Електричні машини. Велика енциклопедія нафти та газу.

1.3. Перетворення змінного струму

у постійний та постійного у змінний

Електроенергія виробляється на електростанціях синхронними генераторами, тобто генераторами змінного струму, який зручно перетворювати трансформаторами та передавати на великі відстані. Тим часом є ряд технологічних процесів, що вимагають постійного струму: електроліз, заряджання акумуляторів і т. д. Тому часто виникає необхідність перетворення змінного струму на постійний і назад.

Широко поширені на початку XX ст. електромашинні перетворювачі (одноякірні перетворювачі та мотор-генераторні установки) поступилися своїм місцем більш компактним і безшумним напівпровідниковим випрямлячам. Завдяки високим

Рис. 1.12. Двотактний однофазний випрямляч

експлуатаційним показниками та малим габаритам напівпровідникових випрямлячів з'явилася тенденція до заміни генераторів постійного струму синхронними генераторами, що мають на виході напівпровідниковий випрямляч. Таким чином, з'явилися нові класи машин - трансформаторів та синхронних, що постійно працюють з випрямлячами. Однак робота електричної машини на випрямляч має особливості, які треба враховувати при проектуванні цих машин та аналізі процесів, що відбуваються в них.

Перетворення змінного струмув постійнийпроводиться за допомогою напівпровідникових вентилів, що мають односторонню провідність. На рис. 1.12 та 1.13 показані найбільш поширені схеми випрямлячів: однофазного (рис. 1.12, а) та трифазного (рис. 1.13, а) та криві напружень та струмів (рис. 1.12,5). в,Рис. 1.13,6, ввідповідно). Через напівпровідникові вентилі (діоди) струм може проходити лише тоді, коли позитивний потенціал доданий до анода (у напрямку вершини трикутника на рис. 1.12 а), у зв'язку з чим напруга на навантаженні - пульсуюча.

Рис. 1.13. Трифазний мостовий випрямляч

При однофазному випрямленні пульсації напруги на навантаженні дуже значні, а частота змінної складової в 2 рази вище частоти змінного струму (рис. 1.12, б). При трифазному мостовому випрямленні схема виходить шеститактною та пульсації напруги невеликі - менше 6% від постійної складової (рис. 1.13, б).

Струм у ланцюзі навантаження зазвичай згладжений сильніше, ніж напруга, так як ланцюг навантаження часто містить індуктивність, що становить великий опір для змінної складової струму і мале - для постійної.

Якщо рахувати струм у навантаженні /<* полностью сглаженным, то по обмоткам трансформатора проходит ток, имеющий вид прямоугольников (рис. 1.12,6 и 1.13, в),містить вищі гармоніки, що підвищують нагрівання обмоток. Крім того, при використанні схем випрямлення з нульовою точкою є постійна складова струму в обмотках (рис. 1.12,6). Через це різко зростає чинне значенняструму і слід вживати заходів проти створення постійного підмагнічування стрижня. Для запобігання цьому явищу, наприклад, в однофазних трансформаторах застосовують або броньовуконструкцію (рис. 1.14), або кожному стрижні розташовують все обмотки трансформатора, ділячи їх навпіл.

Великий вплив на роботу випрямляча (мал. 1.15, о) надає комутація струму – процес переходу з одного вентиля на інший.

Через наявність індуктивностей у струмопровідному ланцюгу та індуктивності, обумовленої потоками розсіювання трансформатора, струм з одного вентиля переходить на інший не миттєво, а за період комутації Г до якого відповідає кут комутації у(Рис. 1.15, б).

Для простоти припустимо, що струм у навантаженні Idідеально згладжений. Тоді сума струмів через перший та другий вентилі i a \і iaiу процесі комутації незмінна:

Рис. 1.14. Схематичне креслення броньового трансформатора

У момент початку комутації, коли значення ЕРС проходить через нуль і змінює знак, обмотка трансформатора стає замкненою коротко і для її контуру можна написати рівняння

Під час комутації напруга на навантаженні СЛг = 0,5 (е 2а + +е 2 ь)і в однофазному випрямлячі дорівнює нулю (рис. 1.15, б).Отже, через комутацію зменшується випрямлена напруга та збільшується її пульсація. Оскільки кут комутації тим більше, чим більше струм навантаження I dта індуктивний опір х а,для підвищення якості випрямляча бажано, щоб машина, що живить його, мала невеликий індуктивний опір. У трансформаторі х аодно індуктивному опору, обумовленому потоками розсіювання, і визначається з досвіду короткого замикання У синхронному генераторі

де Ха"і x q "- надперехідні індуктивності по поздовжній та поперечній осях відповідно, що враховують наявність струму в демпферній обмотці.

Таким чином, синхронні генератори, призначені для роботи на випрямляч, повинні бути розраховані на роботу з несинусоїдальним струмом та мати демпферну обмотку.

