Для преобразования переменного тока в постоянный применяют полупроводниковые выпрямители.

Постоянный ток и его источники

У постоянного тока величина и направление не изменяются с течением времени. На современных приборах он обозначается буквами DC — сокращением от английского Direct Current (в дословном переводе – прямой ток). Его графическое обозначение:

Источниками постоянного тока являются батарейки и аккумуляторы. На нем работают все полупроводниковые электронные устройства: мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры, спутниковые системы. Для питания этих устройств от сети переменного тока в их входят блоки питания. Они понижают напряжение сети до нужной величины и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства для аккумуляторов тоже питаются от сети переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.

Инвертор или конвертер — в чем разница?

Когда мы рассуждаем о преобразовании электрической энергии из одного вида в другой, говорим о технических устройствах реализующих процесс преобразования, то неизбежно сталкиваемся с такими двумя понятиями как «инвертор» и «конвертер».

Порой может возникнуть путаница: что и в каком контексте будет правильным называть инвертором, а что — конвертером, ведь и тот и другой прибор являются электрическими преобразователями, и внешне часто очень похожи. Однако мы обычно не говорим «преобразователь», поскольку предпочитаем пользоваться более точными формулировками.

Итак, давайте разберемся, что же такое инвертор, что такое конвертер, и чем они отличаются друг от друга.

Слово «инвертор» происходит от латинского «inverto — инверто», обозначающего «переворачивать». Применительно к электрическим преобразователям, инвертором называют такой преобразователь, который, выражаясь простым языком, переворачивает вид тока.

Что это значит? Сегодня повсеместно внедрены сети переменного тока, поэтому принято считать, что первоначальный, исходный вид тока — именно переменный. Для получения постоянного тока из переменного применяются выпрямители.

Первые сетевые блоки питания постоянного напряжения были трансформаторными, где ко вторчной обмотке трансформатора были присоединены как минимум диодный мост и конденсаторный фильтр. На выходе такого блока питания получалось постоянное напряжение, которое позволяло иметь в нагрузке прямой, постоянный ток, то есть не переменный, не синусоидальный, не такой формы ток, как тот, который получается от розетки.

Но что если теперь задаться целью получить из постоянного тока снова исходный переменный? Разумеется, этого не удастся достичь, просто подключив диодный мост и трансформатор задом на перед к источнику постоянного напряжения, допустим к автомобильному аккумулятору или к конденсатору, стоящему на выходе солнечной панели.

Тут то нам и потребуется самостоятельный активный прибор, который сделает нечто, с виду похожее на «переворачивание» выпрямителя. Такой активный прибор, содержащий в себе полупроводниковые ключи, и способный обратно превратить (будто бы перевернуть выпрямитель) постоянный ток в переменный, принято называть инвертором.

Например DC-AC инвертор 12В на 220В позволяет от бортовой сети автомобиля получить переменное напряжение постоянной частоты как в розетке.

Импульсные сварочные аппараты, кстати, называют инверторами, именно потому, что они преобразуют постоянное напряжение, получаемое выпрямлением сетевого напряжения, — в переменное высокой частоты, которое затем выпрямляется, и снова таким образом превращается в постоянное.

Частотный инвертор также превращает постоянное напряжение в переменное требуемой частоты, да еще и с заданным числом фаз и т. д. Таким образом, инвертор в конце концов всегда меняет форму (вид) тока и напряжения, и так исторически сложилось, что инверторами стали называть именно преобразователи постоянного тока в переменный, то есть DC-AC преобразователи.

Что же касается слова «конвертер», то оно происходит от латинского «конвертере», обозначающего изменение или превращение. Как вы видите, данное понятие имеет более широкое значение. Не случайно в состав конвертера зачастую входит и инвертор.

Мы говорим DC-DC конвертер, имея ввиду преобразователь постоянного напряжения одной величины — в постоянное напряжение другой величины. DC-AC инвертор входит в конструкцию такого конвертера в качестве активного промежуточного звена, без которого не обойтись.

Но поскольку входное напряжение постоянное и выходное — тоже постоянное, то вид напряжения не изменяется, то есть прибор ничего не «переворачивает», а поэтому называть его инвертором не будет правильным. Это — конвертер.

