Что будет, если подать в электросеть постоянный ток
Война токов завершилась, и Тесла с Вестингаузом, похоже, победили. Сети постоянного тока сейчас используются кое-где на железной дороге, а также в виде свервысоковольтных линий передачи.
Подавляющее большинство энергосетей работают на переменном токе. Но давайте представим, что вместо переменного напряжения с действующим значением 220 вольт в ваш дом внезапно стали поступать те же 220 В, но постоянного тока.
Театр начинается с вешалки, а наш электрический цирк — с вводного щитка.
Автоматы
И сразу хорошие новости: защитные автоматы будут работать как положено. Автомат имеет два расцепителя: тепловой и электромагнитный. Тепловой служит для защиты от длительной перегрузки. Ток нагревает биметаллическую пластинку, она изгибается и размыкает цепь.
Электромагнитный элемент срабатывает от кратковременного импульса тока при коротком замыкании. Он представляет собой соленоид, который втягивает в себя сердечник и, опять же, разрывает цепь. Обе эти системы прекрасно работают на постоянном токе.
источник картинки: выключатель-автоматический.
рф
Дополнения от Bronx и AndrewN:
Магнитный расцепитель срабатывает по амплитудному значению тока, то есть в 1,4 раза больше действующего. На постоянном токе его ток срабатывания будет в 1,4 раза выше. Дугу постоянного тока сложнее погасить, так что при коротком замыкании увеличится время разрыва цепи и ускорится износ автомата. Существуют специальные автоматы, рассчитанные на работу с постоянным током.
УЗО
Помимо автоматов, в щитке есть устройство защитного отключения (УЗО). Его цель — обнаруживать утечку тока из сети на землю, например при касании человеком токоведущих частей. УЗО измеряет силу тока в двух проводниках, проходящих через него. Если в нагрузку втекает такой же ток, что и вытекает — всё в порядке, утечки нет. Если же токи не равны, УЗО бьёт тревогу и разрывает цепь.
Чувствительный элемент УЗО — дифференциальный трансформатор. У такого трансформатора две первичные обмотки, включенные в противоположных направлениях. Если токи равны, их магнитные поля компенсируют друг друга и на выходе сигнала нет. Если токи не скомпенсированы, на выходе сигнальной обмотки появляется напряжение, на которое реагирует схема УЗО.
На постоянном токе трансформатор работать не будет, и УЗО окажется бесполезным.
Счетчик
Неважно, какой у вас электросчетчик — старый механический или новый электронный — работать он не будет. Механический счетчик представляет собой электродвигатель, где ротором служит металлический диск, а статор содержит две обмотки. Одна обмотка включена последовательно с нагрузкой и измеряет ток, вторая включена параллельно и измеряет напряжение.
Таким образом, чем больше потребляемая мощность, тем быстрее крутится диск. Работа такого счетчика основана на явлении электромагнитной индукции, и при постоянном токе в обмотках диск останется неподвижен. Электронный счетчик устроен по-другому.
Он напрямую измеряет напряжение (через резистивный делитель) и ток (при помощи шунта или датчика Холла), оцифровывает их, а затем микропроцессор пересчитывает полученные данные в киловатт-часы. В принципе, ничто не мешает такой схеме работать с постоянным током, но во всех бытовых счетчиках постоянная составляющая программно отфильтровывается и на показания не влияет.
Счетчики постоянного тока существуют в природе, их ставят, например, на электровозы, но в квартирном щитке вы такой не найдёте. Ну и ладно, не хватало ещё платить за всё это безобразие! Идём дальше по цепи и смотрим, какие электроприборы могут нам встретиться.
Нагревательные приборы
Тут всё прекрасно. Электронагреватель — это чисто резистивная нагрузка, а тепловое действие тока не зависит от его формы и направления. Электроплиты, чайники, кипятильники, утюги и паяльники будут работать на постоянном токе точно так же, как и на переменном. Биметаллические терморегуляторы (как, например, в утюге) тоже будут функционировать правильно.
Лампы накаливания
Старая добрая лампочка Ильича на постоянном токе чувствует себя не хуже, чем на переменном. Даже лучше: не будет пульсаций света, лампа не будет гудеть. На переменном токе лампочка может гудеть из-за того, что спираль (особенно, если она провисла) работает как электромагнит, сжимаясь и растягиваясь дважды за период. При питании постоянным током этого неприятного явления не будет.
Однако если у вас установлены регуляторы яркости (диммеры), то они работать перестанут. Ключевым элементом диммера является тиристор — полупроводниковый прибор, который открывается и начинает пропускать ток в момент подачи управляющего импульса. Закрывается тиристор, когда ток через него прекращает течь. При питании тиристора переменным током он будет закрываться при каждом переходе тока через ноль.
Подавая управляющий импульс в разное время относительно этого перехода, можно менять время, в течение которого тиристор будет открыт, а значит, и мощность в нагрузке. Именно так и работает диммер. При питании постоянным током тиристор не сможет закрыться, и лампа всегда будет гореть на 100% мощности. А возможно, управляющая схема не сможет «поймать» переход сетевого напряжения через ноль и не подаст импульс для открытия тиристора.
Тогда лампа не загорится совсем. В любом случае, диммер будет бесполезен.
Люминесцентные лампы
Люминесцентную лампу нельзя включать напрямую в сеть, для нормальной работы ей нужен пуско-регулирующий аппарат (ПРА). В простейшем случае он состоит из трёх деталей: стартёра, дросселя и конденсатора. Последний нужен не самой лампе, а остальным потребителям в сети, так как он улучшает коэффициент мощности и фильтрует помехи, создаваемые лампой.
Стартёр — это неоновая лампочка, один из электродов которой при нагреве изгибается и касается второго электрода. Дроссель — большая катушка индуктивности, включенная последовательно с лампой: Штатно всё это работает так: при включении зажигается разряд в стартёре, его контакты нагреваются и замыкаются между собой.
Ток течёт через нити накала лампы, отчего те разогреваются и начинают испускать электроны. В это время стартёр остывает и размыкает цепь. Ток резко падает, и за счет самоиндукции на дросселе появляется импульс высокого напряжения. Этот импульс зажигает разряд в лампе, и дальше он горит самостоятельно.
Дроссель теперь ограничивает ток разряда, работая как добавочное сопротивление. Что же будет на постоянном токе? Стартёр сработает, лампа зажжётся как положено, но вот дальше всё пойдёт наперекосяк. В цепи постоянного тока у дросселя не будет индуктивного сопротивления (только активное сопротивление проводов, а оно мало), а значит, он больше не сможет ограничивать ток.
Чем выше ток разряда, тем сильнее ионизируется газ в лампе, сопротивление падает, и ток растёт ещё сильнее. Процесс будет развиваться лавинообразно и закончится взрывом лампы.
Лампы с электронным ПРА
Электромагнитные ПРА просты, но не лишены недостатков. У них низкий КПД, дроссель громоздкий и тяжелый, гудит и нагревается, лампа загорается с диким миганием, а потом мерцает с частотой 100 Гц. Всех этих недостатков лишен электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА). Как он работает? Если посмотреть схемы различных ЭПРА, можно заметить общий принцип.
Напряжение сети выпрямляется (преобразуется в постоянное), затем генератор на транзисторах или микросхеме вырабатывает переменное напряжение высокой частоты (десятки кГц), которое питает лампу. В дорогих ЭПРА есть схемы разогрева нитей и плавного запуска, которые продлевают срок службы лампы.
источник картинки: aliexpress.
com Схожую схемотехнику имеют как блоки для линейных ламп, так и компактные «энергосберегайки», которые вкручиваются в обычный патрон. Поскольку на входе ЭПРА стоит выпрямитель, можно питать всю схему постоянным напряжением.
Светодиодные лампы
Светодиод требует для работы небольшое постоянное напряжение (около 3.5 В, обычно соединяют несколько диодов последовательно) и ограничитель тока. Схемы светодиодных ламп весьма разнообразны, от простых до довольно сложных. Самое простое — последовательно со светодиодами поставить гасящий резистор. На нём упадёт лишнее напряжение, он же будет ограничивать ток. Такая схема имеет чудовищно низкий КПД, поэтому на практике вместо резистора ставят гасящий конденсатор. Он также обладает сопротивлением (для переменного тока), но на нём не рассеивается тепловая мощность. По такой схеме собраны самые дешёвые лампы. Светодиоды в них мерцают с частотой 100 Гц. На постоянном токе такая лампа работать не будет, так как для постоянного тока конденсатор имеет бесконечное сопротивление.