Коефіцієнт потужності генератора, що працює на нерегульований випрямляч,

Рис. 1.16. Схема однофазного інвертора

де v«0,9 - коефіцієнт спотворення; >ф«0,5у-кут зсуву струму щодо першої гармоніки напруги.

Перетворення постійного струму на зміннийвиробляється з допомогою інверторів, у яких використовуються керовані вентилі: транзистори, тиристори та інших.

Схема однофазного інвертора представлена ​​рис. 1.16. Включення вентилів інвертора проводиться по черзі кожен напівперіод таким чином, щоб напрям струму вторинної обмоткитрансформатора було протилежне напрямку ЕРС у цій обмотці, тобто щоб енергія передавалася від джерела постійного струму до мережі змінного струму.

Інвертори мають порівняно складну систему автоматичного управління, що веде до підвищення їх вартості та зменшення надійності порівняно з некерованими випрямлячами.

Крім того, в інверторі можлива поява режиму наскрізного горіння,коли струм в обмотці збігається по фазі з її ЕРС. Такий режим можливий або при несправності в системі керування, або за занадто великому куті комутації. При наскрізному горінні струм струм зростає до неприпустимого значення і зазвичай напівпровідникові вентилі виходять з ладу. Велика кількість елементів у системі управління та можливість аварійного режиму наскрізного горіння роблять надійність інверторів значно нижчою, ніж у некерованих випрямлячів: напрацювання на відмову зменшується в 50...100 разів.

Перспективна ідея живлення від інверторів асинхронних та синхронних двигунів. Змінюючи частоту увімкнення вентилів, можна змінювати частоту напруги на виводах статора двигуна і тим самим економічно (без опорів) регулювати кутову швидкість. Такий спосіб регулювання швидкості називається частотним. Проте низька надійність систем із інверторами - перетворювачами частоти перешкоджає їх широкому застосуванню.

В даний час частотне регулювання швидкості застосовується тільки в особливих умовах, де не можуть працювати двигуни постійного струму, занурені в рідину: двигуни суден, нафтопроводів, двигуни шарових млинів і т.д.

Рис. 1.17. Влаштування машини постійного струму

Є експериментальні зразки з частотним регулюванням у крановому та тяговому електрообладнанні.

У машині постійного струму є своєрідний перетворювач-колектор, що у генераторному режимі є випрямлячем, а руховому - перетворювачем частоти.

Конструкція машини постійного струму подібна до конструкції зверненої синхронної машини, у якої обмотка якоря знаходиться на роторі, а магнітні полюси нерухомі. При обертанні якоря (ротора) у провідниках обмотки індукується ЕРС, спрямована так, як показано на поперечному розрізі рис. 1.17 а.

У провідниках, розташованих по один бік лінії симетрії, що розділяє полюси, ЕРС спрямована завжди в один бік незалежно від кутової швидкості. При обертанні одні провідники йдуть під інший полюс, їх місце приходять інші провідники, а просторі, під полюсом однієї полярності, картина майже нерухома, лише одні провідники змінюються іншими. Отже, можна отримати майже постійну ЕРС від цієї частини обмотки.

Постійна ЕРС виходить за допомогою ковзного контакту між обмоткою та зовнішнім електричним ланцюгом.

Провідники з'єднуються у витки з кроком ушт,як у машинах змінного струму, а потім витки послідовно з'єднуються один за одним, утворюється замкнута обмотка.

У половині обмотки (у двополюсній машині) наводиться ЕРС одного знака, а в іншому – протилежного, як показано на еквівалентній схемі обмотки (рис. 1.17, б).По контуру обмотки ЕРС у її частинах спрямовані зустрічно та взаємно врівноважуються. Внаслідок цього при холостому ході генератора, тобто при відсутності зовнішнього навантаження, по обмотці якоря струм не проходить.

Зовнішній ланцюг з'єднується з якорем через щітки, що встановлюються на геометричній нейтралі.

Для поліпшення контакту щітки виконуються у вигляді прямокутних графітових брусків, а вони ковзають по поверхні колектора, який збирається з мідних пластин, ізольованих один від одного.

У великих машинах початок і кінець кожного витка приєднуються до колекторних пластин; у малих машинах пластин

менше, ніж витків, і тому між двома пластинами припаюється частина обмотки з кількох витків - секція.

Під навантаженням через провідники якоря проходить струм, напрямок якого визначається напрямом ЕРС.

У зв'язку з тим, що струм навантаження постійний, у витках обмотки якоря струм має форму, близьку до прямокутної (рис. 1.18, а).

При переході витка з однієї паралельної гілки в іншу він замикається коротко щіткою на час, зване періодом комутації(Рис. 1.18, б)

T K = bJv KOn ,(1.66)

де Ь щ- ширина щітки; і Кол - лінійна швидкість точки, що знаходиться на поверхні колектора.

