Site Loader

Содержание

КОНВЕРТОР — это… Что такое КОНВЕРТОР?

  • Конвертор — программна для перекодирования данных из одного машинного кода в другой или из одного формата в другой. См. также: Компьютерные программы Структуры данных Финансовый словарь Финам …   Финансовый словарь

  • КОНВЕРТОР — см. Одноякорный преобразователь. Технический железнодорожный словарь. М.: Государственное транспортное железнодорожное издательство. Н. Н. Васильев, О. Н. Исаакян, Н. О. Рогинский, Я. Б. Смолянский, В. А. Сокович, Т. С. Хачатуров. 1941 …   Технический железнодорожный словарь

  • конвертор — сущ., кол во синонимов: 6 • видеоконвертор (1) • конвертер (9) • печь (78) • …   Словарь синонимов

  • конвертор — блок транспонирования частоты — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия Синонимы блок транспонирования частоты… …   Справочник технического переводчика

  • Конвертор — Конвертер ( en. converter, от la. convertere  превращать)  аппарат (вид печи) для получения стали из передельного расплавленного чугуна и шихты продувкой воздуха (атмосферного или обогащенного кислородом), воздух подается в рабочее пространство… …   Википедия

  • конвертор — конве/ртер, а, ч. 1) Обертова піч грушоподібної або циліндричної форми, у якій виплавляють сталь продуванням повітря чи кисню через розплавлений чавун. 2) Одноякірний перетворювач електричного струму. 3) Компілятор із вихідною та цільовою мовами… …   Український тлумачний словник

  • конвертор — (лат. convertere сврти/свртува, претвори/претвора) 1. технол, апарат за пречистување на растопен метал со оксидација 2. ТВ адаптер што овозможува примање на фреквентно подрачје за кое телевизорот не бил првобитно конструиран 3. ел. менувач …   Macedonian dictionary

  • конвертор — Устройство, содержащее замкнутый высокотемпературный сверхпроводник с незатухающим током и систему управления, предназначенное для гипотетических летательных аппаратов без отброса массы. E. Convertor D. Konvertor …   Толковый уфологический словарь с эквивалентами на английском и немецком языках

  • конвертор — іменник чоловічого роду …   Орфографічний словник української мови

  • конвертор языка — конвертор Транслятор с некоторого языка на другой язык такого же уровня. [ГОСТ 19781 90] Тематики обеспеч. систем обраб. информ. программное Синонимы конвертор EN converter …   Справочник технического переводчика

  • Многофазный конвертор мощного двигателя постоянного тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

    УДК 621.314.6

    МНОГОФАЗНЫЙ КОНВЕРТОР МОЩНОГО ДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    Л.А. Белицкая

    ФГУП «Научно-производственный центр «Полюс», г. Томск E-mail: [email protected]

    Показана возможность реализации мощных многофазных конверторов, ключевые элементы которых управляются импульсами с равномерным фазовым сдвигом по времени и цифровым кодом задания скважности.

    В преобразовательной технике широко используется параллельное подключение отдельных элементов (транзисторов, диодов, дросселей). Этим достигается увеличение нагрузочной способности элементов и устройств, повышение надежности за счет введения незначительной избыточности. Логическим продолжением однофазной структуры преобразователя, выполненного из однотипных устройств, является переход к многофазной структуре. Здесь наряду с указанными возможностями параллельного включения дополнительно появляется возможность уменьшить объем и массу сглаживающих фильтров за счет увеличения частоты преобразования, уровень помех и амплитуду пульсаций коммутируемого тока.

    Основные сложности практической реализации многофазных конверторов возникали из-за несовершенства аналоговых систем управления, которые не давали гарантии стабильности и равенства многофазных сигналов, управляющих переключением силовых элементов конвертора. Только применение цифровых методов формирования многофазных сигналов позволило решить эту задачу, в которой организуется равномерный временной сдвиг между фазами [1], работающими на общую нагрузку.

    В технической литературе описаны схемы параллельного включения преобразовательных ячеек, коммутируемых с фазовым сдвигом во времени: восьмифазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения, характеризуемый неидентично-стью сигналов управления фазами [2]; схема шестнадцатифазного импульсного стабилизатора постоянного напряжения, недостатком которой являются большие массогабаритные показатели [3].

    На рис. 1 представлена схема силовой ячейки одной фазы шестнадцатифазного конвертора напряжения, технические характеристики которого приведены в табл. 1.

    Схема управления построена с использованием цифроаналогового преобразователя с многофазными выходными сигналами управления, что обеспечивает равномерный фазовый сдвиг во времени импульсов управления с цифровым заданием скважности [4]. Схема содержит задающий генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик, сумматор, преобразователи кода и логический блок. При подаче напряжения питания включается задающий генератор; двоичный счетчик вырабатыва-

    ет сигналы, которые поступают на первый вход сумматора. Изменение скважности многофазного сигнала происходит заданием цифрового кода на второй вход сумматора схемой управления. Система регулирования организована так, что сигналы задания скважности инвариантны от напряжения питания и текущей скорости вращения ротора.

    Результат суммирования и старшие разряды двоичного счетчика преобразовываются в систему многофазных сигналов. В логическом блоке, который представляет собой набор мажоритарных элементов, формируются многофазные сигналы управления силовыми ключами. Сдвинутые по фазе в цифроаналоговом преобразователе сигналы управления поступают на драйверы ключей. Ключи включаются в фиксированные интервалы времени. По сигналу управления меняется скважность импульсов на открытие ключей от закрытого состояния до полного включения. Коммутация одного ключа отстает от коммутации последующего на время, равное Т/т, где Т=ОТКЛ+/ВКЛ — период коммутации каждого ключевого элемента; /ОТКЛ, /ВКЛ -время выключенного и включенного состояний транзистора.

    Таблица 1. Технические характеристики конвертора

    Входное напряжение, В 24…34

    Выходное напряжение, В 0…27

    Ток нагрузки,А 300

    Рабочая частота ячейки, кГц 10

    Число фаз 16

    Выходная частота, кГц 160

    Уровень пульсаций, мВ <200

    КПД, % >91

    Масса, кг 3,0

    Объем,л 5,0

    Для увеличения мощности импульсных сигналов управления силовыми элементами многофазного конвертора применяется специальный усилитель — драйвер. Он обеспечивает уровни сигналов управления таким образом, чтобы потери мощности в выключенном и открытом состоянии ключа, а также в динамических режимах переключения были минимальны. Драйвер реализован на таймере DA1 М1006ВИ1 (рис. 1). Сигналы управления по витой паре проводов поступают на входы 1, 3 таймера. Транзисторы VT1, VT2 — комплементарная пара для умощнения выходного каскада. С резисторов R1, R2 сигналы управления поступает на за-

    Управление Рис. 1. Принципиальная схема силовой ячейки

    творы полевых транзисторов УТ3 и УТ4. Для защиты силовых ключей от коммутационных перенапряжений в цепи сток-исток использованы снаб-берные ЯС-цепи (на рис. 1 — Я3*, С3*), которые устанавливают на силовых выводах транзисторов. Для сглаживания тока в цепи нагрузки в каждой фазе устанавливают дроссели Ь1. Они выбираются из условия ограничения тока через транзистор, а сечение провода рассчитывается на 6 %-ый номинальный ток нагрузки. Обычно полагают параметры разделительных дросселей во всех фазах одинаковыми.