источник картинки: bigclive.com
Источник: https://habr.com/ru/post/372749/
Постоянный ток и переменный ток отличия
Солнечные панели вырабатывают напряжение постоянного тока в 12, 24, 48 вольт и выше. Так как большинство электрических устройств работают от напряжения переменного тока, то подключать питание от солнечных батарей необходимо через специальный инвертор. Рассмотрим, чем отличаются эти напряжения и как происходит их преобразование.
Переменное напряжение и его отличия от постоянного
Под переменным понимают электрический ток, имеющий возможность изменяться в зависимости от того, в каком направлении движутся частицы имеющие заряд. Самыми важными характеристиками переменного тока можно назвать напряжение с частотой. На объектах разного типа, в зависимости от технических требований, может применяться переменное напряжение с определенной частотой.
Стандартные параметры, от которых работают все бытовые приборы, это напряжение 220 вольт при условии, что частота составляет 50 Гц. Стоит сказать, что под частотой понимают то, сколько раз в течение одной секунды менялось направление частиц, имеющих заряд. Следовательно, если частота напряжения составляет 50 Гц, то направление движения электронов за секунду меняется 50 раз.
Отсюда сами собой напрашиваются выводы, что переменный ток отличается от постоянного изменчивостью движения его заряженных частиц.
Основная причина, почему по централизованным сетям подается переменный ток, объясняется более простой и дешевой схемой его транспортировки. Кроме того, величину переменного напряжения можно легко преобразовать до требуемых значений, выполняя подключение оборудования через трансформаторы, работа которых приводит к минимальным потерям электроэнергии. В конечном результате переменный ток выводится к потребителю через розетки электропитания.
Преобразование тока из постоянного в переменный
Как говорилось выше, вырабатываемый солнечными панелями постоянный ток мало для чего пригоден. Особенно, когда солнечная электростанция подключена к зеленому тарифу, получаемое электричество необходимо преобразовать в переменное, а также выпрямить до стандартных параметров. Для этой цели используются следующие типы инверторов:
- автономные – предназначены для локальной электрической сети и зарядки аккумуляторных батарей;
- сетевые инверторы – преобразовывают ток в переменный, чтобы транспортировать по общей сети;
- гибридные – обладают двумя функциями, позволяя и аккумуляторы заряжать, и выпрямлять напряжение под параметры общей сети.
Преобразование тока в переменный из постоянного происходит за счет того, что инвертор следит за фазой сети и непрерывно поддерживает напряжение на выходе немного выше сетевого. Следит за процессом микропроцессор в конструкции инвертора.
Он отслеживает текущую форму переменного напряжения в сети и выводит аналогичное напряжение преобразованного из постоянного тока.
Чтобы исключить сбой в работе инвертора, необходимо периодически проверять выходное напряжение на соответствие сетевых параметров.
еще не добавлены
Источник: https://elektro.in.ua/postoyannyj-tok-i-peremennyj-tok-otlichiya.html
Инверторы и контроллеры мощности в солнечной энергетике
Солнечная энергетика развивается стремительными темпами и недаром рассматривается многими как энергетика будущего. Мы продолжаем знакомить читателей с основными принципами работы систем, которые генерируют электроэнергию за счет энергии солнца.
Одним из основных элементов таких систем является аккумулятор. Но не менее важны и другие устройства — контроллеры мощности и инверторы. В этой статье мы обсудим особенности контроллеров мощности и инверторов, используемых в солнечной энергетике.
Зачем же нужны данные устройства? Дело в том, что ток, вырабатываемый фотоэлементами, постоянный, а большинство бытовых электроприборов питаются от переменного тока. Задачу преобразования постоянного в переменный ток решает инвертор. А контроллер мощности позволяет добиться, чтобы производительность фотоэлементов была близка к максимальной.
Конструкция инвертора
Инвертор, наряду с аккумулятором, является «обязательным» элементом солнечных энергетических систем. Инверторы используются для преобразования постоянного тока в переменный.
Инвертор с ЖК-индикатором СибКонтакт ИС1-24-2000
Основными компонентами инверторов являются коммутационные или переключающие элементы. В зависимости от их состояния, постоянный ток от источника, например, от солнечной панели, идет к нагрузке (потребителю) то по одному, то по другому контуру. Коммутационные элементы постоянно переключаются, чередуя направление тока в каждой последовательности переключения.
В качестве переключающего элемента обычно используются полупроводниковые переключатели (в основном, транзисторы). На практике МОП-транзисторы (MOSFET, англ.) широко используются в инверторах с выходной мощностью до 5 кВт.
В системах с большей мощностью обычно используются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT, англ.).
IGBT-транзисторы быстро вытесняют популярные некогда тиристоры из высоковольтных схем преобразования частоты и позволяют создать импульсные источники вторичного электропитания с качественно лучшими характеристиками.
Принципиальная схема однофазного инвертора (слева) и трехфазного инвертора (справа)
Самый простой инвертор генерирует переменный ток прямоугольной формы. Ниже показан принцип работы такого инвертора (создание сигнала переменного тока прямоугольной формы, направление движения тока отмечено красным цветом).
Этот инвертор может использоваться для подачи тока на простые устройства, такие как спиральные обогреватели, но не годится для большинства более сложных бытовых приборов, поскольку он вызывает значительные гармонические искажения. Более сложные типы инверторов работают по сходному принципу, но выдают потребителю сигнал с формой, приближенной к классической синусоидальной.
На рынке сегодня имеется множество инверторов различных конструкций, которые способны выдавать переменный ток от простых прямоугольных до почти идеальных синусоидальных волн. «Продвинутые» инверторы в процессе преобразования используют много стадий переключения для создания как можно более гладкой волны, а фильтры, установленные в них, позволяют получить синусоиду правильной формы.
Последовательность операций инвертора для создания прямоугольного сигнала
Основные характеристики инвертора
Однофазные инверторы обычно устанавливаются в системах с низким энергопотреблением, например, в частных домах. Трехфазные инверторы, как правило, используются в солнечных установках большой мощности, которые обслуживают несколько домовладений или иных потребителей энергии. Такие солнечные установки высокой мощности обычно имеют дополнительно трансформаторы для повышения напряжения, передаваемого по сети.
Одной из основных характеристик инвертора является его мощность. Мощность инвертора определяется мощностью фотоэлементов, генерирующих постоянный ток за счет солнечной энергии.
Другими важными характеристиками выступают напряжение переменного тока на выходе инвертора и его частота.
Для полноценной работы солнечной системы выходное напряжение и частота должны всегда оставаться стабильными, а само устройство обязано выдерживать ограниченную по времени перегрузку и высокие пусковые или пиковые токи.
Информация о том, какую перегрузки и в течение какого времени может выдержать инвертор заносится в паспорт устройства. Следует помнить, что вход и выход инвертора должны быть гальванически изолированы.
Еще одним важным параметром инвертора является его эффективность. Эффективность инвертора — это величина, характеризующая потери энергии в инверторе, когда он преобразует постоянный ток в переменный. Она определяется как соотношение полезной выходной мощности ко входу.
Как видите, инвертор способен на многое, но при этом не лишен недостатков. Пожалуй, главным из них является то, что обычный простой инвертор выкачивает накопленную аккумулятором энергию, даже если она не нужна потребителю, просто в силу своих конструктивных особенностей. Это снижает общую эффективность солнечной системы.
Поэтому в больших системах используются инверторы «спящего режима», оборудованные специальными датчиками, предотвращающими «холостые» потери. Такой датчик обнаруживает, нужно ли подать питание на нагрузку и только после этого активирует инвертор. В противном случае инвертор спокойно «спит» и не крадет энергию из аккумулятора.
Необходимо отметить, что технологии производства солнечных систем прогрессируют невиданными темпами. И сегодня на рынке доступны инверторы, имеющие эффективность на уровне 95%, а лучшие образцы могут обеспечить даже 98% эффективность.
Особенности солнечного инвертора
Как уже отмечалось, фотоэлектрические солнечные системы генерируют постоянный электрический ток, а инвертор преобразует его в переменный, который применяется в большинстве современных бытовых приборов и систем.
Современные инверторы, применяемые в солнечной энергетике, на выходе дают синусоидальную волну переменного тока и рассчитаны на высокую мощность нагрузки вплоть до сотни киловатт. Но и это далеко не все — в отличие от простых электронных инверторов, солнечные инверторы предоставляют потребителям и множество дополнительных. Например, они позволяют измерить потребление энергии, вести мониторинг этого потребления, производить настройку и обеспечивать защиту солнечной энергетической системы.