У найпростішому випадку, коли щітка вже є колекторною пластиною, для секції, замкнутої щіткою (рис. 1.18,0),

Рис. 1.18. Діаграми струмів при комутації

де iiRi=AUiі i 2 R2=AU 2- падіння напруги в щітковому контакті відповідно з першою та другою колекторними пластинами; R c- активний опірсекції; L pe3 - результуюча індуктивність секції; е до- ЕРС від зовнішнього поля. Нехтуючи iR cчерез малості R c ,отримаємо

Отримане основне рівняння комутації(1.68) збігається з рівнянням комутації у випрямлячі(1.61). Вирішення цього рівняння легко отримати, припустивши, що Д£Л-Д£/2«0,

Щоб при виході з під щітки першої пластини не відбувався розрив струму, в момент часу t = T Kструм через першу пластину повинен дорівнювати нулю: 11(Гк)=0=21 а -|-ек.ср7 1 к/^рез, звідки

Ця умова безіскрової комутації зводиться до того, щоб у всіх режимах кут комутації убув незмінний:

y=*T K =2vJ>JD a v Koll =2b"jD a , (1.71)

де D a- Діаметр якоря; v a -лінійна швидкість точки, що знаходиться на поверхні якоря; Ь"щ=ЬщО а /О КО л- Ширина щітки, наведена до діаметру якоря.

Для виконання цієї умови ЕРС у зоні комутації ЕРС е достворюється спеціальними додатковими полюсами, обмотка яких включена послідовно в ланцюг якоря, які магнітна ланцюг робиться ненасыщенной.

Процес комутації у випрямлячах, інверторах та в машинах постійного струму подібний. І в тому і в іншому випадку процес зміни струму в період комутації визначається значенням та формою ЕРС у короткозамкнутому контурі. Тому не можна уподібнювати колектор до механічного випрямляча, як це іноді робиться.

Наявність колектора вносить свої особливості: ускладнюється конструкція машини і дорожчою стає експлуатація. Однак ці недоліки електричних машинвикупаються їх основною перевагою: у руховому режимі випадкові порушення комутації зазвичай призводять до невеликого підгару колектора та щіток, а не до аварійного режиму перекидання,як у інверторах.

Внаслідок цього надійність колекторної машини постійного струму значно вища за надійність системи «асинхронний двигун-перетворювач частоти», її ККД на 3...5% вище, машина значно дешевша, має менші габарити і масу.

Ці переваги і змушують надавати перевагу машині постійного струму, обмежуючи застосування асинхронного двигуназ частотним регулюванням вузькими рамками специфічних пристроїв (двигуни, що працюють у рідині, тощо).

Інструкція

Для початку нам потрібно розібратися, що таке електричний струм змінний струмвідрізняється від постійного. Упорядкований рух заряджених частинок називають електричним струмом. У постійному електричному струмі через переріз провідника за однакові інтервали часу проходить однакова кількість заряджених частинок. А ось у змінному струмі кількість цих частинок за однакові інтервали часу завжди є різною.

А ось тепер можна переступати безпосередньо до перетворення змінного струмуу постійний, у цьому нам допоможе пристрій під назвою «діодний міст». Діодний міст або мостова схема - один з найпоширеніших пристроїв для випрямлення змінного струму.
Спочатку вона була розроблена із застосуванням радіоламп, але вважалася складним і дорогим рішенням, замість неї застосовувалася більш примітивна схема зі здвоєною вторинною обмоткою в трансформаторі, що живить випрямляч. Зараз, коли напівпровідники дуже дешеві, здебільшого застосовується саме бруківка. Але використання цієї схеми не гарантує 100% випрямлення струму, Тому в схему можна доповнити фільтром на конденсаторі, а також, можливо, дроселем та стабілізатором напруги. Тепер, на виході нашої схеми, як наслідок ми отримуємо постійний струм

Щоб отримати постійний струмдостатньо взяти звичайний елементхарчування. Напруга такого джерела струма, зазвичай, стандартне – 1,5 Вольта. З'єднавши послідовно кілька таких елементів, можна отримати батарею з напругою, пропорційною кількості таких елементів. Для отримання постійного струма також можна скористатися зарядним пристроєм від мобільного телефону (5 В) або автомобільним акумулятором(12В). Однак, якщо потрібно отримати нестандартна напруга, наприклад, 42 В, то доведеться спорудити саморобний випрямляч із найпростішим фільтром живлення.

Вам знадобиться

• Знижувальний трансформатор 220 ст/42в.
• Мережевий шнур із вилкою
• Діодний міст PB-6
• Електролітичний конденсатор 2000 мкФ×60В
• Паяльник, каніфоль, припій, з'єднувальні дроти.

