De ce aveți nevoie de un convertor de tensiune (invertor)? Ce este un invertor de tensiune, cum funcționează, aplicarea invertorului Ce este un convertor de tensiune

Un convertor de tensiune este un dispozitiv care este conceput pentru a converti curentul electric continuu dintr-o baterie în curent alternativ cu anumiți parametri (50 Hz, 220 V). Astfel de dispozitive au adesea funcții de protecție a temperaturii, capacitatea de a rezista supraîncărcărilor duble și întreruperea electronică a bateriei în cazul unei căderi de tensiune asupra acesteia.

Un convertor de tensiune este adesea folosit pentru a asigura funcționarea neîntreruptă a aparatelor de uz casnic (calculator, televizor, frigider, cazan pe gaz etc.) în cazul unei urgențe sau al unei întreruperi planificate a sursei de alimentare centralizată. Aceste dispozitive sunt deosebit de populare iarna, când astfel de accidente apar destul de des din cauza vântului puternic, a firelor înghețate, a ninsorilor abundente etc. Ora de iarnă este tipică și din cauza numărului excesiv de dispozitive de încălzire pornite, ceea ce provoacă o cădere de tensiune în rețelele de alimentare și, ca urmare, protecția automată este declanșată la stațiile de transformare.

Convertorul de tensiune are o gamă foarte largă de aplicații. Aceste dispozitive sunt folosite pentru a furniza energie electrică iahturilor și bărcilor mici, mașinilor și autocaravanelor și chiar și în corturile de pe stradă în timpul întâlnirilor sau al recreerii în aer liber. Un convertor de tensiune este pur și simplu necesar pentru a asigura încălzirea autonomă pe gaz. Cazanele moderne pe gaz sunt adesea echipate cu circuite electronice de monitorizare și control; în consecință, nu vor funcționa dacă electricitatea centralizată este oprită. În plus, în cazane sunt instalate pompe de circulație, care necesită și energie electrică pentru a funcționa. Și pentru ca încălzirea să nu se oprească atunci când alimentarea cu energie electrică a rețelei este întreruptă, împreună cu cazanul este instalat un convertor de tensiune.

Vara, aceste dispozitive nu rămân nici inactiv, atunci când este necesar să se asigure funcționarea neîntreruptă a unităților frigorifice și a altor echipamente atât acasă, cât și în întreprinderile mici.

Convertorul auto este foarte popular, mai ales atunci când călătoriți pe distanțe lungi sau când mergeți în natură. Aceste dispozitive vor ajuta la alimentarea oricărui echipament. Un dispozitiv precum un convertor de tensiune auto are dimensiuni reduse și greutate redusă, datorită faptului că nu este conectat la rețeaua de bord a vehiculului.

Principiul de funcționare al convertoarelor de tensiune: aceste dispozitive sunt conectate la o rețea de 220 V (cu excepția celor de automobile), dacă este necesar, încarcă bateria conectată la ele; Dacă tensiunea de la rețea dispare sau scade sub 185 V, dispozitivul trece în modul baterie. Dispozitivul preia din baterie tensiunea necesară pentru conversie. În consecință, cu cât capacitatea bateriei este mai mare, cu atât convertorul poate asigura funcționarea neîntreruptă a dispozitivelor.

Circuitele unor astfel de dispozitive sunt de complexitate medie, iar dacă aveți abilități practice de electronică, puteți încerca să asamblați un convertor de tensiune cu propriile mâini.

Convertizoarele de tensiune sunt utilizate pe scară largă atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în producție. Pentru producție și industrie, acestea sunt cel mai adesea realizate la comandă, deoarece au nevoie de un convertor puternic și nu întotdeauna cu o tensiune standard. Valorile standard pentru parametrii de ieșire și de intrare sunt adesea folosite în viața de zi cu zi. Adică, un convertor de tensiune este un dispozitiv electronic conceput pentru a schimba tipul de electricitate, mărimea sau frecvența acesteia.

