Для работы некоторых электроприборов требуется постоянный ток. Если вы используете обычную розетку 220 В, вы можете сжечь прибор. Выходом из этой ситуации является использование специального устройства, которое выполняет необходимую конвертацию.
Для преобразования переменного тока в постоянный применяют
Преобразователь переменного тока в постоянный — это устройство, преобразующее переменный ток в постоянный. Это устройство является нелинейным, т.е. спектр напряжения на его выходе отличается от входного напряжения. В зарубежной литературе эти устройства называются AC/DC конвертерами. На рисунке 1 показано графическое представление преобразователя переменного/постоянного тока. На рисунке показаны осциллограммы напряжения и спектрограммы на входе и выходе.
Рисунок 1: Схематическое изображение выпрямителя.
Преобразователь AC-DC содержит как выпрямитель, так и фильтр, который подавляет нежелательные элементы выходного напряжения. Назначение фильтра, подключенного к выходу выпрямителя, состоит в том, чтобы отсечь только постоянную составляющую U (эффект выпрямителя) и подавить все остальные составляющие спектра напряжения U d (пульсация). Этот процесс часто называют «сглаживанием» выходного напряжения. Поэтому его также называют сглаживающим фильтром. Он имеет форму ФНЧ (обычно LC-фильтра) с полосой пропускания .
Если выпрямитель, входящий в состав AC/DC-преобразователя, во время работы использует только одну полуволну переменного напряжения, он называется однократным циклом или полуволной, а если используются обе полуволны, он называется push-pull или полуволной. На рисунке 2 показана упрощенная схема одноциклового AC-DC преобразователя.
Рисунок 2: Эквивалентная схема одностороннего AC-DC преобразователя.
В этой схеме ключ K синхронизирован с нагрузкой на частоту источника U1. Нагрузка генерирует пульсирующее напряжение с частотой ωc. В течение периода колебаний частоты входного сигнала через нагрузку и источник проходит только один импульс тока. Частота первой гармоники тока (и пульсаций напряжения в нагрузке) равна частоте сети ωc. Постоянная составляющая тока нагрузки в этой цепи протекает через источник входного напряжения. При наличии трансформатора происходит намагничивание и уменьшение массы и габаритов. Когда сетевое напряжение на входе однополупериодного выпрямителя имеет гармоники, формы сигналов входного и выходного напряжений этой схемы похожи на рисунок 3.
Рисунок 3: Входной и выходной тактовый генератор полуциклического инвертора.
Как видно из этого рисунка, постоянная составляющая тока на выходе инвертора AC/DC push-pull довольно мала. Поэтому обычно используется схема преобразователя «push-pull». Схема преобразователя AC/DC push-pull показана на рисунке 4.
Рисунок 4. Эквивалентная схема преобразователя AC/DC push-pull.
В этой схеме кнопки K1 и K2 включают нагрузку дважды за один период на время одной полуволны (T/2). Таким образом, за один период переменного сетевого напряжения через нагрузку и источник протекает два импульса тока, причем ток, протекающий через нагрузку, имеет одинаковое направление благодаря коммутации. Постоянная составляющая тока нагрузки не проходит через первичный источник и не влияет на его работу. Частота импульсов тока и напряжения в нагрузке U H в два раза больше частоты сети ωcЭто уменьшает размер сглаживающего фильтра. Все эти факторы приводят к значительному снижению веса и размеров AC/DC-преобразователя. На рисунке 5 показаны временные диаграммы напряжений и токов на входе и выходе двухфазного AC/DC-преобразователя.
