Что такое инвертор напряжения, как он работает, применение инвертора. Как работают импульсные преобразователи напряжения (27 схем) К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести

Поступающая по линиям электропередач энергия не всегда используется в чистом виде. Для выполнения специфических задач она преобразуется электротехническими устройствами, изменяющими один или несколько параметров – вид напряжения, частоту и другие.

Преобразователи электроэнергии: классификация

Эти устройства классифицируются по нескольким признакам:

Виду преобразований.
Типу конструкции.
Управляемости.

Параметры, которые изменяются

Преобразованию подвергаются следующие параметры:

Тип напряжения – из переменного в постоянное и наоборот.
Амплитудные значения тока и напряжения.
Частота.

Типы конструкций

Эти устройства подразделяются на электромашинные и полупроводниковые.

Электромашинные (вращательные) состоят из двух машин, одна – привод, а другая – исполнительное устройство. Например, для превращения переменного тока в постоянный используется асинхронный двигатель переменного тока (привод) и генератор постоянного (исполнитель). Их недостаток – большие габариты и масса. Кроме того, суммарный КПД технологической связки ниже, чем у одиночной электрической машины.

Полупроводниковые (статические) преобразователи, строятся на основе электротехнических схем, состоящих из полупроводниковых или ламповых элементов. Их КПД выше, размеры и масса небольшие, но качество электроэнергии на выходе невысокое.

Управляемые и неуправляемые

Если величина изменения параметра электрической энергии фиксированная, то используется неуправляемый преобразователь. Такие устройства применяются в первых каскадах блоков питания. Пример – силовой трансформатор, понижающий сетевое напряжение с 220 до 12 вольт.

Преобразователи с изменяемыми параметрами являются исполнительными устройствами в управляемых электротехнических цепях. Например, изменяя частоту питающего напряжения, регулируют частоту вращения асинхронных двигателей.

Преобразователи электроэнергии: примеры устройств

Преобразователи могут выполнять либо какую-то одну функцию, либо несколько.

Изменение типа напряжения

Те устройства, которые превращают переменный ток в постоянный называются выпрямителями. Действующие наоборот – инверторами.

Если это электромашинное устройство, то выпрямитель состоит из асинхронного двигателя переменного тока, вращающего ротор генератора постоянного. Входные и выходные линии электрического контакта не имеют.

Наиболее распространенных тип схемы статического выпрямителя – диодный мост. В нем четыре элемента (диода) с односторонней проводимостью, включенные встречно. После него обязательно ставят электролитический конденсатор, который сглаживает пульсирующее напряжение.

Существует гибридная конструкция, объединяющая электромашинный и статический выпрямители. Это автомобильный генератор, являющийся машиной переменного тока, статорные обмотки которого подключены к выпрямительному мосту с конденсатором.

Инверторные схемы применяются для запуска генератора незатухающих колебаний (мультивибратор), построенного на тиристорах или транзисторах. Они являются основой преобразователей частоты.

Изменение амплитудных значений

Это все виды трансформаторов – понижающих, повышающих, балластных.

Управляемые трансформаторы называются реостатами. Если они включаются параллельно источнику электроэнергии, то изменяют напряжение. Последовательно – ток.

Для поглощения тепла, выделяющегося при работе мощных высоковольтных сетевых трансформаторов, применяются системы жидкостного (масляного) охлаждения.

Изменение частоты

Частотные преобразователи бывают как электромашинными (вращательными), так и статическими.

Исполнительным механизмом вращательных преобразователей частоты является высокочастотный асинхронный трехфазный генератор. Его ротор вращает электромотор постоянного или переменного тока. Как и у выпрямителя вращательного типа, входные и выходные линии у него не имеют электрического контакта.

Инверторные схемы, используемые в преобразователях частоты статического типа, бывают управляемые и неуправляемые. Повышение частоты позволяет уменьшить габариты устройств. Трансформатор с рабочей частотой в 400 Гц в восемь раз меньше, чем работающий от 50 Гц. Это свойство используется для построения компактных сварочных инверторов.