Конвертер, как самостоятельное устройство, не изменяет вид тока, а изменяет только его характеристики, например величину действующего напряжения, если речь идет о преобразователе постоянного тока (DC-DC конвертер) или частоту, если речь идет о преобразователе частоты (AC-AC конвертер).

Однако, конвертерами сегодня именуют и AC-DC преобразователи, поскольку переменное напряжение в них сначала всегда выпрямляется, то есть превращается в постоянное, и только затем преобразуется (с помощью инвертора, кстати) в постоянное, но с другим выходным значением.

Источник

Переменный ток и его параметры

У переменного тока направление и величина циклически изменяются во времени. Цикл одного полного изменения (колебания) называется периодом (T), а обратная ему величина – частотой (f). Буквенное обозначение переменного тока – АС, сокращение от Alternating Current (знакопеременный ток), а графически он обозначается отрезком синусоиды:

̴

После этого знака указывается напряжение, иногда – частота и количество фаз.

Переменный ток характеризуется параметрами:

Однофазный ток в чистом виде получается при помощи бензиновых и дизельных генераторов. В остальных случаях он – часть трехфазного, представляющего собой три изменяющихся по синусоидальному закону напряжения, равномерно сдвинутых друг относительно друга. Этот сдвиг по времени называется углом сдвига фаз и составляет 1/3Т.

Для передачи трехфазных напряжений используют четыре провода. Один является их общей точкой и называется нулевым (N), а три остальные называются фазами (L1, L2, L3).

Графики напряжений трехфазного переменного тока

Напряжение между фазами называется линейным, а между фазой и нулем – фазным, оно меньше линейного в √3 раз. В нашей сети фазное напряжение равно 220 В, а линейное – 380 В.

Под мгновенным значением напряжения переменного тока понимают его величину в определенный момент времени t. Она изменяется с частотой f. Мгновенное значение напряжения в точке максимума называется амплитудным значением. Но не его измеряют вольтметры и мультиметры. Они показывают величину, в √2 раз меньшую, называемую действующим или эффективным значением напряжения. Физически это означает, что напряжение постоянного тока этой величины совершит такую же работу, как и измеряемое переменное напряжение.

Характеристики трехфазного тока

Достоинства и недостатки переменного напряжения

Так почему же для энергоснабжения выбрали переменный ток, а не постоянный?

При передаче электроэнергии ток проходит по проводам, длиной сотни километров, нагревая их и рассеивая в воздухе энергию. Это неизбежно как для постоянного, так и для переменного токов. Но мощность потерь зависит только от сопротивления проводов и тока в них:

Мощность, которую передается по линии, равна:

Отсюда следует, что при увеличении напряжения для передачи той же мощности нужен меньший ток, и мощность потерь при этом уменьшается. Вот поэтому протяженных ЛЭП напряжение повышают. Есть линии на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ и даже 1150кВ.

Но в процессе передачи электроэнергии от источника к потребителю напряжение нужно неоднократно изменять. Проще это сделать на переменном токе, используя трансформаторы.

Недостатки переменного тока проявляются при передаче энергии по кабельным линиям. Кабели имеют емкостное сопротивление между фазами и относительно земли, а емкость проводит переменный ток. Появляется утечка, нагревающая изоляцию и выводящая со временем ее из строя.

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

Процесс получения из переменного тока постоянного называется выпрямлением, а устройства – выпрямителями. Основная деталь выпрямителя – полупроводниковый диод, проводящий ток только в одном направлении. В результате выпрямления получается пульсирующий ток, меняющий со временем свою величину, но не изменяющий знак.

Затем пульсации устраняют при помощи фильтров, простейшим из них является конденсатор. Полностью пульсации устранить невозможно, а их конечный уровень зависит от схемы выпрямителя и качества фильтра. Сложность и стоимость выпрямителей зависит от величины пульсаций на выходе и от максимальной мощности на выходе.

Схема простейшего выпрямителя Графики работы выпрямителя

Для преобразования в переменный ток используются инверторы. Принцип их работы состоит в генерации переменного напряжения с формой, максимально приближенной к синусоидальной. Пример такого устройства – автомобильный инвертор для подключения к бортовой сети бытовых приборов или инструмента.

Чем качественнее и дороже инвертор, тем больше его мощность или точнее выдаваемое им напряжение приближается к синусоиде.

Оцените качество статьи:

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC – метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Смотрим осциллограмму:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад. У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

– чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

– чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.