Преобразование – переменный ток
Для преобразования переменного тока в постоянный напряжение сначала понижается трансформатором, а затем выпрямляется селеновыми затворами. 46
Для преобразования переменного тока в постоянный используется коллектор, который работает по следующему принципу. Концы катушки / (рис. 133) соединены двумя полукруглыми медными кольцами (сегментами), так называемыми коллекторными пластинами. Пластины прочно соединены с валом машины и изолированы как друг от друга, так и от вала. Неподвижные щетки 2 и 3 прикреплены к пластинам и электрически соединены с приемником энергии. 48
Помимо выпрямителей, для преобразования переменного тока в постоянный используются термоэлектрические преобразователи. Термоэлектрический преобразователь состоит из нагревательного проводника, по которому протекает ток, подлежащий преобразованию (измерению), и крошечной термопары. Нагревательный элемент представляет собой тонкую проволоку из материала, допускающего длительный нагрев, например, никеля или константана. Электроды термопар обычно изготавливаются из металлов и их сплавов. 50
Твердотельные выпрямители используются для преобразования переменного тока в постоянный. 51
Для преобразования переменного тока в постоянный использовались в основном вращающиеся преобразователи (мотор-генераторы) до 1912 года, когда появились ртутные выпрямители. В 1908 году Джуэтт изобрел ртутный низковольтный выпрямитель. С 1915 года широкое распространение получили ртутные выпрямители. 52
Для преобразования переменного тока в постоянный используются мотор-генераторы, ртутные выпрямители, механические выпрямители и полупроводниковые выпрямители. 53
В современной промышленности полупроводники используются для преобразования переменного тока в постоянный. В контакте с металлами они образуют электрические вентили, то есть устройства, которые могут хорошо проводить ток в одном направлении (прямая проводимость) и плохо в противоположном направлении (блокировка). Высокочистые полупроводники из селена, германия и кремния подходят для изготовления достаточно прочных клапанов. 54
Полупроводниковые выпрямители используются для преобразования переменного тока в постоянный в электродвигателях и электропоездах. 55
Три типа вращающихся инверторов также используются для преобразования переменного тока в постоянный и наоборот: Мотор-генераторы, одноатомные инверторы и спринклерные преобразователи. Мотор-генератор состоит из двух отдельных машин — двигателя и генератора, которые сидят на одном валу и соединены муфтой. Для преобразования переменного тока в постоянный используются асинхронный или синхронный двигатель и генератор с внешним возбуждением или самовозбуждением. Инвертор с одним возбуждением представляет собой генератор постоянного тока с контактными кольцами в дополнение к коллектору. Переменный ток преобразуется в постоянный ток в якоре. При трехфазном преобразовании обмотка якоря подключается к коллектору с одной стороны машины. Три точки обмотки якоря под углом 120 соединены с тремя контактными кольцами, прикрепленными к валу с другой стороны машины. Преобразование переменного тока в постоянный осуществляется с помощью инверторов, которые, помимо коллектора, имеют на валу два круговых кольца, соединенных с двумя диаметрально противоположными точками обмотки якоря. 56
Для преобразования переменного тока в постоянный используется коллектор, который работает следующим образом. Пластины жестко закреплены на валу машины и изолированы друг от друга, а также от вала. Неподвижные щетки 2 и 3 прикреплены к пластинам и электрически соединены с приемником энергии. 58
Постоянный ток и его источники
При постоянном токе величина и направление не меняются с течением времени. В современных устройствах он обозначается буквами DC — аббревиатурой английского Direct Current (дословный перевод — постоянный ток). Он представлен графически:
Источниками постоянного тока являются батареи и аккумуляторы. От него питаются все твердотельные электронные устройства, такие как мобильные телефоны, компьютеры, телевизоры и спутниковые системы. Источники питания переменного тока используются для питания этих устройств от сети переменного тока. Они снижают напряжение сети до необходимого значения и преобразуют переменный ток в постоянный. Зарядные устройства также работают от переменного тока и выполняют те же функции, что и блоки питания.
— диаметр арматуры; va — линейная скорость точки на поверхности арматуры; b’w = bscOa/Okol — ширина щетки, пропорциональная диаметру арматуры.
Схема соединения диодного моста
Схема диодного моста
При подключении диодов смотрите на схему, чтобы не перепутать клеммы; на следующем рисунке показана фотография диода и его обозначение.
Маркировка диодного моста
Как видно на фотографии, маркировка производителя находится на проволоке корпуса диода, называемой «катодом», в виде полоски или точки.
Выходная диаграмма после диодного моста
Выходная диаграмма после диодного моста
После диодного моста на выходе мы имеем постоянное импульсное напряжение с частотой 100 Гц, что превышает частоту нашей сети в два раза.
Чтобы сгладить импульсное постоянное напряжение на выходе диодного моста, параллельно нагрузке необходимо подключить конденсатор или сглаживающий фильтр.
Принципиальная и электрическая схема с подключением конденсатора
Принципиальная и электрическая схема с подключением конденсатора
На синей диаграмме показано, как изменяется пульсация (изменение напряжения) после подключения фильтра в виде конденсатора.