Существует несколько способов реализации солнечных систем. Так, солнечные энергетические системы могут быть спроектированы как сетевые или внесетевые (локальные) системы.
Внесетевые системы предназначены для работы независимо от внешней электрической сети, в то время как сетевые системы могут выдавать произведенную электроэнергию в общую сеть.
Сетевые системы, в свою очередь, могут иметь системы хранения энергии в виде аккумуляторных батарей, которые могут использоваться для резервного питания, или не иметь хранилищ энергии и питаться в ночное время от общей сети. Но инверторы являются обязательным компонентом во всех типах солнечных систем.
Солнечная энергетическая система
Энергия во внесетевой солнечной системе течет в разных направлениях. Например, в дневное время генерация электроэнергии происходит за счет солнечных панелей, и ток течет от них. Если же солнечного света недостаточно, нагрузка может питаться как от панелей, так и от аккумуляторных батарей, или только от аккумуляторов — например, в ночное время.
Зачем нужен контроллер мощности
Контроллер мощности представляет собой регулирующее устройство, которое следит за тем, чтобы аккумуляторные батареи в системе не перезаряжались и не недозаряжались. Напомним, что работа «не в режиме» плохо отражается на «здоровье» аккумуляторов и снижает срок их службы, а также ухудшает характеристики.
Инвертор СибКонтакт СибВольт 40110 110В/4000Вт
Если установить контроллер мощности между солнечной панелью и аккумуляторными батареями, это значительно увеличит срок эксплуатации батарей, обеспечивая оптимальных режим их работы.
В зависимости от энергетического состояния солнечных панелей, контроллер мощности будет направлять выработанную ими электроэнергию или пользователям, или для зарядки аккумулятора, или в общую сеть. Нужно помнить, что напряжение аккумуляторных батарей не стабильно и настраивается автоматически в зависимости от типа батареи, ее текущего состояния и температуры, в то время как напряжение в домашней сети должно быть постоянным, без скачков. Именно такую задачу и решает контроллер мощности.
Еще одна важная задача солнечного контроллера — обеспечить защиту и безопасность. Это особенно важно для сетевых систем, когда локальная солнечная система подключена к общей сети. В этом случае контроллер мощности должен синхронизировать выработанные локальной системой напряжение и частоту с параметрами общей сети. Он также должен обеспечивать устойчивость работы локальной системы при отключении от общей сети во время сбоев.
С безопасностью могут возникнуть серьезные проблемы, если локальная солнечная система продолжит выдавать энергию в общую сеть, несмотря на то, что та больше не используется. Это может быть опасно для обслуживающего персонала, который может случайно прикоснуться к силовому кабелю, который, как он думает, обесточен. Коллектор мощности позволяет вовремя обнаружить такую ситуацию и отключить солнечную систему от внешней сети.
Отслеживание максимальной мощности солнечной панели
Отслеживание максимальной мощности солнечной панели (Maximum power point tracking, англ., MPPT) — очень специфический параметр контроллера мощности в солнечных системах. Солнечные энергетические системы вырабатывают в течение суток разное количество энергии, которое зависит от интенсивности падающего на солнечные элементы света. Метод MPPT позволяет всякий раз найти то состояние (или точку, т.к.
данное состояние можно представить на графике), в котором фотоэлементы обеспечивают максимальную выработку электроэнергии. MPPT-контроллер постоянно отслеживает ток и напряжение, выдаваемые солнечной панелью, перемножает их значения и определяет соотношение ток-напряжение, при которых мощность этой панели будет максимальной.
Встроенный в контроллер процессор одновременно отслеживает, на какой стадии заряда находится аккумулятор (наполнение, насыщение, выравнивание, поддержка) и на основании этого определяет, какой ток должен подаваться в аккумуляторную батарею.
Максимальная точка питания
цель метода MPPT состоит в том, чтобы управлять нагрузкой, в зависимости от энергетического состояния солнечной панели, чтобы обеспечить наиболее эффективную передачу мощности от солнечных панелей.
Энергия будущего
Сегодня существуют все предпосылки, что наше поколение действительно будет последним, использующим для генерации электроэнергии ископаемые виды топлива, поэтому каждый должен знать основные принципы, используемые в системах с возобновляемыми источниками энергии, т.к. за ними будущее. Это необходимо для правильного выбора решений по обеспечению энергией своего дома.
Источник: http://www.topclimat.ru/publications/inverters_and_contorllers_in_solar_energy.html
Как работает инвертор — как ремонтировать инверторы — общие подсказки
Бесполезно обсуждать, как ремонтировать инверторы постоянного или переменного тока до того, прежде чем понять, как работают инверторы. Ниже предоставлена информация, содержащая аспекты, которые могут оказаться весьма полезными для любого электронщика.
Составные элементы инвертора
Как следует из названия, инверторы постоянного или переменного тока – это электронное устройство, которое может преобразовывать постоянный ток, обычно берущийся из свинцово-кислотных аккумуляторов в переменный, который может быть вполне сопоставим с напряжением, присутствующим в обычной осветительной сети.
Ремонт специфических инверторов не простое дело и требует определенных знаний в этой области. Инверторы, предоставляющие синусоидальное напряжение на выходе, или те, которые используют технологию ШИМ, чтобы генерировать синусоиду, сложные в плане диагностики и устранения неисправностей для тех, кто недавно занимается ремонтом подобного оборудования.
Однако, простые инверторы, которые основаны на базовых принципах, сможет отремонтировать даже человек, не являющийся экспертом в этой области.
Прежде, чем мы перейдем к поиску неисправностей, важно обсудить, как работает инвертор и различные стадии, являющиеся нормальными для этого оборудования:
Обычно инвертор состоит из трех важных компонентов: выпрямитель, шина постоянного тока и собственно сам инвертор
.Генератор: данный этап отвечает за генерацию осциллирующих импульсов либо через интегральную, либо через транзисторную цепь. Эти колебания, как правило, существуют в виде прямоугольных импульсов.Вышеуказанные генерируемые прямоугольные импульсы слишком слабы и не могут быть использованы для трансформаторов высокого напряжения. Таким образом, эти импульсы поступают на следующий каскад усилителя, чтобы соответствовать поставленному заданию.
Усилитель или Драйвер: Это осциллируемая частота, которая усиливается на высоких уровнях тока, с использованием силовых транзисторов или МОП транзисторов.
Несмотря на повышенную отдачу от переменного тока, его хватает для заряда аккумулятора, однако он не может работать с нагрузкой, так как ей нужно более высокое напряжение. Высокое напряжение появляется на выходе вторичной обмотки трансформатора.
Выходной трансформатор: Мы все знаем, как работает трансформатор; в источниках питания постоянного/переменного тока обычно используется понижение через магнитную индукцию двух обмоток.
В инверторах трансформатор обычно используется для подобных целей, однако, здесь высокое напряжение переменного тока появляется на вторичных обмотках в результате ступенчатого усиления напряжения на первичной обмотке трансформатора. Наконец, это напряжение используется для питания электрических приборов, таких, как осветительные приборы, вентиляторы, миксеры, паяльники и другие.
Инверторы постоянного или переменного тока, подсказки по ремонту
Описанные выше вещи очень важны, чтобы получить правильный результат от инвертора. Во-первых, генерация колебаний, благодаря которой, процесс индукции напряжения может проходить через обмотку трансформатора. Во-вторых, частота колебаний тоже очень важна, она является фиксированной величиной.
Эта величина отличается в разных странах, например, в странах с напряжением 230 V, обычно рабочая частота 50 Hz, а в других странах, где напряжение 120 V, рабочая частота 60 Hz.Сложные устройства, например, промышленные компьютеры и прочие подобные устройства не рекомендуется использоваться с инверторами на основе импульсов прямоугольной формы.
Резкий рост и падение прямоугольных импульсов просто не подходит для использования с такого рода устройствами.
Как ремонтировать инвертор
Как только вы поняли, из каких частей состоит инвертор и разобрались со всем тем, что было написано выше, стало гораздо проще разобраться с тем, что вышло из строя.
Следующие советы помогут вам понять, как ремонтировать инверторы постоянного и переменного тока:Инвертор “Не включается”: Проверьте напряжение аккумулятора и соединения, проверьте предохранитель.
Если все в норме, откройте крышку инвертора и проделайте следующие операции:Найдите область генератора; отсоединить его выход и, с помощью частотомера, проверьте правильность его работы. Отсутствие частоты или стабильного тока указывает на возможную неисправность. Проверить и все его комплектующие на наличие неисправностей.
