Преобразователи DC-AC, AC-DC

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения. Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Источники питания AC/AC
Источники питания AC/AC могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими. Первые обычно либо изменяют уровень напряжения (пример-автотрансформатор 220/110 В), либо осуществляют гальваническую развязку от питающей сети для повышения безопасности (пример-развязывающий трансформатор 220/220 В), либо выполняют обе функции сразу (пример-понижающий и развязывающий трансформатор 220/36 В или 220/12 В). Частота выходного напряжения может как совпадать с частотой питающего напряжения(аналогично предыдущим примерах), так и отличаться от неё, например, при частоте сети 50 Гц частота выходного напряжения может быть 400 Гц или наоборот. Может также отличаться и число фаз на входе и выходе. Особый класс источников питания AC/AC составляют источники бесперебойного питания, которые содержат промежуточное звено постоянного тока с резервной аккумуляторной батареей, обеспечивающей питание нагрузки в течение определенного времени при пропадании напряжения сети. Стабилизирующие источники питания AC/AC (стабилизаторы напряжения) обеспечивают стабильное (в определенных пределах) напряжение на выходе при изменении напряжения питающей сети и тока нагрузки. Существует несколько типов таких стабилизаторов, различающихся принципом действия. Наиболее распространенные-электромеханические и релейные с переключением обмоток автотрансформатора или трансформатора с помощью электромагнитных реле или полупроводниковых (твердотельных) реле, или симисторов (симметричных тиристоров или триаков). Стабилизаторы напряжения переменного тока могут быть как с гальванической развязкой, так и без гальванической развязки. Чаще используются без гальванической развязки.

Источники питания AC/DC
Это самый широкий и наиболее востребованный класс источников. Источники питания AC/DC также могут быть как нестабилизирующими, так и стабилизирующими, с гальванической развязкой и без неё. Наиболее часто используются источники питания AC/DC с гальванической развязкой от питающей сети, так как они обеспечивают наибольшую электробезопасность потребителей электроэнергии.

Нестабилизирующие источники питания AC/DC обычно содержат трансформатор, работающий на частоте сети, выпрямитель и сглаживающий фильтр. Трансформатор изменяет величину напряжения в соответствии с коэффициентом трансформации (если нужно) и осуществляет гальваническую развязку. Выпрямитель выпрямляет (преобразует из переменного в постоянное) напряжение вторичной обмотки трансформатора. Сглаживающий фильтр фильтрует выпрямленное напряжение, снижая величину пульсации. Сравнительно редко встречаются нестабилизирующие источники питания AC/DC с преобразователями напряжения, в которых выпрямитель выпрямляет сетевое напряжение, которое затем преобразуется в напряжение повышенной частоты 20-200 кГц, которое подается на трансформатор, а затем снова выпрямляется. Преимущество здесь – трансформатор, работающий на повышенной частоте, благодаря чему снижаются его габариты, вес и стоимость, а также габариты и вес источника питания в целом. Недостаток – более сложная схема с большим количеством элементов, что снижает надёжность и повышает стоимость.

Стабилизирующие источники питания AC/DC могут быть выполнены как с линейными стабилизаторами напряжения (с непрерывным регулированием, или аналоговыми), так и с импульсными. Первые из них обладают очень хорошими характеристиками, самым низким уровнем пульсаций, шумов и помех. Недостатком их является низкий КПД, который обычно не превышает 50% и наличие громоздкого сетевого трансформатора. Применение импульсного стабилизатора вместо линейного (во вторичной цепи после выпрямителя) решает проблему низкого КПД (повышая его до 80-90%), но остается громоздкий сетевой трансформатор и появляется другой недостаток – резко повышается уровень шумов и помех. Но во многих применениях это не критично. И в этих случаях очень широко применяются импульсные источники питания с бестрансформаторным входом. Подавляющее большинство серийно выпускаемых источников питания – именно такие источники. Эти источники питания не содержат низкочастотного трансформатора, работающего на частоте сети (50 или 60 Гц). Напряжение питающей сети сразу выпрямляется выпрямителем и фильтруется сглаживающим фильтром, а затем подается на преобразователь напряжения (инвертор), который снова преобразует его в переменное, но повышенной частоты (50-300 кГц) и прямоугольной формы. Это позволяет значительно уменьшить габариты и вес трансформатора и снизить его стоимость за счет уменьшения стоимости сердечника, меди и снижения трудоёмкости изготовления. Одновременно преобразователь напряжения осуществляет функцию стабилизации напряжения или тока за счет изменения длительности (широтно-импульсная модуляция, ШИМ) или частоты (частотно-импульсная модуляция, ЧИМ) импульсов, или одновременно того и другого (ЧИМ-ШИМ). Недостатком таких источников питания, кроме выше перечисленных, является низкий коэффициент мощности (примерно 0,6). Для его устранения во многих импульсных источниках питания устанавливается корректор коэффициента мощности, который позволяет его повысить до 0,95-0,99. В импульсных источниках питания обратная связь в большинстве случаев осуществляется с выхода и подается на преобразователь напряжения через оптическое или трансформаторное устройство гальванической развязки, что позволяет получить высокую стабильность выходного напряжения или тока. При низких значениях выходного напряжения и больших токах нагрузки в некоторых источниках питания дополнительно используется обратная связь непосредственно с питаемой нагрузки.

Источники питания DC/AC
Источники питания DC/AC (инверторы) применяются в тех случаях, когда имеется первичный источник питания постоянного тока, а для питания нагрузки необходимо напряжение переменного тока. Такая ситуация может встречаться, например, при необходимости питания нагрузки переменного тока от бортсети подвижных объектов (автомобилей, кораблей, самолётов и т.д.), от станционного источника питания постоянного тока аппаратуры телекоммуникаций, в автономных системах электропитания от солнечных батарей, ветрогенераторов и т.п., в источниках бесперебойного питания (ИБП) с промежуточным звеном постоянного тока в виде резервной аккумуляторной батареи.

Инверторы (в том числе и входящие в состав ИБП) выпускаются двух видов в зависимости от формы выходного напряжения:

С модифицированной синусоидой – выходное напряжение представляет собой двухполярные прямоугольные импульсы с паузой между ними, максимально приближенные по гармоническому составу к синусоиде, следующие с заданной частотой (наиболее часто 50 или 60 Гц).

Преобразователи DC-AC, AC-DC, изображение №1
С чистой синусоидой – выходное напряжение синусоидально с незначительными искажениями.

Преобразователи DC-AC, AC-DC, изображение №2
Достоинством первых является более простая схема и низкая стоимость, недостатком – несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, из-за чего не все потребители могут работать с таким инвертором.
Достоинством вторых является чистая синусоидальная форма кривой выходного напряжения, благодаря чему с этими инверторами могут работать любые потребители электрической энергии. Недостатком – более высокая цена, габариты и вес.

Критерии выбора и расчет инвертора напряжения
Важнейшие характеристики инвертора:

· частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;

· номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;

· максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;

· значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60...0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

Для заказа заходите на наш сайт, или обратитесь за помощью к нашим менеджерам:

Тел.: 8 (902) 23-56-715;
Тел.: 8 (8482) 570-600 (доб. 129)
E-mail: konsultant@impulsi.ru

#импульс#электронныекомпоненты#источникипитания#преобразователи