    При проектировании мощных полупроводниковых устройств важными характеристиками являются: геометрические размеры, объем, масса, теплоотвод, надежность. Для данного конвертора по критерию миниатюризации также решалась задача соединения модулей ячеек между собой и с блоком управления кратчайшим путем проводниками равной длины.

    Особенность конструкции данного конвертора заключается в том, что он выполнен с возможностью пристраивания к двигателю (рис. 2). Вентиляционную систему охлаждения двигателя можно задействовать и для охлаждения элементов силовой части.

    Анализ различных вариантов построения многофазного конвертора привел к следующим конструктивным решениям:

    • силовая часть конвертора разделена на 16 взаимозаменяемых модулей, каждый из которых является силовой преобразовательной ячейкой;

    • все модули располагаются по окружности, что обеспечивает их симметрию относительно друг друга и равную длину всех подводящих проводников (питание, управление), линий связей до всех ключей;

    • схема управления вместе с источниками питания выполнена в виде отдельного субблока;

    • элементы выходного фильтра распределены по фазам и конструктивно входят в модули силовых ячеек.

    Из анализа табл. 2 следует, что можно обеспечить плавное изменение напряжения на двигателе под управлением конвертора, как при включении двигателя, так и в режиме нарастания мощности. Это ограничивает бросок пускового и рабочего тока.

    Таблица 2. Значения тока потребления от питающей сети |пстр.сети и выходного тока 1вых от напряжения на двигателе идв

    |потр.сети, А 9,3 21,3 31,3 42,0 56,6 75,0 94,0 118,6 140,0 166,6

    4ых, А 51 80 102 121 140 160,4 180 203 221 241

    идв, В 3,8 6 6,8 7,6 8,8 10,2 11,4 13,2 13,8 15

    Таким образом, разработанный многофазный конвертор позволяет производить включение дви-

    гателя при значительно сниженных пусковых токах, обеспечивая плавный разгон. Высокая надежность конвертора обеспечивается модульной структурой и функциональной независимостью от-

    дельных фаз. При выходе из строя одной-двух силовых преобразовательных ячеек он сохраняет работоспособность, хотя при этом возрастает уровень пульсаций выходного напряжения.

    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Кочергин В.И. Теория многомерных цифро-векторных множеств в приложениях к электроприводам и системам электропитания. — Томск: Изд-во Том. ун-та, 2002. — 444 с.

    2. Юрченко А.И. Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения на высоковольтных транзисторах / Электронная техника в автоматике. Сб. ст. под ред. Ю.И. Конева. В. 9. — М.: Советское радио, 1977. — С. 56-60.

    3. Юрченко А.И., Головацкий В.А., Брагин В.П. и др. Многофазный импульсный стабилизатор постоянного напряжения / Электронная техника в автоматике. Сб. ст. под ред. Ю.И. Конева. В. 10. — М.: Советское радио, 1978. — С. 107-113.

    4. А.с. 1356225 СССР. МКИ4 Н03М 1/82. Цифро-аналоговый преобразователь с многофазным выходом / В.И. Кочергин. Заявлено 20.09.85; Опубл. 30.11.87, Бюл. № 44. — 6 с.: ил.

    автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Двунаправленный конвертер напряжения для бортовых электротехнических комплексов автономных объектов

    Автореферат диссертации по теме «Двунаправленный конвертер напряжения для бортовых электротехнических комплексов автономных объектов»

    ______. „ правах рукописи

    4859081

    Ниткин Дмитрий Андреевич

    ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ КОНВЕРТЕР НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ БОРТОВЫХ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ

    Специальность 05.09.03 Электротехнические комплексы и системы

    АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

    -Зноя 2011

    Москва 2011

    4859081

    Работа выполнена на кафедре «Электроэнергетические, электромеханические и биотехнические системы» Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ).

    Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

    Вольский Сергей Иосифович

    Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

    Розанов Юрий Константинович

    кандидат технических наук Савенков Александр Иванович

    Ведущая организация: Открытое акционерное общество «Аэроэлектромаш», г. Москва.

    заседании диссертационного совета Д 212.125.07 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете, МАИ) по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4.

    С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета, МАИ).

    Автореферат разослан «_»_2011 г.

    Отзывы, заверенные печатью, просьба направлять по адресу: 125993, г.Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д.4, Ученый совет МАИ.

    Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.125.07, к.т.н., доц.

    Защита состоится «/ 5 » /¿О-

    2011 г. в // ~

    часов на

    А. Б. Кондратьев

    Общая характеристика диссертационной работы

    Актуальность темы. Одним из перспективных направлений улучшения технико-экономических и экологических показателей бортовых электротехнических комплексов является внедрение статических преобразователей электрической энергии, которые обладают сравнительно высокой эффективностью, управляемостью и гибкостью выполнения поставленных задач. Это относится к бортовым электротехническим комплексам, как летательных аппаратов, железнодорожного подвижного состава, так и городского общественного транспорта. Последние требуют более внимательного подхода в связи с возрастающими к ним требованиями, как по эффективности, так и по экологии.

    Интенсивное использование транспортных средств тесно связано с вопросами защиты окружающей среды. В связи с этим с каждым годом в мире все более активно развиваются различные электрические подвижные объекты. Одним из наиболее актуальных современных направлений развития электротранспорта является применение комбинированных (гибридных) или полностью электрических силовых установок, а также использование современных перспективных источников энергии.

    Однако на пути создания бесконтактных электроподвижных объектов стоят серьезные технические и экономические препятствия, а именно неразвитая инфраструктура зарядных станций, длительное время заряда и низкий ресурс аккумуляторных батарей, относительно невысокие энергетические показатели существующих накопителей энергии, отсутствие эффективных статических преобразователей, которые должны решать специфические технические задачи применительно к особенностям рассматриваемых электротехнических комплексов.

    Несмотря на значительное количество публикаций и выполненных работ, бортовые электротехнические комплексы со статическими преобразователями применительно к рассматриваемой области до последнего времени не нашли широкого применения. По существу, во-первых, это связано с отсутствием концепции, которая сочетает возможность длительного движения по маршруту бесконтактного электроподвижного объекта с относительно кратковременным восполнением электрической энергии; во-вторых, с отсутствием компактного двунаправленного конвертера напряжения с малыми потерями электрической энергии.