Когда вы убедились, что генератор работает нормально, переходите к следующему этапу т.е. к усилителю-драйверу. Проверьте каждое устройство с помощью цифрового мультиметра, возможно, для более точной проверки, все придется полностью разобрать. Если вы нашли, что конкретно неисправно, просто замените эту деталь на новую.
Иногда трансформаторы также становятся главной причиной сбоя. Проверьте обрыв обмотки или плохое внутреннее соединение в соответствующем трансформаторе. Если вы обнаружите что-то подозрительное, немедленно меняйте деталь на новую.
Хотя все не так просто, и вы не научитесь ремонтировать инверторы просто, почитав эту статью, однако, вы точно начнете понимать, когда, методом проб и ошибок, будете пытаться их ремонтировать.Все еще есть сомнения?пожалуйста, заполните форму обратной связи.
Время выполнения запроса: 0,00419187545776 секунд.
Источник: https://prom-electric.ru/kak-rabotaet-invertor-kak-remontirovat-invertory-obschie-podskazki/
Простой преобразователь постоянного напряжения 12В в переменное 220В
Отключение электроэнергии в наших домах, увы, становится традицией. Неужели ребенку придется делать уроки при свече? Или как раз интересный фильм по телевизору, вот бы досмотреть.
Все это поправимо, если у вас есть автомобильный аккумулятор. К нему можно собрать устройство, называемое преобразователем постоянного напряжения в переменное (или по западной терминологии DC-AC преобразователь). На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей.
Принципиальная схема
В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1VT4, работающих в ключевом режиме. В одном полупериоде напряжения 50 Гц открыты транзисторы VT1 и VT4.
Ток от аккумулятора GB1 протекает через транзистор VT1, первичную обмотку трансформатора T1 (слева направо по схеме) и транзистор VT4.
Рис. 1. Принципиальная схема преобразователя постоянного напряжения 12В в переменное 220В.
Во втором полупериоде открыты транзисторы VT2 и VT3, ток от аккумулятора GB1 идет через транзистор VT3, первичную обмотку трансформатора TV1 (справа налево по схеме) и транзистор VT2.
В результате ток в обмотке трансформатора TV1 получается переменным, и во вторичной обмотке напряжение повышается до 220 6. При использовании 12-вопьтового аккумулятора коэффициент К= 220/12=18,3.
Генератор импульсов с частотой 50 Гц можно построить на транзисторах, логических микросхемах и любой другой элементной базе.
На рис.1 показан генератор импульсов на интегральном таймере КР1006ВИ1 (микросхема DA1). С выхода DA1 импульсы частотой 50 Гц проходят через два инвертора на транзисторах VT7, VT8.
От первого из них импульсы поступают через усилитель тока VT5 на пару VT2, VT3, со второго — через усилитель тока VT6 на пару VT1, VT4. Если в качестве VT1VT4 использовать транзисторы с высоким коэффициентом передачи тока («супербета»), например, типа КТ827Б или мощные полевые транзисторы, например, КП912А, то усилители тока VT5, VT6 можно не ставить.
В схеме на рис.2 используются только два мощных транзистора VT1 и VT2, но зато первичная обмотка трансформатора имеет вдвое больше витков и среднюю точку.
Рис. 2. Схема выходной части импульсного преобразователя напряжения на двух мощных транзисторах.
Генератор импульсов в этой схеме тот же самый, базы транзисторов VT1 и VT2 подключаются к точкам А и Б схемы генератора импульсов на рис.1.
Рис. 3. Схема сигнализатора разряда аккумуляторной батареи.
Детали и налаживание
Время работы преобразователя определяется емкостью аккумулятора и мощностью нагрузки. Если допустить разряд аккумулятора на 80 % (такой разряд допускают свинцовые аккумуляторы), то выражение для времени работы преобразователя имеет вид:
Т(ч) = (0,7WU)/P
где W — емкость аккумулятора, Ач; U — номинальное напряжение аккумулятора, В; Р — мощность нагрузки, Вт. В этом выражении учтен также КПД преобразователя, составляющий 0,850,9.
Тогда, например, при использовании автомобильного аккумулятора емкостью 55 Ач с номинальным напряжением 12 В при нагрузке на лампочку накаливания мощностью 40 Вт время работы составит 1012 ч, а при нагрузке на телевизионный приемник мощностью 150 Вт 2,5—3ч.
Приведем данные трансформатора Т1 для двух случаев: для максимальной нагрузки 40 Вт и для максимальной нагрузки 150 Вт.
В таблице: S — площадь сечения магнитопровода; W1, W2 — количество витков первичной и вторичной обмоток; D1, D2 — диаметры проводов первичной и вторичной обмоток.
Можно использовать готовый силовой трансформатор, сетевую обмотку его не трогать, а домотать первичную обмотку. В этом случае после намотки нужно включить в сеть сетевую обмотку и убедиться, что напряжение на первичной обмотке равно 12 В.
Если использовать в качестве мощных транзисторов VT1VT4 в схеме на рис.1 или VT1, VT2 в схеме на рис.2 КТ819А, то следует помнить следующее.
Максимальный рабочий ток этих транзисторов 15 А, поэтому если рассчитывать на мощность преобразователя свыше 150 Вт, то необходимо ставить либо транзисторы с максимальным током свыше 15 А (например, КТ879А), либо включать параллельно по два транзистора.
При максимальном рабочем токе 15 А мощность рассеяния на каждом транзисторе составит примерно 5 Вт, тогда как без радиатора максимальная рассеиваемая мощность — 3 Вт. Поэтому на этих транзисторах необходимо ставить небольшие радиаторы в виде металлической пластины площадью 15-20 см.
Выходное напряжение преобразователя имеет форму разнополярных импульсов амплитудой 220 В. Такое напряжение вполне подходит для питания различной радиоаппаратуры, не говоря уже об электрических лампочках.
Однако однофазные электромоторы с напряжением такой формы работают плохо. Поэтому включать в такой преобразователь пылесос или магнитофон не стоит.
Выход из положения можно найти, намотав на трансформаторе Т1 дополнительную обмотку и нагрузив ее на конденсатор Ср (на рис.2 показан пунктиром).
Этот конденсатор выбран такой величины, чтобы образовался контур, настроенный на частоту 50 Гц. При мощности преобразователя 150 Вт емкость такого конденсатора можно вычислить по формуле С = 0,25 / U2, где U -напряжение, образующееся на дополнительной обмотке, например, при U = 100 В, С = 25 мкФ.
При этом конденсатор должен работать на переменном напряжении (можно использовать металлобумажные конденсаторы К42У или подобные) и иметь рабочее напряжение не меньше 2U.
Такой контур забирает на себя часть мощности преобразователя. Эта часть мощности зависит от добротности конденсатора. Так, для металлобумажных конденсаторов тангенс угла диэлектрических потерь составляет 0,020,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 25%.
Во избежание выхода из строя аккумуляторной батареи преобразователь не мешает оборудовать сигнализатором разряда. Простая схема такого сигнализатора показана на рис.3.
Транзистор VT1 является пороговым элементом. Пока напряжение аккумуляторной батареи в норме транзистор VT1 открыт и напряжение на его коллекторе ниже порогового напряжения микросхемы DD1.1, поэтому генератор сигнала звуковой частоты на этой микросхеме не работает.
Когда напряжение батареи опускается до критического значения, транзистор VT1 запирается (точка запирания устанавливается переменным резистором R2), начинает работать генератор на микросхеме DD1 и акустический элемент НА1 начинает «пищать». Вместо пьезоэлемента можно применить динамический громкоговоритель малой мощности.
После использования преобразователя аккумулятор необходимо зарядить. Для зарядного устройства можно использовать тот же трансформатор Т1, но количества витков в первичной обмотке недостаточно, так как она рассчитана на 12 В, а нужно, по крайней мере, 17 В.
Поэтому при изготовлении трансформатора следует предусмотреть дополнительную обмотку для зарядного устройства. Естественно, при зарядке аккумулятора схему преобразователя необходимо отключить.
В. Д. Панченко, г.Киев, Украина.
Источник: https://radiostorage.net/434-preobrazovateli-postoyannogo-napryazheniya-v-peremennoe.html
Какой прибор преобразует переменный ток в постоянный?