Устройство для преобразования постоянного тока (например 12 В) в переменный ток (например 220 В) с изменением величины напряжения или без. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближенного к синусоиде. Причем получить на выходе можно, теоретически, любой ток, с любыми необходимыми параметрами. Ток, получаемый на выходе, не зависит от входящего - инверторы позволяют получать не статичные параметры тока на выходе, а регулировать его от нуля до максимума, любой частоты и любого напряжения. Источниками постоянного тока 12 вольт, как правило, являются аккумуляторные батареи (АКБ) .

Существуют две группы инверторов, которые различаются по стоимости:

Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синусоидальное выходное напряжение.
Вторая группа обеспечивает выходное напряжение упрощенной формы, заменяющей синусоиду. Чаще всего используется сигнал в виде трапецеидального синуса.

Принцип работы инвертора, если упростить сам процесс, таков - это трансформатор, к первичной обмотке которого подключены 2 тиристора. Они открываются поочередно. В результате работает либо левая, либо правая обмотки. Они направлены согласно и встречно. А, значит, во вторичной обмотке возникает, попеременно ток как положительный, так и отрицательный. Токи в обмотке нарастают и уменьшаются, во вторичной обмотке также, но еще и меняя направление тока, в зависимости от того, какая первичная обмотка сейчас активна. Правда, на выходе мы получаем модифицированную синусоиду, ступенчатую, а не плавную, но это не существенно для работы приборов. Главной проблемой в инверторах является не сама схема преобразования, а обеспечение слаженной работы всех элементов преобразования. Процессов, по сути, три: прямой ток уменьшается до нуля, затем происходит задержка приложения прямого напряжения, до восстановления запирающей способности, нарастание тока во втором тиристоре. Эти процессы могут быть как одновременными, так и последовательными. Но вот не допустить сбоев в последовательности процессов - это самая сложная задача.
Для подавляющего большинства бытовых приборов допустимо использовать переменное напряжение с упрощенной формой сигнала. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных, измерительных, лабораторных приборов, медицинской аппаратуры, а также профессиональной (HI-FI, HI-END, ди-джей) аудио аппаратуры.
Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц.

Существуют три режима работы инвертора:

Режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора.
Режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течение нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,2-1,5 раза больше номинальной.
Режим пусковой. В данном режиме инвертор способен отдавать повышенную моментальную мощность в течение нескольких миллисекунд, для обеспечения запуска электродвигателей и емкостных нагрузок.
В течение нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность, в 1,5-2 раза превышающую номинальную. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника.

Для чего же нужен преобразователь напряжения (инвертор) ?

Самое простое и распространенное применение инвертора - это использование его в качестве резервного или аварийного источника питания для бытовых приборов, которые потребляют переменный ток напряжением 220 Вольт.
С помощью инвертора можно подключить практически любую бытовую технику: кухонную или оргтехнику, электроинструмент или телевизор.
Например: на даче отключили электричество, и у Вас нет света, Вы не сможете посмотреть любимый сериал вечером, и, что самое неприятное, потек холодильник. При наличии инвертора и аккумуляторов вы сможете обеспечить себя электричеством по крайней мере на несколько часов.
Еще пример. Инвертор пригодится, чтобы автономно, от автомобильного аккумулятора, пользоваться электроинструментами (дрели, пилы, рубанки и т. д.) при строительстве или ремонте объектов, где поблизости нет сети 220 В. Также очень удобен инвертор для рыболовов-охотников.
Система бесперебойного питания, установленная в Вашем доме, и включающая в себя аккумуляторные батареи и инвертор, позволит Вам стать независимым от перебоев в электросети 220 В. В случае отключения внешней сети, освещение и приборы Вашего дома будет питаться от аккумуляторных батарей через инвертор. После возобновления подачи электричества инвертор произведет автоматическую зарядку аккумуляторов.

В качестве резервного источника питания можно использовать и генератор, но у инверторной системы есть преимущества, например бесшумность, а также то, что не нужно покупать бензин/дизтопливо и не нужно менять масло и фильтры в двигателе генератора. Инверторная система не имеет движущихся деталей и поэтому более надежна и практически не требует сервиса.
В некоторых системах бесперебойного питания коттеджей инверторные системы питания могут быть дополнены генератором для подзарядки аккумуляторных батарей и достижения более длительной автономной работы.

Какие основные характеристики инверторов?