    В связи с этим, создание концепции бортового электротехнического комплекса, который включает статический преобразователь, обеспечивающего эффективное накопление и отдачу электрической энергии, разработка схемотехнических решений, математических и компьютерных моделей, исследование и анализ рабочих процессов силовой схемы с малыми потерями электрической энергии, практическое апробирование и опытное промышленное освоение разработанных теоретических положений является актуальной и важной научно-технической задачей.

    Целью диссертационной работы является повышение технико-экономических показателей бортовых электротехнических комплексов путем создания и внедрения двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе.

    Для достижения указанной цели комплексно решены следующие задачи: разработана концепция и структурные схемы бесконтактных подвижных объектов на базе современных технических возможностей накопителей электрической энергии;

    составлена классификация конвертеров напряжения в зависимости от построения силовых схем при учете наличия и отсутствия гальванической развязки между входом и выходом;

    разработана силовая схема двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе для бортового электротехнического комплекса;

    разработана математическая модель электромагнитных процессов в предложенной схеме двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе;

    исследованы рабочие процессы в разработанной силовой схеме двунаправленного конвертера с коммутацией при нулевом токе;

    осуществлено компьютерное моделирование электромагнитных процессов в двунаправленном конвертере с коммутацией при нулевом токе, а также кинематических и энергетических процессов предложенного бесконтактного электроподвижного объекта.

    Методы исследования. Для решения поставленных задач использованы методы теории электрических линейных и нелинейных цепей, теории электрической тяги подвижного состава. В основу теоретических исследований положен математический аппарат, включающий использование аналитических и численных методов решения дифференциальных уравнений.

    Расчеты математических моделей выполнены с использованием программного пакета Mathcad. При проведении компьютерного моделирования процессов в электроподвижном объекте и двунаправленном конвертере напряжения использована программная среда визуального моделирования CASPOC. При проектировании предложенного конвертера напряжения применена двух-/трехмерная система автоматизированного проектирования и черчения AutoCAD.

    Научная новизна. Научная новизна работы заключается в следующем:

    1 Предложена концепция и структурные схемы перспективных подвижных объектов, которые позволяют эффективно сочетать быстродействие емкостных накопителей и относительно высокую емкость аккумуляторных батарей.

    2 Разработана классификация статических конвертеров напряжения, посредством которой можно осуществлять как выбор, так и синтез новых схемотехнических решений рассматриваемого класса устройств. В

    частности была синтезирована новая силовая схема двунаправленного конвертера напряжения.

    3 Составлена математическая модель электромагнитных процессов в силовой схеме разработанного двунаправленного конвертера напряжения и кинематических, динамических и энергетических процессов бесконтактного электроподвижного объекта, которые позволяют в комплексе учитывать особенности функционирования рассматриваемого устройства применительно к предложенному бесконтактному подвижному объекту.

    4 Исследованы и проанализированы электромагнитные процессы разработанной силовой схемы двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе.

    5 Разработаны компьютерные модели предложенной схемы двунаправленного конвертера напряжения, кинематических и энергетических процессов бесконтактного подвижного объекта, которые позволяют быстро и с относительно высокой точностью проводить исследования рабочих процессов при широком диапазоне изменения исходных данных.

    Практическая значимость работы:

    1 Разработанное новое схемотехническое решение построения силовой части двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе обеспечивает повышение энергоэффективности устройства за счет снижения на 15… 17 % тепловых потерь в силовых полупроводниковых приборах.

    2 Проведенный анализ рабочих процессов в разработанной схеме двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе позволяет оценить основные характеристики и свойства предложенного устройства.

    3 Компьютерное моделирование кинематических, динамических и энергетических процессов электроподвижного объекта дает возможность определить рациональное соотношение параметров между емкостным и химическим накопителем электрической энергии, а также параметры системы управления подвижного объекта с целью формирования закона управления полупроводниковыми приборами в двунаправленном конвертере напряжения, входящим в состав бортового электротехнического комплекса.

    4 Проведенное компьютерное моделирование разработанного двунаправленного конвертера напряжения позволяет осуществлять выбор параметров силовых элементов устройства для технической реализации.

    5 Разработанную силовую схему конвертера напряжения целесообразно использовать при необходимости эффективной передачи электрической энергии в прямом и обратном направлении, в частности в бортовых электротехнических комплексах перспективных полностью электрифицированных самолетов в цепях разряда и заряда аккумуляторных батарей.

    Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в серийное производство статических преобразователей собственных нужд ПСН100 У2 на предприятии ООО «Трансконвертер». Преобразователи собственных нужд ПСН 100 У2, прошедшие приемочные и сертификационные испытания в Испытательном центре железнодорожной техники ВНИИЖТ РФ (г. Щербинка), в настоящее время успешно эксплуатируются в составе 15 магистральных пассажирских электровозов серии ЭП2К на Западно-сибирской железной дороге

    Помимо этого предложенные в результате выполнения диссертационной работы схемотехнические решения силовой части и полученные выражения для определения основных параметров силовых элементов использованы при разработке и выпуске статических преобразователей ПС70 УХЛ4*, предназначенных для проведения испытаний тяговых трехфазных асинхронных двигателей грузовых электровоза.

    Результаты диссертационной работы внедрены в учебных курсах «Преобразовательная техника электротехнических комплексов» (специальность 1810) и «Силовая электроника» (специальность 181002), включая курсовое проектирование соответствующих учебных дисциплин.

    Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 15-ой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (МЭИ, г.Москва, 2009), научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (г. Одесса, Украина, 2009 г.), на международной конференции Power Conversion, Intelligent Motion and Power Quality (г.Нюрнберг, 2010 г.), на конференции «Проблемы повышения энергоэффективности и надежности электрических сетей и систем электроснабжения предприятий нефти и газа» (СамГТУ, г. Самара, 2010 г.), на научно-практической конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке транспорте, производстве и образовании» (г. Одесса, Украина, 2011 г.) и на международной конференции Power Conversion, Intelligent Motion and Power Quality (г. Нюрнберг, 2011 г.).

    Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, среди них 3 — в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Получен 1 патент РФ на изобретение.

    Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемых источников и приложения. Основная часть работы содержит 175 машинописных страниц, в том числе 59 рисунков и 24 таблицы. Список используемых источников включает 167 наименований. Общий объем работы — 207 страниц.

    Краткое содержание работы

    Во введении обоснована актуальность выбора темы диссертационной работы, проведен анализ литературы, определена научная новизна и практическая ценность, а также дана общая характеристика работы.

    В первой главе проведен анализ состояния существующих электроподвижных объектов, рассмотрены современные накопители электрической энергии для электроподвижных объектов. Обоснован выбор электрохимических накопителей на базе аккумуляторных батарей и емкостных накопителей на базе ультра-конденсаторов для автономного энергоснабжения электроподвижного объекта (ЭПО). Исходя из свойств этих видов накопителей, сделан вывод о целесообразности совместного их использования с разграничением области их применения на ЭПО. Также в первой главе предложена концепция бесконтактного электрического подвижного объекта (БЭПО) и разработаны структурные схемы построения системы его электроснабжения.