Детей учат, что пальцы в розетку совать нельзя! А почему? Потому что будет плохо. С более подробным объяснением часто бывают проблемы: какое-то там напряжение, ток, что-то куда-то течет. Чтобы вы в будущем могли сами объяснить своим детям, что к чему, мы сейчас объясним вам. Эта статья про переменный и постоянный токи, их отличия, применение и историю электричества вообще. Науку нужно делать интересной, и мы скромно пытаемся этим заниматься по мере сил.
Например: какой ток у нас в розетках? Переменный, конечно! Напряжением 220 Вольт и частотой 50 Герц. А сеть, по которой передается ток — трехфазная. Кстати, если при словах «фаза» и «ноль» вы впадаете в ступор, почитайте что это такое, и день будет прожит вдвойне не зря! Но не будем забегать вперед. Обо всем по порядку.
Ежедневная рассылка с полезной информацией для студентов всех направлений – на нашем телеграм-канале.
Краткая история электричества
Кто изобрел электричество? А никто! Люди постепенно понимали, что это такое и как им пользоваться.
Все началось в 7 веке до нашей эры, в один солнечный (а может и дождливый, кто знает) день. Тогда греческий философ Фалес заметил, что, если потереть янтарь о шерсть, он будет притягивать легкие предметы.
Потом были Михаил Македонский, войны, христианство, падение Римской империи, войны, падение Византии, войны, средневековье, крестовые походы, эпидемии, инквизиция и снова войны. Как вы поняли, людям было не до какого-то там электричества и натертых шерстью эбонитовых палочек.
В каком году изобрели слово «электричество»? 1600 году английский естествоиспытатель Уильям Гилберт решил написать труд «О магните, магнитных телах и о большом магните — Земле». Именно тогда и появился термин «электричество».
Через сто пятьдесят лет, в 1747 году Бенджамин Франклин, которого мы все очень любим, создал первую теорию электричества. Он рассматривал это явление как флюид или нематериальную жидкость.
Именно Франклин ввел понятие положительного и отрицательного зарядов (до этого разделяли стеклянное и смоляное электричество), изобрел молниеотвод и доказал, что молния имеет электрическую природу.
Бенджамина любят все, ведь его портрет есть на каждой стодолларовой купюре. Помимо работы в точных науках, он был видным политическим деятелем. Но вопреки распространенному заблуждению, Франклин не был президентом США.
Дальше пойдет перечисление важных для истории электричества открытий.
1785 год – Кулон выясняет, с какой силой противоположные заряды притягиваются, а одноименные отталкиваются.
1791 год – Луиджи Гальвани случайно заметил, что лапки мертвой лягушки сокращаются под действием электричества.
Принцип работы батарейки основан на гальванических элементах. Но кто создал первый гальванический элемент? Основываясь на открытии Гальвани, другой итальянский физик Алессандро Вольта в 1800 году создает столб Вольта – прототип современной батарейки.
На раскопках рядом с Багдадом нашли батарейку возрастом больше двух тысяч лет. Какой древний айфон с ее помощью подзаряжали — остается загадкой. Зато известно точно, что батарейка уже «села».
Этот случай как бы говорит: может быть, люди знали об электричестве намного раньше, но потом что-то пошло не так.
Уже в 19 веке Эрстед, Ампер, Ом, Томсон и Максвелл совершили настоящую революцию.
Был открыт электромагнетизм, ЭДС индукции, электрические и магнитные явления связали в единую систему и описали фундаментальными уравнениями.
Кстати! Если у вас нет времени, чтобы самостоятельно разбираться со всем этим, для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Конечно, это очень краткая история электричества, и мы не упомянули очень много имен, которые повлияли на прогресс в этой области. Иначе пришлось бы написать целый многотомный справочник.
Постоянный ток
Сначала напомним, что ток – это движение заряженных частиц.
Постоянный ток – это ток, который течет в одном направлении.
Типичный источник постоянного тока – гальванический элемент. Проще говоря, батарейка или аккумулятор. Один из древнейших артефактов, связанных с электричеством – багдадская батарейка, которой 2000 лет. Предполагают, что она давала ток напряжением 2-4 Вольта.
Где используется постоянный ток:
- в питании большинства бытовых приборов;
- в батарейках и аккумуляторах для автономного питания приборов;
- для питания электроники автомобилей;
- на кораблях и подводных лодках;
- в общественном транспорте (троллейбусах, трамваях).
Проще всего представить постоянный ток наглядно, на графике. Вот как он выглядит:
Постоянный ток
Бытовые приборы работают на постоянном токе, но в розетки сети в квартире приходит переменный ток. Практически везде постоянный ток получается путем выпрямления переменного.
Переменный ток
Переменный ток – это ток, который меняет величину и направление. Причем меняет в равные промежутки времени.
Переменный ток используется в промышленности и электроснабжении. Именно его получают на станциях и отправляют к потребителям. Уже на месте преобразование переменного электрического тока в постоянный происходит с помощью инверторов.
Переменный ток — alternating current (AC). Постоянный ток — direct current (DC). Аббревиатуру AC/DC можно увидеть на трансформаторных будках, где происходит преобразование. А еще это название одной отличной австралийской рок-группы.
А вот и наглядное изображение переменного тока.
Переменный ток течет в цепи в двух направлениях: туда и обратно. Одно из них считается положительным, а второе — отрицательным.
Так как величина тока меняется не только по направлению, но и по величине, не думайте, что в вашей розетке постоянно 220 Вольт. 220 — это действующее значение напряжения, которое бывает 50 раз в секунду. Кстати, в Америке используется другой стандарт переменного тока в сети: 110 Вольт и 60 Герц.
Война токов
Активное использование постоянного тока началось в конце 19 века. Тогда Эдисон довел до ума лампочку (1890) и основал первые в Нью-Йорке электростанции, которые производили постоянный ток напряжением 110 Вольт.
Использование постоянного тока было связано с существенными потерями при его передаче на большие расстояния. Переменный ток нельзя было использовать из-за того, что не было соответствующих счетчиков и моторов, работавших на переменном токе. Так же был затруднен процесс преобразования постоянного тока в переменный. При этом переменный ток можно было без потерь передавать на большие расстояния.
В то время в Америку из Сербии приехал Никола Тесла, который устроился на работу в компанию к Эдисону. Тесла изобрел электродвигатель переменного тока, понял все выгоды и предложил Эдисону его использование.
Тесла и Эдисон
Эдисон не послушал Теслу и к тому же не выплатил ему зарплату. Так и началось знаменитое противостояние изобретателей — война токов.
Она длилась более ста лет и закончилась в 2007 году. Тогда Нью-Йорк полностью перешел на электроснабжение переменным током.
Почему переменный ток опаснее постоянного
В войне токов, чтобы не потерпеть убытки и финансовый крах от внедрения и использования идей Теслы, Эдисон публично демонстрировал, как переменный ток убивает животных. Случай, когда какой-то американский гражданин погиб от удара переменным током, был очень подробно и широко освещен в прессе.
Для человека переменный ток в общем случае действительно опаснее постоянного. Хотя всегда нужно учитывать величину тока, его частоту, напряжение, сопротивление человека, которого бьет током. Рассмотрим эти нюансы:
- Переменный ток частотой 50 Герц в три-четыре раза опаснее для жизни, чем постоянный ток. Если частота тока более 1000 Герц, то он считается менее опасным.
- При напряжениях около 400-600 Вольт переменный и постоянный токи считаются одинаково опасными. При напряжении более 600 Вольт более опасен постоянный ток.
- Переменный ток в силу своей природы и частоты сильнее возбуждает нервы, стимулируя мышцы и сердце. Именно поэтому он несет большую опасность для жизни.
С каким бы током вы не работали, соблюдайте осторожность и будьте бдительны! Берегите себя и свои нервы, а также помните: сделать это эффективно поможет профессиональный студенческий сервис с лучшими экспертами.
Источник: https://1000eletric.com/kakoy-pribor-preobrazuet-peremennyy-tok-v-postoyannyy/
IT News
Дата Категория: Физика
Используемая человеком электрическая энергия в основном вырабатывается на крупных электростанциях. Эти предприятия передают электричество на районные подстанции, которые затем распределяют его по потребителям.
Так как линии электропередач обладают электрическим сопротивлением, часть энергии электрического тока теряется, превращаясь в теплоту. Постоянный ток (DC) течет в одном направлении; переменный ток (АС) периодически изменяет свое направление.
Первоначально для электроснабжения применялся только постоянный ток. По ряду причин передача и преобразование постоянного тока связаны со значительными трудностями, поэтому по соображениям безопасности электростанции передавали его под низким напряжением.
Однако к тому времени, когда постоянный ток достигал потребителей, сопротивление съедало 45 процентов его энергии.