Основной характеристикой инвертора является мощность (Ватт), а также, характеристика более дорогих инверторов - это наличие синусоидального напряжения на выходе.

Чем инверторы отличаются друг от друга?

Как уже было сказано, прежде всего, мощностью. Кроме этого, напряжением входного тока (12, 24, 48, 96, 240 В), типом выходного переменного тока (чистая или модифицированная синусоида), наличием встроенного зарядного устройства, наличием реле переключения нагрузок, типом выходного соединения (розетки на корпусе самого инвертора или клеммные соединения для проводов), а также наличием дополнительных функций, таких, как, например, возможность программирования параметров работы наличие дистанционного управления или различных реле управления.

Как подключить преобразователь напряжения (инвертор) ?

Портативные инверторы до 180 Вт имеют штекер, который можно воткнуть в автомобильный прикуриватель. Это удобно, но мощность такого подключения крайне ограничена. Большинство портативных автомобильных инверторов до 500 Вт дадут Вам ток 220 вольт в течение 30-60 минут от автомобильного аккумулятора, даже если автомобиль при этом не работает. Это время зависит от состояния и возраста батареи, а также от потребляемой мощности включаемой аппаратуры 220 вольт. Если Вы используете инвертор при отключенном двигателе автомобиля, имейте в виду, что Ваш аккумулятор разряжается и Вам необходимо включать двигатель для его зарядки каждый час хотя бы на 10 минут.
Более мощные портативные инверторы(от 300 до 1200 Вт) имеют клеммы с зажимами, которые жестко присоединяются к (АКБ) или подключаются непосредственно к бортовому питанию автомобиля, яхты и т. п. во избежание искрения контактов.
Основное правило - для подключения постоянного тока используются толстые провода как можно меньшей длины. Если необходима установка инвертора вдали от батареи, рекомендуется нарастить длину проводов переменного тока 220 вольт (например, использовать удлинитель). Соединение по постоянному току (от батарей к инвертору) рекомендуется делать не более 3 метров, поскольку усиливается затухание постоянного тока и ускоряется разряд АКБ.

Какой тип инвертора лучше - с чистым или модифицированным синусом?

Преимущества инверторов с чистой синусоидой выходного тока 220 вольт:
1. Форма волны переменного тока 220 вольт на выходе инвертора имеет крайне малые величины гармонических искажений, и практически не отличается от стандартного напряжения бытовой сети 220 вольт.
2. Индуктивные двигатели микроволновых мечей, а также других бытовых приборов, содержащих электродвигатели, работают быстрее, меньше нагреваясь.
3. Меньше шума в таких приборах, как, например, фены, лампы дневного света, аудио-усилители, факсы, игровые приставки и т. д.
4. Меньшая вероятность зависания компьютера, ошибок печати принтера, перебоев и шума монитора.
5. Надежная работа следующих приборов, которые могут не функционировать с током модифицированной синусоиды:
Лазерный принтер, копир, магнитооптический дисковод
Некоторые портативные компьютеры
Некоторые лампы дневного света
Электроинструменты с транзисторами и переменной скоростью вращения
Некоторые зарядные устройства для беспроводных электроинструментов
Приборы, контролируемые микропроцессорами
Цифровые часы с радио
Швейные машинки с переменной скоростью двигателя и с микропроцессорным контролем
Некоторые медицинские приборы (например кислородные концентраторы)
Инверторы с модифицированной синусоидой будут работать с большинством электроприборов. Если Ваша задача - обеспечить бесперебойное питание для домашнего освещения, телевизора, холодильника, то инвертор с модифицированной синусоидой будет наиболее экономичным решением. Инверторы чистого синуса предназначены для работы с более чувствительной аппаратурой.

Мой вольтметр показывает 190 вольт, при замере напряжения от инвертора с модифицированной синусоидой. У меня неисправный инвертор?

Нет, с вашим инвертором все нормально. Обычный тестер может давать погрешность от 20% до 40% при замере напряжения инвертора с модифицированной синусоидой. Для корректного замера используйте тестер «эффективного значения», называемый также тестером «среднеквадратичного значения» или «TRUE RMS». Такой прибор значительно дороже обычных дешевых мультиметров, но только он может показать корректный вольтаж инвертора с модифицированной синусоидой.