    Предложенная концепция БЭПО позволяет:

    исключить применения контактной сети, что обеспечивает повышение маневренности ЭПО, увеличение надежности и снижение стоимости его системы электроснабжения за счет отказа от использования воздушных проводов и опор;

    снизить потери электрической энергии благодаря применению ультра-конденсаторов при разгоне ЭПО;

    повысить экономию электрической энергии вследствие эффективного приема рекуперированной энергии в ЕН;

    снизить массу накопителей энергии благодаря комбинированию емкостного накопителя с аккумуляторной батареей;

    повысить готовность ЭПО вследствие быстрой автоматической замены АБ и заряда ее вне транспортного средства;

    уменьшить требуемую емкость и массу ЕН благодаря быстрому подзаряду ультра-конденсаторов на линейных остановках.25{ат ~атг1ар)

    V

    где 5 — заданное расстояние между остановками;

    Т- заданная длительность движения ЭПО между остановками;

    ар и ат — заданные ускорения разгона и торможения ЭПО.

    Полученная система уравнений позволяет при заданных значениях расстояния 5 и длительности Т между остановками, а также при заданных величинах ускорения разгона ар и торможения ат вычислить временные характеристики перемещения и скорости движения и на их основе определить временную характеристику кинетической энергии ЭПО.

    Разработана математическая модель динамических и энергетических процессов движения ЭПО, которая при заданных исходных данных отражает во времени характер движения подвижного объекта, его динамические и энергетические характеристики (действующие силы, мощности и энергии, соответствующие режимам разгона, движения и торможения):

    при / = [/г,Г],

    где 5 — коэффициент приведенной массы ЭПО.

    Полученная система уравнений позволяет при заданных значениях расстояния 5 и длительности Т между остановками, а также при заданных величинах ускорения разгона ар и торможения ат вычислить кинетическую энергию ЭПО в любой момент движения подвижного объекта.- при1 = [1Т, Т],

    где С], Ср и Сд — вспомогательные коэффициенты.

    Анализ полученных выражений показал, что с энергетической точки зрения рационально, чтобы ЭПО имел максимально допустимые значения ускорения разгона и торможения. При этом с точки зрения функционирования источник питания ЭПО в режиме разгона и торможения за относительно короткое время должен иметь возможность принимать и отдавать сравнительно большие мощности электрической энергии.

    В третьей главе рассмотрены современные принципы построения конвертеров напряжения и составлена классификация данного класса устройств.

    Анализ технической литературы показывает, что сравнительно лучшие энергетические характеристики и меньшие значения установленной мощности полупроводниковых приборов, реакторов и конденсаторов имеют конвертеры напряжения, в которых большее время происходит передача электрической энергии на выход устройства и, особенно, при непосредственном поступлении ее от входного источника питания. С данной точки зрения наилучшими массогабаритными показателями в первую очередь обладают прямоходовые конвертеры напряжения с гальванической связью (ПКНГС), а во вторую очередь — неинвертирующие обратноходовые конвертеры напряжения с гальванической связью входного и выходного напряжений (ОКНГС).

    Для перспективного БЭПО целесообразно синтезировать силовую схему двунаправленного конвертера напряжения (ДКН), которая будет по функциональным возможностям совмещать принципы построения устройства типа ПКНГС и неинвертирующего ОКНГС при использовании общей дополнительной коммутирующей цепи, обеспечивающей выключения силового полупроводникового ключа при нулевых значениях тока.

    В связи с этим предложена силовая схема двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе (ДККНТ). Электрическая схема ДККНТ представлена на рисунке 1. Данное устройство представляет собой сочетание встречно включенных ПКНГС и неинвертирующего ОКГНС и вспомогательного контура, обеспечивающего запирание силового транзистора при нулевом токе.

    К>1

    Л.Г

    Ъ

    Jутз _|| Цулз

    ■ ТГ1

    а

    ? 21 их

    С2

    На

    Рисунок 1 — Электрическая схема силовой части ДККНТ

    Основной контур ДККНТ содержит:

    последовательный силовой ЮВТ-транзистор УТ] с обратным силовым диодом УВ1;

    параллельный силовой ШВТ-транзистор УТ2 с обратным силовым диодом У02;

    первичную (основную) обмотку \\>) трансреактора ТУ1; входной силовой конденсатор С1\ выходной силовой конденсатор С2.

    В состав вспомогательного контура входят следующие элементы: вторичная (дополнительная) обмотка м>2 трансреактора 7У2; вспомогательный ЮВТ-транзистор УТЗ с обратным диодом УЭЗ; вспомогательный конденсатор СЗ вторичного контура.

    Схема ДККНТ работает в режимах прямой и реверсивной передачи энергии. Эти режимы в общем случае протекают раздельно во времени и, следовательно, могут быть рассмотрены независимо друг от друга.

    В режиме прямой передачи энергии ДККНТ передает энергию от входа со стороны конденсатора С1, стабилизируя и понижая напряжение на выходе устройства до требуемого уровня.

    В реверсивном режиме к рассматриваемому конвертеру со стороны конденсатора С2 подключен источник напряжения, а нагрузка — к коллектору транзистора УТ1. При этом ДККНТ осуществляет повышение уровня напряжения постоянного тока. Таким образом, при использовании ДККНТ в элекгроподвижном объекте силовая схема предложенного устройства в

    реверсивном режиме может обеспечивать рекуперацию кинетической энергии при торможении транспортного средства.

    Вторичный контур ДККНТ задействован в обоих режимах, позволяя коммутировать либо силовой транзистор УТ1, либо силовой транзистор УТ2 с минимальными динамическими потерями.

    Принцип работы ДККНТ в прямом режиме поясняется с помощью эпюр токов и напряжений, представленных на рис. 2,

    где иут — управляющий сигнал силового транзистора УТ1\

    иупз — управляющий сигнал вспомогательного УТЗ;

    /„; — ток, протекающий в первичной обмотке трансреактора ТУ1\

    1„2 — ток протекающий во вторичной обмотке трансреактора ТУ1;

    1ут1 — ток, протекающий через силовой транзистор УТ1;

    исз — напряжение на вспомогательном конденсаторе СЗ.

    На всем интервале времени работы устройства в режиме прямой передачи энергии параллельный транзистор УТ2 не задействован и находится в выключенном состоянии. В этом режиме процессы в схеме ДККНТ протекают следующим образом.

    До момента времени 10 схема находится в состоянии отдачи накопленной в индуктивности трансреактора ТУ! энергии в нагрузку.

    В начальный момент времени периода работы схемы подают управляющий сигнал на затвор последовательного транзистора УТ1 основного контура. В результате образуются два контура для протекания тока. В первом контуре ток протекает от входного источника напряжения через открытый последовательный транзистор УТ1, первичную обмотку ш, трансреактора ТУ1, выходной силовой конденсатор С2 и нагрузку. При этом в индуктивности первичной обмотки трансреактора происходит накопление электромагнитной энергии. Диод У02 заперт под воздействием приложенного к нему обратного напряжения.

