Схема переменный ток в постоянный: схема выпрямителя и что такое выпрямленные токи

Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры

Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта

• Введение
• Классификация воздушных линий
• Типовые профили опор ВЛ, ВСЯ СЦБ и воздушных линий связи
• Материалы и арматура воздушных линий
• Деревянные опоры, железобетонные приставки и железобетонные опоры
• Основные типы опор воздушных линий СЦБ и связи
• Оборудование высоковольтных линий автоматики и телемеханики
• Оборудование воздушных линий связи
• Устройство удлиненных пролетов, пересечений и переходов
• Заземления в устройствах автоматики, телемеханики и связи
• Типы и конструкции заземляющих устройств
• Строительство воздушных линий
• Техническое обслуживание и ремонт воздушных линий
• Механизация работ при строительстве и ремонте воздушных линий
• Техника безопасности при работах на воздушных линиях
• Назначение и классификация кабельных линий
• Конструкция кабелей
• Кабели для устройств автоматики и телемеханики
• Железнодорожные кабели связи
• Оборудование, арматура и материалы кабельных линий
• Строительство кабельных линий
• Монтаж силовых электрических кабелей
• Монтаж силовых и контрольных кабелей. Паспортизация кабельных линий
• Механизация кабельных работ
• Техническое обслуживание и ремонт кабельных линий
• Техника безопасности при работах на кабельных линиях
• Влияние электрических железных дорог и линий электропередачи на воздушные и кабельные линии
• Средства защиты устройств автоматики, телемеханики и связи от опасных и мешающих влияний железных дорог и линий электропередачи
• Защита полупроводниковых приборов от перенапряжений
• Воздействие молнии на устройства автоматики, телемеханики и связи. Приборы защиты
• Защита устройств автоматики, телемеханики и связи от атмосферных перенапряжений
• Защита кабелей от коррозии
• Генераторы постоянного тока
• Реакция якоря и коммутация тока
• Типы генераторов и их характеристики
• Общие сведения о двигателях постоянного тока
• Электродвигатели постоянного тока и их характеристики
• Однофазный и трехфазный трансформаторы
• Автотрансформаторы и дроссели насыщения
• Трансформаторы железнодорожной автоматики и телемеханики
• Путевые дроссель-трансформаторы
• Асинхронные электродвигатели
• Синхронные генераторы
• Первичные химические источники тока
• Свинцовые аккумуляторы
• Электролит и химические процессы в свинцовых аккумуляторах
• Электрические характеристики свинцовых аккумуляторов
• Аккумуляторные батареи
• Правила эксплуатации и способы устранения неисправностей свинцовых аккумуляторов
• Щелочные никепь-железные и никель-кадмиевые аккумуляторы. Аккумуляторные помещения
• Электрические вентили и выпрямительные устройства
• Классификация схем выпрямления переменного тока и их параметры
• Влияние характера нагрузки на работу выпрямительных схем
• Выпрямители, применяемые в устройствах автоматики и телемеханики
• Электромагнитные и полупроводниковые преобразователи
• Особенности электроснабжения устройств
• Энергоснабжение устройств автоблокировки
• Системы питания
• Электропитание устройств переездной сигнализации и полуавтоматической блокировки
• Техническое обслуживание устройств электропитания на перегонах и станциях
• Питающие пункты устройств автоматики и телемеханики
• Расчеты питающих устройств сигнальной точки автоблокировки
• Электропитание устройств автоматики и телемеханики крупных станций
• Унифицированная щитовая установка электропитания устройств централизации на крупных станциях при безбатарейной системе питания
• Электропитание устройств электрической централизации малых станций
• Устройства электропитания электрической централизации промежуточных станций
• Электропитающие установки безбатарейной и батарейной систем питания ЭЦ промежуточных станций
• Расчеты электропитающих устройств электрической централизации
• Автоматизированные дизель-генераторные установки и резервные электростанции

Преобразование — электрическая энергия — переменный ток

Преобразование электрической энергии переменного тока в электрическую энергию постоянного тока осуществляется с помощью двигателей-генераторов, полупроводниковых и других выпрямительных устройств.
 

Преобразование электрической энергии переменного тока в постоянный ток для соответствующих электроприемников требует капитальных затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений для них, а также эксплуатационных расходов на их обслуживание и на потери электроэнергии.
 

Преобразование электрической энергии переменного тока в постоянный для соответствующих электроприемников требует капитальных затрат на установку преобразовательных агрегатов и аппаратуры управления, на строительство помещений для них, а также эксплуатационных расходов на их обслуживание и на потери электроэнергии.
 

Асинхронные электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. В зависимости от системы переменного тока асинхронные электродвигатели выполняются трех — или однофазными. В технике наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели.
 

Асинхронные электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую. В зависимости от системы переменного тока асинхронные электродвигатели выполняются трехфазными и однофазными. Ротор асинхронного электродвигателя изготовляют в двух исполнениях: короткозамкнутым и с контактными кольцами.
 

Асинхронные электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую. В зависимости от системы переменного тока асинхронные электродвигатели выполняют в виде трехфазных, двухфазных и однофазных конструкций. В технике наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели.
 

Полупроводниковый преобразователь, осуществляющий преобразование электрической энергии переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты, называется преобразователем частоты.
 

Асинхронные электродвигатели предназначены для преобразования электрической энергии переменного тока в механическую энергию. В зависимости от системы переменного тока асинхронные электродвигатели выполняются трех — или однофазными. В технике наиболее распространены асинхронные трехфазные электродвигатели.
 

Поэтажные планы зарядной станции на 20 электропогрузчиков.

Зарядные агрегаты АЗД служат для преобразования электрической энергии переменного тока в энергию постоянного тока напряжением 24 / 36 или 48 / 72 в. Каждый зарядный агрегат АЗД состоит из генератора постоянного тока и трехфазного индукционного двигателя, соединенных эластичной муфтой и смонтированных на общем фундаменте.
 

При работе асинхронного двигателя происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии переменных токов сети в механическую энергию вращательного движения. Этот процесс сопровождается бесполезным расходом части энергии источника питания на нагрев машины, который характеризуют величинами мощностей электрических, магнитных и механических потерь.
 

При работе асинхронного двигателя происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии переменных токов сети в механическую энергию вращательного движения. Этот процесс сопровождается бесполезным расходом части энергии источника питания на нагрев машины, который характеризуют величинами мощностей электрических, магнитных и механических потерь. Мощностью электрических потерь характеризуют нагрев обмоток статора и ротора, обладающих активными сопротивлениями гг и г. 2; по закону Джоуля-Ленца, она, как известно, пропорциональна квадрату тока в обмотке.
 

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, служащий для преобразования электрической энергии переменного тока с одним значением напряжения в электрическую энергию с другим значением напряжения при сохранении неизменной частоты переменного тока.
 

Преобразование — постоянный ток

Преобразование постоянного тока в переменный в динамическом конденсаторе осуществляется за счет периодически изменяющейся емкости конденсатора при колебании одной из пластин.
 

Преобразование постоянного тока в переменный называется инвертированием, а устройство, выполняющее такую функцию, — инвертором.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и модуляция сигналов переменного тока. Для усиления постоянного напряжения обычно используются усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами. Существенным недостатком всех усилителей постоянного тока является дрейф нуля. Наличие дрейфа нуля и трудности непосредственного усиления малых постоянных напряжений явились причиной возникновения ряда схем усилителей с преобразованием постоянного напряжения в переменное и усилением последнего с помощью усилителя переменного тока. В качестве преобразователей применяются механические, микрофонные, электронные и другие устройства.
 

Преобразование постоянного тока в переменный ток осуществляется путем периодического прерывания цепи питания нагрузки. Если уровень выходного напряжения преобразователя отличается от уровня входного напряжения постоянного тока, нагрузка включается через трансформатор.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и обратное преобразование.
 

Преобразование постоянного тока в переменный ( инвертирование) может осуществляться при помощи электрических вентилей, проводимостью которых можно управлять. Для этой цели используются тиристоры. Как было показано, выпрямитель е фазовым управлением и ведомый сетью инвертор ( инвертор, частота тока в котором соответствует частоте сети и Р0 Рин) работают одинаково и любой из этих режимов может быть осуществлен в одной и той же схеме. При работе как выпрямитель устройство передает энергию в нагрузку постоянного тока. Когда оно работает как инвертор, источник постоянного напряжения нужен, чтобы создать ток в устройстве и передать мощность на сторону переменного тока, инверторный режим наступает при а 90 ч — 180 эл. Ведомый сетью ( неавтономный) инвертор используется при реостатных испытаниях тепловозов с рекуперацией энергии. Подобные установки о каждым годом находят все большее распространение.
 

Преобразование постоянного тока в переменный производится конденсатором, емкость к-рого периодически изменяется ( напр.
 

Преобразование Постоянного тока в переменный отао вано на периодическом Изменении направления тока е нагрузке, осуществляемом управляемыми вентилями, которые играют роль переключателей, переключаемых с заданной частотой. Момент открытия каждого нентиля определяется Моментом подачи па его управляющий электрод управляющего сигнала.
 

Преобразование постоянного тока в переменный связано с потреблением инверторами около 0 5 ква реактивной мощности на каждый киловатт активной мощности, отданной подстанцией. На подстанции нужно установить мощные генераторы реактивной мощности, что связано с дополнительными расходами.
 

Преобразование постоянного тока в переменный может быть осуществлено разными методами, как электронными, так и механическими. Электронные установки, например тиратронные преобразователи и генераторы с электронными лампами, имеют определенные преимущества, а также и недостатки по сравнению с установками, имеющими вращающиеся или движущиеся части. С другой стороны, статические установки ( без движущихся частей) много более спокойны в работе, портативны и требуют меньших первоначальных затрат.
 

Преобразование постоянного тока в переменный возможно лишь при токе, опережающем инвертированное напряжение. Для этого в автономных инверторах используют конденсаторы.
 

Пульс-пара. — 6. Тепловое реле.

Что такое переменный ток. Определение переменного тока

Переменный ток — это направленное движение заряженных частиц, направление движения которых меняется на противоположное через равные промежутки времени. Если постоянный ток течет в одном направлении и не меняется по величине, то переменный ток может быть в данный момент положительным, а через определенный промежуток времени отрицательным.

Получение переменного тока

Вырабатывают переменный ток генераторы переменного напряжения, которые преобразуют механическую энергию в электрическую. Форма переменного тока может быть различной и зависит от его назначения. Форма переменного тока промышленного назначения и для бытовых нужд населения носит синусоидальный характер.

Он имеет такие характеристики как амплитуда, частота и период. Периодом синусоидального тока является его полный цикл колебания и измеряется временем совершения одного цикла колебания. Такие циклы повторяются и поэтому переменный ток еще называют циклическим.

Период обозначается буквой Т и выражается в секундах. Другим параметром синусоидального тока является частота, которая обратно пропорциональна периоду т. е. F = 1/Т. Если период переменного тока равен 1 секунде, то частота его будет равна 1 Гц.

Период, частота и амплитуда переменного тока

Существует два стандарта переменного тока — это 50 Гц и 60 Гц. В России используется частота сети 50 Гц, а в Канаде и США 60 Гц. Такой параметр как амплитуда, определяется его наибольшей величиной в определенный промежуток времени, она может иметь отрицательное или положительное значение.

Постоянный и переменный ток

Сегодня наша задача – понять, что такое переменный ток и чем он отличается от постоянного. Хотя этот материал я и поместил в рубрику «Практикум», практики особой не будет, только теория.

Итак, в наших руках гипотетический прибор, который может показывать, что у нас происходит на двух проводах под напряжением. Подключаем его к обычной батарейке, чтобы уяснить принцип работы, и видим следующую картину:

Синяя полоска, проведенная против отметки 1.5 показывает, что напряжение (разность потенциалов) между щупами прибора равно 1.5 вольта, причем напряжение это не изменяется во времени, оно постоянно.

Если к батарейке подключить лампу, то через нее потечет тоже постоянный ток.

Для удобства принято считать, что при постоянном напряжении ток течет от положительного полюса к отрицательному и тоже постоянно.

Теперь подключим наш прибор к осветительной розетке. Картина на экране несколько изменилась:

В первый момент времени напряжение между выводами розетке равно нулю (точка 0), потом оно начнет плавно увеличиваться и в точке 1 достигнет максимума – +220 вольт на одном выводе относительно другого.

В точке 4 напряжение исчезнет, как говорят, период колебания закончится, и дальше процесс повторится.

Что будет, если мы подключим к розетке нагрузку (скажем, лампочку)? В первый момент тока не будет, потом он начнет увеличиваться до максимума, потом снова уменьшаться, а потом… потечет в другую сторону, так как полярность между проводниками изменится. Ток в другую сторону тоже будет увеличиваться, потом постепенно уменьшится до 0 (в точке 4).

Итак, перед нами переменное напряжение, способное вызывать переменный ток – сначала в одну сторону, потом в другую.

Меняется полярность в розетке 50 раз в секунду или иначе с частотой 50 герц. Герц (Гц) – единица измерения частоты. 1 Гц – один период колебаний в секунду.

А теперь подведем итоги. Главное отличие переменного напряжения от постоянного – разность потенциалов между двумя проводниками постоянно меняет свою полярность, тогда как при постоянном напряжении «плюс» всегда на одном проводнике, а «минус» на другом.

Вполне естественно, что через нагрузку, подключенную к источнику переменного напряжения, ток потечет переменный – то в одну сторону, то в другую. Чем выше частота, тем чаще будет меняться направление тока, причем, как мы видим из нашего графика, меняться плавно.

Если вы поближе познакомитесь с переменным напряжением, то узнаете, что оно не так просто, как я описал (к примеру, существует амплитудное (которое, кстати, выше 220 В), мгновенное, среднеквадратичное и т.п. напряжения в одной единственной розетке), но для общего понятия процесса этого материала, я думаю, вполне достаточно.

https://youtube.com/watch?v=WwXRADEb_Oc

Ну а по поводу гипотетического волшебного прибора – такие приборы есть и называют их осциллографами:

1. Преобразование переменного тока в постоянный

Современные электротехнические
устройства (ЭТУ) содержат большое число
полупроводниковых приборов (различных
типов диодов, транзисторов, тиристоров,
интегральных микросхем), устройств
отображения информации, фотоэлементов.
Нормальная работа этих и других приборов,
а также выполненных на их основе
функциональных узлов связана с
потреблением электрической энергии в
большинстве случаев постоянного и реже
переменного токов.

Для
обеспечения работоспособности подобной
аппаратуры используют источники
вторичного электропитания (ИВЭП), которые
преобразуют напряжение первичной
системы электроснабжения в напряжение
требуемого уровня, рода тока и повышают
качество напряжения постоянного тока.

Одним
из функциональных узлов ИВЭП являются
выпрямители. Это объясняется, с одной
стороны, тем, что большинство первичных
источников вырабатывают электрическую
энергию в виде переменного тока (115, 127,
220 и 380 В), промышленной (50 Гц) и повышенной
(400, 1000 Гц) частоты. С другой стороны,
электронные функциональные узлы ЭТУ
требуют для нормальной работы напряжение
постоянного тока различного уровня (от
десятых долей вольта до десятков тысяч
вольт) и часто самого высокого качества
(высокая стабильность, малая пульсация
выходного напряжения и др.).

Методы
и способы преобразования переменного
тока в постоянный.

В
настоящее время преобразование
переменного тока в постоянный при
непосредственной передаче электрической
энергии от первичного источника
потребителю осуществляется путем
применения полупроводниковых диодов.

Однотактное
преобразование.
Пусть имеется генератор напряжения
переменного тока u₂
=
U_2msinωt
с внутренним сопротивлением, равным
нулю. Подключим к этому генератору через
ключ S
нагрузку (рис. 202,а)
и рассмотрим преобразование рода тока
в течение одного периода приложенного
напряжения.