Какие лучше использовать аккумуляторные батареи?

Мы рекомендуем использовать стационарные необслуживаемые батареи VRLA, выполненные по AGM или гелевой технологии, которые имеют целый ряд преимуществ, среди которых главные - это качество и долговечность, а также отсутствие проблем с кислотными и взрывоопасными испарениями.

Какая емкость аккумуляторных батарей нужна для системы бесперебойного питания дома?

Это зависит от нескольких факторов:
1. Какое время автономной работы приборов Вам необходимо?
2. Какое суммарное потребление ваших приборов (Ватт), для которых необходимо автономное питание?
3. Какое входящее напряжение у Вашего инвертора?
На основании этого и подбирается АКБ.

Особенности работы телевизора и аудио-аппаратуры.

Несмотря на то, что все инверторы являются экранированными приборами для уменьшения помех, некоторые помехи, отражающиеся на качестве теле сигнала, все же могут возникнуть (в особенности при слабом сигнале).

Вот несколько советов:

Прежде всего, убедитесь, что антенна дает нормальный сигнал в обычных условиях, без инвертора. Убедитесь, что кабель антенны надлежащего качества.
Попробуйте изменить расположение антенны, телевизора и инвертора относительно друг друга. Убедитесь, что провода постоянного тока максимально удалены от телевизора.
Сверните кольцом провода питания телевизора и провода, соединяющие аккумулятор с инвертором.
Поставьте фильтр на провод питания телевизора.
Некоторая недорогая аудио аппаратура может слегка «фонить» при работе от инвертора. Решение этой проблемы только в покупке более качественной аппаратуры.

В общем случае преобразователь или конвертор напряжения это электротехническое устройство, способное преобразовывать один уровень или вид этого параметра в другой. Как правило, говоря о преобразователях напряжения, имеют в виду конверторы, работающие в цепях переменного тока (AC/AC).

В других случаях эти приборы называют преобразователями постоянного напряжения (DC/DC) или инверторами (DC/AC или AC/DC). Устройства для преобразования напряжения встречаются на практике повсеместно. Различают и классифицируют их по различным признакам.

По назначению конверторы подразделяют на:

Преобразователи постоянного напряжения , а именно:

регуляторы;
линейные стабилизаторы.

Конверторы переменного напряжения . В состав этой категории входят:

трансформаторы различных типов;
регуляторы;
преобразователи формы и частоты сигнала.

Инверторы для преобразования постоянного напряжения в переменное и наоборот. В группу инверторов входят также:

выпрямители;
импульсные стабилизаторы.

Кроме того специалисты выделяют в отдельную категорию блоки питания, каждый из которых содержит в себе какой-либо преобразователь напряжения. Ими являются:

встроенные различных видов оборудования;
малогабаритные адаптеры (зарядные устройства), предназначенные для электропитания (зарядки) мобильных телефонов, электронных гаджетов и девайсов.

ИМПУЛЬСНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Импульсные преобразователи применяются в тех случаях, когда нужно преобразовать один уровень напряжения в другой. Чаще всего они собираются на базе индуктивных или емкостных накопителей энергии. От других источников электропитания их отличает высокий уровень КПД, достигающий в некоторых случаях 95%.

Принципиальные электрические схемы импульсных преобразователей выполняются с использованием 4 х элементов:

коммутирующий элемент;
накопитель энергии (катушка индуктивности, дроссель, конденсаторы);
блокирующий диод;
конденсатор, соединенный параллельно с сопротивлением нагрузки.

Комбинации перечисленных компонентов могут образовывать любой тип импульсного конвертора.

Величина напряжения на выходе определяется шириной импульсов, управляющих коммутирующим элементом. При этом создается запас энергии в катушке индуктивности. Стабилизация реализуется за счет обратной связи, то есть ширина импульсов меняется в зависимости от значения выходного напряжения.

Для создания токов высокой частоты используют преобразователи, собранные с использованием колебательных контуров. При этом напряжение постоянного тока, поступающее на генератор переменного напряжения (мультивибратор, триггер) является одновременно и питающим. Выходные импульсы имеют, как правило, прямоугольную форму.