    Во вспомогательном контуре, образованном вторичной обмоткой трансреактора ТУ1, вспомогательным конденсатором СЗ и открытым диодом УБЗ начинается колебательный процесс, сопровождаемый разрядом и перезарядом конденсатора СЗ. При этом ток постепенно возрастает и уменьшается до нуля.

    В момент времени когда конденсатор СЗ заряжается до максимального значения напряжения, ток вспомогательного контура достигает нуля, а вспомогательный диод УОЗ переходит в непроводящее состояние.

    Рисунок 2 — Эпюры токов и напряжений силовой схемы ДККНТ в прямом

    режиме

    На интервале от (, до 12 схема ДККНТ осуществляет накопление в индуктивности первичной обмотки трансреактора энергии, поступающей от входного источника напряжения. Ток протекает через единственный контур, образованный включенным силовым транзистором УТ1, первичной обмоткой трансреактора ТУ1, выходным силовым конденсатором С2 и нагрузкой.

    В момент времени 12 под воздействием управляющего сигнала происходит отпирание вспомогательного транзистора УТЗ. Во вспомогательном контуре на этом интервале протекает вторая половина резонансного процесса, в результате которого происходит разряд и перезаряд вспомогательного конденсатора СЗ.

    В момент времени С входной ток меняет свой знак на противоположный, в результате чего отпирается диод КО/. Таким образом, создаются условия для запирания основного силового транзистора УТ1 при нулевом токе через него.

    Управляющий сигнал снимают с транзистора VTI до наступления момента времени t3.

    В момент времени t3 ток через диод VDI достигает нуля, после чего диод закрывается, а промежуточное звено постоянного тока оказывается отключенным от схемы ДККНТ. В результате этого ток, накопленный в индуктивности трансреактора, протекает во вспомогательном контуре. При этом ток нагрузки поддерживается за счет запасенной в выходном конденсаторе С2 энергии электростатического поля.

    В момент времени t4 значение напряжения на вспомогательном конденсаторе превышает напряжение -IIсг, в результате чего параллельный силовой диод VD2 переходит в состояние проводимости и вновь образуются два контура протекания тока. В основном контуре начинается процесс передачи накопленной в индуктивности первичной обмотки трансреактора TV1 электромагнитной энергии в нагрузки. Ток основного контура протекает через диод VD2, первичную обмотку трансреактора, выходной конденсатор С2 и цепь нагрузки.

    Во вспомогательном контуре возобновляется колебательный процесс, при котором происходит разряд вспомогательного конденсатора СЗ, длящийся до момента времени /». В этот момент ток вспомогательного контура достигает нуля и начинает протекать через обратный диод VD3. Соответственно, созданы условия для «мягкого» запирания вспомогательного транзистора VT3, который выключают до наступления момента времени (¡.

    В момент времени ts ток вспомогательного контура спадает до нуля, в результате чего вспомогательный диод оказывается запертым. На интервале от этого момента и до конца периода работы конвертера остается один, основной, контур протекания тока, работа которого аналогична режиму отдачи энергии ПКНГС. Момент начала нового периода работы обозначен как t6.

    Таким образом, протекание в схеме ДККНТ колебательного процесса, обусловленного наличием вспомогательного контура на стороне вторичной обмотки трансреактора TV1, позволяет запирать силовой транзистор VTI основного контура при нулевом токе, снижая тем самым коммутационные потери в полупроводниковом приборе.

    В реверсивном режиме работы схемы ДККНТ дозированная передача энергии и повышение уровня напряжения осуществляется за счет управления параллельным силовым транзистором VT2. Вспомогательный контур, аналогично прямому режиму ДККНТ, служит для коммутации силового транзистора схемы при нулевом токе. Во время всей длительности режима реверсивной передачи энергии последовательный транзистор VT1 находится в выключенном состоянии.

    Эпюры, поясняющие принцип работы ДККНТ в этом режиме, представлены на рис. 3,

    где UyVT2 ~ управляющий сигнал силового транзистора VT2;

    lex — ток, потребляемый от ПЗ БЭПО;

    13

    /еих — ток, протекающий через силовой диод УБ1, и отдаваемый в нагрузку и силовой конденсатор С Г,

    1ут2 — ток, протекающий через силовой транзистор УТ2.

    -

    1

    1

    _ Л А /

    — / /Л

    Л /

    \

    \ \ / -!!-

    <о ‘г» и и ‘» Н Ч

    Рисунок 3 — Эпюры напряжений и токов силовой схемы ДККНТ в реверсивном

    режиме

    В начальный момент времени /0 включают параллельный силовой транзистор УТ2. ток вспомогательного контура достигает нуля, что приводит к переходу вспомогательного диода УБЗ в непроводящее состояние. При этом остается один контур для протекания тока, образованный входным источником напряжения, первичной обмоткой трансреактора и открытым параллельным силовым транзистором УТ2. В результате продолжается процесс накопления электромагнитной энергии в индуктивности трансреактора ТУ1.

    В момент времени 12 поступает управляющий сигнал на открытие вспомогательного транзистора УТЗ. Образуются два контура протекания тока. В первом контуре ток продолжает протекать через первичную обмотку трансреактора и открытый транзистор УТ2. В момент времени /’ ток основного контура меняет свой знак, в результате чего обратный диод У02 переходит в проводящее состояние.

    Во вспомогательном контуре протекает вторая половина резонансного процесса разряда и перезаряда вспомогательного конденсатора СЗ.

    В момент /’ созданы условия для выключения силового транзистора УТ2 при нулевом токе. Данное состояние продолжается до момента времени /¡, когда ток основного контура достигает нуля, что приводит к запиранию диода УВ2. Таким образом, управляющий сигнал с затвора силового параллельного транзистора УТ2 снимают на интервале от /’ до /3.

    В момент времени 13 обратный диод УВ2 основного контура переходит в непроводящее состояние. Остается один контур протекания тока, образованный элементами вспомогательного контура — вторичной обмоткой трансреактора ТУ1, конденсатором СЗ и открытым транзистором УТЗ. При этом энергия, запасенная в индуктивности трансреактора, идет на заряд вспомогательного конденсатора СЗ.

    В момент времени ¡4 напряжение на конденсаторе СЗ превышает значение (]а — 11с2, в результате чего созданы условия для открытия силового диода Г£>/. В основном контуре, образованном входным источником, индуктивностью первичной обмотки трансреактора, открытым диодом УШ и силовым конденсатором С/, происходит отдача запасенной в индуктивности трансреактора ТУ1 энергии в нагрузку на стороне конденсатора С1.