Выход был найден в передаче переменного тока высокого напряжения, которое может быть легко изменено при помощи трансформатора (рисунок внизу).
Так как высоковольтным линиям требуется меньший ток для передачи одного и того же количества энергии, ее потери на преодоление сопротивления стали намного меньшими.
Когда переменный ток покидает электростанцию, повышающие трансформаторы увеличивают его напряжение с 22 000 до 765 000 вольт, а перед поступлением в дома другие трансформаторы, понижающие, уменьшают его до ПО или 220 вольт.
Принцип действия трансформатора
Трансформаторы увеличивают или уменьшают напряжение переменного тока. Преобразуемый переменный ток проходит по первичной обмотке, охватывающей стальной сердечник (рисунок сверху). Периодически изменяющийся ток создает в сердечнике переменное магнитное поле. При перемещении во вторичную обмотку это магнитное поле генерирует в ней переменный ток. Если вторичная обмотка имеет больше витков, чем первичная, выходное напряжение будет выше, чем входное.
Потери энергии при протекании постоянного тока
Электрическая мощность (Р) вычисляется путем умножения силы тока (I) на напряжение (V), т.е. Р = I х V. Если напряжение возрастает, сила тока, необходимая для обеспечения заданной мощности, уменьшается. Низковольтная мощность постоянного тока требует большей силы тока, чем высоковольтная мощность переменного, чтобы передать одно и то же количество электроэнергии.
Переменный ток легко трансформируется
В отличие от постоянного, переменный ток периодически изменяет свое направление. Если переменный ток проходит по первичной обмотке трансформатора (рисунок слева), образующееся переменное магнитное поле индуцирует ток во вторичной обмотке. При протекании по первичной обмотке постоянного тока (рисунок справа), во вторичной обмотке ток не возникает.
Источник: http://information-technology.ru/sci-pop-articles/23-physics/235-kak-rabotaet-transformator
Как получить постоянное напряжение из переменного
Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под “постоянным напряжением”. Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток) – это такой ток, параметры,свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.
Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:
Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).
Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.
Но как же нам из пульсирующего постоянного напряжения
получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?
Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор. А вот так он должен подключаться к диодному мосту:
В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.
Зависимость пульсаций 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.
Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя
Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд? Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал 12 Вольт? А вот и не угадали! Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.
где
UД – действующее напряжение, В
Umax – максимальное напряжение, В
Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды.
Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке.
Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!
Кстати, у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).
Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:
Источник: https://www.ruselectronic.com/kak-poluchit-iz-pjerjemjennogo-naprjazhjenija-postojannoje/
Что такое инвертор: принцип работы, разновидности и области применения — Станок
С развитием альтернативных источников энергии, в частности с массовым внедрением солнечных панелей, инвертор напряжения находит все более широкое применение.
Поскольку применяется как постоянный, так и переменный ток, то часто возникает необходимость в преобразовании энергии одного рода в другой. Устройства, преобразующие переменный ток в постоянный называются выпрямителями.
В качестве выпрямителя чаще всего применяют диодный мост. А устройство, преобразующее постоянный ток в переменный называют инвертором.
По ряду положительный свойств большую популярность завоевал инвертор напряжения. Особенно широко он используется с целью преобразования электрической энергии постоянного тока аккумуляторной, солнечной батареи или суперконденсатор в переменное напряжение 230 В, 50 Гц для питания большинства промышленных устройств.
Принцип работы инвертора напряжения
Представим, что у нас имеется источник электрической энергии постоянного тока такой, как аккумулятор или гальванический элемент и потребитель (нагрузка), который работает только от переменного напряжения. Как преобразовать один вид энергии в другой? Решение было найдено довольно просто.
Достаточно подключить аккумулятор к потребителю сначала одной полярностью, а затем через короткий промежуток отключить аккумулятор, а потом снова подключить, но уже обратной полярностью. И такие переключения повторять все время через равные промежутки времени. Если выполнять таких переключений 50 раз за секунду, то на потребитель будет подаваться переменное напряжение частотой 50 Гц.
Роль переключателей чаще всего выполняют транзисторы или тиристоры, работающие в ключевом режиме.
На схеме, приведенной ниже, изображен источника питания Uип с клеммами 1-2 и потребитель RнLн, обладающий активно-индуктивным характером, с клеммами 3-4.
В один момент времени потребитель клеммами 3-4 подключается к клеммам 1-2 Uип, при этом I от Uип протекает в направлении LнRн, а в следующий момент клеммы 3-4 изменяют свое положение и I протекает в противоположном направлении относительно потребителя электрической энергии.
Схема инвертора напряжения
Наиболее распространённая схема инвертора напряжения состоит из четырех IGBT транзисторов VT1VT4, включенных по схеме моста, и четырех обратных диодов, обозначенных VD1VD4, параллельно соединенных с управляемыми полупроводниковыми ключами во встречном направлении. Преобразователь питает активно-индуктивную нагрузку. Именно она является самой распространенной, поэтому была взята за основу.
Входные клеммы инвертора подключаются к Uип. Если таким источником служит диодный выпрямитель, то выход его обязательно шунтируется конденсатором C.
В силовой электронике наибольшее применение нашли транзисторы с изолированным затвором IGBT (именно они показаны на схеме) и GTO, IGCT тиристоры. При оперировании меньшими мощностями вне конкуренции полевые транзисторы MOSFET.
В момент времени t1 открываются VT1 и VT4, а VT2 и VT3 – закрыты.
Образуется единственный путь для протекания тока через нагрузку: «+» Uип – VT1 – нагрузка RнLн – VT4 – «-» Uип.
Таким образом, на интервале времени t1 ‑ t2 создается замкнутая цепь для протекания iн в соответствующем направлении.
Режим работы схемы
Для изменения направления iн снимаются управляющие импульсы с баз VT1 и VT4 и подаются сигналы на открытие второго и третьего VT2,3. В точке t2 на оси времени t, первый и четвертый VT1,4 закрыты, а второй и третий – открыты.
Однако, поскольку нагрузка активно-индуктивная, то iн не может мгновенно изменить направление на противоположное. Этому будет препятствовать энергия, запасенная на индуктивности Lн.
Поэтому он будет сохранять прежнее направление до тех пор, пока не рассеется все энергия, запасенная на индуктивности в виде магнитного поля, равная Wм = (Lн∙i2)/2.
В связи с этим, на отрезке времени t2 – t3 ток будет протекать через диоды VD2 и VD3, сохраняя прежнее направление на RнLн, но пройдет в обратном направлении через Uип или конденсатор C, если источником энергии является диодный выпрямитель. Поэтому следует обязательно установить конденсатор C, если преобразователь подключен к диодному выпрямителю. Иначе прервется путь протекания iн, в результате чего возникнут сильное перенапряжение, которое может повредить изоляцию потребителя и выведет из строя полупроводниковые приборы.
В момент времени t3 вся запасенная на индуктивности энергия снизится до нуля. Начиная с момента t3 до момента t4 под действием приложенного Uип через открытые полупроводниковые ключи VT2 и VT3 будет протекать iн через LнRн уже в другую сторону.
В точке t4, расположенной на оси времени t, снимается управляющий сигнал с VT1,3, а VT1 и VT4 открываются. Однако iн продолжает протекать в ту же сторону, пока не расходуется энергия, запасенная в индуктивности. Это будет происходить на интервале времени t4 – t5.
Работа схемы
Начиная с момента t5 iн изменить направление и потечет от Uип через LнRн по пути через VT1 и VT4. Далее все процессы, протекающие в электрической цепи, будут повторяться.
На LнRн форма напряжения будет прямоугольной, но ток на активно-индуктивной нагрузке будет иметь пилообразную форму за счет наличия индуктивности, которая не позволяет ему мгновенно вырасти и снизиться.
Если потребитель имеет чисто активный характер (индуктивность и емкость практически равны нулю), то формы iн и uн будет в виде прямоугольников.
Поскольку VT1VT4 попарно открывались на всей протяженности соответствующих полупериодов, то на выходе преобразователя формировалось максимально возможное uн, поэтому через LнRн протекал iн максимальной величины. Однако часто требуется обеспечить плавное нарастание мощности на потребителе, например для постепенного увеличения яркости освещения или частоты вращения вала двигателя.
Следует пояснить, что сигналы, поступающие из системы управления СУ, подаются не сразу на базы полупроводниковых ключей, а посредством драйвера.