În funcție de funcționalitatea lor, acestea sunt împărțite în:

1. Retrogradări;
2. Ridicarea;
3. fără transformator;
4. Invertor;
5. Ajustabil cu frecvență reglabilă și tensiune AC de ieșire;
6. Ajustabil cu tensiune de ieșire constantă reglabilă.

Unele dintre ele pot fi realizate într-un design special sigilat; aceste tipuri de dispozitive sunt utilizate pentru încăperi umede sau, în general, pentru instalarea sub apă.

Deci, ce este fiecare tip?

Convertor de tensiune de înaltă tensiune

Acesta este un dispozitiv electronic conceput pentru a produce tensiune alternativă sau directă înaltă (până la câteva mii de volți). De exemplu, astfel de dispozitive sunt folosite pentru a genera energie de înaltă tensiune pentru tuburile de imagine de televiziune, precum și pentru cercetarea de laborator și testarea echipamentelor electrice cu tensiuni crescute de mai multe ori. Cablurile sau circuitele de alimentare ale întrerupătoarelor de ulei proiectate pentru o tensiune de 6 kV sunt testate la o tensiune de 30 kV și mai mare, totuși, această valoare a tensiunii nu are putere mare și, în cazul unei avarii, este imediat oprită. Aceste convertoare sunt destul de compacte deoarece trebuie transportate de personal de la o substație la alta, cel mai adesea manual. Trebuie remarcat faptul că toate sursele de alimentare și convertoarele de laborator au o tensiune aproape standard, precisă.

Pentru pornirea lămpilor fluorescente se folosesc convertoare mai simple de înaltă tensiune. Impulsul poate fi crescut mult la nivelul dorit folosind demarorul și accelerația, care pot avea o bază electronică sau electromecanică.

Instalațiile industriale care convertesc tensiunea joasă în tensiune înaltă au multe protecții și sunt realizate folosind transformatoare superioare (STV). Iată unul dintre aceste circuite care oferă o ieșire de la 8 la 16 mii de volți, în timp ce pentru funcționarea sa este nevoie de doar aproximativ 50 V.

Datorită faptului că se generează o tensiune destul de mare și curge în înfășurările transformatoarelor, se impun cerințe mari atât pentru izolarea acestor înfășurări, cât și pentru calitatea acesteia. Pentru a elimina posibilitatea descărcărilor corona, părțile redresorului de înaltă tensiune trebuie lipite pe placă cu grijă, fără bavuri și colțuri ascuțite, apoi umplute pe ambele părți cu rășină epoxidica sau un strat de parafină 2... 3 mm grosime, asigurand izolare intre ele. Uneori, aceste sisteme și dispozitive electronice sunt numite convertoare de tensiune crescătoare.

Următorul circuit este un convertor liniar de tensiune rezonantă care funcționează în modul boost. Se bazează pe separarea funcțiilor pentru creșterea U și stabilizarea clară a acestuia în cascade complet diferite.

În același timp, unele unități invertoare pot fi făcute să funcționeze cu pierderi minime pe întrerupătoarele de alimentare, precum și pe o punte redresată, unde apare tensiunea de înaltă tensiune.

Convertor de tensiune la domiciliu

Omul obișnuit se întâlnește foarte des peste convertoare de tensiune pentru casă, deoarece multe dispozitive au o sursă de alimentare. Cel mai adesea, acestea sunt convertoare descendente care au izolare galvanică. De exemplu, încărcătoare pentru telefoane mobile și laptopuri, computere desktop personale, radiouri, sisteme stereo, diverse playere media, iar această listă poate fi continuată foarte mult timp, deoarece varietatea și aplicațiile lor în viața de zi cu zi au fost în ultima vreme foarte largă.

Sursele de alimentare neîntreruptibilă sunt echipate cu dispozitive de stocare a energiei sub formă de baterii. Astfel de dispozitive sunt, de asemenea, folosite pentru a menține funcționarea sistemului de încălzire în timpul unei întreruperi neașteptate de curent. Uneori, convertoarele de acasă pot fi realizate conform unui circuit invertor, adică prin conectarea acestuia la o sursă de curent continuu (baterie) alimentată printr-o reacție chimică, puteți obține o tensiune alternativă normală la ieșire, a cărei valoare va fi 220 Volți. O caracteristică a acestor circuite este capacitatea de a obține un semnal sinusoidal pur la ieșire.