    Во вспомогательном контуре продолжается резонансный процесс, в течение которого вспомогательный конденсатор СЗ заряжается до некоторого максимального значения и начинает разряжаться, что сопровождается уменьшением значения тока ¡„2- В момент времени /» ток вспомогательного контура достигает нуля, меняет свой знак и начинает протекать через вспомогательный диод УОЗ. Таким образом, вспомогательный транзистор УТЗ может быть выключен при нулевом токе через него. Такие условия имеют место до момента времени 15, когда ток спадет до нуля, и диод УОЗ перейдет в непроводящее состояние.

    На интервале времени от /5 до ток протекает только в основном контуре: от источника напряжения на стороне конденсатора С2, через первичную обмотку трансреактора ТУ1, открытый силовой диод УВ1 в

    15

    выходную цепь, образованную силовым конденсатором С1 и элементами нагрузки. Таким образом, происходит отдача накопленной в индуктивности трансреактора электромагнитной энергии в нагрузку.

    В момент времени /б с поступлением управляющего сигнала на затвор силового транзистора УТ2 наступает новый период работы схемы.

    В реверсивном режиме рассматриваемое устройство позволяет осуществлять дозированную передачу электрической энергии (например, рекуперированной энергии торможения электроподвижного объекта) в нагрузку. При этом благодаря наличию вспомогательного контура и протекающему в нем колебательному процессу силовой транзистор УТ2 запирается в момент времени, когда ток через него равен нулю.

    Таким образом, разработанная силовая схема ДККНТ обладает возможностью двунаправленной передачи электрической энергии и обеспечивает нулевую коммутацию силовых транзисторов.

    Для исследования и анализа работы ДККНТ, определения и оценки его характеристик, выбора параметров элементов, как основного, так и вспомогательного контуров разработана эквивалентная схема замещения силовой схемы (рисунок 4).

    т

    Ф’

    УТ1 >ш

    \ 1Ю2

    Рисунок 4 — Эквивалентная схема замещения ДККНТ

    На основе эквивалентной схемы разработана математическая модель ДККНТ:

    ивх-ивЫх=ит«>у(>+иы®+и1.,,®-

    и

    « = -»ужМ-Сувг <‘)+«м«)+%(0.

    где 1вх (О — ток, потребляемый от входного источника ивх;

    16

    (1) (2)

    (3)

    (4)

    (5)

    (6)

    Ч-тО) — ток, протекающий через обратный силовой диод 1’Ъ2\ ‘ы(>I) ~ ток, протекающий через индуктивность рассеяния трансреактора ТУГ,

    11 — ток, протекающий через индуктивность намагничивания трансреактора ТУ1;

    >вых(0 — ток, протекающий через источник постоянного напряжения СГеых; /„ — ток нагрузки;

    иупО) — напряжение на силовом транзисторе УТ1; Ц(т(0 ~ напряжение на обратном диоде УБ2; иы(<) — ЭДС самоиндукции индуктивности и’шО) ~ ЭДС самоиндукции индуктивности

    Оп(() — коммутационная функция основного полупроводникового комплекта УТ1 и УО];

    Ол(1) — коммутационная функция вспомогательного контура коммутации;

    СуигО) — коммутационная функция обратного диода УВ2;

    бДО.—

    >

    <1и’сзС)

    Л,(‘) = С з

    Л

    со(/) = |° при непроводящем состоянии основного контура коммутации при проводящем состоянии основного контура коммутации

    <3„ (<)=при непроводящем состоянии основного контура коммутации при проводящем состоянии основного контура коммутации

    [о при непроводящем состоянии вспомогательного контура (г)=| коммутации

    I1 при проводящем состоянии вспомогательного контура коммутации

    II при непроводящем состоянии вспомогательного контура коммутации

    0 при проводящем состоянии вспомогательного контура коммутации

    сгог(‘)=| ПРИ закРЫТ0М состоянии обратного силового диода У02 при открытом состоянии обратного силового диода УВ2

    Сии(/)=| при закрытом состоянии обратного силового диода УБ2 при открытом состоянии обратного силового диода УВ2

    В свою очередь данные коммутационные функции выражаются через коммутационные функции транзисторов УТ1 и УТЗ и диодов УБ1 и УЛЗ следующим образом:

    >

    где

    ■ при закрытом состоянии силового транзистора УТ1 при открытом состоянии силового транзистора УТ1

    , _ { при закрытом состоянии вспомогательного транзистора УТЗ I при открытом состоянии вспомогательного транзистора УТЗ

    П_Г при закрытом состоянии диода Уй1

    «ил VI-у

    при открытом состоянии диода УЭ1

    п _ { при закрытом состоянии диода УОЗ

    «гоэ V) ~ 1

    1 при открытом состоянии диода УОЗ

    Для упрощения операций с коммутационными функциями полупроводниковых приборов схемы введен вектор состояний в, который описывается следующим выражением:

    (О б= а„

    Коммутация ключей в соответствии со значениями вектора состояний С носит периодический характер и вызывает соединение схем элементов ДККНТ в различных комбинациях. На межкоммутационных интервалах схемы различаются топологией и элементами отдельных ветвей.

    Для рассмотрения рабочих процессов ДККНТ в режиме прямой передачи энергии один период работы схемы в соответствии с выбранным методом разбит на шесть интервалов, в течение каждого из которых вектор состояний в постоянен, а коммутации происходят на границах этих интервалов. Для каждого интервала составлена эквивалентная схема замещения.

    В результате проведенного поинтервального исследования функционирования ДККНТ в режиме прямой передачи энергии в соответствии с системой уравнений (1)…(6) получены выражения для каждого интервала времени периода работы, описывающие электромагнитные процессы в схеме.

    В четвертой главе приведены результаты компьютерного моделирования и экспериментальных исследований двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе.

    Применительно к моделированию процессов в БЭПО, сочетающего электронные и электромеханические устройства, программный продукт Саэрос принят для составления компьютерной модели БЭПО.

    Компьютерная модель БЭПО в программной среде СА8РОС представлена на рисунке 5.

    Рисунок 5 — Компьютерная модель БЭПО

    Для исследования рабочих процессов и характеристик ДККНТ в режиме прямой передачи энергии, а также с целью проверки полученного математического описания схемы, в среде Саэрос разработана компьютерная модель данного конвертера, представленная на рисунке 6.

    Рисунок 6 — Компьютерная модель ДККНТ в среде САБРОС

    Для проведения экспериментальных исследований с целью оценки достоверности полученных теоретических положений и математического описания рабочих процессов в части предложенной силовой схемы ДККНТ был разработан экспериментальный образец устройства (рисунок 7).

    Рисунок 7 — Экспериментальный образец ДККНТ

    В таблице 1 представлены экспериментальные результаты относительных потерь мощности Р* и перепада температур ЛТР радиатора охлаждения экспериментального образца при номинальной нагрузке и функционировании силовой схемы как конвертер напряжения типа ДККНТ, ПКНСГ и ОКРСГ. Представленные данные как в прямом виде посредством сравнения Р*, так и косвенным образом при сравнении АТР подтверждают энергетическую эффективность предложенной силовой схемы ДККНТ по сравнению с другими типами конвертеров напряжения.