Если
в течение первого полупериода 0 ≤
ωt
≤
π
(рис.202,б)
ключ S
замкнут (рис. 202,
а), а в течение
второго полупериода π
≤
ωt
≤
2π
он разомкнут, то в нагрузке будет
протекать ток iтолько в
первом полупериоде и в одном направлении
и на нагрузке будет выделяться
напряжениеU_н,
полярность которого показана на рис.
202, а.
При активном характере нагрузки формы
напряжения u_н
и тока i
совпадают и соответствуют форме
преобразуемого напряжения u₂.
Так как этот процесс повторяется каждый
период, то на нагрузке будет наблюдаться
пульсирующее (как и ток i)
напряжение постоянного тока. Это
напряжение представляет собой
периодическую функцию времени, которая
удовлетворяет условиям разложения в
ряд Фурье, и, следовательно, его можно
представить в виде суммы постоянной
составляющей U
(среднее значение) и ряда гармонических
составляющих (пульсации).

Таким
образом, для однотактного преобразования
необходимо, чтобы ключ синхронно с
частотой первичного источника подключал
нагрузку к генератору на время одной
полуволны напряжения переменного тока.

Рис. 202

Однотактное
преобразование напряжения переменного
тока в напряжение постоянного тока
характеризуется следующими особенностями:

• на
  нагрузке получается пульсирующее
  напряжение;

• частота
  появления импульсов тока в нагрузке
  равна частоте преобразуемого напряжения;

• за
  период преобразуемого напряжения через
  источник и нагрузку проходит только
  один импульс тока и в одном направлении.

• Двухтактное
  преобразование.
  Как и в первом случае, нагрузка
  подключается к генератору напряжения
  переменного тока, но так, чтобы с помощью
  синхронных ключей можно было коммутировать
  ток в нагрузке в зависимости от полярности
  u₂.
  При этом для получения напряжения на
  нагрузке используется каждый полупериод
  переменного тока.

• Двухтактное
  преобразование напряжения переменного
  тока в напряжение постоянного тока
  (рис. 204) характеризуется следующими
  особенностями:

• за
  период преобразуемого напряжения через
  нагрузку и источник проходят два
  импульса, причем через нагрузку – в
  одном направлении, а через источник –
  в противоположных направлениях;

• частота
  появления импульсов тока в нагрузке
  и, следовательно, частота первой
  гармоники пульсации выпрямленного
  напряжения в два раза выше частоты
  преобразуемого напряжения.

Этот
способ преобразования позволяет получать
более качественное напряжения на
нагрузке.

Устройство,
реализующее метод одно- и двухтактного
преобразования напряжения переменного
тока в напряжение постоянного тока,
называется выпрямителем. При этом
различают неуправляемые и управляемые
выпрямители.

При технической реализации любого
способа преобразования напряжения
переменного тока в напряжение постоянного
тока в качестве ключей Sиспользуются диоды и тиристоры.

Как делается из постоянного тока переменный ток

Категории

физика, дом, аккумулятор, солнце, электричество, деталь, использование, ток, энергия, постоянный, изменение, сохранение, переменный

Если из переменного тока можно сделать постоянный ток с помощью диодов, то и из постоянного тока можно сделать переменный, к тому же, кто использует солнечную энергию, как иногда мы видим иногда на крышах домов огромные солнечные батареи, то они дают постоянный ток, и ещё эту энергию нужно сохранять, если вдруг на небе будут облака, и солнце спрячеться, или если будет ночь, то ток поступать не будет, и насколько я слышал, что для этого используются специальные аккумуляторы, которын сохраняют енергию. А какая деталь используется для переделывания постоянного тока в переменный?

больше 4 лет назад

Время вопроса 11:15 01.08.2013 Часовой пояс: Германия. Выход в интернет: Мобильник. Место нахождения: На работе. Любителям онлайн-гемблинга советуем зарегистрироваться на официальном сайте пинап казино огромные бонусы на депозит. Лицензионные игровые автоматы, блекджек и рулетка для идеального вечера в Pin-up казино.

Ответы

Ответ выбран автором вопроса

Немного не по теме, но на твой вопрос тебе уже выше ответил Jormungand. Инвертор, конечно, штука хорошая, но большинство современной техники работает от прямого тока при напряжении не более 100В, в основном 5, 12, 15В.

Из сети они берут ~220В, преобразуют в рабочее, выпрямляют, теряют энергию на нагрев трансформатора. Проще, если есть уже постоянный ток нужного напряжения воткнуть его в обход входного трансформатора сразу в схему.

Инвертор потребляет лишнюю электроэнергию, стоит денег, так что если нет острой необходимости, то и не стоит извращаться. Переменным током питаются только нагревательные приборы и трехфазные электромоторы.

220 вольт постоянного тока, как сделать сетевое напряжение 220 постоянным. Простой преобразователь переменного напряжения сети в постоянный ток

Тема: как можно получить постоянное напряжение величиной 220 вольт из переменного

Как известно в обычной электрической сети (бытовой) имеется переменное напряжение величиной 220 вольт (с небольшим отклонением, зависящее от различных факторов).

Переменный тип тока достаточно легко поддается преобразованию, то есть при необходимости одну величину переменного напряжения и силы тока можно трансформировать в другую, при этом используется (обычно) всего одно устройство, называемое трансформатором.

Но порой возникает необходимость в наличии именно постоянного типа электрического тока, величиной сетевого напряжения в 220 вольт. В этой статье мы рассмотрим способы, которыми можно сделать преобразование переменного напряжения в постоянное.

Переменный ток, как известно из курса физики, представляет собой упорядоченное движение электрических зарядов, которые периодически меняют свое направление. Данный тип тока (переменный) имеет синусоидальную форму.

Если просто поставить один диод последовательно нагрузке, то мы уже получим постоянный ток после этого диода, но он будет иметь следующую форму.

В этом случае просто срезается одна часть волны переменного синусоидального тока. Остается лишь одна полуволна. Следовательно мощность на выходы (после этого диода) будет снижена в 2 раза. При подключении обычной лампочки накаливания мы увидим значительные мерцания света. Такой вариант получения постоянного тока с напряжением в 220 вольт используется крайне редко.

Хотя и в этом случае постоянный ток не будет иметь ровную и прямую форму. Он будет скачкообразным. Решить данную проблему можно при использовании фильтрующего конденсатора электролита.

В зависимости от того с какой мощность мы имеем дело, будет зависеть емкость и величина напряжения этого конденсатора.

Стоит заметить, что после добавления фильтрующего конденсатора электролита величина постоянного напряжения (его амплитуда) на выходе выпрямителя увеличиться где-то на 1,4 раза.

Лишнее напряжение всегда можно убрать (срезать) различными способами: ограничительным резистором, электронной схемой стабилизатора, простым параметрическим стабилизатором напряжения на стабилитроне и т.д.

Теперь по поводу вопроса конкретных диодов. Какие, собственно, диоды нужны для выпрямителя, чтобы получить постоянный ток из переменного для сетевого напряжения 220 вольт? Тут важны два основных параметра, это максимальное напряжение, на который рассчитан диод и максимальная сила тока, который он способен через себя пропускать.

Наиболее распространенными диодами являются серия 1n4007, у который максимальное напряжение 1000 вольт, ну а сила тока до 1 ампера.

Конденсатор должен быть рассчитан на напряжение более того, что подается на него. В нашем случае (при использовании 220 вольт) напряжение конденсатора должно быть не менее 500 вольт (с учетом увеличения амплитуды после моста).

Емкость должна быть от 1 до 10 000 микрофарад (чем больше емкость, тем сильнее будут сглаживаться импульсы, но и тем больше будут размеры конденсатора, и дороже он будет стоить).

Старайтесь найти наиболее оптимальный вариант, воспользовавшись формулами или онлайн калькуляторами по расчету емкости конденсатора для выпрямительного диодного моста под конкретное напряжение и мощность.

Если вам нужно, чтобы постоянное напряжение выпрямленного сетевого тока было регулируемым, то стоит сделать или приобрести готовое устройство (электронную плату, которая стоит относительно недорого) — регулируемый преобразователь сетевого напряжения с постоянным током на выходе. Такие схемы работают на тиристорах, симисторах вместо диодов. Они управляются дополнительными элементами, что срезают лишнии части напряжения. В итоге мы получаем диммер, что способен выдавать нужное постоянное напряжение от 0 до 220 вольт.

P.S. В настоящее время широко распространены электронные блоки питания (используются в блоках питания компьютера, зарядных устройствах мобильных телефонов и т.д.).

Именно в них применяется вариант, когда необходимо сетевое переменное напряжение преобразовать в постоянное, без снижения амплитуды. В самой начале схемы и ставятся выпрямительные диодные мосты с фильтрующим конденсатором электролитом, о которых и был разговор выше.

Схема — переменный ток

Схема переменного тока с нагрузкой на постоянном токе ( схема с вынесенным мостом) приведена на рис. 4.22, в.
 

Схемы переменного тока с мигающим светом ( рис. 87, в) применяют в случае большого числа точек сигнализации. При срабатывании любого из устройств, включенных в систему, замыкается его контакт, срабатывает реле К. После восприятия информации оператор нажимает кнопку SB1 и через диод ( например, V2) срабатывает реле К. К 1: 3 замыкается и лампа HLI начинает гореть ровным светом. Сирена выключается, и источник мигающего света прекращает свою работу. Для опробования сигнализации нажимают кнопку SB2: срабатывает реле К.
 

Схема переменного тока с нагрузкой на постоянном токе ( схема с вынесенным мостом) приведена на рис. 4.22, в, От схемы рис. 4.8, в она отличается включением нагрузки через выпрямительный мост В3 — Вв.
 

Схема переменного тока с нагрузкой на постоянном токе ( схема с вынесенным мостом) приведена на рис. 4.22, в.
 

Схема фотореле переменного тока с фотосопротивленяем ФС в одном плече мостовой схемы приведена на рис. ЗД Такое фотореле может срабатывать как при освещении фотосопротивления, так и при затемнении его, в зависимости от условий баланса входного моста.
 

В схеме переменного тока мощность, выделяющаяся на электродах лампы при снятии характеристик, приблизительно в четыре раза меньше, чем в схеме постоянного тока.
 

В мощных схемах переменного тока УПВ выключается вскоре после того, как под действием напряжения сети его анодный ток доводится до нуля. При обычных промышленных частотах схемное время выключения или время, в течение которого УПВ имеет обратное смещение, очень велико по сравнению с приборным временем выключения / ыкл ( разд. Это обеспечивает высокую эффективность действия УПВ на промышленной частоте и вместе с его низким падением напряжения в открытом состоянии придает ему наибольшее практическое значение среди управляемых приборов для применений в контролируемых схемах переменного тока и управляемых схемах выпрямления. Эти виды применений УПВ рассматриваются подробнее в гл.
 

В схемах переменного тока участки цепей маркируются последовательными числами без деления на четные и нечетные согласно рекомендуемой разбивке групп чисел по функциональному признаку. Маркировка этих участков цепей — порядковая буквенно-цифровая или цифровая.
 

В схемах переменного тока участки цепей маркируются последовательными числами, без деления на четные и нечетные.
 

Пример приспособления фазосмещающей схемы переменного тока для управления УПВ иллюстрируется на фиг. Вторичная обмотка трансформатора 7 питает переменным напряжением ет переменные RC — или RL-цепи. Это напряжение приложено между управляющим электродом и катодом. Оно обозначено как напряжение VG-C на фиг.
 

Датчик включается в мостико-вую схему переменного тока.
 

На рис. 152 изображена схема фотореле переменного тока. Питание переменным током упрощает схему, так как не нужны выпрямители или батареи. Но реле переменного тока малочувствительно и более инерционно, чем реле постоянного тока. Реле работает следующим образом. Как видно из схемы, накал лампы Л, анодная цепь и цепь сетки питаются от отдельных обмоток трансформатора.
 

Преобразование переменного тока в постоянный

Для того чтобы генератор переменного тока был способен заряжать батарею и обеспечивать питание других компонентов транспортного средства, требуется преобразовать переменный тик (alternating current — АС) в постоянный (direct current — DC). Самый подходящий электронный компонент для этой задачи — кремниевый диод. Если переменный ток одной фазы пропустить через диод, на выходе диода появится полуволна, как показано на рисунке. В этом примере диод позволяет проходить к положительному полюсу батареи только половине полупериодов волны. Отрицательные полупериоды блокируются.

Рис. Однополупериодное выпрямление

На рисунке ниже показано, что мостовой выпрямитель с четырьмя диодами выпрямляет обе полуволны однофазного напряжения. Диод часто рассматривается как односторонний клапан для электрического тока. И хотя это хорошая аналогия, важно помнить, что диод хорошего качества блокирует обратный ток с напряжением приблизительно 400 В, а для того, чтобы диод начал проводить в прямом направлении, требуется небольшое напряжение — около 0,6 В.

Рис. Мостовой двухполупериодный выпрямитель (одна фаза)

Чтобы выпрямлять напряжение трехфазной машины, потребуется шесть диодов. Они тоже связаны в виде моста, как показало на рисунке. Мост состоит из трех «пропускающих» и трех «запирающих» диодов. Форма выходного напряжения, создаваемого этой цепью, приведена на рисунке совместно с сигналами трех фаз.

Рис. Трехфазный мостовой выпрямитель

В блок выпрямителя часто вводятся еще три диода, выпрямляющих положительную полуволну напряжения. Они обычно меньше главных диодов и используются только для того, чтобы питать малым током обмотку возбуждения магнитного поля в роторе. Дополнительные диоды известим как экстра-диоды, диоды магнитного поля или диоды возбуждения. На рисунке показан выпрямитель с девятью диодами.

Рис. Девятидиодиый выпрямитель

Вследствие значительных токов, текущих через главные диоды, им требуется радиатор для отвода тепла, чтобы предохранить их от термического повреждения. В некоторых случаях вместо одного диода ставят нескольких соединенных параллельно, чтобы они без повреждения выдерживали большие токи. Диоды в блоке выпрямителя служат для предотвращения обратного тока от батареи к генератору. Они также позволяют нескольким генераторам переменного тока работать параллельно без синхронизации, так как ток не может течь от одного генератора к другому.

Когда используется статор с соединением обмоток «звезда», сумма напряжений в нейтральной точке звезды теоретически равна 0 В. Однако на практике из-за небольших погрешностей в конструкции статора и ротора и в этой точке возникает потенциал. Этот потенциал (напряжение) известен как третья гармоника и показан на рисунке. Его частота — утроенная основная частота фазной обмотки. Подключив к центру звезды два дополнительных диода, один в прямом и один в обратном включении, можно извлечь дополнительную мощность. Прирост мощности достигает 15%.

Рис. Третья гармоника

На последнем рисунке показана полная схема электрогенератора при использовании главного выпрямителя с восемью диодами и тремя диодами возбуждения поля. На схеме показан также регулятор напряжения. Индикаторная лампочка, помимо основной функции предупреждения о неисправности генератора, служит для подачи начального тока возбуждения в обмотку ротора. Генератор не всегда может самовозбуждаться, поскольку остаточный магнетизм обычно недостаточен для создания такого напряжения, которое преодолеет прямое смешение диодов выпрямителя (0,6 или 0,7 В). Типичная мощность лампочки индикатора — 2 Вт. Многие изготовители также подключают параллельно лампочке резистор, чтобы усилить возбуждение генератора и гарантировать его работу, если лампочка сгорит. Лампочка, предупреждающая об отсутствии заряда, погаснет, когда в обмотку ротора пойдет ток от диодов возбуждения, поскольку в этом случае на обоих выводах лампочки возникнет одно и то же напряжение (разница потенциалов на лампочке станет равной 0 В).

