощности ветроустановки.

Преобразователи постоянного тока в постоянный

с изменением параметров

Преобразователями постоянного тока в постоянный с изменением параметров являются трехфазные инверторы и N-фазные инверторы.

Трёхфазные инверторы

Рисунок 22 - Тиристорный (GTO) тяговый преобразователь по схеме «Ларионов-звезда»

Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора.

Высокомощные трёхфазные инверторы применяются в тяговых преобразователях в электроприводе локомотивов, теплоходов, троллейбусов (например, АКСМ-321), трамваев, прокатных станов, буровых вышек, в индукторах (установки индукционного нагрева[2]).

На рисунке приведена схема тиристорного тягового преобразователя по схеме «Ларионов-звезда». Теоретически возможна и другая разновидность схемы Ларионова «Ларионов-треугольник», но она имеет другие характеристики (эквивалентное внутреннее активное сопротивление, потери в меди и др.).

N-фазные инверторы

Однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные инверторы строят по таким же схемам, как и однофазные, двухфазные, трёхфазные и многофазные выпрямители, только вместо диодов ставят ключи, тиристорные (GTO), транзисторные (IGBT, БСИТ) или др.

Конденционеры электроэнергии

Кондиционер электроэнергии – стабилизатор напряжения или тока.

Стабилизатор напряжения — преобразователь электрической энергии, позволяющий получить на выходе напряжение, находящееся в заданных пределах при значительно больших колебаниях входного напряжения и сопротивления нагрузки.

По типу выходного напряжения стабилизаторы делятся на стабилизаторы постоянного тока и переменного тока. Как правило, тип питания (постоянный либо переменный ток) такой же, как и выходное напряжение, хотя возможны исключения.

Стабилизаторы постоянного тока

Рисунок 23 - Микросхема линейного стабилизатора КР1170ЕН8

Линейный стабилизатор

Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности P_расс = (U_in — U_out) * I_t рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, т. е. должен быть установлен на радиатор нужной площади. Преимущество линейного стабилизатора — простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.

В зависимости от расположения элемента с изменяемым сопротивлением линейные стабилизаторы делятся на два типа:

• Последовательный: регулирующий элемент включен последовательно с нагрузкой.

• Параллельный: регулирующий элемент включен параллельно нагрузке.

В зависимости от способа стабилизации:

• Параметрический: в таком стабилизаторе используется участок ВАХ прибора, имеющий большую крутизну.

• Компенсационный: имеет обратную связь. В нём напряжение на выходе стабилизатора сравнивается с эталонным, из разницы между ними формируется управляющий сигнал для регулирующего элемента.

- Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Рисунок 24 - Параллельный параметрический стабилизатор на стабилитроне

Применяется для стабилизации напряжения в слаботочных схемах, так как для нормальной работы схемы ток через стабилитрон D1 должен в несколько раз (3-10) превышать ток в стабилизируемой нагрузке R_L. Часто такая схема линейного стабилизатора применяется как источник опорного напряжения в более сложных схемах стабилизаторов.

- Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Рисунок 25 - Последовательный стабилизатор на биполярном транзисторе

Основными моментами, необходимыми для понимания работы этого стабилизатора, являются:

1) Напряжение U_be практически не зависит от величины тока, протекающего через p-n переход и для приборов на основе кремния приблизительно составляет 0,6В. В расчётах схем на биполярных транзисторах чаще всего используют именно такое значение, реже 0,7В. Это напряжение, необходимое для преодоления так называемого потенциального барьера p-n перехода, существующего между областями эмиттера и базы;

2) Напряжение U_z практически не зависит от величины тока, протекающего через стабилитрон и равно напряжению стабилизации стабилитрона.

Но выходное напряжение U_out = U_z — U_be. То есть выходное напряжение U_out постоянно и не зависит от тока, протекающего по нагрузке. Можно сказать, что выходное напряжение не зависит от величины нагрузки R_L.

Изменения входного напряжения U_in (если оно несколько больше ожидаемого выходного напряжения) также не приводят к изменениям выходного напряжения U_out. Вариант объяснения работы этого стабилизатора, начинающийся с предположения об изменении выходного напряжения U_out с последующей компенсацией за счёт изменения тока, не даёт понимания откуда берётся первоначальное изменение U_out. На самом деле незначительные изменения U_out вызваны незначительными изменениями напряжений U_be=0,6 В и U_z, вызванными изменениями протекающих через них токов. А причиной изменения токов является изменение величины нагрузки R_L + изменение входного напряжения U_in.

- Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Рисунок 26 - Последовательный компенсационный стабилизатор с применением операционного усилителя

Часть выходного напряжения U_out снимаемая с потенциометра R2 сравнивается с опорным напряжением U_z на стабилитроне D1, разность напряжений усиливается операционным усилителем U1 и подаётся на базу регулирующего транзистора, включенного по схеме эмиттерного повторителя^[1]. Для устойчивой работы схемы петлевой сдвиг фазы должен быть близок к 180°+n*360°. Так как часть выходного напряжения U_out подаётся на инвертирующий вход операционного усилителя U1, то операционный усилитель U1 сдвигает фазу на 180°, регулирующий транзистор включен по схеме эмиттерного повторителя, который фазу не сдвигает. Петлевой сдвиг фазы равен 180°, условие устойчивости по фазе соблюдается.