Все виды преобразователей напряжения. Что такое преобразователь напряжения.

Эти устройства способны оценить выходное напряжение и увеличить его. На практике чаще всего встречаются установки, позволяющие непрерывно изменять значение выходного потенциала.

Преобразователь напряжения

Трансформатор напряжения — это устройство, которое изменяет напряжение в цепи. В зарубежной литературе указывается, что это цепь переменного тока, в противном случае устройство называют DC-DC конвертером. Последние считаются полноправными членами семьи.

Необходимость в устройстве такого типа возникает, когда электроприбор должен быть внедрен в области, где стандарты промышленных сетей электроснабжения отличаются от стандартов, установленных разработчиками продукта. Частоты и амплитуды напряжения в США сравниваются с частотами и амплитудами напряжения в Европе и России. Мы видим несколько причин для этого. Тесла отметил: увеличивая частоту, можно резко уменьшить вес медной обмотки трансформатора; когда параметр достигает 700 Гц, электричество становится практически безопасным для человеческого организма. В то же время потери в сердечнике увеличиваются, и электромагнитная волна начинает излучаться в пространство.

После проверки обоснованности аргументов, США, под влиянием Николы Теслы, узаконили частоту 60 Гц. В России (Европе) были приняты во внимание доводы известного инженера Доливо-Добровольского (который установил преимущества трехфазных сетей). По всей Евразии 50 Гц стали стандартом де-факто. Амплитуды напряжения были выбраны целесообразно. 220 вольт опасны для человека, потребитель потребляет меньший ток за то же время. Поперечное сечение медных проводников может быть значительно уменьшено. Американский переменный ток напряжением 110 вольт нельзя считать полностью безопасным. Люди знают, узнали из боевиков, не раз главный герой уничтожал врага электрическим разрядом из местной электросети.

Влияние параметров на машины описывается просто:

1. Частота оборотов двигателя определена амплитудой приложенного напряжения. Скорость вращения вала асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором напрямую зависит от частоты питающей сети.
2. Нагревательные приборы рассчитаны на рабочий ток, пропорциональный величине напряжения. Сопротивление преимущественно активное. Мощность изменяется вчетверо (ток берется в квадрате) при аналогичном варьировании между сетями 110/220 вольт. Потребитель ожидает от изделия номинальных параметров, прибор может быть не рассчитан на нестандартную эксплуатацию.
3. Бытовая техника в составе часто использует напряжения отличные от сетевых со строго определенной амплитудой. Обеспечиваются условия блоком питания. Для нормальной работы требуется преобразователь напряжения.

Зачем мировой практике разные напряжения

С начала 20-го века электрификация осуществляется в широких масштабах. В процесс было вовлечено большое количество людей, преследовавших как собственные, так и объективные интересы. Эдисон продвигал постоянный ток, Тесла — переменный. У Доливо-Добровольского были причины не любить второго ученого (конфликт интересов в области трехфазных сетей); возможно, он ввел частоту 50 Гц, хотя США и Европа прислушивались к мнению инженера, который был ближе всего к нему.

Что касается СССР, то тут сомнений нет: 220 вольт оставили только для военных, стратегических целей противостояния в холодной войне. Диаметр сигареты соответствовал калибру патрона, чтобы как можно быстрее превратить оборудование в конкретную продукцию.

Местоположение преобразователей напряжения в общей классификации

С разрешения авторов Википедии мы приводим классификацию различных типов преобразователей мощности, чтобы читатели могли понять, о чем пойдет речь сегодня:

• Постоянного тока:

1. Преобразователи уровня напряжения (обсуждался выше).
2. Регуляторы напряжения.
3. Линейный стабилизатор напряжения.

Основные регуляторы сетевого напряжения

• Переменный ток в постоянный:

1. Выпрямители.
2. Блоки питания.
3. Импульсные стабилизаторы напряжения.

• Постоянный ток в переменный:

1. Инверторы.

