Преобразователь – это электротехническое устройство, преобразующее электроэнергию одних параметров или в электроэнергию с другими значениями параметров или показателей качества. Параметрами могут являться род тока и напряжения, их частота, число фаз, фаза напряжения.

По степени управляемости преобразователи электрической энергии подразделяются на неуправляемые и управляемые . В управляемых преобразователях выходные переменные: напряжение, ток, частота - могут регулироваться.

По элементной базе преобразователи электроэнергии подразделяются на электромашинные (вращающиеся) и полупроводниковые (статические) . Электромашинные преобразователи реализуются на основе применения электрических машин и в настоящее время находят относительно редкое применение в электроприводах. Полупроводниковые преобразователи могут быть диодными, тиристорными и транзисторными.

По характеру преобразования электроэнергии силовые преобразователи подразделяются на выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения переменного и постоянного тока, преобразователи числа фаз напряжения переменного тока.

В современных автоматизированных электроприводах применяются главным образом полупроводниковые тиристорные и транзисторные преобразователи постоянного и переменного тока.

Достоинствами полупроводниковых преобразователей являются широкие функциональные возможности управления процессом преобразования электроэнергии, высокие быстродействие и КПД, большие сроки службы, удобство и простота обслуживания при эксплуатации, широкие возможности по реализации защит, сигнализации, диагностирования и тестирования как самого электрического привода, так и технологического оборудования.

Вместе с тем, для полупроводниковых преобразователей характерны и определенные недостатки. К ним относятся: высокая чувствительность полупроводниковых приборов к перегрузкам по току, напряжению и скорости их изменения, низкая помехозащищенность, искажение синусоидальной формы тока и напряжения сети.

Выпрямителем называется преобразователь напряжения переменного тока в напряжение постоянного (выпрямленного) тока.

Неуправляемые выпрямители не обеспечивают регулирование напряжения на нагрузке и выполняются на полупроводниковых неуправляемых приборах односторонней проводимости - .

Управляемые выпрямители выполняются на управляемых диодах - тиристорах и позволяют регулировать свое выходное напряжение за счет соответствующего управления .

Управляемый выпрямитель

Выпрямители могут быть нереверсивными и реверсивными. Реверсивные выпрямители позволяют изменять полярность выпрямленного напряжения на своей нагрузке, а нереверсивные - нет. По числу фаз питающего входного напряжения переменного тока выпрямители подразделяются на однофазные и трехфазные, а по схеме силовой части - на мостовые и с нулевым выводом.

Называется преобразователь напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока. Эти преобразователи используются в составе преобразователей частоты в случае питания электропривода от сети переменного тока или в виде самостоятельного преобразователя при питании электропривода от источника постоянного напряжения.

В схемах электроприводов наибольшее применение нашли , реализуемые на тиристорах или транзисторах.

Автономные инверторы напряжения (АИН) имеют жесткую внешнюю характеристику, представляющую собой зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, вследствие чего при изменении тока нагрузки их выходное напряжение практически не изменяется. Тем самым инвертор напряжения по отношению к нагрузке ведет себя как .

Автономные инверторы тока (АИТ) имеют «мягкую» внешнюю характеристику и обладают свойствами источника тока. Тем самым инвертор тока по отношению к нагрузке ведет себя как источник тока.

Преобразователем частоты (ПЧ) называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в напряжение переменного тока регулируемой частоты. Полупроводниковые преобразователи частоты подразделяются на две группы: преобразователи частоты с непосредственной связью и преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока.

Преобразователи частоты с непосредственной связью позволяют изменять частоту напряжения на нагрузке только в сторону ее уменьшения по сравнению с частотой напряжения источника питания. Преобразователи частоты с промежуточным звеном постоянного тока не имеют подобного ограничения и находят более широкое применение в электроприводе.

Промышленный преобразователь частоты для управления электроприводом

Регулятором напряжения переменного тока называется преобразователь напряжения переменного тока стандартных частоты и напряжения в регулируемое напряжение переменного тока той же частоты. Они могут быть одно- и трехфазными и используют в своей силовой части, как правило, однооперационные тиристоры.

Регулятором напряжения постоянного тока называется преобразователь нерегулируемого напряжения источника постоянною тока в регулируемое напряжение на нагрузке. В таких преобразователях используются силовые полупроводниковые управляемые ключи, работающие в импульсном режиме, а регулирование напряжения в них происходит за счет модуляции напряжения источника питания.

Наибольшее распространение получил , при котором изменяется длительность импульсов напряжения при неизменной частоте их следования.

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).

6.1 Простая схема двухтактного тиристорного инвертора.

Рис. 6.1 - 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 анодыVD.

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 черезVD2.

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.

6.2 Мостовая схема тиристорного инвертора.