Una dintre caracteristicile foarte importante ale convertoarelor utilizate în viața de zi cu zi este valoarea stabilă a semnalului la ieșirea dispozitivului, indiferent de câți volți sunt furnizați la intrarea acestuia. Această caracteristică funcțională a surselor de alimentare se datorează faptului că, pentru funcționarea stabilă și pe termen lung a microcircuitelor și a altor dispozitive semiconductoare, este necesară o tensiune clar standardizată și chiar fără ondulație.

Principalele criterii pentru alegerea unui convertor pentru o casă sau un apartament sunt:

1. Putere;
2. Mărimea tensiunii de intrare și de ieșire;
3. Posibilitatea de stabilizare și limitele acesteia;
4. Valoarea curentului de încărcare;
5. Minimizarea încălzirii, adică este mai bine ca convertorul să funcționeze într-un mod cu rezervă de putere;
6. Ventilația dispozitivului poate fi naturală sau forțată;
7. Bună izolare fonică;
8. Disponibilitatea protecției împotriva supraîncărcării și supraîncălzirii.

Alegerea unui convertor de tensiune nu este o chestiune simplă, deoarece funcționarea dispozitivului alimentat depinde de convertorul selectat corect.

Convertoare de tensiune fără transformator

Recent, au devenit foarte populare, deoarece producția lor, și în special producția de transformatoare, necesită o mulțime de bani, deoarece înfășurarea lor este realizată din metal neferos, al cărui preț este în continuă creștere. Principalul avantaj al unor astfel de convertoare este, desigur, prețul. Printre aspectele negative, există un lucru care îl deosebește semnificativ de sursele de alimentare cu transformatoare și convertoare. Ca urmare a unei defecțiuni a unuia sau mai multor dispozitive semiconductoare, toată energia de ieșire poate ajunge la bornele consumatorului, iar acest lucru îl va deteriora cu siguranță. Iată cel mai simplu convertor de tensiune AC la DC. Rolul elementului de reglare este jucat de tiristor.

Situația este mai simplă cu convertoare care nu au transformatoare, dar funcționează pe baza și în modul unui dispozitiv de creștere a tensiunii. Aici, chiar dacă unul sau mai multe elemente eșuează, energia distructivă periculoasă nu va apărea pe sarcină.

convertoare DC-DC

Convertorul AC/DC este cel mai frecvent utilizat tip de dispozitiv de acest tip. În viața de zi cu zi, acestea sunt tot felul de surse de alimentare, iar în producție și industrie acestea sunt dispozitive de alimentare:

• Toate circuitele semiconductoare;
• Înfășurări de excitare ale motoarelor sincrone și motoarelor de curent continuu;
• Bobine solenoide comutatoare de ulei;
• Circuite de operare și declanșare în care bobinele necesită curent constant.

Un convertor de tensiune tiristor este dispozitivul cel mai frecvent utilizat în aceste scopuri. O caracteristică a acestor dispozitive este conversia completă, mai degrabă decât parțială, a tensiunii alternative în tensiune continuă, fără niciun fel de ondulație. Un convertor de tensiune puternic de acest tip trebuie să includă în mod necesar radiatoare și ventilatoare pentru răcire, deoarece toate piesele electronice pot funcționa pentru o perioadă lungă de timp și fără probleme numai la temperaturi de funcționare.