Інструкція

Зберіть випрямляч за зображеною на малюнку схемою:

Щоб правильно зібрати і використовувати такий пристрій, необхідні мінімальні знання про процеси, що відбуваються в приладі. Тому, уважно ознайомтеся зі схемою та принципами роботи випрямляча. струмрухається по правому верхньому плечу моста до позитивного виведення, через навантаження надходить на ліве нижнє плече і повертається до мережі. Під час негативного напівперіоду (великий штрих пунктир) струмтече по іншій парі діодів випрямного моста. Тут Тр. – трансформатор, знижує напругу з 220 до 42 Вольт, гальванічно розділяє високу та низька напруга. Д - діодний міст, що випрямляє змінну напругу, що надійшло з трансформатора. Цифрою 1 позначена первинна (мережева) обмотка трансформатора, цифрою 2 - вторинна (вихідна) обмотка трансформатора.

Підключіть до первинної обмотки трансформатора шнур з вилкою. Двома проводами з'єднайте два виводи вторинної обмотки трансформатора із двома вхідними висновками діодного мосту. Виведення діодного мосту з маркуванням «мінус» припаяйте до негативного виводу конденсатора.

Негативний висновок конденсатора позначений його корпусі світлою смугою зі знаком «мінус». До цього ж висновку припаяйте дріт синього кольору. Це буде негативний вихід випрямляча. Виведення діодного мосту зі знаком «плюс» припаяйте до другого виведення конденсатора разом із дротом червоного кольору. Це буде позитивний висновок випрямляча. Перед увімкненням ретельно перевірте правильність монтажу – помилки тут не допустимі.

Відео на тему

Корисна порада

Конденсатор відіграє роль фільтра живлення, згладжуючи пульсації, що залишилися після випрямлення діодним мостом змінного струму.

Для зарядки акумулятора розжарення застосовується зарядний пристрій, який можна придбати в торговій мережі або зробити своїми руками, витративши при цьому мінімум коштів, та й часу.

Вам знадобиться

• Півлітрова скляна банка, алюмінієва та свинцева пластина, гумова трубка, кришка з отвором посередині.

Інструкція

Візьміть склянку або півлітрову скляну банку, алюмінієву та свинцеву пластини розміром 40х100 мм та гумову трубку діаметром 2 см. Відріжте від гумової трубки кільце довжиною 2 см, натягніть його на алюмінієву пластину, на рівень електроліту. Це необхідно, тому що при роботі випрямляча електроліт сильно роз'їдає алюміній біля поверхні розчину. Гума оберігає його від корозії і цим дає можливість випрямлячеві працювати значно довше.

Використовуйте як електроліт розчин двовуглекислого натру (питна сода). Візьміть соду із розрахунку 5-7 гр. на 100мл води. У даному випрямлячі позитивним полюсом буде алюміній, негативним – свинець. При включенні приладу в звичайну міську мережу змінного струму свинцевою пластиною через випрямлячпіде струм. Але він піде тільки в одному напрямку. На алюмінієвій пластині в цей час завжди буде позитивний полюс напруги. Якщо в мережу включити алюмінієву пластину, то на свинцевій пластині завжди буде негативний полюс напруги. Вийде однополуперіодний випрямлячтому, що через нього проходить електричний струм лише одного напівперіоду. У першому випадку, наприклад, через прилад проходитиме струм тільки позитивного напрямку.

Для повного використання напруги застосовують двонапівперіодні випрямлячі. Їх потрібно скласти з двох або чотирьох елементів, залежно від необхідної зарядки сили струму. А підключаються вони в обидві фази електромережі. При включенні приладу в мережу змінного струму застосуйте запобіжники. Регулювання напруги, яка подається на зарядку, можна зробити за допомогою реостата, який дозволить "гасити" зайву напругу в ланцюзі і створить нормальні умови для зарядки акумулятора.

Відео на тему

Зверніть увагу

Для зарядки акумуляторів розжарення доцільно використовувати випрямляч з 4 елементів, так як для зняття сили струму в один ампер потрібен випрямляч з площею алюмінієвої пластини 100 кв. див.

Корисна порада

Сила зарядного струмуакумулятори повинні становити 0,1% від його ємності.

Джерела:

• Випрямляч для заряджання акумулятора

Якщо ви вирішили самостійно виготовити трансформатор, вам необхідно знати деякі речі про цей пристрій, в тому числі і як розрахувати струмв трансформаторі, Про що і йтиметься нижче.

Інструкція

Дізнайтесь, якщо вам до цього було невідомо, максимальний струмнавантаження та напруга на вторинній обмотці.
Помножте струммаксимального навантаження (в амперах) на коефіцієнт 1,5 – дізнаєтесь про обмотку другого трансформатора (в амперах).

Розрахуйте потужність , що витрачається випрямлячем від вторинної обмотки трансформатора. Для цього, помножте напругу вторинної обмотки на максимальну струмщо проходить через неї.
Підрахуйте потужність трансформатора. Щоб дізнатися потужність, слід помножити максимальну потужність на вторинній обмотці на 1,25.