    Таблица 1

    № п/п Тип конвертера напряжения р* лтр

    1 ПКНГС 0,081 36

    2 ОКНГС 0,083 37

    3 ДККНТ 0,072 32

    Посредством разработанного макетного образца были экспериментально исследованы временные диаграммы токов и напряжений на силовых и вспомогательных элементах ДККНТ при прямом и реверсивном режимах работы, определены максимальные значения токов, протекающих как по вспомогательному, так и по силовым транзисторам, установлены потери мощности в основных полупроводниковых приборах и т.п. Экспериментальные исследования подтвердили работоспособность предложенной силовой схемы и достоверность полученных теоретических результатов.

    Основные результаты работы:

    1 Предложена концепция и структурные схемы бесконтактного электрического подвижного объекта, позволяющие решить проблемы существующих видов электрического транспорта путем отказа от контактной сети и сочетания бортовых автономных источников питания — аккумуляторной батареи с емкостным накопителем электрической энергии, а также повысить эффективность предложенного транспортного средства за счет применения разработанного двунаправленного конвертера напряжения.

    2 Разработана силовая схема двунаправленного конвертера напряжения с коммутацией при нулевом токе, который является основным звеном передачи электрической энергии в электротехническом комплексе бесконтактного электроподвижного объекта и характеризуется снижением динамических потерь до 17 % в полупроводниковых приборах за счет их коммутации при нулевых токах.

    3 Составлены математическая и компьютерная модели движения электроподвижного объекта, учитывающие кинематические, динамические и энергетические процессы в предложенном транспортном средстве, которые имеют максимальное расхождение между результатами компьютерного моделирования и расчета не более 0,24 %.

    4 Получено математическое описание и проведен анализ электромагнитных процессов в двунаправленном конвертере напряжения. Разработанная компьютерная модель дает возможность провести изучение и анализ работы силовой схемы в режиме реального времени при изменяющихся входных и выходных параметрах.

    5 Разработана опытная модель двунаправленного конвертера напряжения и проведены экспериментальные исследования процессов, протекающих в схеме, которые подтвердили, что снижение потерь в силовых полупроводниковых приборах данного устройства благодаря их коммутации при нулевом токе составляет 15… 17 %. Полученные в результате испытаний данные подтвердили правильность выполненных теоретических исследований.

    6 Результаты исследований, полученных в ходе выполнения диссертационной работы, и разработанные схемотехнические решения успешно реализованы в серийном выпуске 30 шт. преобразователей собственных нужд ПСН100 У2 и 2 шт. стендовых преобразователей ПС70 УХЛ4* на предприятии ООО «Трансконвертер». Помимо этого полученные теоретические положения внедрены в учебных курсах «Преобразовательная техника электротехнических комплексов» и «Силовая электроника», включая курсовое проектирование соответствующих дисциплин.

    7 Разработанная силовая схема конвертера напряжения позволяет осуществлять эффективную передачу электрической энергии в прямом и обратном направлении, в том числе в составе бортовых электротехнических комплексов полностью электрифицированных самолетов в цепях разряда и заряда аккумуляторных батарей.

    Основные положения диссертации нашли отражение в работах

    1 Ниткин Д. А. Двунаправленный конвертор напряжения с коммутацией при нулевом токе. / 15-я международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» — М.: МЭИ, 2009. — с. 196… 197.

    2 Ниткин Д. А., Петрашевская А. А. Трехфазные инверторы напряжения / Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте. — Одесса: Черноморье, т. 3,2009. — с. 29…39.

    3 Nitkin D. Contactless Electric Vehicle with Bidirectional DC-DC Converter- Proceedings PCIM Europe, 2010. -Nuremberg, 2010. — p. 1107… 1112.

    4 Ниткин Д. А., Шергин В. E., Петрашевская А. А. Внедрение системы резервирования статических преобразователей по входному высокому напряжению. — Ростов-на-Дону: Вестник РГУПС, №2 (38), 2010. — с. 105… 111.

    5 Ниткин Д. А., Скороход Ю. Ю., Петрашевская А. А. Высоковольтный преобразователь для питания станций катодной защиты и управления газо- и нефтепроводов. — Новочеркасск: ЮРГТУ, Электромеханика, №2,2011.

    6 Ниткин Д. А. Математическая модель электромагнитных процессов в силовой схеме двунаправленного конвертора напряжения. — Ростов-на-Дону: Вестник РГУПС, № 3 (43), 2011.

    7 Ниткин Д. А., Петрашевская А. А., Вольский С. И. Концепция бесконтактного электрического подвижного объекта. / Современные направления теоретических и прикладных исследований. — Одесса: Черноморье, 2011.-е. 68…76.

    Преобразователи напряжения. Виды и устройство. Работа

    Преобразователем напряжения называется устройство, которое изменяет вольтаж цепи. Это электронный прибор, который используется для изменения величины входного напряжения устройства. Преобразователи напряжения могут повышать или понижать входное напряжение, в том числе менять величину и частоту первоначального напряжения.

    Необходимость применения данного устройства преимущественно возникает в случаях, когда необходимо использовать какой-либо электрический прибор в местах, где невозможно использовать имеющиеся стандарты или возможности электроснабжения. Преобразователи могут использоваться в виде отдельного устройства либо входить в состав систем бесперебойного питания и источников электрической энергии. Они широко применяются во многих областях промышленности, в быту и других отраслях.

    Устройство

    Для преобразования одного уровня напряжения в иное часто используют импульсные преобразователи напряжения с применением индуктивных накопителей энергии. Согласно этому известно три типа схем преобразователей:

    • Инвертирующие.
    • Повышающие.
    • Понижающие.
    Общими для указанных видов преобразователей являются пять элементов:
    • Ключевой коммутирующий элемент.
    • Источник питания.
    • Индуктивный накопитель энергии (дроссель, катушка индуктивности).
    • Конденсатор фильтра, который включен параллельно сопротивлению нагрузки.
    • Блокировочный диод.

    Включение указанных пяти элементов в разных сочетаниях дает возможность создать любой из перечисленных типов импульсных преобразователей.

    Регулирование уровня выходящего напряжения преобразователя обеспечивается изменением ширины импульсов, которые управляют работой ключевого коммутирующего элемента. Стабилизация выходного напряжения создается методом обратной связи: изменение выходного напряжения создает автоматическое изменение ширины импульсов.

    Типичным представителем преобразователя напряжения также является трансформатор. Он преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения. Данное свойство трансформатора широко применяется в радиоэлектронике и электротехнике.

    Устройство трансформатора включает следующие элементы:
    • Магнитопровод.
    • Первичная и вторичная обмотка.
    • Каркас для обмоток.
    • Изоляция.
    • Система охлаждения.
    • Другие элементы (для доступа к выводам обмоток, монтажа, защиты трансформатора и так далее).