Convertor de tensiune reglabil

Aceste dispozitive sunt proiectate să funcționeze atât în ​​modurile de creștere, cât și de scădere a tensiunii. Cel mai adesea, acestea sunt încă dispozitive care ajustează fără probleme valoarea semnalului de ieșire, care este mai mică decât semnalul de intrare. Adică, 220 de volți sunt furnizați la intrare, iar la ieșire obținem o valoare constantă reglabilă, să zicem, de la 2 la 30 de volți. Astfel de dispozitive cu reglare foarte fină sunt folosite pentru a testa indicatorul și instrumentele digitale în laboratoare. Este foarte convenabil atunci când sunt echipate cu un indicator digital. Trebuie să recunoaștem că fiecare radioamator a luat acest tip ca bază pentru prima sa lucrare, deoarece sursa de alimentare pentru anumite echipamente poate avea dimensiuni diferite, dar această sursă de alimentare s-a dovedit a fi foarte universală. Cum să faci un convertor de înaltă calitate care funcționează mult timp este principala problemă a tinerilor radioamatori.

Convertor de tensiune invertor

Acest tip de convertor formează baza pentru dispozitive inovatoare de sudură compacte. Primind o tensiune alternativă de 220 volți pentru alimentare, dispozitivul o redresează, după care o face din nou alternativă, dar cu o frecvență de câteva zeci de mii de Hz. Acest lucru face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunilor transformatorului de sudură instalat la ieșire.

Metoda invertor este folosită și pentru alimentarea cazanelor de încălzire din baterii în cazul unei întreruperi neașteptate de curent. Datorită acestui fapt, sistemul continuă să funcționeze și primește 220 volți de tensiune alternativă de la 12 volți de tensiune continuă. Un dispozitiv de amplificare puternic în acest scop trebuie să fie operat de la o baterie de mare capacitate; aceasta determină cât timp va alimenta cazanul cu energie electrică. Adică, capacitatea joacă un rol cheie.

Convertor de tensiune de înaltă frecvență

Datorită utilizării convertoarelor de amplificare, devine posibilă reducerea dimensiunii tuturor elementelor electronice și electromagnetice care alcătuiesc circuitele, ceea ce înseamnă că costul transformatoarelor, bobinelor, condensatorilor etc. este redus. Cu toate acestea, acest lucru poate cauza interferențe radio de frecvență, care afectează funcționarea altor dispozitive electronice, sisteme și chiar receptoare radio obișnuite, astfel încât carcasele lor trebuie să fie ecranate în mod fiabil. Calculul convertorului și interferența acestuia trebuie efectuate de personal cu înaltă calificare.

Ce este un convertor de rezistență la tensiune?
Acesta este un tip special care este utilizat numai în producția și fabricarea instrumentelor de măsură, în special a ohmmetrelor. La urma urmei, baza unui ohmmetru, adică un dispozitiv care măsoară rezistența, este făcută în măsurarea scăderii în U și transformarea acesteia în indicatori sau indicatori digitali. De obicei, măsurătorile se fac în raport cu curentul continuu. Un traductor de măsurare este un dispozitiv tehnic utilizat pentru a converti o valoare măsurată într-o altă valoare sau într-un semnal de măsurare, convenabil pentru procesare, stocare, transformări ulterioare, indicare și transmisie. Face parte din orice dispozitiv de măsurare.

Convertor curent-tensiune

În majoritatea cazurilor, toate circuitele electronice sunt necesare pentru procesarea semnalelor reprezentate sub formă de tensiune. Cu toate acestea, uneori trebuie să faci față unui semnal sub formă de curent. Astfel de semnale apar, de exemplu, la ieșirea unui fotorezistor sau fotodiode. Atunci este recomandabil să convertiți semnalul de curent în tensiune cu prima ocazie. Convertizoare tensiune-curent sunt utilizate atunci când curentul din sarcină trebuie să fie proporțional cu intrarea U și independent de sarcina R. În special, cu o intrare constantă U, curentul din sarcină va fi, de asemenea, constant, prin urmare, astfel de convertoare sunt uneori numite în mod convențional stabilizatori de curent.

Reparatie convertizor de tensiune

Reparația acestor dispozitive pentru a converti un tip de tensiune la altul se face cel mai bine în centrele de service, unde personalul este înalt calificat și va oferi ulterior garanții pentru lucrările efectuate. Cel mai adesea, orice convertoare modernă de înaltă calitate constă din câteva sute de piese electronice, iar dacă nu există elemente arse evidente, atunci va fi foarte dificil să găsiți o defecțiune și să o remediați. Unele dispozitive chineze ieftine de acest tip, în general, sunt în principiu lipsite de posibilitatea reparării lor, ceea ce nu se poate spune despre producătorii autohtoni. Da, pot fi puțin voluminoase și nu compacte, dar pot fi reparate, deoarece multe dintre piesele lor pot fi înlocuite cu altele similare.