Обчисліть величину тону на первинній обмотці. Для цього отриману в минулому пункті потужність слід розділити на мережна напругана первинній обмотці.
Розрахуйте параметри площі сердечника магнітного

Електричний струм протікає в різних середовищах: метали, напівпровідники, рідини та гази. При цьому він може бути незмінним або змінним. У статті розглянемо окремо постійний та змінний струм, а також перетворення змінного струму на постійний.

Постійний струм та його джерела

У постійного струму величина та напрямок не змінюються з часом. На сучасних приладах він позначається буквами DC- Скороченням від англійської Direct Current(У дослівному перекладі – прямий струм). Його графічне позначення:

Джерелами постійного струму є батареї та акумулятори. На ньому працюють усі напівпровідникові електронні пристрої: мобільні телефони, комп'ютери, телевізори, супутникові системи. Для живлення цих пристроїв від мережі змінного струму до них входять блоки живлення. Вони знижують напругу мережі до потрібної величини і перетворять змінний струм на постійний. Зарядні пристроїдля акумуляторів теж живляться від мережі змінного струму та виконують ті ж функції, що й блоки живлення.

Змінний струм та його параметри

У змінного струму напрямок і величина циклічно змінюються у часі. Цикл однієї повної зміни (коливання) називається періодом (T), А обернена йому величина - частотою (f). Літерне позначеннязмінного струму - АС, скорочення від Alternating Current(знакозмінний струм), а графічно він позначається відрізком синусоїди:

̴

Після цього знака вказується напруга, іноді – частота та кількість фаз.

Змінний струм характеризується параметрами:

Характеристика	Позначення	Одиниця виміру	Опис
Число фаз			Однофазний
			Трифазний
Напруга	U	вольт	Миттєве значення
			Амплітудне значення
			Чинне значення
			Фазне
			Лінійне
Період	Т	секунда	Час одного повного вагання
Частота	f	герц	Число коливань за 1 секунду

Однофазний струм у чистому вигляді виходить за допомогою бензинових та дизельних генераторів. В інших випадках він - частина трифазного, що представляє собою три напруги, що змінюються за синусоїдальним законом, рівномірно зрушених один щодо одного. Цей зсув за часом називається кутом зсуву фаз і становить 1/3Т.

Для передачі трифазних напругвикористовують чотири дроти. Один є їх загальною точкою і називається нульовим (N), а три інші називаються фазами (L1, L2, L3).

Напруга між фазами називається лінійним, а між фазою та нулем – фазним, Воно менше лінійного у √3 разів. У нашій мережі фазна напругаодно 220 У, а лінійне – 380 У.

Під миттєвимзначенням напруги змінного струму розуміють його величину у певний момент часу t. Вона змінюється із частотою f. Миттєве значення напруги в точці максимуму називається амплітуднимзначенням. Але не його вимірюють вольтметри та мультиметри. Вони показують величину, у √2 разів меншу, звану чинним або ефективним значенням напруги. Фізично це означає, що напруга постійного струму цієї величини здійснить таку ж роботу, як і змінна змінна напруга, що вимірюється.

Переваги та недоліки змінної напруги

То чому для енергопостачання обрали змінний струм, а не постійний?

При передачі електроенергії струм проходить по дротах, довжиною сотні кілометрів, нагріваючи їх і розсіюючи повітря енергію. Це неминуче як постійного, так змінного струмів. Але потужність втрат залежить тільки від опору проводів та струму в них:

Потужність, яку передається по лінії, дорівнює:

Звідси випливає, що при збільшенні напруги передачі тієї ж потужності потрібен менший струм, і потужність втрат при цьому зменшується. Ось тому протяжні ЛЕП напруження підвищують. Є лінії на 6кВ, 10кВ, 35кВ, 110кВ, 220кВ, 330кВ, 500кВ, 750кВ і навіть 1150кВ.

Але в процесі передачі електроенергії від джерела до споживача напругу необхідно неодноразово змінювати. Найпростіше це зробити на змінному струмі, використовуючи трансформатори.

Недоліки змінного струму виявляються при передачі енергії по кабельним лініям. Кабелі мають ємнісний опір між фазами та відносно землі, а ємність проводить змінний струм. З'являється витік, що нагріває ізоляцію і виводить з часом її з ладу.

Перетворення змінного струму на постійний і навпаки

Процес отримання із змінного струму постійного називається випрямленням, а пристрої – випрямлячами. Основна деталь випрямляча напівпровідниковий діод, Провідний струм тільки в одному напрямку. В результаті випрямлення виходить пульсуючий струм, що змінює згодом свою величину, але не змінює знак.

Потім пульсації усувають за допомогою фільтрів, найпростішим з них є конденсатор. Повністю пульсації усунути неможливо, які кінцевий рівень залежить від схеми випрямляча і якості фільтра. Складність та вартість випрямлячів залежить від величини пульсацій на виході та від максимальної потужності на виході.