• Переменного напряжения:

1. Трансформаторы различного рода.
2. Преобразователи напряжения.
3. Регуляторы напряжения.
4. Преобразователи формы и частоты напряжения.
5. Трансформаторы переменной частоты.

Преобразователи сетевого напряжения образуют еще две категории. Силовые пакеты в первом. Каждый из них содержит трансформатор напряжения. трансформатор. Преобразователи уровня соответствуют отечественному определению обсуждаемого предмета и относятся к отдельной категории. Этот вопрос поставлен в книге М.А. Шустова по данной теме.

Высоковольтный преобразователь напряжения

Электронное устройство для генерации высокого переменного или постоянного напряжения (до нескольких тысяч вольт), используемое, например, для высоковольтного питания телевизионных мотороскопов, а также для лабораторных исследований и испытаний электрических устройств с напряжением в несколько раз выше. Кабели или автоматические выключатели, рассчитанные на напряжение 6 кВ, испытываются напряжением 30 кВ и более, хотя эти напряжения не очень сильные и в случае повреждения сразу прерываются. Эти инверторы довольно компактны, так как их приходится переносить с одной подстанции на другую, обычно вручную. Следует отметить, что все лабораторные источники питания и преобразователи имеют почти исключительно опорное напряжение.

Простейшие высоковольтные трансформаторы используются для работы люминесцентных ламп. Стартер и дроссель, которые могут быть электронными или электромеханическими, могут значительно повысить импульс до необходимого уровня.

Промышленные установки для преобразования низкого напряжения в высокое оснащены различными защитными устройствами и питаются от повышающих трансформаторов (ПТК). Ниже представлена одна из таких схем, которая обеспечивает выход от 8 до 16 тысяч вольт, при этом для ее работы требуется всего около 50 В.

Поскольку обмотки трансформатора генерируют и передают довольно высокое напряжение, изоляция этих обмоток также должна быть высокого качества. Чтобы исключить возможность возникновения пиковых разрядов, детали высоковольтного выпрямителя должны быть точно, без заусенцев и острых углов, приварены к печатной плате, а затем заполнены с обеих сторон эпоксидным материалом или слоем парафина толщиной 2-3 мм, что обеспечивает изоляцию между ними. Эти электронные системы и устройства иногда называют повышающими преобразователями напряжения.

Следующая схема представляет собой линейный резонансный повышающий преобразователь напряжения, работающий в режиме усиления. Он основан на разделении функций повышения U и стабилизации U на совершенно разных этапах.

В этом случае некоторые модули инверторов могут работать с минимальными потерями как в выключателях, так и в выпрямительном мосту, где возникает высокое напряжение.

Преобразователь напряжения для дома

Трансформаторы напряжения для бытового использования — это то, с чем средний человек имеет дело очень часто, так как от них питается множество электроприборов. Обычно это понижающие преобразователи с гальванической развязкой. Например, зарядные устройства для мобильных телефонов и ноутбуков, персональных компьютеров, радиоприемников, стереосистем, различных медиаплееров, и этот список можно продолжать и продолжать, поскольку разнообразие и возможности использования в доме в наши дни очень велики.

Источники бесперебойного питания оснащены накопителями энергии в виде аккумуляторов. Они также используются для поддержания работы системы отопления во время неожиданного отключения электроэнергии. Иногда инверторы для дома могут быть выполнены в инверторной системе, то есть путем подключения к источнику постоянного тока (аккумулятору), который за счет химической реакции можно получить на выходе обычное переменное напряжение, величина которого будет составлять 220 вольт. Особенностью этих схем является возможность получения на выходе чистого синусоидального сигнала.

Одной из важнейших характеристик преобразователей мощности для бытового использования является постоянное выходное напряжение, независимо от того, сколько вольт подается на вход. Эта особенность обусловлена тем, что для стабильной и продолжительной работы микросхем и других полупроводниковых устройств требуется четко регулируемое напряжение без пульсаций.