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.

Acționările electrice moderne trebuie să îndeplinească diferite cerințe, cum ar fi:
• 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:

1. Niciun raspuns.
2. Cu feedback.
3. 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 managementului simultan; este necesar un compromis. Fiecare aplicație trebuie studiată în profunzime pentru a determina cea mai potrivită metodă de modulare.

Metodele de modulare pot fi împărțite în patru grupuri principale:
• 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 format 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 condensator plutitor

Tensiunea de ieșire a unui convertor de 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 DC. 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 inferior 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 matrice 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 acesteia 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).

Un convertor de tensiune este un dispozitiv care modifică tensiunea unui circuit. În literatura străină este subînțeles: vorbim despre circuite de tensiune alternativă, altfel dispozitivul se numește convertor DC/DC. Aceștia din urmă sunt considerați membri cu drepturi depline ai familiei.

Scopul convertoarelor de tensiune

Necesitatea utilizării dispozitivelor de acest fel apare atunci când este necesară implementarea unui dispozitiv electric într-o regiune în care standardele rețelelor industriale de alimentare cu energie diferă de cele stabilite de dezvoltatorii de produse. Frecvențele și amplitudinea tensiunii din SUA sunt în contrast cu Europa și Rusia. Vedem o serie de motive. Tesla a remarcat: prin creșterea frecvenței, este posibil să se reducă dramatic greutatea înfășurării de cupru a transformatorului; atunci când parametrul atinge 700 Hz, electricitatea devine în mare măsură sigură pentru corpul uman. În același timp, pierderile de miez cresc, iar undele electromagnetice încep să fie emise în spațiu.

Convertor de tensiune

După ce au evaluat ponderea argumentelor, Statele Unite, sub influența lui Nikola Tesla, au legalizat frecvența de 60 Hz. În Rusia (Europa) au ținut cont de argumentele celebrului inginer Dolivo-Dobrovolsky (a justificat beneficiile utilizării rețelelor trifazate). În toată Eurasia, 50 Hz a devenit standardul de facto. Amplitudinile tensiunii au fost alese astfel încât să fie convenabile. 220 de volți sunt periculoase pentru oameni; consumatorul consumă simultan mai puțin curent. Secțiunea transversală a conductorilor de cupru poate fi redusă semnificativ. American 110 volți AC nu poate fi considerat complet sigur. Oamenii sunt conștienți, învățați de militanți, de mai multe ori personajul principal a distrus inamicul cu o descărcare electrică din rețeaua electrică locală.

Influența parametrilor asupra tehnologiei este descrisă simplu:

1. Turația motorului este determinată de amplitudinea tensiunii aplicate. Viteza de rotație a arborelui unui motor asincron cu rotor cu colivie depinde direct de frecvența rețelei de alimentare.
2. Dispozitivele de încălzire sunt proiectate pentru curentul de funcționare proporțional cu tensiunea. Rezistența este predominant activă. Puterea se schimbă de patru ori (curentul este considerat pătrat) cu o variație similară între rețelele de 110/220 volți. Consumatorul se așteaptă la parametri nominali de la produs; este posibil ca dispozitivul să nu fie proiectat pentru funcționare nestandard.
3. Aparatele electrocasnice folosesc adesea alte tensiuni decât tensiunile de rețea cu o amplitudine strict definită. Condițiile sunt asigurate de o sursă de alimentare. Pentru funcționarea normală este necesar un convertor de tensiune.

De ce practica mondială are nevoie de tensiuni diferite?