Рис. 6.2 - 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.

По внешнему виду многие преобразователи напряжения похожи, и на первый взгляд может показаться, что и по характеристикам они так же не имеют сильных различий, но это совсем не так.

Все они очень сильно различаются по функциональным возможностям и техническим характеристикам. Чтобы выбрать инвертор, нужно разобраться в технических характеристиках данных устройств, и только после этого определиться с покупкой конкретной модели данного устройства.

Инверторы, представленные на Российском рынке, очень сильно отличаются по цене, от самых бюджетных моделей в одну – две тысячи рублей, и до нескольких десятков тысяч, за устройства той же мощности. Главным отличием преобразователей напряжения является форма выходного напряжения. Есть устройства, на выходе которых получается напряжение синусоидальной формы, как их еще называют инверторы с чистым синусом , и преобразователи напряжения формой выходного напряжения, которых является модифицированный синус (квази-синус). Первые устройства стоят гораздо дороже, чем преобразователи с квази-синусом, и разница в цене колоссальная.

Преобразователи напряжения с модифицированной синусоидой, их еще часто называют автомобильные инверторы, позволяют подключать не слишком точное оборудование, не имеющее электроники и схем управления, например дрель, болгарка, лампочки и другие устройства подобного рода. Они имеют достаточно низкий КПД и большое потребление тока на собственные нужды, и по большей части рассчитанные на непродолжительное время непрерывной работы.

Преобразователи напряжения представляют собой специальные устройства, которые в случае отсутствия напряжения в сети преобразуют постоянный ток в переменный. То есть из аккумуляторной батареи постоянного можно получить переменный ток, имеющий напряжение 220 вольт и частоту 50 герц.

Преобразователь напряжения называют также . Для многих электрических приборов параметры электрического тока имеют большое значение. В случае отклонений от установленных параметров возможна поломка электрических приборов и устройств. И если скачки в сети носят постоянный характер, то кроме инвертора применяется .

Преимущества преобразователей напряжения

Если сравнивать обычный генератор и преобразователь, то у последнего имеется ряд преимуществ:

• Высокая экологичность устройства, поскольку электрическая энергия для преобразования накапливается в аккумуляторе. В отличие от генератора, инвертор не производит вредных выбросов в атмосферу;
• Абсолютно бесшумная работа инвертора позволяет использовать его не только в частном доме, как электрогенератор, но и в квартире, практически, в любом месте;
• В отличие от электрогенератора, преобразователь тока не нуждается в частом техническом обслуживании, то есть не требует дополнительных материальных затрат;
• Время работы полностью зависит от количества топлива и моторесурса. Преобразователи способны самостоятельно поддерживать наивысший заряд аккумуляторов, при необходимости можно всегда установить дополнительные аккумуляторные батареи;
• Инвертор, рассчитанный на 220 вольт, в случае исчезновения напряжения в сети, переключается автоматически и не требует, чтобы рядом с ним присутствовали люди.

Использование преобразователей напряжения

Кому же, в первую очередь, требуются преобразователи тока:

• При необходимости сохранения в рабочем состоянии системы отопления, в том случае, когда отключается электрическая сеть. То же самое касается холодильников и компьютеров. Преобразователь не только предотвратит выход электротехники из строя, но и обеспечит ее непрерывную работу;
• Инвертор можно использовать не только в частном доме или в квартире, но и в полевых условиях, где при полном отсутствии электроэнергии он способен заменить электрогенератор;
• Преобразователь тока бывает, незаменим в больницах, особенно при проведении операций и в стоматологических кабинетах;
• Без инверторов не обойтись в магазинах, торгующих продовольственными товарами, а также на продуктовых складах, где выход из строя холодильников может очень дорого обойтись.

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

Что такое преобразователь

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

Роль преобразователя

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

Типы преобразователей

Они широко разделены на две категории;

1. Активный преобразователь
2. Пассивный преобразователь

Активный преобразователь.

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

Пассивный преобразователь.

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

Датчики подразделяются на :

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

Резистивный преобразователь

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

• Применяя физическое напряжение;

• Изменение света на светочувствительном элементе;

• Изменение температуры.

RTD — сокращенно обозначен как резистивный датчик температуры

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

Применение :

• Широко используется для измерения высокой температуры.

Термисторы

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

Основные преимущества :

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

Недостаток :

• Ограниченный диапазон температур от -50С до 300С.

Индуктивный преобразователь

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

Основные преимущества :

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

Применения :

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

Емкостные преобразователи

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

Применения :

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

Датчики смещения

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

Применения :

• Довольно чувствителен для контроля трещин в стенах и зданиях.

Датчик скорости

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

Применения :

• Они широко используются в устройствах контроля скорости, например, в измерителе скорости автомобиля.