Рис. Полная внутренняя схема генератора переменного тока

Электронные схемы — выпрямители — CoderLessons.com

Всякий раз, когда возникает необходимость преобразовать переменный ток в постоянный, на помощь приходит схема выпрямителя. Простой PN диод перехода действует как выпрямитель. Прямое смещение и условия обратного смещения диода производит выпрямление.

выпрямление

Переменный ток обладает свойством непрерывно изменять свое состояние. Это можно понять, наблюдая синусоидальную волну, на которую указывает переменный ток. Он поднимается в положительном направлении, достигает пикового положительного значения, уменьшается оттуда до нормы и снова переходит в отрицательную часть, достигает отрицательного пика, снова возвращается к норме и продолжается.

Во время своего пути в формировании волны мы можем наблюдать, что волна идет в положительном и отрицательном направлениях. На самом деле он полностью меняется и отсюда и название переменного тока.

Но в процессе выпрямления этот переменный ток превращается в постоянный ток постоянного тока. Волна, которая течет как в положительном, так и в отрицательном направлении до тех пор, будет преобразована в постоянное направление только в положительном направлении. Следовательно, ток может течь только в положительном направлении и сопротивляться в отрицательном направлении, как показано на рисунке ниже.

Схема, которая выполняет выпрямление, называется схемой выпрямителя . Диод используется в качестве выпрямителя для построения схемы выпрямителя.

Типы выпрямительных цепей

Существует два основных типа выпрямительных цепей, в зависимости от их выхода. Они есть

• Полуволновой выпрямитель
• Двухполупериодный выпрямитель

Полуволновая выпрямительная схема выпрямляет только положительные полупериоды входного питания, тогда как полноволновая выпрямительная схема выпрямляет как положительные, так и отрицательные полупериоды входного питания.

Полуволновой выпрямитель

Само название полуволнового выпрямителя гласит, что выпрямление выполняется только для половины цикла. Сигнал переменного тока подается через входной трансформатор, который повышается или понижается в зависимости от использования. Преимущественно понижающий трансформатор используется в цепях выпрямителя, чтобы уменьшить входное напряжение.

Входной сигнал, подаваемый на трансформатор, пропускается через PN-диод, который действует как выпрямитель. Этот диод преобразует переменное напряжение в пульсирующий постоянный ток только для положительных полупериодов входа. Нагрузочный резистор подключен в конце цепи. На рисунке ниже показана схема полуволнового выпрямителя.

Рабочая HWR

TВходной сигнал подается на трансформатор, который снижает уровни напряжения. Выход с трансформатора подается на диод, который действует как выпрямитель. Этот диод включается (проводит) для положительных полупериодов входного сигнала. Следовательно, в цепи течет ток, и на резисторе нагрузки будет падение напряжения. Диод выключается (не проводит) для отрицательных полупериодов, и, следовательно, выход для отрицательных полупериодов будет, iD=0 и Vo=0.

Следовательно, выход присутствует только для положительных полупериодов входного напряжения (без учета обратного тока утечки). Этот выход будет пульсирующим, который проходит через нагрузочный резистор.

Форма волны HWR

Форма входного и выходного сигналов показана на следующем рисунке. 2} \ frac {1} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}} = \ frac {0.406} {\ left \ {1+ \ left (R_f / R_L \ right) \ right \}}

Процент эффективности выпрямителя

 eta= frac40.6 lbrace1+ lgroupRf/RL rgroup rbrace

Теоретически, максимальное значение эффективности выпрямителя полуволнового выпрямителя составляет 40,6%, когда Rf/RL=0

Кроме того, эффективность может быть рассчитана следующим образом

 eta= fracPdcPac= frac left(Idc right)2RL left(Irms right)2RL= frac left(Vdc/RL right)2RL left(Vrms/RL right)2RL= frac left(Vdc right)2 left(Vrms right)2

= frac left(Vm/ pi right)2 left(Vm/2 right)2= frac4 pi2=0.406

=40,6%

Пульсационный фактор

Выпрямленный выход содержит некоторое количество компонента переменного тока, присутствующего в нем, в виде ряби. Это можно понять, наблюдая форму выходного сигнала полуволнового выпрямителя. Чтобы получить чистый постоянный ток, нам нужно иметь представление об этом компоненте.

Коэффициент пульсации дает волнистость выпрямленного выхода. Обозначается у . Это может быть определено как отношение действующего значения переменного компонента напряжения или тока к прямому значению или среднему значению.

 gamma= fracпульсациянапряжениеdcVoltage= fracrmsзначениеofвспомогательныйdcvalueofwave= frac left(Vr right)rmsvdc

Вот,

 left(Vr right)rms= sqrtV2rms−V2dc

Следовательно,

 gamma= frac sqrtV2rms−V2dcVdc= sqrt left( fracVrmsVdc right)2−1

Сейчас,

Vrms= left[ frac12 pi int2 pi0V2m sin2 omegatd влево( omegat right) right] frac12

=Vm left[ frac14 pi int pi0 left(1− cos2 omegat right)d left( omegat справа) right] frac12= fracVm2

Vdc=Vav= frac12 pi left[ int pi0Vm sin omegatd left( omegat right)+ int2 pi00.d left( omegat right) right]

= fracVm2 pi left[− cos omegat right] pi0= fracVm pi

\ gamma = \ sqrt {\ left [\ left \ {\ frac {\ left (V_m / 2 \ right)} {\ left (V_m / \ pi \ right)} \ right \} ^ 2-1 \ right ]} = \ sqrt {\ left \ {\ left (\ frac {\ pi} {2} \ right) ^ 2-1 \ right \}} = 1. 2 \ times R_L} {\ left \ {I_m \ left (R_f + R_L \ right) / \ sqrt {2} \ right \} \ times \ left (I_m / 2 \ right)}

= frac2 sqrt2 pi2 times fracRL left(Rf+RL right)

= frac2 sqrt2 pi2=0.287

Пиковое обратное напряжение

Диод, если он подключен в обратном смещении, должен работать при контролируемом уровне напряжения. Если это безопасное напряжение превышено, диод будет поврежден. Следовательно, очень важно знать об этом максимальном напряжении.

Максимальное обратное напряжение, которое диод может выдержать без разрушения, называется пиковым обратным напряжением. Короче, PIV .

Здесь PIV не что иное, как Vm

Фактор формы

Это можно понимать как математическое среднее абсолютных значений всех точек на осциллограмме. Коэффициент формы определяется как отношение среднеквадратичного значения к среднему значению. Обозначается через F.

F= гидроразрываэффзначениесредняязначение= гидроразрываim/2im/ р= гидроразрыва0.5Im0.318Im=1,57

Пиковый фактор

Значение пика в пульсации необходимо учитывать, чтобы знать, насколько эффективно выпрямление. Значение пикового фактора также является важным фактором. Пиковый коэффициент определяется как отношение пикового значения к среднеквадратичному значению.

Следовательно

PeakFactor= fracPeakvaluermsvalue= fracVmVm/2=2

Все это важные параметры, которые необходимо учитывать при изучении выпрямителя.

СХЕМА ИНВЕРТОРА

Как преобразовать постоянный ток в переменный. Как из постоянного тока сделать переменный?

Cтраница 1

Преобразование постоянного тока в переменный в динамическом конденсаторе осуществляется за счет периодически изменяющейся емкости конденсатора при колебании одной из пластин.
 

Преобразование постоянного тока в переменный называется инвертированием, а устройство, выполняющее такую функцию, — инвертором.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и модуляция сигналов переменного тока. Для усиления постоянного напряжения обычно используются усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами. Существенным недостатком всех усилителей постоянного тока является дрейф нуля. Наличие дрейфа нуля и трудности непосредственного усиления малых постоянных напряжений явились причиной возникновения ряда схем усилителей с преобразованием постоянного напряжения в переменное и усилением последнего с помощью усилителя переменного тока. В качестве преобразователей применяются механические, микрофонные, электронные и другие устройства.
 

Преобразование постоянного тока в переменный ток осуществляется путем периодического прерывания цепи питания нагрузки. Если уровень выходного напряжения преобразователя отличается от уровня входного напряжения постоянного тока, нагрузка включается через трансформатор.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и обратное преобразование.
 

Преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование) может осуществляться при помощи электрических вентилей, проводимостью которых можно управлять. Для этой цели используются тиристоры. Как было показано, выпрямитель е фазовым управлением и ведомый сетью инвертор (инвертор, частота тока в котором соответствует частоте сети и Р0 Рин) работают одинаково и любой из этих режимов может быть осуществлен в одной и той же схеме. При работе как выпрямитель устройство передает энергию в нагрузку постоянного тока. Когда оно работает как инвертор, источник постоянного напряжения нужен, чтобы создать ток в устройстве и передать мощность на сторону переменного тока, инверторный режим наступает при а 90 ч — 180 эл. Ведомый сетью (неавтономный) инвертор используется при реостатных испытаниях тепловозов с рекуперацией энергии. Подобные установки о каждым годом находят все большее распространение.
 

Преобразование постоянного тока в переменный производится конденсатором, емкость к-рого периодически изменяется (напр.
 

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 (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).

На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, 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. 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 VT1…VT4 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. 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.

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 0,85…0,9.

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 10…12 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 VT1…VT4 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 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

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

“Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники”

Кафедра защиты информации

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

»

Инвертор

– преобразует постоянный ток в переменный.

Конвертор

– преобразователь постоянного напряжения в постоянное, но другого уровня (с промежуточным преобразованием входного напряжения в переменное и трансформацией к нужному уровню).

Центральным звеном является преобразователь постоянного напряжения в переменное.

Применяют различные схемы таких устройств:

Транзисторные и на электронных лампах;

Построенные на транзисторах с насыщающимися сердечниками;

Релаксационные генераторы, триггеры, мультивибраторы;

По однотактной, двухтактной и мостовой схемах;

Тиристорные простые и мостовые схемы (в мощных устройствах).

Простая схема двухтактного тиристорного инвертора

Рисунок 1 — простая схема двухтактного тиристорного инвертора

От Т2 поступают импульсы управления в цепь тиристоров.

От постоянного источника напряжение поступает на вход схемы. Оно проходит через

на аноды VD.
заряжается до двойного входного напряжения. Если теперь подать импульсы на VD2, сразу закрывается VD1, перезаряжается, все знаки в Т1 поменяются на противоположные и ток потечет через VD2.

Как видно из работы схемы, на коммутирующей емкости

в момент закрытия тиристора действует напряжение равное удвоенному напряжению питания, что является недостатком для схемы.

Его устраняет мостовая схема тиристорного инвертора.

Мостовая схема тиристорного инвертора

Рисунок 2 — Мостовая схема тиристорного инвертора

Схема управления открывает сначала VD1 и VD4, а потом, когда емкость зарядится до

, в этот момент, если открыть другие тиристоры, VD1 и VD4 мгновенно закроются.

В данной схеме на закрытых тиристорах действует лишь напряжение источника питания.

Тиристорные выпрямители являются эффективными перспективными инверторами. Применяются на значительной мощности и используются в настоящее время для замены электромашинных агрегатов, преобразующих энергию постоянного тока резервных аккумуляторных батарей в переменный ток, в устройствах гарантированного питания (УГП) аппаратуры на предприятиях связи.

Преобразователи постоянного напряжения

Часто при питании электронных устройств ИП являются низковольтными, а для питания цепей потребления требуются значительные напряжения. При этом прибегают к преобразованию напряжения. Для этого используют инверторы и конверторы. Используются электромагнитные преобразователи, вибропреобразователи и статические преобразователи на п/п приборах.

Электромагнитные преобразователи вырабатывают напряжение синусоидальной формы, в то время как полупроводниковые и вибропреобразователи – напряжение прямоугольной формы. В настоящее время имеются статические преобразователи с выходным напряжением по форме близким к синусоидальному. Недостаток электромагнитного преобразователя: большие габариты и масса. Вибропреобразователи – маломощные и малонадежные. Поэтому наибольшее применение находят полупроводниковые преобразователи с малыми габаритами и массой, высоким КПД и эксплуатационной надежностью.

Построение преобразователей на тиристорах и транзисторах следует связывать с величиной питающих напряжений, требуемой мощности, характером изменения нагрузки.

Транзисторные преобразователи напряжения

Они подразделяются по способу возбуждения на 2 типа: с самовозбуждением и преобразователи с усилением мощности.

Транзисторы могут включаться по схеме с ОЭ, ОК, ОБ, но наиболее широко используются включение с ОЭ, так как в этом случае реализуется максимальное усиление транзисторов по мощности и тем более просто достигаются условия самовозбуждения.

Преобразователи с самовозбуждением выполняются на мощных, до нескольких десятков ватт, по однотактным и двухтактным схемам. Простейшая схема однотактного преобразователя представляет собой релаксационный генератор с обратной связью.

С обратным включ. диода.С прямым включ. диода.

При подключении напряжения питания через резистор на базу транзистора подается опирающий потенциал. Транзистор открывается и через первичную обмотку Wк трансформатора протекает ток, который вызывает магнитный поток в магнитопроводах транзистора. Появляющееся при этом напряжение на обмотке Wк трансформируется в обмотке обратной связи Wб, полярность подключения которой такова, что она способствует отпиранию транзистора. Когда ток коллектора достигает своего максимального значения: Iк=Iб*h31э, нарастание магнитного потока прекратится, полярность напряжений на обмотках трансформатора изменяется на противоположное и происходит лавинообразный процесс запирания транзистора. Напряжение на вторичной обмотке трансформатора имеет прямоугольную форму.

Полярность подключения силового диода выпрямителя на вторичной обмотке трансформатора определяет способ передачи энергии в нагрузку. Диод открывается когда закрывается транзистор, заряжается конденсатор, который поддерживает постоянство тока в нагрузке.2*tu. Конденсатор сглаживающего фильтра Cф при этом заряжается выпрямленным напряжением до Uп.

В течении паузы tп, когда транзистор закрыт, цепь тока Iн замыкается через дроссель Lф и блокирующий диод VD2, как и в импульсном стабилизаторе с последовательным регулированием.

В однотактных преобразователях трансформатор работает с подмагничиванием, для борьбы с которым можно применять сердечник с зарядом. Однако он не подходит при использовании тор. транзистора. В нашем случае используется блокирующий конденсатор, который в течении паузы tп разряжаетсячерез обмотку W1, перемагничивая сердечник током разряда.

Емкость Cбл. Выбирается из условия, чтобы при максимальном коэффициенте заполнения φmax длительность паузы tп была не менее четверти периода колебательного контура L, Cбл.

Такой преобразователь с обратным включением диода обеспечивает развязку и защиту выходного напряжения от помех по входным шинам питания.

Транзисторные преобразователи определяются по следующим формулам:

Uп=Uп(Iкм/2Iн-W1/W2)

tu = Iкм*L1/Uп

tп = Iкм*L2/Uн*W2

φ = fп*Iкм*L1/Uп = tu/(tu+tп)

Лучшие массогабаритные показатели имеют двухтактные преобразователи с понижающим трансформатором.

Трансформаторы выполняются на магнитопроводе с прямоугольной петлей гистерезиса. Здесь также используется положительная ОС. Генератор работает следующим образом. При включении напряжения питания Uп из-за неидентичности параметров один из транзисторов, например VT1, начинает открываться и его коллекторный ток увеличивается. Обмотки ОС Wб подключены так, что наведенное в них ЭДС полностью открывает транзистор VT1 и закрывает транзистор VT2.

Переключение транзисторов начинается в момент насыщения транзистора. Вследствие этого наведенные во всех обмотках трансф. Напряжения уменьшаются до нуля, а затем изменяют свою полярность.

Теперь на базу ранее открытого транзистора VT1 подается отрицательное напряжение, а на базу ранее закрытого транзистора VT2 поступает положительное напряжение и он начинает открываться. Этот регенеративный процесс формирования фронта выходного напряжения протекает очень быстро. В дальнейшем процессы в схеме повторяются.