Electrificarea a fost realizată la scară masivă de la începutul secolului al XX-lea. Au participat un număr mare de persoane, fiecare urmărind, pe lângă obiective, propriile interese. Edison a promovat tensiunea constantă, Tesla, din ciuda, a promovat tensiunea variabilă. Dolivo-Dobrovolsky avea motive să nu-i placă al doilea om de știință (un conflict de interese în domeniul rețelelor trifazate); poate că a introdus frecvența de 50 Hz în sfidarea Statelor Unite; Europa a ascultat opinia unui inginer mai apropiat de aceasta apropiere.

În ceea ce privește URSS, nu există nicio îndoială: tensiunea de 220 de volți a fost lăsată doar din motive militare și strategice de confruntare în Războiul Rece. Diametrul țigaretei corespundea calibrului cartușului pentru cel mai rapid transfer al echipamentelor la producția de produse specifice.

Amplasarea convertoarelor de tensiune în clasificarea generală

• Curent continuu:

1. Convertoare de nivel de tensiune (discutate mai sus).
2. Regulatoare de tensiune.
3. Stabilizator liniar de tensiune.

• AC la DC:

1. Redresoare.
2. Surse de alimentare.
3. Stabilizatoare de tensiune de comutare.

• Curent continuu la curent alternativ:

1. Invertoare.

• Tensiune AC:

1. Transformatoare de diferite tipuri.
2. Convertoare de tensiune.
3. Regulatoare de tensiune.
4. Formă de tensiune și convertoare de frecvență.
5. Transformatoare de frecventa variabila.

Convertizoarele de tensiune formează încă două clase. În primul rând sursele de alimentare. Fiecare conține un convertor de tensiune. Transformator. Convertizoarele de nivel se potrivesc definiției interne a subiectului conversației și sunt clasificate ca o clasă separată. Întrebarea este pusă de cartea lui M.A. Shustov pe tema luată în considerare.

Clasificarea convertoarelor de tensiune

Să efectuăm clasificarea primară a convertoarelor de tensiune:

Când utilizați transformatoare convenționale sau autotransformatoare pentru a converti amplitudinea tensiunii, rețineți frecvența. Multe motoare proiectate să funcționeze la 60 Hz se vor supraîncălzi pe surse de 50 Hz, chiar dacă amplitudinea tensiunii este cea specificată. În ceea ce privește opțiunile de alimentare încorporate, nu este întotdeauna posibilă schimbarea setărilor. Produsul poate fi marcat cu un autocolant (pe lângă plăcuța de identificare), care explică clar condițiile de funcționare ale dispozitivului, conform destinației sale. În ceea ce privește discrepanțele dintre Europa și Rusia (230 – 220 = 10 volți), această discrepanță nu afectează foarte mult funcționarea (există aspecte negative). Am remarcat în subiectele anterioare influența acestui parametru asupra duratei de viață a becurilor cu incandescență și a tuburilor electronice.

În conformitate cu designul lor în electronică, convertoarele de tensiune sunt împărțite după cum urmează:

1. Condensator fara transformator.
2. Cu condensatoare comutate.
3. Multiplexor.
4. Convertoare de impulsuri.
5. Comutarea surselor de alimentare.
6. Transformator cu excitație de impuls.
7. Autogeneratoare.
8. La transformatoarele piezoelectrice.

Proiectarea convertoarelor de tensiune

Pe măsură ce frecvența crește, pierderile cauzate de curenții turbionari în miezurile transformatorului cresc. Ei încearcă să oprească fenomenul prin amestecare. Miezul este împărțit în plăci, cu un plan paralel cu liniile câmpului magnetic. Se folosește oțel electric special cu rezistivitate ridicată.

Pe măsură ce frecvența crește, fluxul magnetic este forțat spre exterior de grosimea miezului. Materialele ferromagnetice sunt folosite pentru a crește inductanța. La frecvențe înalte devine nepractic din motivul menționat mai sus. Permeabilitatea magnetică încetează să crească, nu are rost să facem un astfel de miez. Magnetodielectricii sub formă de pulbere presată sunt utilizate pe scară largă la HF. Eliminarea pierderilor create de curenții turbionari. Puterea fluxului magnetic este mult redusă. Periodicitatea legilor schimbării curentului și tensiunii dictează următoarea regulă...