Наиболее важными критериями выбора трансформатора напряжения для вашего дома или квартиры являются следующие:

1. Мощность;
2. Величина входного и выходного напряжения;
3. Возможность стабилизации и её пределы;
4. Величина тока на нагрузке;
5. Минимизация нагрева, то есть лучше чтобы преобразователь работал в режиме с запасом по мощности;
6. Вентиляция устройства, может быть естественная или принудительная;
7. Хорошая шумоизоляция;
8. Наличие защит от перегрузок и перегрева.

Выбор трансформатора напряжения — непростая задача, поскольку от правильного выбора зависит производительность питаемого устройства.

Бестрансформаторные преобразователи напряжения

В последние годы они стали очень популярны, поскольку их производство очень дорого, особенно трансформаторов, так как их обмотка изготавливается из цветного металла, цена которого постоянно растет. Главное преимущество этих конвертеров — это, конечно, цена. Среди недостатков есть один, который четко отличает его от источников питания и трансформаторов. Выход из строя одного или нескольких полупроводниковых компонентов может привести к тому, что вся выходная энергия попадет на оконечное оборудование потребителя, навсегда выводя его из строя. Вот простой преобразователь переменного тока в постоянный. Тиристор играет роль регулирующего элемента.

Проще с инверторами, которые не имеют трансформаторов, а работают на основе и в режиме усилителя напряжения. Даже если один или несколько элементов выйдут из строя, в заряде не будет опасной разрушительной энергии.

Автомобильные инверторы

Модифицированные синусоидальные (квазисинусоидальные) трансформаторы напряжения, часто называемые автомобильными трансформаторами, позволяют подключать не очень дорогие устройства, не имеющие электроники и цепей управления, например, дрели, болты, лампы и другие подобные устройства. Они имеют довольно низкий КПД и высокое потребление вспомогательной энергии и в основном рассчитаны на короткое время непрерывной работы.

Инверторы с чистым синусом

Инверторы с чистой синусоидой позволяют подключать любое оборудование, так как имеют правильную форму волны напряжения на выходе, поэтому к ним можно подключать любое оборудование и приборы без риска их повреждения, именно поэтому такие инверторы чаще всего используются в частных домах для аварийного электроснабжения. К ним можно подключить насосы, энергозависимые котлы с электроникой, современные холодильники и другие бытовые приборы. Они не оказывают негативного влияния на их работу. Часто эти устройства сочетают в себе функции источника бесперебойного питания (ИБП) и инвертора. Это означает, что при прерывании основного электропитания подключенные к нему приборы автоматически переходят на работу от аккумулятора за доли секунды. Без прерывания работы подключенных устройств.

Преобразователи постоянного напряжения в переменное

Эти устройства называются преобразователями постоянного/переменного тока. Они могут использоваться как автономные устройства или интегрироваться в системы бесперебойного питания и преобразования энергии. Напряжение переменного тока модулируется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открытие/закрытие транзисторов в цепи изменяет направление тока и создает синусоидальную картину.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и то, какую топологию он использует для получения синусоидального сигнала. Существует два основных варианта:

Топология полумоста с системой сквозной нейтрали. Он отличается минимальным количеством силовых транзисторов и относительно простой схемой. К недостаткам относятся необходимость в двухполярном источнике питания и удвоение числа высоковольтных конденсаторов. Этот вариант обычно используется для не очень тяжелых нагрузок (0,5-1 кВт).

Топология моста. Наиболее распространенная схема в преобразователях мощности. Он характеризуется высокой надежностью, не требует высокой входной емкости и обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относятся более высокая сложность драйвера и большее количество транзисторов.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения

Основные характеристики инвертора:

• частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
• номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
• максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
• значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы рассчитать необходимую мощность преобразователя постоянного тока в переменный, необходимо следующее:

1. Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
2. Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
3. Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60. 0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Все о преобразователе напряжения — понятие, характеристики и принцип действия

Устройства, которые могут преобразовывать переменный ток из другого типа источника, называются преобразователями напряжения или инверторами.