Для перетворення на змінний струм використовуються інвертори. Принцип їх роботи полягає у генерації змінної напругиз формою, максимально наближеною до синусоїдальної. Приклад такого пристрою автомобільний інвертордля підключення до бортової мережі побутових приладівабо інструмент.

Чим якісніший і дорожчий інвертор, тим більша його потужність або точніше напруга, що видається їм, наближається до синусоїди.

Перетворювач змінного струму на постійний — це пристрій, що перетворює енергію змінного струму на постійний. Цей пристрій є нелінійним, тому спектр напруги на його виході відрізняється від вхідного. В іноземній літературі такі пристрої називаються перетворювачами AC/DC (змінний/постійний струм). На малюнку 1 наведено умовно-графічне позначення перетворювача AC/DC. На його вході та виході наведені осцилограми та спектрограми напруги.

Рисунок 1. Умовно-графічне позначення випрямляча

До складу перетворювача змінної напруги в постійне входять як випрямляч, так і фільтр, що пригнічує небажані складові вихідної напруги. Завдання фільтра, що підключається до виходу випрямляча, виділити лише постійну складову U 0 (корисний ефект випрямлення) і придушити решту складових спектру напруги U d (пульсації). Ця дія часто називається "згладжуванням" вихідної напруги. Тому такий фільтр називається згладжуючим. Його виконують у вигляді ФНЧ (зазвичай LC-фільтра) зі смугою пропускання Δ f f c.

Якщо випрямляч, що входить до складу перетворювача AC/DC, у процесі роботи використовує одну напівхвилю напруги змінного струму, то він називається однотактним або однонапівперіодним, а якщо обидві напівхвилі - то двотактним або двонапівперіодним. На малюнку 2 наведено спрощену схему однотактного перетворювача змінної напруги в постійне.

Рисунок 2. Еквівалентна схемаоднотактного перетворювача змінного струму на постійний

На цьому малюнку ключ К синхронно із частотою джерела U1 підключає навантаження до джерела. На навантаженні виходить пульсуюча напруга з частотою ω c. За період частоти вхідного коливання через навантаження та джерело проходить лише один імпульс струму. Частота першої гармоніки струму (і напруги пульсацій на навантаженні) дорівнює частоті мережі ω c. Постійна складова струму навантаження у цій схемі протікає через джерело вхідної напруги. Якщо в його складі присутній трансформатор, то це призведе до його підмагнічування та погіршення масогабаритних параметрів. Якщо напруга мережі на вході однопівперіодного випрямляча гармонійна U 1 = U m sin ω c t, то часові діаграми напруги на вході та виході даної схеми будуть виглядати так, як показано на малюнку 3.

Рисунок 3. Тимчасові діаграми напруги на вході та виході однонапівперіодного перетворювача

Як видно з даного малюнка, рівень постійної складової струму на виході схеми однотактного перетворювача AC/DC досить малий. Тому найчастіше застосовується двотактна схема. Схема двотактного перетворювача змінної напруги на постійне наведена на малюнку 4.

Рисунок 4. Еквівалентна схема двотактного перетворювача змінного струму в постійний

У цій схемі ключі К1 і К2 підключають навантаження на час однієї напівхвилі (Т/2) двічі за період. Тому за період зміни напруги мережі через навантаження та джерело проходять два імпульси струму, причому завдяки перемиканню струм через навантаження протікає в одному напрямку. Постійна складова струму навантаження не протікає через первинне джерело та не впливає на його роботу. Частота імпульсів струму та напруги на навантаженні U H вдвічі вище частоти мережі ω cщо дозволяє зменшити габарити фільтра, що згладжує. Всі перелічені фактори дозволяє значно покращити масу та габарити перетворювача змінного струму на постійний. Тимчасові діаграми напруги та струмів на вході та виході двотактного перетворювача змінного струму в постійний наведені на малюнку 5.

Рисунок 5. Тимчасові діаграми напруг і струмів на вході та виході двонапівперіодного перетворювача

Як ключі в схемах перетворювачів змінного струму в постійний використовуються некеровані та керовані вентилі, в якості яких використовуються діоди, тиристори, біполярні та польові транзистори. Найбільш широко застосовуються некеровані вентилі, як яких використовуються потужні напівпровідникові діоди.

Слід зазначити, що сучасні AC/DC перетворювачі будуються за складнішою схемою. Вони спочатку виробляється випрямлення і фільтрація вхідного коливання, потім генерація високої частоти, напруга якої трансформується в потрібне на виході, та був знову випрямлення і фільтрація всіх небажаних спектральних складових. Це дозволяє значно зменшити габарити перетворювача та підвищити його к.п.д. Часто вони виконуються як малогабаритного неразъемного блоку.