Energia stocată de convertor într-o perioadă este proporțională cu pătratul capacității sau inductanței sistemului.

Dispozitivele folosesc dispozitive de stocare de tip inductiv sau capacitiv. Aceasta explică utilizarea materialelor feromagnetice în sursele de alimentare și explică de ce Tesla a luat o cale diferită în experimentele sale. Omul de știință a folosit circuite oscilatorii pentru a crea curenți de înaltă frecvență. Tehnologia convertorului de tensiune se mișcă astăzi într-o direcție similară. Pentru curent continuu, designul arată astfel:

1. Tensiunea de intrare devine în același timp și tensiunea de alimentare.
2. Inima convertorului este un generator de tensiune alternativă. Un multivibrator binecunoscut (declanșator cu doi tranzistori), imaginea este disponibilă peste tot. Uneori este benefic să folosiți microcircuite și invertoare industriale gata făcute în serie.
3. Tensiunea rezultată este variabilă, adesea de formă dreptunghiulară. Dacă este necesar, se amplifica, se înmulțește sau se reduce (folosind condensatori comutați), se redresează și se obține polaritatea dorită (convertor de polaritate de tensiune). Notă: aceste etape sunt uneori implementate pe microcircuite. Multiplexoarele sunt utilizate pe scară largă pentru comutarea condensatoarelor care stochează putere.

Un convertor de tensiune nu poate fi construit direct fără un transformator. Cu toate acestea, dacă vă abateți de la definiția strictă, puteți rezolva o varietate de probleme. Orice multivibrator conține un circuit RC, care este ceea ce a folosit Tesla. Pentru a obține tensiunea necesară polarității, se folosesc diode și condensatoare de filtru conectate corespunzător. Redresorul se face punte (vezi).

Astfel de circuite se găsesc în practică în electronică dintr-un motiv simplu: este dificil să se obțină o putere mare. Întrerupătoarele semiconductoare nu au fost create care să ocolească limitarea; capacitățile condensatorului ar fi pur și simplu gigantice. Prin urmare, producătorii se luptă în mod constant să economisească energie.

Unitatea de sistem PC folosește transformatoare de impulsuri; rezonatoarele de cuarț sunt folosite pentru a genera o puritate stabilă. Să subliniem diferența. Lucrul cu tensiune de înaltă frecvență vă permite să reduceți semnificativ cantitatea de energie stocată în timpul perioadei de oscilație. Dimensiunile transformatoarelor pot fi reduse foarte mult, nucleele feromagnetice dăunătoare pot fi aruncate cu totul, reducând greutatea. Există caracteristici de design de alt fel. După cum scrie remarcabilul designer de circuite M.A. Shustov:

1. Convertoare inductive de dimensiuni mai mici, toate celelalte fiind egale. Prin urmare, sunt folosite pentru capacități mai mari. Ceea ce vedem în exemplul transformatoarelor.
2. În ceea ce privește convertoarele capacitive, este avantajos să se utilizeze pentru puteri mici. Să ne amintim despre multivibratoarele cu circuit RC.

Ați auzit despre „transformatoare” de tensiune constantă. Poate fi atribuită caracteristicilor de design. Generatorul folosește o legătură de feedback - un cristal de cuarț. Condensatorul de stocare controlează modul de funcționare al tranzistorului; tensiunea alternativă sub formă de undă acustică trece prin elementul piezoelectric. Din cauza unor circumstanțe evidente, frecvențele de operare se află în regiunea de câțiva MHz, iar puterea este scăzută. Este clar că sistemul nu poate transmite direct tensiunea continuă; termenul de transformator este folosit alegoric.

Energia furnizată prin liniile electrice nu este întotdeauna utilizată în forma sa pură. Pentru a îndeplini sarcini specifice, acesta este transformat de dispozitive electrice care modifică unul sau mai mulți parametri - tip de tensiune, frecvență și altele.