Частота переключения зависит от значения напряжения питания, параметров трансформатора и транзисторов и рассчитываются по формуле:fп=((Uп-Uкэ нас)*10000)/4*B*s*Wк*Sc*Kc.

Такой режим более экономичен, чем при переключении за счет предельного тока коллектора и работа преобразователя более устойчива.

Такие преобразователи используются как задающие генераторы для усилителей мощности и как автономные маломощные источники электропитания. Основные достоинства: простота схемы, а также нечувствительность к короткому замыканию в цепи нагрузки.

Недостатком преобразователя с насыщающимся сердечником является наличие выбросов коллекторного тока в момент переключения транзисторов, что увеличивает потери а преобразователе.

Напряжение на закрытом транзисторе может достигать значения:

Uкэm = (2,2: 2,4)Uпmax

два напряжения это сумма Uп+ЭДС на неработающей обмотке, кроме того учитываются выбросы напряжения во время переключения. Для уменьшения последних в схему иногда включают шунтирующие диоды.

При преобразовании больших мощностей наибольшее распространение получили преобразователи с использованием усилителя мощности. В качестве задающего генератора можно использовать преобразователи с самовозбуждением. Применение таких преобразователей целесообразно если необходимо обеспечить постоянство частоты и напряжения на выходе, а также неизменность формы кривой переменного напряжения при изменении нагрузки преобразователя.

В случае высокого входного напряжения применяют мостовые усилители мощности.

Предположим, в первый полупериод одновременно работают транзисторы T1,T2. Во второй T2,T3. Напряжение питания прикладывается к первичной обмотке транзистора, его полярность меняется каждый полупериод. Напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению источника питания. Выходной транзистор работает в ненасыщенном режиме, выполняется он из материала с непрямоугольной петли гистерезиса.

Преобразователи на тиристорах

Тиристоры в отличие от транзисторов имеют одностороннее управление. Для запирания тиристоров в схемах преобразователей используются реактивные элементы в основном в виде коммутирующих конденсаторов.

При отпирании первого тиристора емкость заряжается до напряжения 2Uп. При отпирании второго тиристора напряжение конденсатора прикладывается в обратном направлении к первому транзистору, под действием его он запирается. Конденсатор перезаряжается, и напряжение на его обмотках и на первичной обмотке тиристора меняет знак (потенциалы показаны на схеме в скобках). В следующий полупериод вновь отпирается тиристор T1 и процесс повторяется.

Для обеспечения запирания тиристоров необходимо, чтобы энергия коммутирующего конденсатора была достаточной для того, чтобы в процессе перезаряда обратное напряжение на тиристорах падало достаточно медленно и успело бы обеспечить восстановление их запирающих свойств.

Недостатком такого инвертора является сильная зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.

Для уменьшения влияния характера и величины нагрузки на форму и величину выходного напряжения применяют схемы с обратными диодами, которые в свою очередь необходимы для возврата реактивной энергии, накопленной в индуктивной нагрузке и реактивных коммутирующих элементах в источнике питания преобразователя.

Источник питания с бестрансформаторным входом

Особенностью таких источников являются использование процесса преобразования входного напряжения с использованием высокой частоты.

Отсутствие силового транзистора на входе и использование транзисторовна повышенной частоте существенно улучшает массогабаритные характеристики.

Функциональная схема ИПБВ на базе регулируемого преобразователя имеет следующий вид:

ВЧФ — препятствует проникновению во входные цепи помех от ИПБВ и наоборот.

ВУ – выпрямительное устройство,

СФ – сглаживающий фильтр;

РП – регулируемый преобразователь;

ЗГ – синхронизирующий задающий генератор;

ГПН – генератор пилообразного напряжения.

Работу ИПБВ со стабилизацией входного напряжения с использованием ШИМ легко представлять, рассмотрев диаграммы напряжений на отдельных участках схемы.

С целью упрощения регулировки преобразователь как правило строится по однотактной схеме с обеспечением рекуперации части энергии, накопленной в реактивных элементах в источник входного напряжения. На выходе преобразователя при напряжениях 5 — 10В ставят выпрямитель со средней точкой. С целью уменьшения времени коммутации силовых транзисторов на их входах применяют цепи обеспечивающие значительное превышение запирающего напряжения по отношению к отрицательному.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов-Цыганов А.И. Электротехнические устройства радиосистем: Учебник. — Изд. 3-е, перераб. и доп.-Мн: Высшая школа, 200

2. Алексеев О.В., Китаев В.Е., Шихин А.Я. Электрические устройства/Подред. А.Я.Шихина: Учебник. – М.: Энергоиздат, 200– 336 с.

3. Березин О.К., Костиков В.Г., Шахнов В.А. источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Три Л, 2000. – 400 с.

4. Шустов М.А. Практическая схемотехника. Источники питания и стабилизаторы. Кн. 2. – М.: Альтекс а, 2002. –191 с.

Инструкция

Для начала нам нужно разобраться, что такое электрический ток и чем переменный ток отличается от постоянного. Упорядоченное движение заряженных частиц называют электрическим током. В постоянном электрическом токе через сечение проводника за одинаковые интервалы времени проходит одинаковое количество заряженных частиц. А вот в переменном токе количество этих частиц за одинаковые интервалы времени всегда разное.

А вот теперь можно преступать непосредственно к преобразованию переменного тока
в постоянный, в этом нам поможет устройство под названием «диодный мост». Диодный мост или мостовая схема — одно из самых распространённых устройств для выпрямления переменного тока
.
Изначально она была разработана с применением радиоламп, но считалась сложным и дорогим решением, вместо неё применялась более примитивная схема со сдвоенной вторичной обмоткой в питающем выпрямитель трансформаторе. Сейчас, когда полупроводники очень дёшевы, в большинстве случаев применяется именно мостовая схема. Но использование данной схемы не гарантирует 100% выпрямления тока
, поэтому в схему можно дополнить фильтром на конденсаторе, а также, возможно, дросселем и стабилизатором напряжения. Теперь, на выходе нашей схемы, как результат мы получаем постоянный ток

Чтобы получить постоянный ток
, достаточно взять обычный элемент питания. Напряжение такого источника ток
а, как правило, стандартное – 1,5 Вольта. Соединив последовательно несколько таких элементов, можно получить батарею с напряжением, пропорциональным количеству таких элементов. Для получения постоянного ток
а можно также воспользоваться зарядным устройством от мобильного телефона (5 В) или автомобильным аккумулятором (12В). Однако, если необходимо получить нестандартное напряжение, например, 42 В, то придется соорудить самодельный выпрямитель с простейшим фильтром питания.

Вам понадобится

• Понижающий трансформатор 220 в./42в.
• Сетевой шнур с вилкой
• Диодный мост PB-6
• Электролитический конденсатор 2000 мкФ×60в
• Паяльник, канифоль, припой, соединительные провода.

Инструкция

Соберите выпрямитель по изображенной на рисунке схеме:

Чтобы правильно собрать и использовать такое устройство, необходимы минимальные знания о происходящих в приборе процессах. Поэтому, внимательно ознакомьтесь со схемой и принципами работы выпрямителя.Схема действия диодного моста, объясняющая принцип его работы: Во время положительного полупериода (мелкий штрих пунктир) ток
движется по правому верхнему плечу моста к положительному выводу, через нагрузку поступает на левое нижнее плечо и возвращается в сеть. Во время отрицательного полупериода (крупный штрих пунктир) ток
течет по другой паре диодов выпрямительного моста. Здесь Тр. – трансформатор, понижает напряжение с 220 до 42 Вольт, гальванически разделяет высокое и низкое напряжение. Д – диодный мост, выпрямляет переменное напряжение, поступившее с трансформатора. Цифрой 1 обозначена первичная (сетевая) обмотка трансформатора, цифрой 2 – вторичная (выходная) обмотка трансформатора.

Подсоедините к первичной обмотке трансформатора сетевой шнур с вилкой. Двумя проводами соедините два вывода вторичной обмотки трансформатора с двумя входными выводами диодного моста. Вывод диодного моста с маркировкой «минус» припаяйте к отрицательному выводу конденсатора.

Отрицательный вывод конденсатора обозначен на его корпусе светлой полосой со знаком «минус». К этому же выводу припаяйте провод синего цвета. Это будет отрицательный выход выпрямителя. Вывод диодного моста со знаком «плюс» припаяйте ко второму выводу конденсатора вместе с проводом красного цвета. Это будет положительный вывод выпрямителя. Перед включением тщательно проверьте правильность монтажа – ошибки здесь не допустимы.

Видео по теме

Полезный совет

Конденсатор играет роль фильтра питания, сглаживая пульсации, оставшиеся после выпрямления диодным мостом переменного тока.

Для зарядки аккумулятора накала применяется зарядное устройство, которое можно приобрести в торговой сети или же сделать своими руками, потратив при этом минимум средств, да и времени.

Вам понадобится

• Полулитровая стеклянная банка, алюминиевая и свинцовая пластина, резиновая трубка, крышка с отверстием посередине.

Инструкция

Возьмите стакан или полулитровую стеклянную банку , алюминиевую и свинцовую пластины размером 40х100 мм и резиновую трубку диаметром 2 см. Отрежьте от резиновой трубки кольцо длиной 2 см, натяните его на алюминиевую пластину, на уровень электролита . Это необходимо, так как при работе выпрямителя электролит сильно разъедает алюминий у самой поверхности раствора. Резина предохраняет его от коррозии и тем самым дает возможность выпрямителю работать значительно дольше.

Используйте в качестве электролита раствор двууглекислого натра (питьевая сода). Возьмите соду из расчета 5-7 гр. на 100 мл воды. В данном выпрямителе положительным полюсом будет алюминий, отрицательным — свинец . При включении прибора в обычную городскую сеть переменного тока свинцовой пластиной, через выпрямитель
пойдет ток. Но пойдет он только в одном направлении. На алюминиевой пластине в это время постоянно будет положительный полюс напряжения .Если в сеть включить алюминиевую пластину, то на свинцовой пластине постоянно будет отрицательный полюс напряжения. Получится однополупериодный выпрямитель
, потому что через него проходит электрический ток только одного полупериода. В первом случае, например, через прибор будет проходить ток только положительного направления.

Для полного использования напряжения применяют двухполупериодные выпрямители. Их нужно составить из двух или четырех элементов, в зависимости от требуемой для зарядки силы тока. А подключаются они в обе фазы электросети.При включении прибора в сеть переменного тока примените предохранители . Регулировку напряжения, которое подается на зарядку , можно произвести при помощи реостата, который позволит «гасить» лишнее напряжение в цепи и соответственно создаст нормальные условия для зарядки аккумулятора .

Видео по теме

Обратите внимание

Для зарядки аккумуляторов накала целесообразно использовать выпрямитель из 4 элементов, так как для снятия силы тока в один ампер требуется выпрямитель с площадью алюминиевой пластины в 100 кв. см.

Полезный совет

Сила зарядного тока аккумуляторов должна составлять 0,1% от его емкости.

Источники:

• Выпрямитель для зарядки аккумулятора
  

Если вы решили самостоятельно изготовить трансформатор, то вам необходимо знать некоторые вещи об этом устройстве, в том числе и как рассчитать ток
в трансформаторе
, о чем и пойдет речь ниже.

Инструкция

Узнайте, если вам до этого было неизвестно, максимальный ток
нагрузки и напряжение на вторичной обмотке.
Умножьте ток
максимальной нагрузки (в амперах) на коэффициент 1,5 – узнаете обмотку второго трансформатора (в амперах).

Рассчитайте мощность , расходуемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора. Для этого, умножьте напряжение вторичной обмотки на максимальный ток
, который проходит через нее.
Подсчитайте мощность трансформатора. Чтобы узнать мощность следует умножить максимальную мощность на вторичной обмотке на 1,25.

Высчитайте величину тона на первичной обмотке . Для этого полученную в прошлом пункте мощность следует разделить на сетевое напряжение на первичной обмотке.
Рассчитайте параметры площади сердечника магнитного

Автор
: elremont от 22-08-2013

В этом руководстве я собираюсь рассказать о кремниевых диодах, диодных мостах, и как преобразовывать переменный ток в постоянный. Это условное обозначение диода и картин. Полоска на конце диода указывает вам, каким образом поставить его в вашу схему, но что такое диод?