Полученное переменное напряжение можно усилить, понизить и т. д. Кроме того его легко выпрямить и получить нужную полярность. Для этого используют соответствующее включение диодов, а выпрямитель собирают, например, по мостовой схеме.

Напряжение на выходе импульсных преобразователей необходимо стабилизировать. Для этого используют различного рода стабилизаторы (импульсные или линейные). Правда, из-за низкого КПД последние используются редко.

Что касается импульсных стабилизаторов, то они в своей работе используют широтно или частотно импульсную модуляцию. В первом случае меняется длительность во втором - частота импульсов. Встречаются устройства с комбинированным способом стабилизации.

АВТОМОБИЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

С увеличением количества автомобилей возросла потребность использования в процессе их эксплуатации различных бытовых приборов, в том числе работающих от переменного напряжения 220В.

Для этого и были разработаны автомобильные инверторы , с помощью которых постоянное напряжение от автомобильного аккумулятора +12 В (легковые автомобили) или +24 В (грузовой автотранспорт) преобразуется в переменное 220 В. К ним можно подключить электробритву или электродрель, зарядить ноутбук и пр.

Автомобильный инвертор является генератором напряжения, форма которого приближена к синусоиде. При этом ток на выходе прибора не зависит от величины тока на входе и его можно регулировать практически от нуля до максимума. Точно также теоретически можно регулировать частоту и напряжение.

Упрощенно электрическую схему автомобильного конвертора можно представить в виде трансформатора, на первичные обмотки которого напряжение подается через тиристорные ключи. Поочередно включая обмотки тиристоры создают на выходе трансформатора переменный ток.

При этом формируется модифицированная (ступенчатая) синусоида, но это никак не влияет на работоспособность большинства бытовых приборов.

Преобразователи для использования в автомобилях обладают достаточно высоким КПД, который достигает 90%, что свидетельствует о достаточно высоком качестве получаемой синусоиды.

Потребитель в процессе эксплуатации прибора имеет возможность выбрать один из трех режимов его работы:

Рабочий режим, обеспечивающий длительную работу инвертора с номинальной мощностью.
Режим перегрузки, который позволяет получить от прибора значительно большую мощность, чем при работе в обычном режиме. Однако в таком режиме инвертор не должен работать более 30 мин.
Пусковой режим используется при необходимости получения моментальной мощности при высокой нагрузке (запуск электродвигателя и пр.).

Выбирая конвертор для авто основное внимание необходимо обратить на его мощность. Ее величина должна быть заведомо больше мощности подключаемых устройств. Кроме того немаловажное значение имеет и тип подключаемых электроприборов. Если к автомобильному инвертору предполагается подключать приборы, потребляющие при запуске значительные токи, то приобретать нужно прибор, обладающий соответствующей мощностью (от 300 до 2000 Вт).

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ДОМА

В настоящее время широкое применение преобразователи напряжения нашли в быту. Их стали использовать в домашних условиях в качестве резервных или аварийных источников питания, задача которых обеспечить работу бытовой техники в случае несанкционированного отключения сети централизованного электропитания.

Как правило, преобразователь напряжения для дома представляет собой комбинацию инвертора с одной или несколькими аккумуляторными батареями. В коттеджах и загородных домах (дачах) их дополняют также устройствами, способными заряжать аккумуляторы.

В отдельных случаях для этого могут использоваться солнечные батареи или ветрогенераторы .

К инверторам, предназначенным для использования в домашних условиях, чаще всего подключают маломощную бытовую технику:

телевизоры;
компьютеры и пр.

При этом необходимо помнить об электроприборах, например, холодильниках, электронасосах и др., которым для работы необходима подача электропитания с «чистой синусоидой», что требует приобретения значительно более дорогих устройств.

В местах, где отсутствует централизованная электросеть можно, рассчитав необходимую электрическую мощность, организовать систему электропитания целого дома. Однако это потребует приобретения достаточно дорогого оборудования.

Например, стоимость инвертора мощностью 10...60 кВт составляет не менее $20000. Использование подобного рода устройств целесообразно в случае организации систем электропитания на основе альтернативных источников энергии.

Если сравнивать классический блок бесперебойного питания (UPS), работающий в режиме online, с преобразованием напряжения, то сочетание компонентов «аккумуляторная батарея+инвертор» выглядит предпочтительней по ряду причин, среди которых:

щадящий режим работы аккумуляторов;
большой выбор аккумуляторных батарей ;
возможность параллельного подключения нескольких преобразователей и пр.