Рисунок 6. Зовнішній вигляд AC/DC перетворювача

Література:

1. Сажнів А.М., Рогуліна Л.Г., Абрамов С.С. "Електроживлення пристроїв та систем зв'язку": Навчальний посібник/ ГОУ ВПО СібГУТІ. Новосибірськ, 2008р. - 112 с.
2. Алієв І.І. Електротехнічний довідник - 4-те вид. іспр. - М.: ІП Радіо Софт, 2006. - 384с.
3. Гейтенко О.М. Джерела вторинного електроживлення. Схемотехніка та розрахунок. Навчальний посібник. - М., 2008. - 448 с.
4. Електроживлення пристроїв та систем телекомунікацій: Навчальний посібник для вузів/В.М.Бушуєв, В.А. Демінський, Л.Ф. Захаров та ін. - М., 2009. - 384 с.
5. Денисов А.І., Зволінський В.М., Руденко Ю.В. Вентильні перетворювачі у системах точної стабілізації. - К.: Наукова думка, 1997. - 250 с.

Разом із статтею "Перетворення змінного струму на постійний" читають:

http://сайт/BP/Ventil/

Використання в повсякденному життірізних електричних приладів та пристроїв, що працюють завдяки електроенергії, зобов'язує нас мати мінімальні знання в галузі електротехніки. Це знання, що зберігають нам життя. Відповіді на питання про те, як із постійного струму зробити змінний, яка напруга має бути в квартирі та якою сучасна людинаповинен знати, щоб уникнути поразки та загибелі від нього.

Способи одержання електрики

Сьогодні неможливо уявити своє життя без електроенергії. Щодня все населення нашої планети використовує мільйони ватів електрики для забезпечення нормальної життєдіяльності. Але в черговий раз, включаючи електрочайник, людина не замислюється про те, який шлях довелося пройти електрикою, щоб вона змогла заварити собі ранкову чашку ароматної кави.

Існує кілька способів отримання електрики:

• із теплової енергії;
• з енергії води;
• з атомної (ядерної) енергії;
• з вітрової енергії;
• із сонячної енергії та ін.

Щоб зрозуміти природу виникнення електричної енергії, розглянемо кілька прикладів.

Електрика з енергії вітру

Електричний струм – це спрямований рух заряджених частинок. Найпростіший спосіб його отримання – енергія природних сил.

У цьому прикладі від енергії вітру. Природний феномен дме з різною силою вітру люди навчилися використовувати давно. Приборкує вітер простий вітряк, обладнаний приводом і з'єднаний із генератором. Генератор та виробляє електричну енергію.

Надлишки струму при постійному використанні вітряка можна накопичувати в акумуляторних батареях. Вироблений постійний екологічно чистий струм у побуті та виробництві не застосовується.

Отриманий і перетворений на змінний струм, він йде для побутового використання. Нагромаджені надлишки електрики зберігаються в акумуляторних батареях. За відсутності вітру запаси електрики, які у акумуляторах, перетворюються і надходять потреби людини.

Електроенергія із води

На превеликий жаль, цей вид природної енергії, що дає можливість отримувати електрику, не скрізь є. Розглянемо спосіб отримання електрики там, де багато води.

Найпростіша ГЕС, виготовлена ​​з дерева за принципом млина, розмір якого близько 1,5 метрів, здатна забезпечити електрикою, що використовується і на опалення, приватне підсобне господарство. Таку безтілесну ГЕС зробив російський винахідник, уродженець Алтаю - Микола Лєнєв. Він створив ГЕС, перенести яку можуть два дорослі чоловіки. Всі подальші дії аналогічні до отримання електрики від вітряка.

Виробляють електрику та великі електростанції та гідростанції. Для промислового отримання електрики використовують великі котли, що дають пару. Температура пари досягає 800 градусів, а тиск у трубопроводі піднімається до 200 атмосфер. Ця перегріта пара з високою температурою і величезним тиском надходить на турбіну, яка починає обертатися та виробляти струм.

Те саме відбувається і на гідроелектростанціях. Тільки тут обертання відбувається за рахунок більших швидкості та об'єму води, що падає з величезної висоти.

Позначення струму та застосування його в побуті

Постійний струм позначається DC. На англійській мовіпишеться як Direct Current. Він у процесі роботи з часом не змінює своїх властивостей та напрямки. Частота постійного струму дорівнює нулю. Позначають його на кресленнях та обладнанні прямою короткою горизонтальною рисочкою або двома паралельними рисочками, одна з яких пунктирна.

Використовується постійний струм у звичних нам акумуляторах і батарейках, що використовуються у величезній кількості різноманітних пристроїв, таких як:

• лічильні машинки;
• дитячі іграшки;
• слухові апарати;
• інші механізми.

Усі щодня користуються мобільним телефоном. Заряджання відбувається через блок живлення, компактний перетворювач DC/AC, що включається в побутову розетку.