Диод это устройство, которое позволяет току течь только в одном направлении. Это удобно запомнить, сравнивая диоды с водопроводными кранами, которые позволяют воде течь только в одном направлении. Так что если вы пустите переменное напряжение или ток через диод, отрицательное напряжение будет блокировано, и вы останетесь с только положительной полуволной. Этот процесс называется выпрямлением тока… оно работает не только с синусоидальными волнами. Это также будет работать с квадратными, треугольными волнами, или любыми другими сигналами, которые имеют отрицательный полупериод. Минуточку…
Если увеличить и наложить сигналы друг на друга, то видно, что напряжение снизилось! Это происходит потому, что не существует такой вещи, как идеальный диод. У всех диодов есть прямое падение напряжения, обозначаемое «Vf». Это означает, что всякий раз, когда ток протекает вперед через диод, будет падение напряжения, которое обычно составляет около 0,7 вольт. Точное значение зависит от температуры, тока и типа диода, а пока давайте просто считать, что это 0.7V Так кремниевый диод даже не откроется, пока не будет 0.7V на его выводах и после его открытия на диоде всегда будет падение напряжения 0.7V. Проверьте это экспериментально, чтобы увидеть то, что я имею в виду: При отрицательном напряжении на входе, диод не может открыться, так что вы ничего не получите на выходе. 0,3 вольта на входе это все еще не достаточно, чтобы открыть диод, так что вы опять ничего не получите. 0,9 вольт на входе достаточно, чтобы открыть диод, но из-за падения напряжения у вас останется только 0.2V. И при 10 вольтах, минус 0,7 вольта, вы получаете 9,3 вольт.
Иногда падение напряжения на диоде проблема… иногда нет… Для примера я покажу вам, при 10 вольт от пика до пика на входе это почти незаметно.
Но если я попытаюсь выпрямить ток 0.5V, такой, как сигнал, поступающий из моего MP3-плеера, то падение 0.7V становится проблемой, и это не работает. Чтобы справиться с этой проблемой, надо использовать передовые технологии, такие как супер диоды. Но на данный момент вам не нужно беспокоиться об этом. Нет устройств эффективных на 100%, так что давайте поговорим о мощности. Будет ли диод нагреваться, сможете ли вы предсказать? Хорошо, потери энергии в диоде определяются Vf и током, протекающим через диод. Для обычного кремниевого диода с Vf = 0,7 В, при прохождении одного миллиампера, всего 0,7 мВт теряется на нагрев, так что это не проблема. Но уже при 3 А выделяется 2,1 Вт тепла, а это довольно много, так что вам придется использовать более крупный диод или использовать диод с низким прямым падением напряжения, например диод Шоттки. Их я рассмотрю в другом видео. Кстати, независимо от того, что кто-то говорит вам, при параллельном соединении диоды не смогут пропускать больший ток.
Что произойдет, если один диод закроется? Тепло, которое выделялось на нем, будет выделяться на других диодах. Старые диоды не идеальны, но я хочу поговорить не о коммутации скоростных диодов. Я использую диоды 1N4007, они предназначены для силовой электроники с низкой частотой переменного тока 50 — 60 Гц, как в вашем доме.
Теперь посмотрим, что происходит, когда я увеличиваю частоту. После около 15 кГц диод становится бесполезным, поскольку он начинает проводить в обратном направлении. Это потому, что диоду для переключения между открытым состоянием, позволяющим току двигаться вперед и закрытым требуется определенное количество времени. Разные диоды будут иметь разные скорости переключения. Так, если я заменю 1N4007 на 1N4148, то он будет хорошо работать, вплоть до 100 кГц и даже больше. Для работы с радиочастотами надо применять диоды, которые переключаются еще быстрее. Поэтому, когда вы проектируете что-то, вы должны думать о максимальном обратном напряжении вашего диода, прямом напряжении, номинальном токе и скорости переключения. Google всегда поможет вам в поиске справочной информации по диодам. Хорошо, что в большинстве случаев теорию работы диодов знать не обязательно. Так давайте использовать диоды, чтобы что-нибудь построить. Наиболее распространено использование диодов для преобразования переменного тока в постоянный, для питания различных устройств, которые есть у вас дома. Я собираюсь показать вам, как построить простой нерегулируемый источник питания постоянного тока очень похожий на этот. Я начну с тока малой силы, а затем я покажу вам, как улучшить конструкцию, чтобы работать с более мощной нагрузкой. Начинаем с преобразования напряжения сети в более низкое, безопасное переменное напряжение. Я покажу вам, как это сделать в моем руководстве по трансформаторам. При отсутствии нагрузки мой трансформатор дает мне хорошую чистую синусоиду около 39 вольт от пика до пика при 60 Гц. Я поставил диод 1N4007 и измерю напряжение до и после диода, можно увидеть срез отрицательного напряжения. Технически я преобразовал переменный ток в постоянный с помощью только одного диода, потому что я убрал все отрицательное напряжение. Но это не очень хороший постоянный ток, не так ли? Половину времени у вас странный горб по напряжению и половина времени у нас нет вообще ничего.
Если вам надо немного больше стабильности, для питания полезной нагрузки, мы добавим конденсатор, чтобы все наладить. Я начинаю с 1 мкФ, но чем больше емкость, тем лучше, потому что вы будете иметь больший энергетический накопитель. Это больше похоже на правду! Теперь у меня есть идеальный источник постоянного тока на 18,7 вольт. Всякий раз, когда вы делаете источник питания постоянного напряжения то лучшее, что вы можете увидеть на экране осциллографа- это постоянное стабильное напряжение. К сожалению, единственная причина, почему сейчас все выглядит идеально, то только потому, что я не успел подключить нагрузку. Конденсатор заряжается через диод, и сейчас нет ничего, что могло бы разрядить конденсатор. Итак, давайте посмотрим, что происходит, когда я добавляю резистор 4,7 кОм в качестве нагрузки. Закон Ома предсказывает, что должно быть только 4 мА нагрузки (что очень мало), но посмотрите, что происходит. Вы видите здесь, что, когда входное напряжение положительное, диод позволяет току протекать, так конденсатор заряжается. Но как только входное напряжение становится отрицательным, диод блокирует обратное протекание тока и единственный источник энергии это конденсатор на 1 мкФ. И как вы можете видеть его энергия быстро расходуется даже при низкой нагрузке. Так что же нам с этим делать? Давайте увеличим размер нашего резервуара энергии, чтобы его было достаточно, чтобы обеспечить нам питание до следующей положительной полуволны. Давайте заменим крошечный конденсатор на 1 мкФ на большой конденсатор на 470 мкФ, и посмотрим что происходит.
Это работает очень хорошо! Теперь у нас есть источник питания постоянного тока, который может выдавать ток в несколько миллиампер которого достаточно для питания некоторых датчиков и операционных усилителей. Хорошо, давайте модернизируем его на ступеньку выше. С нагрузкой в десять Ом, эта схема должна потреблять гораздо больше тока. Ну, что дело дрянь… мы вернулись к ситуации, когда напряжение проседает в каждом такте. Среднее напряжение 8 вольт, при токе около 0,8 ампер, но величина пульсаций напряжения огромна. Представьте себе, что мы попытаемся подключить что-то к этим… напряжение будет постоянно падать так низко, что никогда не будет оставаться постоянным! Так что даже 470 мкФ как накопителя энергии уже недостаточно. Мы можем попробовать решить проблему в лоб и добавить еще больше емкости.
Итак, давайте посмотрим, как схема работает с 3400 мкФ. Ну… это лучше… Теперь мы получили среднее напряжение около 12,5 вольт при токе около 1,25 А, но мы видим пульсации переменного тока 5 вольт, а это очень много. Можно продолжать добавлять емкость бесконечно, чтобы уменьшить количество провисания между циклами. Но для нагрузки в несколько ампер это становится непрактично и дорого. Но есть небольшая хитрость. Если взять четыре диода и расположить их таким образом, мы получим «диодный мост». Вот как это работает: В первой половине синусоиды, на верхний провод приходит положительная волна синусоиды, эти два диода открываются и пропускают ток. Далее диоды закрываются, блокируя любые возможные изменения направления тока. Теперь во второй половине синусоидальной волны, где верхний провод становятся отрицательным по отношению к нижнему проводу, другие два диода открываются, а два других закрыты. Таким образом, вместо того, чтобы терять нижнюю половину формы сигнала переменного тока, обрезав ее и никогда не используя, вы просто переворачиваете и перенаправляете ее. И на выходе вы получаете постоянный ток с пульсациями 120 Гц вместо 60 Гц.
И так же, как и раньше, вы можете обработать выходной сигнал конденсаторами, чтобы получить хорошее гладкое напряжение. Вы можете купить готовые мостовые выпрямители, но их легко построить самостоятельно. Вот мой мостового выпрямителя подключен к трансформатору. Я сделал его из четырех диодов 1N4007 и я потратил на них около 4 центов. Взгляните на то, как напряжение изменяется с положительного на отрицательное при 60 Гц, и теперь оно никогда не опускается ниже нуля вольт, и мы получаем эти положительные постоянные полуволны напряжения при 120 Гц. Это называется полным выпрямлением, потому что мы используем обе волны переменного тока. Теперь давайте вернемся к нашей макетной плате с нагрузкой десять Ом и посмотрим, как мостового выпрямитель работает с емкостью 470 мкФ по сравнению с одиночным диодом, который мы испытывали ранее.
Теперь у нас в среднем 11,6 вольт вместо 8 вольт, которые мы получали раньше с одного диода. И вы можете видеть, что это объясняется тем, что мостовой выпрямитель заряжает конденсатор в два раза чаще, потому что мы используем обе полуволны сети переменного тока 60 Гц. Теперь подумайте о том, насколько это большая разница, учитывая, что эти дополнительные диоды стоили мне только три цента.
Работу мостовых выпрямителей может быть немного трудно понять, но так как они работают так хорошо, все их используют. Теперь давайте сравним один диод с 3400 мкФ и мостовый выпрямитель с 3400 мкФ. Теперь мы получаем в среднем 13,5 вольт вместо 12,5 вольт и у нас есть пульсации только около одного или двух вольт. Другими словами, сочетание мостового выпрямителя с большой емкостью может преобразовать большой ток питания переменного тока в большой полезный ток питания постоянного тока. Просто имейте в виду, что ваши диоды и конденсаторы должны быть рассчитаны на то напряжение, с которым вы работаете.
То, что мы имеем сейчас, это в основном то же самое, что находится внутри этих дешевых маленьких нерегулируемых блоков питания, преобразующих переменный ток в постоянный, которые используются для питания радиостанций, часов и других домашних гаджетов. Мы могли бы сделать версию на 9 вольт, и она может питать старые Sega или Nintendo. Но я хочу подчеркнуть, что все это нерегулируемые источники питания. Это означает, что даже если мы успешно сгладим пульсации напряжения, то мы все равно столкнемся с проблемой изменения среднего напряжения под нагрузкой.
Без нагрузки это 18,7 вольт. А при 1 амперной нагрузке вы получите 13 вольт. Для некоторых схем это не будет иметь значения, если они предназначены для работы с широким диапазоном напряжений. Но многие устройства, такие как микроконтроллеры и другая цифровая электроника потребуют очень стабильный источник напряжения, и для этого вам нужно будет создать так называемый регулируемый источник напряжения. Про регуляторы напряжения я расскажу в другом видео. Теперь вы знаете, что делают диоды и как они преобразовывают переменный ток в постоянный.
_

Преобразовать постоянный ток в переменный схема. Как из постоянного тока сделать переменный?

Использование в повседневной жизни различных электрических приборов и устройств, работающих благодаря электроэнергии, обязывает нас иметь минимальные познания в области электротехники. Это знания, которые сохраняют нам жизнь. Ответы на вопросы о том, как из постоянного тока сделать переменный, какое напряжение должно быть в квартире и какой современный человек должен знать, чтобы избежать поражения и гибели от него.

Способы получения электричества

Сегодня невозможно представить свою жизнь без электроэнергии. Ежедневно все население нашей планеты использует миллионы ватт электричества для обеспечения нормальной жизнедеятельности. Но очередной раз, включая электрочайник, человек не задумывается о том, какой путь пришлось проделать электричеству, чтобы он смог заварить себе утреннюю чашку ароматного кофе.

Существует несколько способов получения электричества:

• из тепловой энергии;
• из энергии воды;
• из атомной (ядерной) энергии;
• из ветровой энергии;
• из солнечной энергии и др.

Для того чтобы понять природу возникновения электрической энергии, рассмотрим несколько примеров.

Электричество из энергии ветра

Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц. Самый простой способ его получения — энергия природных сил.

В данном примере от энергии ветра. Природный феномен дующего с различной силой ветра люди научились использовать давно. Укрощает ветер простой ветряк, оборудованный приводом и соединённый с генератором. Генератор и вырабатывает электрическую энергию.

Излишки тока при постоянном использовании ветряка можно накапливать в аккумуляторных батареях. Выработанный постоянный экологически чистый ток в быту и производстве не применяется.

Полученный и преобразованный в переменный ток, он идет для бытового использования. Накопленные излишки электричества хранятся в аккумуляторных батареях. При отсутствии ветра запасы электричества, хранящиеся в аккумуляторах, преобразуются и поступают на нужды человека.

Электроэнергия из воды

К большому сожалению, этот вид природной энергии, дающий возможность получать электричество, не везде имеется. Рассмотрим способ получения электричества там, где воды много.

Простейшая ГЭС, сделанная из дерева по принципу мельницы, размер которой порядка 1,5 метров, способна обеспечить электричеством, используемым и на отопление, частное подсобное хозяйство. Такую бесплотинную ГЭС сделал русский изобретатель, уроженец Алтая — Николай Ленев. Он создал ГЭС, перенести которую могут два взрослых мужчины. Все дальнейшие действия аналогичны получению электричества от ветряка.

Вырабатывают электричество и крупные электростанции и гидростанции. Для промышленного получения электричества применяют огромные котлы, дающие пар. Температура пара достигает 800 градусов, а давление в трубопроводе поднимается до 200 атмосфер. Этот перегретый пар с высокой температурой и огромным давлением поступает на турбину, которая начинает вращаться и вырабатывать ток.

То же самое происходит и на гидроэлектростанциях. Только здесь вращение происходит за счёт больших скорости и объема воды, падающей с огромной высоты.

Обозначение тока и применение его в быту

Постоянный ток обозначается DC. На английском языке пишется как Direct Current. Он в процессе работы со временем не меняет своих свойств и направления. Частота постоянного тока равна нулю. Обозначают его на чертежах и оборудовании прямой короткой горизонтальной черточкой или двумя параллельными черточками, одна из которых пунктирная.

Используется постоянный ток в привычных нам аккумуляторах и батарейках, используемых в огромном числе различного типа устройств, таких как:

• счетные машинки;
• детские игрушки;
• слуховые аппараты;
• прочие механизмы.

Все ежедневно пользуются мобильным телефоном. Зарядка его происходит через блок питания, компактный преобразователь DC/AC, включаемый в бытовую розетку.

Электрические приборы потребляют переменный однофазный ток. Электроприборы заработают только с подключением трансформатора и Многие производители устанавливают преобразователь DC/AC непосредственно в сам агрегат. Это намного упрощает эксплуатацию электрооборудования.

Как из постоянного тока сделать переменный?

Выше говорилось, что все аккумуляторы, батарейки для фонариков, пультов телевизоров имеют постоянный ток. Чтобы преобразовать ток, существует современное устройство под названием инвертор, он с легкостью из постоянного тока сделает переменный. Рассмотрим, как это применимо в повседневности.

Бывает, что во время нахождения в автомашине человеку необходимо срочно распечатать на ксероксе документ. Ксерокс имеется, машина работает и, включив в прикуриватель переходник на инвертор, он может подключить к нему ксерокс и распечатать документы. Схема преобразователя достаточно сложна, особенно для людей, которые имеют отдаленное понятие о работе электричества. Поэтому в целях безопасности лучше не пытаться самостоятельно соорудить инвертор.

Переменный ток и его свойства

Протекая, переменный ток в течение одной секунды меняет направление и величину 50 раз. Изменение движения тока — это его частота. Обозначается частота в герцах.

У нас частота тока 50 герц. Во многих странах, например США, частота равна 60 герц. Также бывает трёхфазный и однофазный переменный ток.

Для бытовых нужд приходит электричество, равное 220 вольтам. Это действующее значение переменного тока. Но амплитуда тока максимального значения будет больше на корень из двух. Что в итоге даст 311 вольт. То есть фактическое напряжение бытовой сети составляет 311 вольт. Для изменения постоянного тока на переменный применяются трансформаторы, в которых используются различные схемы преобразователей.

Передача тока по высоковольтным линиям

Все электрические наружные сети несут по своим проводам переменный ток различного напряжения. Оно может колебаться от 330000 вольт до 380 вольт. Передача осуществляется только переменным током. Данный способ транспортировки — самый простой и дешёвый. Как из переменного тока сделать постоянный, давно известно. Поставив трансформатор в нужном месте, получим необходимое напряжение и силу тока.

Схемы преобразователей

Самая простая схема решения вопроса о том, как из постоянного тока сделать переменный 220 В, не существует. Это может сделать диодный мост. Схема преобразователя DC/AC имеет в своём составе четыре мощных диода. Мост, собранный из них, создает движение тока в одном направлении. Мостик срезает верхние границы переменных синусоид. Диоды собираются последовательно.

Вторая схема преобразователя переменного тока — это на выход с моста, собранного из диодов, конденсатора или фильтра, который сгладит и исправит провалы между пиками синусоид.

Отлично преобразует постоянный ток в переменный инвертор. Схема его сложна. Используемые детали не из дешевого порядка. Потому и цена на инвертор немаленькая.

Какой электрический ток опаснее — постоянный или переменный?

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся на работе и в быту с электроприборами, подключенными в розетки. Ток, бегущий от электрического щита до розетки, однофазный переменный. Происходят случаи поражения электрическим током. Меры безопасности и знания о поражении током необходимы.

В чем принципиальная разница между попаданием под напряжение переменным током и постоянным? Имеется статистика, что переменный DC однофазный ток в пять раз опаснее постоянного AC тока. Поражение током, вне зависимости от его типа, само по себе отрицательный факт.

Последствия от поражения током

Небрежность в обращении с электроприборами может, мягко говоря, негативно сказаться на здоровье человека. Поэтому не стоит экспериментировать с электричеством, если на то нет специальных навыков.

Действие тока на человека зависит от нескольких факторов:

• сопротивления тела самого потерпевшего;
• напряжения, под которое попал человек.
• от силы тока на момент контакта человека с электричеством.

С учетом всего перечисленного можно сказать, что действие переменного тока намного опаснее, чем постоянного. Имеются данные экспериментов, подтверждающие факт, что для получения равного результата при поражении сила постоянного тока должна быть в четыре — пять раз выше, чем переменного.

Сама природа переменного тока отрицательно сказывается на работе сердца. При поражении током происходит непроизвольное сокращение сердечных желудочков. Это может привести к его остановке. Особенно опасно соприкосновение с оголенными жилами людям, имеющим сердечный стимулятор.

У постоянного тока частота отсутствует. Но высокие напряжение и сила тока могут привести также к летальному исходу. Выйти из под контакта с постоянным электрическим током проще, чем из-под контакта с переменным.

Этот небольшой обзор природы электрического тока, его преобразования должен быть полезен людям, далеким от электричества. Минимальные познания в области происхождения и работы электроэнергии помогут понять суть работы обычных бытовых приборов, которые так необходимы для комфортной и спокойной жизни.