На отечественном рынке электрооборудования импульсные преобразователи представлены в достаточно широком ассортименте. Особой популярностью пользуется, например, продукция тайваньской компании Mean Well и голландской фирмы Victron Energy.

Продукция этих производителей отличается высоким качеством и обладает большим количеством различных функций. Так преобразователи типа DC/AC обеспечивают защиту рот глубокого разряда аккумуляторных батарей, контролируя величину минимального входного напряжения. Контролируют они и параметры выходного сигнала.

Все модели этих компаний имеют большой запас мощности, что позволяет им выдерживать большие перегрузки, возникающие при запуске электроприборов. Ряд устройств обеспечивает получение на выходе синусоиды высокого качества, что позволяет подключать к ним самое требовательное электрооборудование.

Все представленные на этом сайте материалы имеют исключительно информационный характер и не могут быть использованы в качестве руководящих и нормативных документов

Широко распространённые в повседневной практике преобразователи напряжения – это специализированные устройства, предназначенные для корректировки размаха и частоты выходного питающего напряжения. Электронные системы этого типа позволяют регулировать выходные параметры (включая частоту выходного напряжения).

Необходимость в их применении возникает в том случае, когда приходится подключать устройства с нестандартными входными характеристиками. Преобразовательные схемы могут выполняться в виде самостоятельного блока либо интегрироваться в действующую систему бесперебойного питания. Эти приборы пользуются повышенным пользовательским спросом, а также широко применяются для решения отдельных производственных задач.

Конструкция

Для изменения уровня действующего напряжения питания чаще всего применяются специализированные импульсные преобразователи со встроенными в них индуктивными схемами. В соответствии со стоящей перед ними задачей, все известные модели преобразовательных устройств делятся на следующие классы:

Инвертирующие схемы;
Повышающие электронные агрегаты;
Понижающие преобразователи.

Независимо от вида этих устройств, все они работают по одному и тому же принципу, обеспечивая требуемую функциональность и качество формируемых сигналов. Одинаковость устройств этого класса чаще всего выявляется по следующим характерным признакам:

Наличие собственного модуля питания;
Входящие в состав схемы элементы коммутации, представленные мощными полупроводниковыми транзисторами;
Накопители энергии в виде отдельного дросселя или катушки;
Фильтрующие конденсаторы, подключаемые в параллель нагрузочному сопротивлению;
Специальные диоды, используемые в качестве блокирующего элемента.

Применение всех перечисленных выше элементов в нужных сочетаниях предоставляет возможность получения любой из известных категорий импульсных устройств.

Принцип действия

В основу работы импульсных преобразователей заложен принцип регулировки уровня сигнала путём изменения ширины импульсов, управляющих работой коммутирующего элемента.

Обратите внимание! Этот метод электронного управления параметрами сигнала встречается в различных образцах современной аппаратуры и называется широтно-импульсным.

Для стабилизации режима работы в электрическую схему вводится обратная связь, за счёт которой при колебаниях выходного напряжения параметры рабочих импульсов также меняются.

Простейшие преобразователи напряжения содержат в своей основе обычный трансформатор, на выходе которого формируется напряжение с амплитудой, отличной от входного значения.

Известны иные типы преобразовательных устройств, работающих по принципу, схожему с уже описанными ранее образцами, но несколько отличающихся по своей конструкции. Они, как правило, выполняются на основе полупроводников и позволяют получить высокие показатели эффективности преобразования (большой КПД).

Классификация импульсных преобразователей

Выпускаемые отечественной промышленностью импульсные преобразователи, в соответствии с токовыми параметрами, подразделяются на следующие классы:

Электронные конверторы, обеспечивающие преобразование переменного уровня (АС) в постоянный выходной сигнал (DC). Они рассчитаны для промышленного применения и используются в системах, где требуются пониженные значения питающего напряжения 380/220 Вольт;
Инверторы, выполняющие обратное преобразование: входной (DC) сигнал в выходной (АС). Эти устройства востребованы в системах бесперебойного питания, а также в электронных сварочных агрегатах, в которых в результате инвертирования удаётся уменьшить габариты и вес прибора;
Конверторные устройства постоянного напряжения или тока, позволяющие преобразовывать одну величину питающего параметра в другую.