Convertoare electrice: clasificare

Aceste dispozitive sunt clasificate după mai multe criterii:

1. Tip de transformare.
2. Tip de construcție.
3. Controlabilitate.

Parametri care se schimbă

Următorii parametri sunt supuși transformării:

1. Tip de tensiune – de la alternativ la direct și invers.
2. Valori de amplitudine ale curentului și tensiunii.
3. Frecvență.

Tipuri de structuri

Aceste dispozitive sunt împărțite în dispozitive electrice și semiconductoare.

Mașinile electrice (rotative) sunt formate din două mașini, una este acţionarea, iar cealaltă este servomotorul. De exemplu, pentru a converti curentul alternativ în curent continuu, se utilizează un motor cu inducție AC (driver) și un generator DC (performer). Dezavantajul lor este dimensiunile și greutatea lor mari. În plus, eficiența totală a combinației tehnologice este mai mică decât cea a unei singure mașini electrice.

Convertoarele semiconductoare (statice) sunt construite pe baza unor circuite electrice formate din elemente semiconductoare sau lămpi. Eficiența lor este mai mare, dimensiunea și greutatea lor sunt mici, dar calitatea energiei electrice de ieșire este scăzută.

Gestionat și negestionat

Dacă amploarea modificării parametrului energiei electrice este fixă, atunci se utilizează un convertor necontrolat. Astfel de dispozitive sunt utilizate în primele etape ale surselor de alimentare. Un exemplu este un transformator de putere care reduce tensiunea rețelei de la 220 la 12 volți.

Convertizoarele cu parametri variabili sunt actuatoare în circuite electrice controlate. De exemplu, prin modificarea frecvenței tensiunii de alimentare, viteza de rotație a motoarelor asincrone este controlată.

Convertoare de energie electrică: exemple de dispozitive

Convertizoarele pot îndeplini fie o funcție, fie mai multe.

Schimbarea tipului de tensiune

Acele dispozitive care convertesc curentul alternativ în curent continuu se numesc redresoare. Cele care acționează invers sunt invertoarele.

Dacă acesta este un dispozitiv de mașină electrică, atunci redresorul constă dintr-un motor de curent alternativ asincron care rotește rotorul unui generator de curent continuu. Liniile de intrare și ieșire nu au contact electric.

Cel mai comun tip de circuit redresor static este o punte de diode. Conține patru elemente (diode) cu conductivitate unidirecțională, conectate spate în spate. După aceasta, trebuie instalat un condensator electrolitic, care netezește tensiunea pulsatorie.

Există un design hibrid care combină mașina electrică și redresoare statice. Acesta este un generator de mașină, care este o mașină de curent alternativ, ale cărei înfășurări ale statorului sunt conectate la o punte redresoare cu un condensator.

Circuitele invertoare sunt folosite pentru a porni un generator de oscilație continuă (multivibrator), construit pe tiristoare sau tranzistoare. Ele stau la baza convertoarelor de frecvență.

Modificarea valorilor de amplitudine

Acestea sunt toate tipurile de transformatoare - step-down, step-up, balast.

Transformatoarele controlate se numesc reostate. Dacă sunt conectate în paralel cu o sursă de energie electrică, schimbă tensiunea. În serie - curent.

Pentru a absorbi căldura generată în timpul funcționării transformatoarelor puternice de rețea de înaltă tensiune, se folosesc sisteme de răcire cu lichid (ulei).

Schimbarea frecventei

Convertizoarele de frecvență pot fi fie electrice (rotative) fie statice.

Actuatorul convertizoarelor rotative de frecvență este un generator trifazat asincron de înaltă frecvență. Rotorul său rotește un motor electric cu curent continuu sau alternativ. La fel ca un redresor rotativ, liniile sale de intrare și ieșire nu au contact electric.

Circuitele invertoare utilizate în convertizoarele de frecvență statice sunt fie controlate, fie necontrolate. Creșterea frecvenței face posibilă reducerea dimensiunii dispozitivelor. Un transformator cu o frecvență de funcționare de 400 Hz este de opt ori mai mic decât unul care funcționează la 50 Hz. Această proprietate este utilizată pentru a construi invertoare compacte de sudare.