Электрический ток протекает в различных средах: металлах, полупроводниках, жидкостях и газах. При этом он может быть постоянным или переменным. В статье рассмотрим отдельно постоянный и переменный ток, а также преобразование переменного тока в постоянный.

Постоянный ток и его источники

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

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

Переменный ток и его параметры

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

̴

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

Переменный ток характеризуется параметрами:

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

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

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

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

Достоинства и недостатки переменного напряжения

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

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

Мощность, которую передается по линии, равна:

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

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

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

Преобразование переменного тока в постоянный и наоборот

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

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

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

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

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 (ипи по западной терминологии DC-AC преобразователь).

На рис.1 и 2 показаны две основные схемы таких преобразователей. В схеме на рис.1 используются четыре мощных транзистора VT1…VT4, 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. 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 VT1…VT4 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. 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.

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 0,85…0,9.

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 10…12 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 VT1…VT4 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 0,02…0,05, поэтому КПД преобразователя снижается примерно на 2…5%.

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

Cтраница 1

Преобразование постоянного тока в переменный в динамическом конденсаторе осуществляется за счет периодически изменяющейся емкости конденсатора при колебании одной из пластин.
 

Преобразование постоянного тока в переменный называется инвертированием, а устройство, выполняющее такую функцию, — инвертором.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и модуляция сигналов переменного тока. Для усиления постоянного напряжения обычно используются усилители с непосредственной гальванической связью между каскадами. Существенным недостатком всех усилителей постоянного тока является дрейф нуля. Наличие дрейфа нуля и трудности непосредственного усиления малых постоянных напряжений явились причиной возникновения ряда схем усилителей с преобразованием постоянного напряжения в переменное и усилением последнего с помощью усилителя переменного тока. В качестве преобразователей применяются механические, микрофонные, электронные и другие устройства.
 

Преобразование постоянного тока в переменный ток осуществляется путем периодического прерывания цепи питания нагрузки. Если уровень выходного напряжения преобразователя отличается от уровня входного напряжения постоянного тока, нагрузка включается через трансформатор.
 

Преобразование постоянного тока в переменный и обратное преобразование.
 

Преобразование постоянного тока в переменный (инвертирование) может осуществляться при помощи электрических вентилей, проводимостью которых можно управлять. Для этой цели используются тиристоры. Как было показано, выпрямитель е фазовым управлением и ведомый сетью инвертор (инвертор, частота тока в котором соответствует частоте сети и Р0 Рин) работают одинаково и любой из этих режимов может быть осуществлен в одной и той же схеме. При работе как выпрямитель устройство передает энергию в нагрузку постоянного тока. Когда оно работает как инвертор, источник постоянного напряжения нужен, чтобы создать ток в устройстве и передать мощность на сторону переменного тока, инверторный режим наступает при а 90 ч — 180 эл. Ведомый сетью (неавтономный) инвертор используется при реостатных испытаниях тепловозов с рекуперацией энергии. Подобные установки о каждым годом находят все большее распространение.
 

Преобразование постоянного тока в переменный производится конденсатором, емкость к-рого периодически изменяется (напр.
 

1.3. Преобразование переменного тока

в постоянный и постоянного в переменный

Электроэнергия вырабатывается на электростанциях синхронными генераторами, т. е. генераторами переменного тока, который удобно преобразовывать трансформаторами и передавать на большие расстояния. Между тем имеется ряд технологических процессов, требующих постоянного тока: электролиз, зарядка аккумуляторов и т. д. Поэтому часто возникает необходимость преобразования переменного тока в постоянный и обратно.

Широко распространенные в начале XX в. электромашинные преобразователи (одноякорные преобразователи и мотор-генераторные установки) уступили свое место более компактным и бесшумным полупроводниковым выпрямителям. Благодаря высоким

Рис. 1.12. Двухтактный однофазный выпрямитель

эксплуатационным показателям и малым габаритам полупроводниковых выпрямителей появилась тенденция к замене генераторов постоянного тока синхронными генераторами, имеющими на выходе полупроводниковый выпрямитель. Таким образом, появились новые классы машин — трансформаторов и синхронных,- постоянно работающих с выпрямителями. Однако работа электрической машины на выпрямитель имеет особенности, которые надо учитывать при проектировании этих машин и анализе процессов, происходящих в них.

Преобразование переменного тока
в постоянный
производится с помощью полупроводниковых вентилей, имеющих одностороннюю проводимость. На рис. 1.12
и 1.13 показаны наиболее распространенные схемы выпрямителей: однофазного (рис. 1.12, а) и трехфазного (рис. 1.13, а) и кривые напряжений и токов (рис. 1.12,5. в,
рис. 1.13,6, в
соответственно).-грузке весьма значительны, а частота переменной составляющей в 2 раза выше частоты переменного тока (рис. 1.12, б). При трехфазном мостовом выпрямлении схема получается шеститактной и пульсации напряжения невелики — менее 6% от постоянной составляющей (рис. 1.13, б).

Ток в цепи нагрузки обычно сглажен сильнее, чем напряжение, так как цепь нагрузки часто содержит индуктивность, представляющую большое сопротивление для переменной составляющей тока и малое — для постоянной.

Если считать ток в нагрузке /в),
содержащий высшие гармоники, повышающие нагрев обмоток. Кроме того, при использовании схем выпрямления с нулевой точкой имеется постоянная составляющая тока в обмотках (рис. 1.12,6). Из-за этого резко возрастает действующее значение тока и нужно принимать меры против создания постоянного подмагничивания стержня. Для предотвращения этого явления, например, в однофазных трансформаторах применяют либо броневую
конструкцию (рис. 1.14), либо на каждом стержне располагают все обмотки трансформатора, деля их пополам.

Большое влияние на работу выпрямителя (рис. 1.15,
о) оказывает коммутация тока — процесс перехода с одного вентиля на другой.

Из-за наличия индуктивностей в токопроводящей цепи и индуктивности, обусловленной потоками рассеяния трансформатора, ток с одного вентиля переходит на другой не мгновенно, а за период коммутации Г к, которому соответствует угол коммутации у
(рис. 1.15, б).

Для простоты предположим, что ток в нагрузке Id
идеально сглажен. Тогда сумма токов через первый и второй вентили i a \
и iai
в процессе коммутации неизменна:

Рис. 1.14. Схематический чертеж броневого трансформатора

В момент начала коммутации, когда значение ЭДС проходит через нуль и меняет знак, обмотка трансформатора становится замкнутой накоротко и для ее контура можно написать уравнение

Во время коммутации напряжение на нагрузке СЛг=0,5(е 2а + +е 2 ь)
и в однофазном выпрямителе равно нулю (рис. 1.15, б).
Следовательно, из-за коммутации уменьшается выпрямленное напряжение и увеличивается его пульсация. Поскольку угол коммутации у тем больше, чем больше ток нагрузки I d
и индуктивное сопротивление х а,
для повышения качества выпрямителя желательно, чтобы питающая его машина имела небольшое индуктивное сопротивление. В трансформаторе х а
равно индуктивному сопротивлению, обусловленному потоками рассеяния, и определяется из опыта короткого замыкания В синхронном генераторе

где Ха»
и x q »
— сверхпереходные индуктивности по продольной и поперечной осям соответственно, учитывающие наличие тока в демпферной обмотке.

Таким образом, синхронные генераторы, предназначенные для работы на выпрямитель, должны быть рассчитаны на работу с несинусоидальным током и иметь демпферную обмотку.

Коэффициент мощности генератора, работающего на нерегулируемый выпрямитель,

Рис. 1.16. Схема однофазного инвертора

где v«0,9 — коэффициент искажения; >ф«0,5у- угол сдвига тока относительно первой гармоники напряжения.

Преобразование постоянного тока в переменный
производится с помощью инверторов, в которых используются управляемые вентили: транзисторы, тиристоры и др.

Схема однофазного инвертора представлена на рис. 1.16. Включение вентилей инвертора производится поочередно каждый полупериод таким образом, чтобы направление тока во вторичной обмотке трансформатора было противоположно направлению ЭДС в этой обмотке, т. е. чтобы энергия передавалась от источника постоянного тока в сеть переменного тока.

Инверторы имеют сравнительно сложную систему автоматического управления, что ведет к повышению их стоимости и уменьшению надежности по сравнению с неуправляемыми выпрямителями.

Кроме того, в инверторе возможно появление режима сквозного горения,
когда ток в обмотке совпадает по фазе с ее ЭДС. Такой режим возможен либо при неисправности в системе управления, либо при слишком большом угле коммутации. При сквозном горении обычно ток возрастает до недопустимого значения и обычно полупроводниковые вентили выходят из строя. Большое число элементов в системе управления и возможность аварийного режима сквозного горения делают надежность инверторов значительно ниже, чем у неуправляемых выпрямителей: наработка на отказ уменьшается в 50… 100 раз.

Перспективна идея питания от инверторов асинхронных и синхронных двигателей. Изменяя частоту включения вентилей, можно менять частоту напряжения на выводах статора двигателя и тем самым экономично (без сопротивлений) регулировать угловую скорость. Такой способ регулирования скорости называется частотным. Однако низкая надежность систем с инверторами — преобразователями частоты препятствует их широкому применению.

В настоящее время частотное регулирование скорости применяется только в особых условиях, где не могут работать двигатели постоянного тока, погруженные в жидкость: двигатели судов, нефтепроводов, двигатели шаровых мельниц и т. д.

Рис. 1.17. Устройство машины постоянного тока

Имеются экспериментальные образцы с частотным регулированием в крановом и тяговом электрооборудовании.

В машине постоянного тока имеется своеобразный преобразователь- коллектор, который в генераторном режиме является выпрямителем, а в двигательном — преобразователем частоты.

Конструкция машины постоянного тока сходна с конструкцией обращенной синхронной машины, у которой обмотка якоря находится на роторе, а магнитные полюсы неподвижны. При вращении якоря (ротора) в проводниках обмотки индуцируется ЭДС, направленная так, как это показано на поперечном разрезе рис. 1.17, а.

В проводниках, расположенных по одну сторону линии симметрии, разделяющей полюсы, ЭДС направлена всегда в одну сторону, независимо от угловой скорости. При вращении одни проводники уходят под другой полюс, на их место приходят другие проводники, а в пространстве, под полюсом одной полярности, картина почти неподвижна, только одни проводники сменяются другими. Следовательно, возможно получить практически неизменную ЭДС от этой части обмотки.

Постоянная ЭДС получается с помощью скользящего контакта между обмоткой и внешней электрической цепью.

Проводники соединяются в витки с шагом ушт,
как в машинах переменного тока, а затем витки соединяются последовательно один за другим, образуется замкнутая обмотка.

В половине обмотки (в двухполюсной машине) наводится ЭДС одного знака, а в другой — противоположного, как показано на эквивалентной схеме обмотки (рис. 1.17, б).
По контуру обмотки ЭДС в ее частях направлены встречно и взаимно уравновешиваются. Вследствие этого при холостом ходе генератора, т. е. при отсутствии внешней нагрузки, по обмотке якоря ток не проходит.

Внешняя цепь соединяется с якорем через щетки, устанавливаемые на геометрической нейтрали.

Для улучшения контакта щетки выполняются в виде прямоугольных графитовых брусков, а скользят они по поверхности коллектора, который собирается из медных пластин, изолированных друг от друга.

В крупных машинах начало и конец каждого витка присоединяются к коллекторным пластинам; в малых машинах пластин

меньше, чем витков, и поэтому между двумя пластинами припаивается часть обмотки из нескольких витков — секция.

Под нагрузкой через проводники якоря проходит ток, направление которого определяется направлением ЭДС.

В связи с тем что ток нагрузки постоянен, в витках обмотки якоря ток имеет форму, близкую к прямоугольной (рис. 1.18, а).

При переходе витка из одной параллельной ветви в другую он замыкается накоротко щеткой на время, называемое периодом коммутации
(рис. 1.18, б)

T K =bJv KOn ,
(1.66)

где Ь щ
— ширина щетки; и К ол — линейная скорость точки, находящейся на поверхности коллектора.

В простейшем случае, когда щетка уже коллекторной пластины, для секции, замкнутой щеткой (рис. 1.18,0),

Рис. 1.18. Диаграммы токов при коммутации

где iiRi=AUi
и i 2 R2=AU 2
— падение напряжения в щеточном контакте соответственно с первой и второй коллекторной пластинами; R c
— активное сопротивление секции; L pe3 — результирующая индуктивность секции; е к
— ЭДС от внешнего поля.рез, откуда

Это условие безыскровой коммутации сводится к тому, чтобы во всех режимах угол коммутации у
был неизменен:

y=*T K =2vJ>JD a v Koll =2b»jD a ,


(1.71)

где D a
— диаметр якоря; v a —
линейная скорость точки, находящейся на поверхности якоря; Ь»щ=ЬщО а /О КО л
— ширина щетки, приведенная к диаметру якоря.

Для выполнения этого условия ЭДС в зоне коммутации ЭДС е к
создается специальными добавочными полюсами, обмотка которых включена последовательно в цепь якоря, а их магнитная цепь делается ненасыщенной.

Процесс коммутации в выпрямителях, инверторах и в машинах постоянного тока сходен. И в том и в другом случаях процесс изменения тока в период коммутации определяется значением и формой ЭДС в короткозамкнутом контуре. Поэтому нельзя уподоблять коллектор механическому выпрямителю, как это иногда делается .

Наличие коллектора вносит и свои особенности: усложняется конструкция машины и более дорогой становится эксплуатация. Однако эти недостатки электрических машин искупаются их основным преимуществом: в двигательном режиме случайные нарушения коммутации обычно приводят к небольшому подгару коллектора и щеток, а не к аварийному режиму опрокидывания,
как в инверторах.

Вследствие этого надежность коллекторной машины постоянного тока значительно выше надежности системы «асинхронный двигатель- преобразователь частоты», ее КПД на 3…5% выше, машина значительно дешевле, имеет меньшие габариты и массу.

Эти преимущества и заставляют отдавать предпочтение машине постоянного тока, ограничивая применение асинхронного двигателя с частотным регулированием узкими рамками специфических устройств (двигатели, работающие в жидкости, и т. д.).

Как из переменного тока сделать постоянный 12в

Осциллограмма постоянного напряжения

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:

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.

U_max – 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:

Читаем в обязательном порядке продолжение этой статьи.

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

• С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.
• При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.
• Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии.

Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение.

Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц.

Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U₂.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

• аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
• стационарные насосы для полива огородов;
• аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
• системы видеонаблюдения и сигнализации;
• батареечные радиоприемники и плееры;
• ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
• галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;

• портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
• паяльные станции и электропаяльники;
• зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
• слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
• детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
• различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

Очень часто пользователей световых электроприборов и СБТ интересует: «Как без трансформатора из 220 вольт получить 12в или другое низкое напряжение?». Обычно этим вопросом задаются владельцы электронной техники и аппаратуры, работающей от источников питания на понижающем сетевом трансформаторе. Это тем более актуально, поскольку весогабаритные показатели блока питания (БП) нередко превосходят аналогичные параметры запитываемого гаджета или стационарного устройства.

Основные способы понижения

Например, «ходовой» трансформатор частоты 50 Гц с относительно небольшой мощностью 200 Вт, выполненный на трансформаторном железе, весит более 1 килограмма и стоит от 9–18 $. Это не только делает блок питания громоздким, но и значительно удорожает стоимость девайса.

На трансформаторах реализована классическая схема понижения и последующего преобразования переменного напряжения (АС) в постоянное (DС) по цепи «трансформатор → выпрямитель → стабилизатор».

Существует более сложная схема построения «выпрямитель → импульсный генератор → трансформатор → выпрямитель → стабилизатор» импульсного блока питания, обладающая меньшими габаритами.