В настоящее время такие устройства широко используются в машиностроении, при производстве промышленного оборудования и в быту.

Предлагаем подробно ознакомиться с этим устройством.

Общая информация

Инвертор — это электрическое устройство, которое может преобразовывать электрическую энергию с определенными параметрами в электрическую энергию с другими параметрами.

Рассматриваются следующие параметры: Ток, напряжение, фаза.

Инверторы подразделяются на:

• управляемый и неуправляемый, то есть на выходе параметры либо регулируются, либо нет
• электромашинный (вращающийся) и полупроводниковый (статический), который бывает диодным, тиристорным и транзисторным
• выпрямитель, инвертор, преобразователь частоты, регулятор напряжения переменного или постоянного тока, фазовый преобразователь

Наиболее распространенной моделью инвертора сегодня является тиристорный или твердотельный транзисторный инвертор. Это обусловлено рядом преимуществ и особенностей, таких как: высокая скорость и эффективность, длительный срок службы, простота обслуживания и использования.

Эти инверторы также имеют некоторые недостатки. Например, они чувствительны к перегрузкам по току и напряжению.

Устройство прибора

Преобразователи напряжения не работают без следующих компонентов:

• ключевого коммутирующего элемента
• источника питания
• индуктивного накопителя питания
• фильтра-конденсатора
• блокировочного диода

В зависимости от последовательности и комбинации вышеперечисленных компонентов создается инвертор, повышающий или понижающий преобразователь.

Принцип работы

Инверторы напряжения генерируют напряжение, необходимое для питания определенного типа оборудования с максимально возможной эффективностью. Инвертор действует как посредник, временно преобразующий напряжение из постоянного тока в переменный.

Преимущества инвертора перед генератором

Трансформаторы используются в самых разных областях, от промышленности до домашнего хозяйства. Основным преимуществом этого устройства является его функциональность, так как помимо преобразования электрических величин, оно также может выступать в качестве генератора. Однако инвертор и генератор отличаются по принципу действия и назначению.

Кроме того, инвертор имеет множество преимуществ перед дизельным или бензиновым генератором:

• значения габаритов и веса ниже
• не требуется постоянный контроль над уровнем и давлением масла, уровнем топлива, температурой и уровнем охлаждающей жидкости
• незначительное потребление энергии на холостом ходу
• длительный срок эксплуатации
• экологичный и не шумный
• способен выполнять функции пуско-зарядного устройства, источника бесперебойного питания и восстановителя аккумулятора
• доступная цена

Основные виды

Преобразователи напряжения (инверторы) могут быть следующих типов:

Устройства для повышения производительности

Этот тип устройств используется для преобразования напряжения. Если необходимо генерировать высокочастотные токи, используются импульсные модели, построенные с помощью колебательных контуров.

Эти модели используются для преобразования тока двигателя от аккумулятора в переменный ток. Они могут работать в трех состояниях: в режиме работы, в режиме перегрузки до получаса и в режиме запуска. Мощность автоинвертора должна быть больше мощности приборов, которые он должен питать.

Этот тип инвертора используется в качестве резервного источника питания. Эти модели представляют собой комбинированный инверторный тип — инвертор и аккумулятор.

Главное преимущество этой модели — цена, так как в ней отсутствует трансформатор, для изготовления которого требуется дорогостоящий цветной металл.

Однако такой инвертор имеет один существенный недостаток: выход из строя одного компонента приведет к остановке работы всего устройства.

Чтобы узнать больше о нашем ассортименте инверторов напряжения, перейдите по этой ссылке

Принцип действия

Инвертор напряжения генерирует напряжение питания с требуемым значением из другого напряжения питания, например, для питания определенных устройств от аккумулятора. Одно из главных требований к инвертору — обеспечение максимальной эффективности. Преобразование переменного напряжения может быть легко выполнено с помощью трансформатора, поэтому такие DC-DC преобразователи часто полагаются на промежуточное преобразование постоянного напряжения в переменное.

• Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
• Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
• В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
• Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
• Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
• В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.