Електричні прилади споживають змінний однофазний струм. Електроприлади запрацюють тільки з підключенням трансформатора і багато виробників встановлюють перетворювач DC/AC безпосередньо в сам агрегат. Це набагато спрощує експлуатацію електроустаткування.

Як із постійного струму зробити змінний?

Вище йшлося про те, що всі акумулятори, батарейки для ліхтариків, пультів телевізорів мають постійний струм. Щоб перетворити струм, існує сучасний пристрійпід назвою інвертор, він легко зі постійного струму зробить змінний. Розглянемо, як це застосовно у повсякденності.

Буває, що під час перебування в машині людині потрібно терміново роздрукувати на ксероксі документ. Ксерокс є, машина працює і, включивши в прикурювач перехідник на інвертор, може підключити до нього ксерокс і роздрукувати документи. Схема перетворювача є досить складною, особливо для людей, які мають віддалене поняття про роботу електрики. Тому з метою безпеки краще не намагатися самостійно спорудити інвертор.

Змінний струм та його властивості

Протікаючи, змінний струм протягом однієї секунди змінює напрямок та величину 50 разів. Зміна руху струму – це його частота. Позначається частота у герцах.

В нас частота струму 50 герц. У багатьох країнах, наприклад, США, частота дорівнює 60 герц. Також буває трифазний та однофазний змінний струм.

Для побутових потреб приходить електрика, що дорівнює 220 вольтам. Це значення змінного струму, що діє. Але амплітуда струму максимального значення буде більшою на корінь із двох. Що в результаті дасть 311 вольт. Тобто фактична напруга побутової мережі становить 311 вольт. Для зміни постійного струму змінний застосовуються трансформатори, у яких використовуються різні схеми перетворювачів.

Передача струму високовольтними лініями

Всі електричні зовнішні мережі несуть по своїх дротах змінний струм різної напруги. Воно може коливатися від 330000 вольт до 380 вольт. Передача здійснюється лише змінним струмом. Цей спосіб транспортування - найпростіший і найдешевший. Як із змінного струму зробити постійне, давно відомо. Поставивши трансформатор у потрібному місці, отримаємо необхідну напругу та силу струму.

Схеми перетворювачів

Сама проста схемавирішення питання у тому, як із постійного струму зробити змінний 220 У, немає. Це може зробити діодний міст. Схема перетворювача DC/AC має у своєму складі чотири потужні діоди. Міст, зібраний із них, створює рух струму в одному напрямку. Місток зрізає верхні межізмінних синусоїд. Діоди збираються послідовно.

Друга схема перетворювача змінного струму - це вихід з моста, зібраного з діодів, конденсатора або фільтра, який згладить і виправить провали між піками синусоїд.

Відмінно перетворює постійний струм на змінний інвертор. Схема його складна. Деталі, що використовуються, не з дешевого порядку. Тому і ціна на інвертор велика.

Який електричний струм небезпечніший - постійний чи змінний?

У повсякденному житті ми постійно стикаємося на роботі та у побуті з електроприладами, підключеними до розеток. Струм, що біжить від електричного щитадо розетки, однофазний змінний. Трапляються випадки ураження електричним струмом. Заходи безпеки та знання про поразку струмом необхідні.

У чому принципова різниця між попаданням під напругу змінним струмом та постійним? Є статистика, що змінний DC однофазний струм вп'ятеро небезпечніший за постійний AC струм. Поразка струмом, незалежно від його типу, саме негативний факт.

Наслідки від ураження струмом

Недбалість у поводженні з електроприладами може негативно позначитися на здоров'ї людини. Тому не варто експериментувати з електрикою, якщо на те немає спеціальних навичок.

Дія струму на людину залежить від кількох факторів:

• опору тіла самого потерпілого;
• напруги, під яку потрапила людина.
• від сили струму на момент контакту людини із електрикою.

З урахуванням всього перерахованого можна сказати, що дія змінного струму набагато небезпечніша, ніж постійного. Є дані експериментів, що підтверджують факт, що для отримання рівного результату при ураженні сила постійного струму має бути вчетверо - п'ять разів вищою, ніж змінного.

Сама природа змінного струму негативно впливає на роботу серця. При ураженні струмом відбувається мимовільне скорочення серцевих шлуночків. Це може призвести до його зупинки. Особливо небезпечним є дотик із оголеними жилами людям, які мають серцевий стимулятор.

У постійного струму відсутня частота. Але висока напругаі сила струму можуть призвести також до смерті. Вийти з-під контакту з постійним електричним струмом простіше, ніж з-під контакту зі змінним.

Цей невеликий огляд природи електричного струму, його перетворення має бути корисним людям, далеким від електрики. Мінімальні пізнання в галузі походження та роботи електроенергії допоможуть зрозуміти суть роботи звичайних побутових приладів, які так необхідні для комфортного та спокійного життя.