Преимуществом приведенных схем является гальваническая развязка. При замыкании цепи нагрузки на «ноль» она предотвращает выход из строя аппаратуры и снижает опасность поражения человека электрическим током.

Однако самыми миниатюрными источниками питания 12 В являются бестрансформаторные блоки питания, в которых производится:

• С помощью балластного конденсатора понижение напряжения.
• При помощи балластного резистора гасится избыточное напряжение.
• Нерегулируемым автотрансформатором снимается требуемое напряжение и сглаживается дросселем.

Балластный конденсатор

Сегодня весьма популярным среди радиолюбителей средством снижения напряжения стала установка гасящего конденсатора. Этот универсальный способ повсеместно используется для питания светодиодных ламп и в зарядных устройствах маломощных аккумуляторных батарей. Установка радиоэлемента в разрыв сети питания диодного моста позволяет получить требуемый ток в электрической цепи без рассеивания значительной мощности на тепло.

Схема простого конденсаторного (бестрансформаторного) блока питания с минимальным количеством радиоэлементов и напряжением 12 В мощностью 0,18 Вт выглядит следующим образом:

В качестве Р1 используется любое устройство, рассчитанное на постоянное напряжение 12 В с рабочим амперажом ≤ 0,15А. Конденсатор С1 – балластный, зашунтирован резистором R1. Он предназначен для предотвращения поражения электрическим током от накопленного на пластинах конденсатора С1 заряда. Со своим большим сопротивлением в сотни кОм резистор R1 не влияет на прохождение тока через емкость во время рабочей сессии.

Однако после завершения работы блока питания в течение времени , измеряемого несколькими секундами, через резистор проходит ток разряда обкладок конденсатора. Электролитический конденсатор С2, включенный параллельно нагрузке после диодного моста, сглаживает пульсации выпрямленного тока.

Заметно снизит зависимость выходного напряжения от сопротивления нагрузки БП симбиоз выпрямителя и параметрического стабилизатора с регулирующим элементом. Осуществляется такая доработка впаиванием параллельно P1 стабилитрона на 12 вольт.

При помощи резистора

Способ подходит для запитки слаботочной нагрузки, например, светодиода или маломощного LED-светильника. Основной недостаток резистивной схемы – низкий КПД по причине рассеивания большого количества активной мощности, затрачиваемой на нагрев резистора. В самом простом варианте БП представляет собой делитель напряжения на резисторах, установленный после диодного выпрямителя, с нижнего плеча которого снимается напряжение.

Стабилизация осуществляется посредством изменения сопротивления одного из плеч делителя: номиналы резисторов подбираются таким образом, чтобы понизить выходное напряжение до приемлемых значений.

Автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки

В автотрансформаторе отсутствует вторичная обмотка: выходное напряжение снимается с одной единственной обмотки на тороидальном магнитопроводе, которая одновременно используется для подачи сетевого напряжения 220 В, 50 Гц.

Принцип действия аналогичен ЛАТР, только снимаемое с витков напряжение имеет определенную фиксированную величину. Поэтому замена силового трансформатора на автотрансформатор повышает КПД блока питания, заметно снижает размеры и вес девайса (при прочих равных условиях весогабаритные характеристики трансформатора в 1,5 раза больше заменяющего изделия).

Схема автотрансформатора с фиксированным напряжением U₂.

Однако нерегулируемый автотрансформатор имеет существенный недостаток: он не защищает от бросков напряжения и наведенных в сети импульсов. Низкочастотные (НЧ) и высокочастотные (ВЧ) пульсации, сетевые помехи и паразитные гармоники значительно снизятся, если в выходную цепь установить дроссель. В тандеме с автотрансформатором используют дроссель с высокой индуктивностью ≤ 0,5–1,0 ГН, устанавливаемый последовательно с нагрузкой.

Индуктивный элемент накапливает в магнитном поле катушки энергию питающей сети, а затем отдает в нагрузку. Дроссель в электрической цепи противодействует изменению тока в электрической цепи. При резком падении катушка поддерживает протекающий ток, а при резком повышении ограничивает, не давая быстро возрасти. Компактные дроссели переменного тока применяются в бустерах энергосберегающих ламп и LED-драйверах, питающих светодиодные светильники.

Технические требования к конденсатору

Для бестрансформаторного БП подойдет конденсатор, рассчитанный на амплитудное (или большее) значение переменного напряжения. Если действующее значение напряжения равно 220 В, то амплитудное рассчитывается по формуле 220 * = 311 В (номинальное 400 В). Конденсаторы лучше выбрать плёночные, оптимально подходят емкостные элементы серии К73-17.

Бестрансформаторное электропитание: возможные схематические решения

Микросхема линейного стабилизатора

Можно своими руками собрать простой драйвер (источник стабилизированного тока) на недорогой (0,3 $) микросхеме линейного стабилизатора LM317АMDT. На вход преобразователя DС-AC подается напряжение сети 220 В, 50 Гц.

Стабилизированное напряжение 12 В получается на ИМС с минимальным набором элементов в обвязке (в самом простом варианте используется только R1 и R2). Подбирая номинал резисторов, можно регулировать ток в нагрузке, при суммарном токе светодиодов до 0,3 А микросхема отлично работает без радиатора. Ниже приведена типовая схема устройства на микросхеме LM317:

Зарядное устройство

Самым бюджетным вариантом, безусловно, считается использование зарядного устройства (ЗУ) от сотового телефона. Плата зарядника имеет совсем небольшие габариты и подойдет для питания 12 В гаджета с мощностью ≤ P ном. блока питания. Необходимо только заменить в ней однополупериодный выпрямитель на выпрямитель с удвоенным напряжением (добавляется по одному диоду и конденсатору). После модернизации получаем искомые 12 вольт с током 0.5А и полноценной развязкой от сети.

В качестве альтернативы, не требующей вмешательства в конструкцию, можно к выходу ЗУ через переходник подключается повышающий DС-DС преобразователь напряжения (например, 2-х амперный, размером 30мм х 17мм х 14мм, стоимостью 1$) с USB-разъемом. Требуется только выставить подстроечным резистором требуемое напряжение 12 В и подключить преобразователь к гаджету или стационарному электроприемному устройству.

Для чего может использоваться напряжение 12 или 24 вольт в быту

В бытовых условиях зачастую используются источники электропитания низкого напряжения. От напряжения 12 или 24В постоянного тока DС запитываются переносные/стационарные электротехнические и электронные устройства, а также некоторые осветительные приборы:

• аккумуляторные электродрели, шуруповерты и электропилы;
• стационарные насосы для полива огородов;
• аудио-видеотехника и радиоэлектронная аппаратура;
• системы видеонаблюдения и сигнализации;
• батареечные радиоприемники и плееры;
• ноутбуки (нетбуки) и планшеты;
• галогенные и LED-лампы, светодиодные ленты;

• портативные ультрафиолетовые облучатели и портативное медицинское оборудование;
• паяльные станции и электропаяльники;
• зарядные устройства мобильных телефонов и повербанков;
• слаботочные сети электропитания в местах с повышенной влажностью и системы ландшафтного освещения;
• детские игрушки, елочные гирлянды, помпы аквариумов;
• различные самодельные радиоэлектронные устройства, в том числе на популярной платформе Arduino.

Большинство устройств работает от батареек и Li-ion аккумуляторов, но использование товарных позиций не всегда оправдано с точки зрения эксплуатационных затрат. Заряжать аккумуляторные батареи можно 300–1500 раз, но гальванические элементы с большой энергоемкостью и низким током саморазряда стоят дорого. Заметно дешевле обойдется приобретение батареек, особенно солевых и щелочных, но такие элементы придётся часто менять. Тем более, что для обеспечения подающего напряжения 12 В понадобится 8 последовательно соединенных пальчиковых батареек (типа АА или ААА) или 1,5-вольтовых «таблеток» в корпусе типа 27А.

Поэтому в местах с доступом к бытовой сети 220 В 50 Гц для питания электроприемников с амперажом больше 0,1 А рациональнее использовать блок питания.

Преобразование переменного тока в постоянный: 3 ступени

Большинство бытовой электроники преобразует переменный ток в постоянный ток. У некоторых есть большая черная бородавка на стене, которая неприглядна, и почти невозможно подключить более одной к удлинителю, не занимая два или три слота каждый. В других встроена схема преобразования. Большую часть веса устройства составляет сам трансформатор, который обычно состоит из нескольких стальных пластин, соединенных между собой, а затем эпоксидных смол, и двух или более обмоток из медной проволоки с покрытием.Каждая обмотка может быть любой, от нескольких до нескольких тысяч витков. Количество обмоток определяет, насколько сильно вы измените напряжение. Когда ток вводится через одну обмотку (или катушку), он создает магнитное поле с полюсами, образующимися вдоль оси обмотки. Если рядом расположить другую катушку вдоль той же оси, магнитное поле будет индуцировать ток и, следовательно, напряжение во второй катушке. Добавление магнитопроницаемого сердечника между ними значительно усиливает эффект, уменьшая потери.Поскольку обе обмотки сделаны из изолированного провода, вы можете обернуть одну вокруг другой, обернув обе вокруг сердечника. Это очень эффективно и экономит место, тем более что вы можете добавить несколько отдельных обмоток, чтобы получить любое напряжение, которое вам нужно. Это делают компьютерные блоки питания. Единственное, что на выходе всегда переменный ток, так как для работы магнитной муфты магнитное поле должно менять полярность. Единственный способ сделать это — использовать переменный ток, который переключается между положительным и отрицательным напряжением с частотой 50-60 Гц.Чтобы электронные схемы работали, мы должны преобразовать это пониженное переменное напряжение в ровное стабильное постоянное напряжение.

Вот тут-то и пригодится мостовой выпрямитель, и в данном случае двухполупериодный выпрямитель. Мы можем сделать его из отдельных дискретных диодов или использовать специально созданный. Идея состоит в том, что мы переключаем отрицательные импульсы переменного тока на положительные и оставляем там уже положительные импульсы. Существует некоторая потеря напряжения из-за требований к напряжению диодов, но она минимальна, и если вы ее планируете, это вообще не повлияет на результат.Конечным результатом является импульсное напряжение постоянного тока, изменяющееся от 0 до максимального напряжения при 120 Гц. Мы используем конденсатор на выводах «+» и «-», чтобы сгладить пульсации. Когда напряжение повышается от 0 до максимального, конденсатор заряжается. Когда напряжение начинает падать, конденсатор разряжается по цепи, но с гораздо меньшей скоростью, фактически поддерживая напряжение, пока напряжение падает до 0, а затем снова поднимается. Как только напряжение повышается до уровня напряжения конденсатора, он перезаряжает конденсатор и снова возвращается к максимальному значению.Конденсаторы большего размера позволят напряжению оставаться на более высоком уровне дольше, поэтому вы получите меньше пульсаций. Пока пульсация не опускается ниже определенного значения, например +12 В постоянного тока, мы можем использовать его для питания регулятора напряжения, который просто стабилизирует шаткое входное напряжение до определенного выходного напряжения. Двухполупериодные выпрямители здесь лучше, чем полуволновые, так как между высокими и низкими импульсами меньше времени, что приводит к более стабильному выходу.

Схемы показаны для двухполупериодного выпрямления с использованием трансформатора с центральным отводом и для однополупериодного выпрямления, если вам интересно.В оставшейся части этого руководства я буду использовать вариант двухполупериодной схемы, показанной на изображении 1.

Для более подробных и лучших объяснений см. Статьи о выпрямителях, диодных мостах, трансформаторах и регуляторах напряжения в Википедии.

Схема преобразователя переменного тока в постоянный

В современную эпоху почти каждая бытовая электроника работает на постоянном токе (DC), но мы получаем переменный ток (AC) от электростанций через линии передачи, потому что переменный ток может передаваться более эффективно, чем DC по более низкой цене.Таким образом, каждое устройство, работающее на постоянном токе, имеет схему преобразователя переменного тока в постоянный ток . Ранее мы создали зарядное устройство для сотового телефона на 5 В, которое также имеет схему преобразователя переменного тока в постоянный.

Существует два типа преобразователей, широко используемых для разговора переменного тока в постоянный.

One — это традиционный линейный преобразователь на базе трансформатора , в котором используется простой диодный мост, конденсатор и регулятор напряжения. Простой диодный мост может быть построен либо с одним полупроводниковым устройством, например DB107, либо с 4 независимыми диодами, например 1N4007.Другой тип преобразователя — это SMPS или импульсный источник питания , в котором используется высокочастотный небольшой трансформатор и импульсный стабилизатор для обеспечения выхода постоянного тока.

В этом проекте мы обсудим конструкцию на основе традиционного трансформатора , в которой используются простые диоды и конденсатор для преобразования переменного тока в постоянный ток и дополнительный регулятор напряжения для регулирования выходного постоянного напряжения. Проектом будет преобразователь AC-DC, использующий трансформатор с входным напряжением 230 В и выходом 12 В 1A .

Необходимые компоненты

1. Трансформатор с номиналом 1 А 13 В

2,4 шт 1N4007 Диоды

3.A 1000 мкФ Электролитический конденсатор с номиналом 25 В.

4. несколько одножильных проводов

5. Макетная плата

6.LDO или линейный регулятор напряжения согласно спецификации (здесь используется LM2940).

7. Мультиметр для измерения напряжения.

Принципиальная схема и пояснения

Схема преобразователя AC-DC проста.Трансформатор используется для понижения напряжения 230 В переменного тока до 13 В переменного тока.

Четыре выпрямительных диода общего назначения 1N4007 используются здесь для защиты входа переменного тока. 1N4007 имеет пиковое повторяющееся обратное напряжение 1000 В со средним выпрямленным прямым током 1 А. Эти четыре диода используются для преобразования выходного напряжения 13 В переменного тока через трансформатор. Диоды используются для изготовления мостового преобразователя, который является важной частью схемы преобразования переменного тока в постоянный. Чтобы узнать больше о схеме мостового выпрямителя, перейдите по ссылке.

Конденсатор фильтра C1 добавлен после мостового преобразователя для сглаживания выходного напряжения.

LDO , IC1 также подключается для регулирования выходного напряжения.

Работа цепи преобразователя переменного тока в постоянный

Понижающий трансформатор используется для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения. Трансформатор смонтирован на печатной плате и представляет собой трансформатор на 1 ампер и 13 вольт. Однако во время нагрузки напряжение трансформатора падает примерно на 12.5-12,7 вольт.

Неотъемлемой частью схемы является диодный мост , состоящий из четырех диодов. Диод — это электронное полупроводниковое устройство, преобразующее переменный ток в постоянный.

Поток тока внутри диодного моста можно увидеть на изображении ниже.

Здесь два диода D2 и D4 блокируют отрицательный пик переменного тока и заставляют ток течь в одном направлении.Это полный мостовой выпрямитель, который означает, что диодный мост выпрямляет как положительный, так и отрицательный пик сигнала переменного тока.

Большой конденсатор C1 заряжается во время преобразования и сглаживает выходное напряжение. Но в конечном итоге это не регулируемое выходное напряжение. Здесь регулировка напряжения осуществляется LDO, LM2940, , который на схеме обозначен IC1.

LDO, LM2940 — это 3-выводное устройство в корпусе TO220.LDO означает низкое падение напряжения. Схема контактов может быть показана на изображении ниже.

Некоторые регуляторы напряжения имеют ограничения по входному напряжению, которое требуется для обеспечения гарантированного регулирования напряжения на выходе регулятора. В некоторых линейных регуляторах это означает, что требуется минимум 2 вольта разницы между входным напряжением и выходным напряжением, что означает, что для регулируемого выхода 12 вольт регулятору требуется входное напряжение не менее 14 вольт для гарантированного стабилизированного выходного напряжения 12 вольт.Как правило, регуляторы с малым падением напряжения (LDO) требуют минимальной разницы напряжений между входом и выходом. Для таблицы данных LM2940 требуется минимальная разница в 0,5 вольта между входом и выходом. Мы использовали стабилизатор LDO серии с фиксированным напряжением от Texas Instruments. LM2940 с номинальным выходным напряжением 12 В.