Так как современные СУ построены на безе микроконтроллеров, которые выдают маломощные сигналы, не способные открыть IGBT, то для увеличения мощности открывающего импульса применяется промежуточное звено – драйвер.
Кроме того на часто драйвер выполняет множество дополнительных функций – защищает транзистор от короткого замыкания, перегрева и т.п.
Инвертор напряжения с регулированием выходных параметров
Самый простой способ изменить величину uн заключается в регулировании величины подводимого Uип, если такая возможность имеется. Например, для регулируемого выпрямителя это не проблема.
Но такие источники электрической энергии как аккумуляторная батарея, суперконденсатор или солнечная батарея не имеют данной возможности.
Поэтому регулировка частоты и величины выходного uн полностью возлагается на инвертор.
Для регулирования величины uн одну пару диагонально противоположных транзисторов следует открыть несколько ранее, чем в рассмотренном выше случае.
Поэтому алгоритмом системы управления следует предусмотреть сдвигу управляющих сигналов.
Например, подаваемых на открытие VT1 и VT4 относительно импульсов управления, подаваемых на базы VT2 и VT3, на некоторый угол, называемый углом управления α.
Обратите внимание, что амплитудное значение uн остается неизменной величины и приблизительно равно значению Uип, но действующее значение uн будет снижаться по мере увеличения угла управления α. Рассмотрим, как это работает.
На интервале времени от t1 до t2 открыта пара транзисторов VT1 и VT4; iн протекает справа налево, как показано на схеме.
В момент t2 закрывается первый транзистор и открывается второй.
Ток сохраняет прежнее направление, а нагрузка оказывается замкнутой, в результате чего напряжение на ней падает практически до нуля, соответственно снижается и iн.
Далее из системы управления поступает команда и VT2 открывается, а VT4 закрывается.
Однако накопленная в индуктивности энергия не позволяет току iн изменить свое направление, и он протекает по прежней цепи, только уже через диоды VD2 и VD3 встречно источнику питания.
Длительность этого процесса продолжается до точки времени t4. В точке t4 под действием приложенного Uип iн изменяет знак на противоположный.
Широтно-импульсная модуляция
Такой алгоритм работы полупроводниковых ключей в отличие от предыдущего алгоритма формирует паузу определенной длительности, которая в конечном итоге приводит к снижению действующего значения uн. Для формирования iн синусоидальной формы применяется широтно-импульсная модуляция ШИМ. Преобразователь с ШИМ, а точнее алгоритм его работы, предусматривающий ШИМ, мы рассмотрим отдельно.
Также следует заметить, что рассмотренный алгоритм управления полупроводниковыми ключами называется широтно-импульсным регулированием ШИР, который часто путают с ШИМ, хотя разница огромная.
В преобразовательной технике ШИМ практически вытеснила ШИР, поскольку обладает рядом положительных свойств, благодаря которым повышается КПД всего устройства и снижается уровень электромагнитных помех. Поэтому в дальнейшем мы рассмотрим инвертор напряжения с ШИМ.
Источник: https://regionvtormet.ru/svarka/chto-takoe-invertor-printsip-raboty-raznovidnosti-i-oblasti-primeneniya.html
Постоянный и переменный ток. Значение трансформаторов
Без электричества и электрических приборов уже попросту невозможно представить современный мир. Всё к чему мы так привыкли: освещение, бытовые приборы, компьютеры, телевизоры – так или иначе связано с электропитанием. Однако, стоит отметить, что одни приборы работают от переменного тока, а другие – питаются от источников постоянного тока.
Постоянным током называют ток, который в течение некоторого промежутка времени не меняет своего направления и величины. Таким образом, постоянный ток имеет постоянное напряжение и силу тока.
Постоянный ток используется:
- для передачи электроэнергии на высоковольтных линиях электропередач (например, 500кV). Это связано с тем, что если применять переменный ток того же напряжения, с учетом амплитудных значений напряжений и их перепада, то такие напряжения могут превышать величину напряжения постоянного тока в несколько раз. Использование переменного тока в высоковольтных проводах приведет к дополнительным тратам на изоляционные материалы, что значительно увеличит стоимость ЛЭП;
- в контактных сетях электрического транспорта – троллейбусов и трамваев – до 3000V;
- в сетях до 1000V для электродвигателей с тяжелыми условиями пуска – прокатные станы, центрифуги, и др.
- для электросетей до 500V, используемых для грузоподъемных механизмов – подъемных электрических кранов;
- в качестве источника питания различных переносных бытовых приборов – фонарики, аудиоприёмники, диагностические приборы, мультиметры, мобильные телефоны.
Стоит отметить, что в условиях тяжелого пуска – т.е.
если пусковой момент высок, а требуется плавное регулирование скорости, тягового усилия и пускового момента – применяются двигатели постоянного тока. Таковыми, например, являются двигатели элетротранспорта, электрических мельниц, центрифуг.
Постоянный ток, чаще всего можно встретить в различных элементах питания – аккумуляторах и батарейках. Скажем, в автомобилях используется аккумуляторы постоянного тока напряжением 12V; для строительной техники – экскаваторов, бульдозеров, и др. используются аккумуляторы, имеющие напряжение в 24V. Аккумулятор мобильного телефона автора статьи – постоянного тока напряжением 3,7V.
Каждый источник постоянного тока имеет две клеммы или разъема, обозначаемые как плюс (+) и минус (-). Считается, что постоянный ток движется от плюсовой клеммы (+) к минусовой(-), при этом, между ними можно подключить оборудование (например лампочку). На рисунке 1 представлена схема работы постоянного тока с подключенной лампой.
Рис 1. Схема работы постоянного тока с подключенной лампой
На самом деле, процессы, протекающие в электросети постоянного тока происходят очень быстро, и изобразить их в реальном времени не представляется возможным.
Схематично, действие постоянного тока в простейшей сети, многократно замедленное, представлено на рисунке 2. Оно дает наиболее полное представление о процессах, происходящих в сети постоянного тока.
Рис 2. Схема действия постоянного тока в простейшей сети
Переменный ток – это ток, который за определенный промежуток времени, меняет свое направление. Частота смены направления измеряется в герцах. 1 герц (Гц)– означает, что за одну секунду совершен полный цикл смены направления (туда-обратно). В Европейских странах, в том числе и в России, в бытовых электросетях используется однофазный переменный ток, имеющий частоту 50Гц, т.е. меняющий своё направление 100 раз в секунду.
Таким образом, за одну секунду через нить лампы, горящей на обычном письменном столе, ток проходит 50 раз в одном направлении и пятьдесят раз в обратном (Рисунок 3).
Рис 3. Схема работы переменного тока с подключенной лампой
В американских и канадских электросетях используется переменный ток с частотой в 60 Гц, вместо общепринятого переменного тока с частотой в 50 Гц.
Также, как источник постоянного тока имеет две клеммы – плюсовую и минусовую, источник однофазного переменного тока имеет две клеммы или разъема, называемые «фаза» и «ноль».
Кстати, переменный ток в домашней розетке называется однофазным, как раз из-за наличия одного разъема «фаза» (рисунок 4). Величина напряжения переменного однофазного тока равна 220V.
Рис 4. Схема действия переменного тока в простейшей сети
Как видно из схемы замедленного действия однофазного переменного тока в простейшей сети, переменный ток действует следующим образом: переменный ток начинает движение из «фазы» в сторону «нуля», доходит до него, останавливается, и затем, движется в обратном направлении.
Особенностями переменного однофазного тока являются:
- Среднее значение силы переменного тока за период равняется нулю.
- Переменный ток за период меняет не только направление движения, но и свою величину.
- Действующее значение силы переменного тока – это сила такого постоянного тока, при которой средняя мощность, которая выделяется в проводнике в цепи переменного тока, равна мощности, которая выделяется в том же проводнике в цепи постоянного тока. Когда говорят о токах и напряжении в сети переменного тока, имеют в виду их действующие значения.
Действующее напряжение сети переменного тока в обыкновенной бытовой розетке составляет напряжение в сети 220 вольт.
Широкое применение переменного тока в технике и для бытовых нужд вызвано тем, что, переменный ток легко трансформируется. Напряжение в сети переменного тока может быть легко повышено или понижено при помощи специального устройства – трансформатора.
Трансформатор — электромагнитное устройство, которое преобразует посредством электромагнитной индукции переменный ток таким образом, что напряжение в сети уменьшается либо увеличивается в несколько раз без изменения частоты, и практически без потери мощности.