Эти устройства нередко используются для организации питания аккумуляторных батарей при необходимости подключать к ним нагрузки с различными номиналами напряжений.

Состав преобразователя

В состав конструкции импульсных устройств обычно входят следующие функциональные узлы:

Встроенный генератор импульсного сигнала, работающий от собственного блока питания (БП);
Импульсный трансформатор, преобразующий сигналы заданной периодичности в выходные импульсы более высокой частоты;
Встроенные стабилизаторы, обеспечивающие постоянство параметров сигналов, получаемых на выходе устройств;
Электронные коммутаторы на мощных транзисторных элементах, работающие в импульсном режиме, близком к состоянию насыщения.

К этому перечню следует добавить накопительные индуктивности, используемые при построении генераторных схем. Они обычно входят в состав таких широко распространённых устройств, как преобразователь тока.

Типичным представителем комплектующих элементов является трансформатор, обеспечивающий преобразование напряжения с минимальными потерями мощности. Они широко применяются при построении самых разнообразных радиоэлектронных и электротехнических схем.

Достоинства и недостатки преобразовательных устройств

К числу достоинств большинства известных моделей преобразующих устройств относятся:

Высокая эффективность преобразования стандартных сетевых напряжений в удобный для пользователя вид с одновременным контролем их основных параметров;
Компактность и мобильность отдельных образцов инверторных аппаратов, допускающая применение их в качестве автомобильных преобразователей;
Хорошие показатели экономичности с КПД, приближающимся к 90%;
Универсальность и надёжность преобразовательных устройств, обеспечивающая возможность подключения любых видов потребителей;
Возможность компенсации потерь электроэнергии за счёт повышения выходного напряжения.

Важно! Перечисленные преимущества преобразующих приборов позволяют устанавливать их в наиболее ответственных узлах охранных и осветительных систем, а также в модулях управления работой котлов отопления, насосных станций и другого специального оборудования.

К достоинствам этих устройств также следует отнести наличие таких дополнительных опций, как возможность переключения индикаторов измеряемых величин с входного на выходное напряжение. Добавим к этому допустимость подстройки в определённых пределах контролируемых выходных параметров.

К вполне устранимым недостаткам преобразователей данного класса следует отнести чувствительность к эксплуатации в условиях повышенной влажности (это не касается моделей, выпускаемых во влагозащитном исполнении). Добавим к этому высокую стоимость преобразующих систем.

Применение преобразователей в быту

Универсальные модели относятся к категории наиболее сложных устройств, которые способны регулировать несколько параметров (ток, напряжение и частоту) сразу. Но в повседневной практике вполне хватает более простых образцов преобразователей, в которых регулируется только один из входных показателей.

Дополнительная информация. Схема управления напряжением и током, осуществляемого с целью ограничения одного из этих параметров (обычно тока), широко применяется в схемах зарядки аккумуляторов. В более сложных устройствах этого класса могут использоваться современные микроконтроллеры.

В заключение обзора необходимо отметить, что существует множество вариантов исполнения импульсных преобразовательных модулей. Но, независимо от типа и сложности электронного устройства, лежащие в его основе принципы функционирования не меняются. Усвоив основные технические приёмы построения этих приборов, можно научиться обращаться с оборудованием любой сложности, а также успешно ремонтировать его в случае поломки.

Видео

В данной статье вы узнаете все про преобразователи, какую роль играют в области измерений, рассмотрим все типы преобразователей, опишем преимущества и недостатки отдельных видов преобразователей, а так же рассмотрим области применения.

Что такое преобразователь

Преобразователь — это устройство, которое преобразует энергию из одной формы в другую, чтобы сделать ее читаемой для измерения . Таким образом, он преобразует энергию в читаемую форму, например, термометр, который преобразует тепловую энергию в высоту ртутного столба . В преобразователе выход контролируется входом.