Результат хорошо виден на изображении ниже.

Проверьте работу на видео , приведенном в конце.

Трансформаторный преобразователь переменного тока в постоянный очень часто используется там, где требуется преобразование переменного тока в постоянное высокое напряжение. Чаще всего используется в усилителях, различных адаптерах питания, паяльных станциях, испытательном оборудовании. и т. Д.

Ограничения схемы преобразователя переменного тока в постоянный на основе трансформатора

Трансформаторное преобразование переменного тока в постоянный — это обычный выбор, когда требуется постоянный ток, но он имеет определенные недостатки.

1.В любых ситуациях, когда входное переменное напряжение может колебаться или если переменное напряжение значительно падает, выходное переменное напряжение на трансформаторе также падает. Таким образом, преобразователь 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока не может питаться от сети 110 В переменного тока. Для решения этой проблемы предусмотрена дополнительная настройка для различных уровней входного напряжения.

2. Несмотря на отсутствие универсального диапазона входных напряжений, это дорогостоящий выбор, поскольку стоимость самого трансформатора превышает 60% от общей стоимости изготовления схемы преобразователя.

3. Еще одним ограничением является низкая эффективность преобразования. Трансформатор нагревается и расходует ненужную энергию.

4. Трансформатор — это тяжелый предмет, который излишне увеличивает вес изделия.

5. Из-за трансформатора внутри изделия требуется больше места для размещения схемы преобразователя или, по крайней мере, трансформатора.

Для преодоления этих ограничений предпочтительным выбором является импульсный источник питания или импульсный источник питания.

Базовая таблица источников питания переменного и постоянного тока

Позвольте электронам сами дать вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»!

Ноты:

По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессионалом.С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу. Хотя такой подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования.

Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить свои собственные «практические задачи» с реальными компонентами и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока.Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения.

Другой причиной для использования этого метода практики является обучение студентов научному методу : процесс проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени делают ошибки при построении схем.

Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся.Обсудите эти проблемы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, вместо того, чтобы просто говорить им, что они должны и не должны делать. Я никогда не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)!

Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое ученикам для построения реальных схем вместо того, чтобы просто математически анализировать теоретические схемы:

Какова цель студентов, посещающих ваш курс?

Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, им следует по возможности учиться на реальных схемах.Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планирует, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач.

Кроме того, если студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичных исследований , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электротехники / электроники в автономном режиме.

В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их студенты применяли передовую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоивших меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем!

шагов для преобразования переменного тока в постоянный

Схема источника питания

Электропитание стало основной потребностью в нашей повседневной жизни, и мы используем источник переменного тока 230 В, 50 Гц.Но, используя схемы преобразователя силовой электроники, эту мощность можно преобразовать в необходимую форму и диапазон. Эти преобразователи представляют собой схемы силовой электроники, которые далее классифицируются как понижающие и повышающие преобразователи, схемы стабилизатора напряжения, схемы преобразователей переменного тока в постоянный, постоянного тока в постоянный, постоянного в переменный и т. Д. Для большинства микроконтроллеров, которые мы часто используем при разработке проектов электроники, требуется источник питания 5 В постоянного тока, эти 5 В постоянного тока можно получить из доступного источника переменного тока 230 В с помощью преобразователя переменного тока в постоянный в цепи источника питания.

Схема источника питания

В общем, мы можем наблюдать схему, от которой берется питание от сети, и эта схема используется для управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Следовательно, эту схему можно назвать схемой источника питания, и существуют различные типы схем источника питания, такие как импульсный источник питания, регулируемый источник питания, регулируемый источник питания постоянного тока и т. Д., Которые классифицируются на основе различных критериев.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Существуют различные типы преобразователей силовой электроники, такие как выпрямитель, инвертор, регулятор напряжения, преобразователь F в V, циклоконвертер и т. Д.Преобразователь силовой электроники, который используется для преобразования переменного тока в постоянный, называется выпрямительной схемой. Максимальное количество электронных схем использует питание постоянного тока для своей работы, и позвольте нам рассмотреть микроконтроллеры (8051 микроконтроллер обычно используются в максимальном количестве проектов или схем на основе микроконтроллеров), которые требуют регулируемого источника питания 5 В постоянного тока.

Существуют различные схемы, которые можно использовать для преобразования имеющейся мощности 230 В переменного тока в мощность 5 В постоянного тока с использованием различных методов.Как правило, понижающие преобразователи можно определить как преобразователи с выходным напряжением меньше входного. Давайте обсудим преобразователь переменного тока в постоянный (здесь мы рассматриваем часто используемый преобразователь в цепи питания, преобразователь переменного тока 230 В в 5 В постоянного тока) и его работу подробно.

4 простых шага для преобразования переменного тока в постоянный ток

1. Понижение уровней напряжения

Повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения, а понижающие трансформаторы используются для понижения уровней напряжения.Таким образом, с помощью понижающего трансформатора доступный источник питания 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока. Выходной сигнал этого понижающего трансформатора представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение может быть получено как произведение квадратного корня из двух и среднеквадратичного значения и приблизительно равно 17 В.

Понижающий трансформатор

В понижающих трансформаторах есть две обмотки, первичная и вторичная обмотки, в которых первичная обмотка состоит из большего числа витков по сравнению с вторичной обмоткой (меньшее число витков).Мы знаем, что трансформатор работает по принципу закона электромагнитной индукции Фарадея.

2. Схема преобразователя мощности переменного тока в постоянный

В первую очередь, мощность 230 В переменного тока понижается до 12 В переменного тока (среднеквадратичное значение 12 В, пиковое значение которого составляет приблизительно 17 В), но 5 В постоянного тока является необходимой мощностью. Таким образом, эта пониженная выходная мощность 17 В переменного тока должна быть преобразована в мощность постоянного тока, а затем понижена до 5 В постоянного тока. Преобразователь переменного тока в постоянный, а именно выпрямитель, используется для преобразования 17 В переменного тока в постоянный, и существуют различные типы выпрямителей, такие как полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.Мостовой выпрямитель более предпочтителен по сравнению с полуволновыми, двухполупериодными и мостовыми выпрямителями.

Схема преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель, состоящий из четырех диодов, соединенных в виде моста, называется мостовым выпрямителем. Мы знаем, что диод проводит только в одном направлении (только при прямом смещении), остается в выключенном состоянии в другом направлении (при обратном смещении). Диод обычно неуправляемый, то есть всякий раз, когда напряжение на аноде становится больше, чем на катоде, он начинает проводить, пока напряжение на аноде не становится меньше, чем на катоде.Следовательно, диоды называют неуправляемыми выпрямителями.

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода источника питания диоды D2 и D4 проводят, а во время отрицательного полупериода источника питания — диоды D1 и D3. Таким образом, входная мощность переменного тока выпрямляется в выходную мощность постоянного тока; но выходная мощность постоянного тока состоит из импульсов, следовательно, она называется пульсирующим постоянным током, а не чистым постоянным током. Но из-за внутреннего сопротивления диодов происходит падение напряжения (2 * 0,7 В) 1,4 В, и, таким образом, пиковое напряжение выпрямительной цепи составляет около 15 В (17-1.4).

3. Получение чистого постоянного тока из пульсирующего постоянного тока

15 В постоянного тока можно преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя, но перед этим требуется получить чистый постоянный ток. Чистая мощность постоянного тока может быть получена из пульсирующего постоянного тока с использованием схемы фильтра (для устранения пульсаций можно использовать L-фильтр, C-фильтр или RC-фильтр). C-фильтр часто используется для сглаживания.

Сглаживающий фильтр для получения Pure DC

В схеме конденсатор используется для хранения энергии, пока входное напряжение увеличивается от нуля до своего пикового значения, а энергия из конденсатора может разряжаться, пока входное напряжение уменьшается от своего пикового значения. значение до нуля.Таким образом, пульсирующий постоянный ток можно преобразовать в чистый постоянный ток с помощью процесса зарядки и разрядки конденсатора.

4. Регулировка напряжения постоянного тока

Выходное напряжение 15 В постоянного тока можно регулировать с помощью регуляторов постоянного напряжения, таких как IC 78XX, в котором последние две цифры XX представляют значение выходного напряжения. Здесь давайте рассмотрим микросхему IC 7805, которая используется для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В постоянного тока, даже если на входе изменяется напряжение постоянного тока (от 7,2 до 35 В постоянного тока).

IC 78XX постоянного напряжения Регулятор внутреннего Диаграмма

Приведенный выше график представляет собой блок-схему регулятора IC7805 напряжения постоянного тока, он состоит из операционного усилителя, который действует как усилитель ошибки, стабилитрон, который используется для обеспечения опорного напряжения, как показано на рисунок ниже.

стабилитрон в качестве опорного напряжения

серии проход элемент (транзистор) используется для отвода дополнительной энергии в виде тепла и радиатор может быть использован для тепловой защиты.

Вы знаете, как спроектировать преобразователь переменного тока в постоянный без использования трансформатора? Затем опубликуйте свои ответы в разделе комментариев ниже.

Цепи общего пользования с тегом «ac-to-dc» — CircuitLab

Теперь показаны схемы 1-20 из 23.
Сортировать по
недавно измененное имя

Регулятор напряжения

— Что определяет ток цепи переменного тока в постоянный

Давайте посмотрим, что делает каждая часть вашей схемы:

Трансформатор преобразует 230 В переменного тока в 12 В переменного тока.Имеющийся при этих 12 В ток зависит от трансформатора. Взгляните на техническое описание трансформатора. У него будет либо номинальный выходной ток напрямую, либо общая номинальная мощность в ВА. Номинальная мощность в ВА — это максимальное значение ампер, умноженное на напряжение, которое может выдержать трансформатор. Например, трансформатор на 15 ВА, 12 В предположительно может выдерживать (15 ВА) / (12 В) = 1,25 А.

Обратите внимание, что это 12 В — среднеквадратичное значение. Пики синусоиды на sqrt (2) выше среднеквадратичного значения. Следовательно, среднеквадратичное значение 12 В означает в данном случае пиковое напряжение 17 В, что в целом составляет ± 17 В.

Четыре диода расположены в виде двухполупериодного выпрямителя . В основном это принимает абсолютное значение входного напряжения. Абсолютное значение сигнала ± 17 В варьируется от 0 до 17 В. Фактически отрицательные пики складываются вверх, чтобы стать положительными пиками. Ваш рисунок — разумное представление об этом.

Однако полноволновой мост не идеален. С каждой частью выходного сигнала последовательно включены два неидеальных диода.На рисунке каждый диод падает примерно на 700 мВ, поэтому выходное напряжение будет примерно на 1,4 В меньше идеальных 17 В. На рисунке пики составляют примерно 15,6 В, выходящие из двухполупериодного моста.

Конденсатор похож на резервуар, в котором находится напряжение. Он заполняется тем, что выходит из двухполупериодного моста, и опорожняется схемой, когда ей нужен ток. Конденсатор всегда заряжается до пикового напряжения на каждом пике. Это означает, что оно будет около 15,6 В, если цепь не потребляет ток. Если схема потребляет ток, тогда напряжение между пиками немного упадет, а затем снова заполнится до 15.Уровень 6 В каждый пик. Поскольку на цикл линии приходится 2 пика, конденсатор заряжается до полного уровня 15,6 В дважды за цикл линии или каждые 10 мс для входа 50 Гц.

Мы можем вычислить, насколько напряжение проседает между пиками. Для простоты предположим, что конденсатор заряжается до 15,6 В мгновенно каждые 10 мс, и что цепь постоянно потребляет 700 мА. Падение напряжения на конденсаторе в обычных единицах составляет:

.

В = A s / F

Подставляя наши числа, получаем:

(700 мА) (10 мс) / (1 мФ) = 7 В

Таким образом, напряжение на конденсаторе будет примерно пилообразным с пиками 15.6 В и низкие значения 8,6 В. Это на самом деле довольно много колебаний.

Оставшаяся часть вашей схемы — это регулятор 7805. Он обеспечивает стабильное выходное напряжение 5 В до тех пор, пока входное напряжение остается достаточно высоким для работы 7805. Это около 7,5 В для большинства вариантов 7805. Поскольку минимальное входное напряжение для 7805 в этом случае составляет 8,6 В, необходимые условия были выполнены.

Однако необходимо учитывать рассеиваемую мощность. Один из способов представить 7805 — это переменный резистор между входом и выходом, а также некоторые схемы управления.Схема управления постоянно регулирует сопротивление так, чтобы оно упало на нужную величину, чтобы поддерживать выход на уровне 5 В. Таким образом, входной ток 7805 такой же, как выходной ток. На самом деле схема управления использует небольшой дополнительный входной ток, но он настолько мал, что в большинстве случаев его можно игнорировать.

Проблема заключается в том, что этот концептуальный модифицированный резистор рассеивает значительную мощность. Мощность — это напряжение, умноженное на ток. У вас есть от 8,6 до 15,6 В при 700 мА на входе и 5 В при 700 мА на выходе.Очевидно, мощность на входе выше, чем на выходе. Вы также можете увидеть это напрямую, посмотрев на напряжение на регуляторе, которое составляет от 3,6 до 10,6 В. В этот раз ток 700 мА выходит на значительную мощность. Для идеальной пилообразной волны эта средняя мощность будет около 5 Вт. Эта мощность будет преобразована в тепло в регуляторе.

5 Вт — это намного больше тепла, чем что-либо в корпусе TO-220 может рассеять в свободном воздухе, не нагреваясь слишком сильно. Он может справиться с этим с помощью подходящего радиатора, но вам определенно понадобится радиатор.Без него 7805 быстро нагреется. Это заставит его выключиться, чтобы предотвратить саморазрушение. После того, как он немного остынет, он снова включится, затем снова станет слишком горячим и т. Д. Выход будет продолжать включаться и выключаться, не позволяя тому, что вы подключили, работать должным образом.

Для начала, вы можете сделать эту работу, установив приличный радиатор на регулятор 7805.

Лучше заменить 7805 переключателем понижающего напряжения. Это намного эффективнее.Для линейного регулятора, такого как 7805, входной ток является выходным током , плюс немного потерь. Для коммутатора входная мощность является выходной мощностью плюс немного потерь. Допустим, вы используете коммутатор с эффективностью 90%. Это хорошо, но достижимо. Выходная мощность составляет (700 мА) (5 В) = 3,5 Вт. Таким образом, входная мощность коммутатора будет (3,5 Вт) / 90% = 3,9 Вт. Разница в 400 мВт нагреет коммутатор. Во многих случаях этого достаточно, чтобы не требовался преднамеренный отвод тепла.

ЦЕПЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА НА ПОСТОЯННЫЙ | СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА 220В НА 12В | Яшвант Кришна

Существует два основных типа преобразователей, широко используемых для разговоров AC-DC . Традиционный линейный преобразователь на базе трансформатора, в котором используется простой диодный мост, конденсатор, регулятор напряжения. Простой диодный мост может быть построен либо с одним полупроводниковым устройством, например DB107, либо с 4 независимыми диодами, например 1N4007. Другой тип преобразователя — это SMPS или импульсный источник питания, который использует высокочастотный небольшой трансформатор и импульсный стабилизатор для обеспечения выхода постоянного тока.

В традиционной конструкции на основе трансформатора мы используем простые диоды и конденсаторы для преобразования переменного тока в постоянный ток и дополнительный регулятор напряжения для регулирования выходного постоянного напряжения из переменного тока. В проекте будет преобразователь переменного тока в постоянный с использованием трансформатора с входным напряжением 230 В и выходом 12 В 1 А.

Вышеупомянутая схема преобразователя AC-DC проста, и трансформатор используется для понижения 230 В переменного тока до 13 В переменного тока.