Для преобразования напряжения переменного тока в сторону уменьшения (например, силовые трансформаторы с 10 000V городских сетей до 220V домашней сети) применяются понижающие трансформаторы. Для преобразования напряжения сетей в сторону повышения – повышающие трансформаторы.
Источник: https://www.tdtransformator.ru/podderzhka/stati/statya/
Постоянный ток: грядёт ли революция?
- 20 ноября 2019 г. в 10:26
- 48454
Гениальный изобретатель Томас Эдисон сделал ставку на постоянный ток и проиграл. Но сегодня постоянный поток ищет новых чемпионов.
Томас Эдисон считается одним из величайших изобретателей в истории. Являясь создателем таких изобретений, как фонограф и электрическая лампочка, он имеет 1093 патента на свое имя. Эдисон запустил свою первую электростанцию в 1882 году, которая, среди прочего, обеспечивала электроэнергией Уолл-стрит в Нью-Йорке. Электростанция использовала постоянный ток.
Одновременно сотрудник Эдисона Никола Тесла успешно развивал динамо-машину. Но у хорватского ученого была другая идея. Вместо постоянного тока Тесла сосредоточился на развитии переменного тока. После спора с Эдисоном, Тесла продолжил свою работу с соперником Эдисона Джорджем Вестингхаусом. Переменный ток показывал очевидные преимущества.
Для передачи на большие расстояния напряжение может быть легко отрегулировано с помощью трансформаторов. Используемый кабель также может быть тоньше и, следовательно, дешевле. Вместо признания этих преимуществ и поддержки переменного тока, Эдисон настаивал на своем и пытался дискредитировать своих конкурентов.
Эдисон утверждал, что недавно изобретённое электрическое кресло было оснащено технологией его соперников. Его послание было простым: переменный ток обречен. Хотя его кампания была успешной, победа Эдисона длилась недолго.
Чикагская всемирная ярмарка 1893 года была оснащена оборудованием, использующим переменный ток, предвещая покорение электрической революции 20-го века.
Позже Томас Эдисон признался сыну: «Я думаю, что момент, когда я отказался поддерживать переменный ток, был самой большой ошибкой в моей жизни».
Постоянный ток: возрождение старой технологии
Solar Smart Grid на Гаити
Сегодня, спустя 86 лет после смерти Эдисона, есть признаки того, что великий изобретатель не так уж и ошибался относительно постоянного тока, как когда-то считали люди. Идеи Эдисона становятся снова актуальными, так как ряд последних событий делает постоянный ток более привлекательным.
Раньше электричество производилось переменным током в генераторах крупных угольных или атомных электростанций, а также в гидротурбинах. Они распределяют энергию через сеть переменного тока. Трансформаторы позволяют увеличить напряжение до нескольких сотен тысяч вольт, удерживая ток в кабелях.
Но сейчас ряд поставщиков электроэнергии становятся на путь использования постоянного тока. К ним относятся, например, солнечные электростанции, которые обычно поддерживаются батареями или электрохимическими системами хранения.
Преобразование постоянного тока в переменный неизбежно связано с потерями, что делает сеть постоянного тока лучшим выбором для этих поставщиков.
Централизованное и децентрализованное энергоснабжение
Крупные электростанции уже давно доминируют в сегменте поставщиков электроэнергии, централизованно распределяя свою энергию в окружающие районы. Но рост использования возобновляемых источников энергии приводит к тому, что сеть становится более децентрализованной и более локальной, причем электричество часто потребляется там, где оно генерируется.
Преимущества переменного тока здесь бесполезны. Но даже на больших расстояниях переменный ток не идеален. Потери при передаче электроэнергии на расстоянии значительно увеличились.
Именно поэтому Китай строит сложные электросети на основе высоковольтных линий передачи постоянного тока (также известных как HVDC), которые способны передать большое количество энергии от гидроэлектростанций в глубине страны к шумным городам на побережье. В Германии правительство также планирует построить две подобные линии для передачи избыточной энергии ветра с побережья на юг.
Линии передачи HVDC в два раза дороже, чем обычные системы. Однако из-за меньших потерь энергии эти расходы окупают себя с расстояния около 400 километров или всего 60 километров в случае плавучих ветропарков.
Линии HVDC в настоящее время являются чрезвычайно надежными. Высокопроизводительная электроника позволила достичь прогресса в преобразовании энергии, что позволяет конвертировать прямые токи до 800 000 вольт без трансформатора.
Электричество в жилых домах и на фабриках распределяется либо по низковольтным электросетям, либо через штепсельные разъемы, либо через трехфазные токовые соединения. Все большее количество электроприборов требует постоянного тока. Компьютеры, светодиодные лампы и другие электронные устройства работают на постоянном токе и ранее требовали трансформатора для преобразования. В ближайшие годы к этому списку добавятся электромобили.
В промышленном оборудовании все чаще используются преобразователи частот со звеном постоянного тока для регулирования скорости. Сети постоянного тока с преобразованием центрального напряжения сделают все эти трансформаторы ненужными. На данный момент в автомобильной промышленности уже есть пилотные проекты, в которых комплексное производственное оборудование функционирует исключительно с постоянным током.
У них также есть батареи для кратковременного хранения энергии.
Увеличение потерь энергии при использовании постоянного тока
Наиболее убедительным аргументом в пользу этого изменения является эффективность. Когда угольные и атомные электростанции подают напряжение в сеть с переменным током, который затем потребляется непосредственно лампочками и пылесосами, его эффективность составляет около 65 %. Другими словами, около трети электрической энергии теряется, например, за счет потерь тепла.
Сегодня ситуация заметно усугубилась.
В результате использования фотогальванических систем и электростанций, наряду с увеличением использования батарей, все больше и больше электроэнергии подается в сеть, которая сначала должна быть преобразована из постоянного тока в переменный, что приводит к ее потерям.
Потребители также страдают. Нагревающиеся адаптеры являются свидетельством потерь энергии. Это означает, что эффективность нашей энергосети составляет всего лишь 56 %. Следовательно, необходимо фундаментальное переосмысление этих процессов.
Альтернативой является использование технологий постоянного тока (DC), таких как высоковольтные линии передачи постоянного тока (HVDC) для подачи электроэнергии на большие расстояния, вместе с низковольтными сетями постоянного тока в домашних хозяйствах и промышленности. Они могут быть напрямую подключены к электронным устройствам или промышленным приводам без необходимости использования адаптера или трансформатора.
При использовании фотогальванической системы на крыше жилого дома и электромобиля в гараже эффективность будет непревзойденной. Электрическая сеть, систематически настроенная на постоянный ток, обеспечит общую эффективность в 90 %. Если эффективность будет всего на 10 % выше, тогда две крупнейшие угольные электростанции в Германии могут быть отключены. Это позволит сэкономить 63 миллиона тонн CO2, или 12 % от общего объема выбросов электростанций в Германии.
Для оксидов азота этот показатель еще выше — 29 %.
Технические и экономические проблемы перехода на постоянный ток
Несмотря на то, что высоковольтная передача постоянного тока в настоящее время является проверенной и общепринятой технологией, по-прежнему существует ряд технических и экономических вопросов, в том числе о сетях с низким напряжением, на которые необходимо ответить:
- Сможет ли постоянный ток заменить переменный в широком спектре применений?
- Будут ли обе технологии продолжать существовать одновременно друг с другом?
- Как могло бы выглядеть подобное сосуществование?
- Какие технические и экономические препятствия необходимо преодолеть?
- Какие меры безопасности будут необходимы и одновременно эффективны?
- Какие изменения потребовал бы переход на постоянный ток в сети и как это повлияет на потребителей?
Преимущества такого «переключения» настолько значительны, что не может быть никаких сомнений в том, что приближается смена парадигмы. Обладая серьезным опытом в области разработки соединительных технологий, LAPP сразу же занимает здесь ведущее положение.
Компания является ассоциированным партнером в рамках проекта DC-INDUSTRIE, входящего в 6-ю программу исследований энергетики, которая проводится федеральным министерством экономики и энергетики Германии (BMWi).
Исследовательский проект DC-INDUSTRIE посвящен вопросу о том, как можно создать сети постоянного тока с центральным процессом конверсии в качестве альтернативы энергосбережению, особенно при эксплуатации оборудования на производственных линиях, а также о том, как лучше использовать возобновляемые источники энергии.
Георг Ставови, член правления по инновациям LAPP: «В компании LAPP мы видим большой потенциал в постоянном токе и можем способствовать исследованиям данного направления с нашими обширными знаниями».
Источник: https://www.elec.ru/articles/postoyannyj-tok-gryadyot-li-revolyuciya/