Роль преобразователя

Они играют жизненно важную роль в области измерений. Как мы уже говорили ранее, преобразователь преобразует физическую величину в электрический сигнал . Таким образом, без преобразователя было бы очень трудно измерить непрерывную физическую величину, например, интенсивность света, скорость, поток, температуру, излучение, электрический поток и т.д. Величины сначала преобразуются в электрический сигнал, затем они контролируются специальным оборудованием. Кто-то не мог представить измерения этих непрерывных физических величин без датчиков.

Типы преобразователей

Они широко разделены на две категории;

Активный преобразователь
Пассивный преобразователь

Активный преобразователь.

Для работы такого типа преобразователей необходим внешний источник энергии. Энергия подается через отдельный источник напряжения. Примером является потенциометр , который измеряет сопротивление путем протекания минутного тока через себя. Большинство преобразователей сейчас активные.

Пассивный преобразователь.

Они преобразуют одну форму энергии в другую без использования энергии. Пассивные преобразователи преобразуют физические величины, такие как: температура, давление, скорость и т.д.

Датчики подразделяются на :

Резистивный преобразователь
Термисторы
Индуктивный преобразователь
Емкостный преобразователь
Датчики смещения
Преобразователи скорости
Преобразователи давления

Резистивный преобразователь

Эти преобразователи работают по принципу изменения сопротивления. Сопротивление изменяется несколькими способами, в том числе:

Применяя физическое напряжение;

Изменение света на светочувствительном элементе;

Изменение температуры.

RTD — сокращенно обозначен как резистивный датчик температуры

Сопротивление RTD изменяется с изменением температуры, и это изменение сопротивления контролируется с точки зрения изменения тока / напряжения. Обычно RTD изготавливаются из таких материалов, как платина. Ni и Германий используются для изготовления термометров сопротивления для специальных применений. Когда дело доходит до производительности, Platinum RTD (PRDS) являются лучшими . В термометре используются термометры сопротивления с диапазоном между BP O2 и температурой плавления сурьмы.

Применение :

Широко используется для измерения высокой температуры.

Термисторы

Это чувствительные к температуре . Как и RTS, их сопротивление изменяется с изменением температуры. Однако они изготовлены из материала, имеющего отрицательный температурный коэффициент (то есть снижение сопротивления при повышении температуры), в отличие от RTS, которые имеют положительный температурный коэффициент. Термисторы инкапсулированы в материал, подобный оксиду переходного металла. Эти оксиды демонстрируют высокое изменение сопротивления при небольшом изменении температуры. Таким образом, они более чувствительны, почти в 400 раз больше, чем термопара ИС. Они идеально подходят для измерения температуры микросхем животного тела.

Основные преимущества :

Достаточно чувствителен, чтобы ощутить температуру до 0,01С;
Химически стабильный;
Быстрое время отклика;
Малый размер.

Недостаток :

Ограниченный диапазон температур от -50С до 300С.

Индуктивный преобразователь

Индуктивная трансдукция имеет место, когда измеряемая величина изменяет индуктивность (Self или взаимную) катушки. Простой способ изменения -L состоит в перемещении чувствительного элемента в магнитном поле. Это движение вызывает побочную ЭДС.

Основные преимущества :

Нет износа из-за отсутствия скользящего контакта, как в случае потенциометра.

Применения :

Линейные переменные дифференциальные трансформаторы (ЛПДТ)
Тахометр использует индуктивный преобразователь для преобразования скорости в электрический сигнал для контроля скорости.

Емкостные преобразователи

В преобразователях этого типа измеряемая величина изменяет емкость цепи. Это изменение отслеживается с точки зрения некоторой другой физической величины.

Применения :

Автоматическая сенсорная ЖК-система.
Емкостный микрофон, который использует акустическое давление для изменения положения пластины. Это изменение контролируется с точки зрения звукового сигнала.

Датчики смещения

Датчики этого типа используются для определения положения объекта. Измеряемая физическая переменная (то есть движение) предназначена для изменения сопротивления. Это изменение сопротивления измеряется в терминах напряжения.

Применения :

Довольно чувствителен для контроля трещин в стенах и зданиях.

Датчик скорости

Они работают по основному принципу генератора, согласно которому при наличии относительного движения между проводниками и магнитом генерируется ЭДС. Генерируемое напряжение контролируется по скорости. Таким образом, чем быстрее относительное движение, тем больше будет создаваемая ЭДС.

Применения :