Как выбрать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП)

Ремонт прибора

Ремонт этих устройств для преобразования одного напряжения в другое лучше всего производить в сервисных центрах, где персонал хорошо обучен и дает гарантию на выполненную работу. В большинстве случаев современный качественный преобразователь состоит из нескольких сотен электронных компонентов, и если нет видимых сгоревших компонентов, то найти и устранить неисправность очень сложно.

Некоторые дешевые китайские устройства такого рода практически не подлежат ремонту, чего нельзя сказать об отечественных производителях. Да, они могут быть немного громоздкими и не компактными, но их можно ремонтировать, поскольку многие их детали могут быть заменены на аналогичные.

Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах

Для трансформатора я использовал ферритовый стакан со следующими размерами: Диаметр — 35 мм, высота — 20 мм. Сначала первичная обмотка наматывается 14 витками провода диаметром 0,5 мм. После намотки он должен быть обернут слоем изоляционной ленты. Вторичная обмотка трансформатора намотана проводом 0,2 мм, имеет 220 витков и покрыта слоем резиновой ленты. Все, трансформатор готов, осталось только собрать половинки и надеть их на болт.

Методом проб и ошибок я подобрал транзисторы для схемы, стараясь, чтобы ток потребления схемы был как можно меньше. Я выбрал пару КТ814 и КТ940, а затем отрегулировал резисторы и конденсаторы. В результате моих экспериментов получилась следующая схема с приведенными выше значениями. Эта простая конструкция преобразователя напряжения отлично подходит для работы энергосберегающих ламп мощностью 8, 9, 11 Вт. 20-ваттные лампочки не работали, вероятно, вторичка слишком слабая — мне не пришлось ее переделывать. 9-ваттная лампочка светит так же ярко, как и при питании непосредственно от сети переменного тока 220 В. Потребляемый ток схемы преобразователя напряжения составляет от 0,5 до 0,54 ампера.

Если вместо транзистора КТ817 использовать КТ940 и аналогичные транзисторы, ток потребления схемы преобразователя напряжения и лампы увеличивается до 0,86 ампера. Этот простой преобразователь напряжения подходит для всех радиолюбителей и начинающих. Преимущества такой конструкции очевидны: простая конструкция и надежная работа.

Следует отметить, что многие радиолюбители живут в сельской местности и не имеют возможности покупать импортные компоненты, кроме того, хотя и дешевые, используются те же полевые транзисторы, которые при неисправности могут перегореть или сразу выйти из строя, не говоря уже о микросхемах. И обычно радиолюбители имеют лишь ограниченный запас радиокомпонентов. Поэтому был создан простой преобразователь напряжения, собранный из компонентов, найденных в советском металлоломе. С батареей на 7 ампер-часов нетрудно выяснить, сколько она прослужит — я сам это проверял.

Как рекомендуемый ток зарядки 0,3C влияет на пластины аккумулятора?

В типичной свинцово-кислотной батарее зарядный ток 0,25-0,3C вызовет ускоренную реакцию выделения водорода, что приведет к высыханию и разбуханию батареи. В углеродных батареях, благодаря эффекту емкости и большему количеству пластин, высокие токи равномерно распределяются между пластинами, предотвращая негативную реакцию разложения воды в составе электролита.

Неисправность трансформатора напряжения часто связана с использованием неподходящих кабелей (например, алюминиевых вместо медных). Многие модели инверторов чувствительны к источнику питания. Они предназначены для работы только с аккумуляторными батареями или стабилизированными источниками питания. Их нельзя подключать к солнечным батареям или бензиновым генераторам.

Какие трудности могут возникнуть при ремонте трансформатора напряжения?

Основная трудность заключается в выборе аналоговых транзисторов и трансформаторов, когда оригинальные компоненты недоступны. Другие компоненты схемы — например, резисторы, конденсаторы или диоды — конструктивно не фиксированы, поэтому можно использовать любые доступные компоненты, подходящие по напряжению, мощности и номиналу.