    Напряжение, которое будет выдавать трансформатор на вторичной обмотке, будет зависеть от витков, которые имеются на первичной и вторичной обмотке.

    Существуют и другие виды преобразователей напряжения, которые имеют иную конструкцию. Их устройство в большинстве случаев выполнено на полупроводниковых элементах, так как они обеспечивают значительный коэффициент полезного действия.

    Принцип действия

    Преобразователь напряжение вырабатывает напряжение питания необходимой величины из иного питающего напряжения, к примеру, для питания определенной аппаратуры от аккумулятора. Одним из главных требований, которые предъявляются к преобразователю, является обеспечение максимального коэффициента полезного действия.

    Преобразование переменного напряжения легко можно выполнить при помощи трансформатора, вследствие чего подобные преобразователи постоянного напряжения часто создаются на базе промежуточного преобразования постоянного напряжения в переменное.
    • Мощный генератор переменного напряжения, который питается от источника исходного постоянного напряжения, соединяется с первичной обмоткой трансформатора.
    • Переменное напряжение необходимой величины снимается с вторичной обмотки, которое потом выпрямляется.
    • В случае необходимости постоянное выходное напряжение выпрямителя стабилизируется при помощи стабилизатора, который включен на выходе выпрямителя, либо с помощью управления параметрами переменного напряжения, которое вырабатывается генератором.
    • Для получения высокого кпд в преобразователях напряжения используются генераторы, которые работают в ключевом режиме и вырабатывают напряжение с использованием логических схем.
    • Выходные транзисторы генератора, которые коммутируют напряжение на первичной обмотке, переходят из закрытого состояния (ток не течет через транзистор) в состояние насыщения, где на транзисторе падает напряжение.
    • В преобразователях напряжения высоковольтных источников питания в большинстве случаев применяется эдс самоиндукции, которая создается на индуктивности в случаях резкого прерывания тока. В качестве прерывателя тока работает транзистор, а первичная обмотка повышающего трансформатора выступает индуктивностью. Выходное напряжение создается на вторичной обмотке и выпрямляется. Подобные схемы способны вырабатывать напряжение до нескольких десятков кВ. Их часто применяют для питания электронно-лучевых трубок, кинескопов и так далее. При этом обеспечивается кпд выше 80%.
    Виды

    Преобразователи можно классифицировать по ряду направлений.

    Преобразователи напряжения постоянного тока:
    • Регуляторы напряжения.
    • Преобразователи уровня напряжения.
    • Линейный стабилизатор напряжения.
    Преобразователи переменного тока в постоянный:
    • Импульсные стабилизаторы напряжения.
    • Блоки питания.
    • Выпрямители.
    Преобразователи постоянного тока в переменный:
    Преобразователи переменного напряжения:
    • Трансформаторы переменной частоты.
    • Преобразователи частоты и формы напряжения.
    • Регуляторы напряжения.
    • Преобразователи напряжения.
    • Трансформаторы разного рода.
    Преобразователи напряжения в электронике в соответствии с конструкцией также делятся на следующие типы:
    • На пьезоэлектрических трансформаторах.
    • Автогенераторные.
    • Трансформаторные с импульсным возбуждением.
    • Импульсные источники питания.
    • Импульсные преобразователи.
    • Мультиплексорные.
    • С коммутируемыми конденсаторами.
    • Бестрансформаторные конденсаторные.
    Особенности
    • При отсутствии ограничений по объему и массе, а также при высоком значении питающего напряжения преобразователи рационально использовать на тиристорах.
    • Полупроводниковые преобразователи на тиристорах и транзисторах могу быть регулируемыми и нерегулируемыми. При этом регулируемые преобразователи могут применяться как стабилизаторы переменного и постоянного напряжения.
    • По способу возбуждения колебаний в устройстве могут быть схемы с независимым возбуждением и самовозбуждением. Схемы с независимым возбуждением выполняются из усилителя мощности и задающего генератора. Импульсы с выхода генератора направляются на вход усилителя мощности, что позволяет управлять им. Схемы с самовозбуждением – это импульсные автогенераторы.

    Применение
    • Для распределения и передачи электрической энергии. На электростанциях генераторы переменного тока обычно вырабатывается энергия напряжением 6—24 кВ. Для передачи энергии на дальние расстояния выгодно использовать большее напряжение. Вследствие этого на каждой электростанции ставят трансформаторы, повышающие напряжение.
    • Для различных технологических целей: электротермических установок (электропечные трансформаторы), сварки (сварочные трансформаторы) и так далее.
    • Для питания различных цепей;

    — автоматики в телемеханике, устройств связи, электробытовых приборов;
    — радио- и телевизионной аппаратуры.

    Для разделения электрических цепей данных устройств, в том числе согласования напряжений и так далее. Трансформаторы, применяемые в данных устройствах, в большинстве случаев имеют малую мощность и невысокое напряжение.

    • Преобразователи напряжения практически всех типов широко применяются в быту. Блоки питания многих бытовых приборов, сложных электронных устройств, инверторные блоки широко используются для обеспечения требуемого напряжения и обеспечения автономного энергоснабжения. К примеру, это может быть инвертор, который может быть использован для аварийного или резервного источника питания бытовых приборов (телевизор, электроинструмент, кухонная техника и так далее), потребляющих переменный ток напряжением 220 Вольт.
    • Наиболее дорогими и востребованными в медицине, энергетике, военной сфере, науке и промышленности являются преобразователи, которые имеют выходное переменное напряжение с чистой формой синусоиды. Подобная форма пригодна для работы устройств и приборов, которые имеют повышенную чувствительность к сигналу. К ним можно отнести измерительную и медицинскую аппаратуру, электрические насосы, газовые котлы и холодильники, то есть оборудование, в составе которых имеются электромоторы. Преобразователи часто необходимы и для продления времени службы оборудования.
    Достоинства и недостатки
    К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:
    • Обеспечение контроля входного и выходного режима тока. Эти устройства трансформируют переменный ток в постоянный, служат в качестве распределителей напряжения постоянного тока и трансформаторов. Поэтому их часто можно встретить в производстве и быту.
    • Конструкция большинства современных преобразователей напряжения имеет возможность переключения между разным входным и выходным напряжением, в том числе предполагает выполнение подстройки выходного напряжения. Это позволяет подбирать преобразователь напряжения под конкретный прибор или подключаемую нагрузку.
    • Компактность и легкость бытовых преобразователей напряжения, к примеру, автомобильных преобразователей. Они миниатюрны и не занимают много места.
    • Экономичность. КПД преобразователей напряжения достигает 90%, благодаря чему существенно экономится энергия.
    • Удобство и универсальность. Преобразователи позволяют подключать быстро и легко любой электроприбор.
    • Возможность передачи электроэнергии на дальние расстояния благодаря повышению напряжения и так далее.
    • Обеспечение надежной работы критических узлов: охранных систем, освещения, насосов, котлов отопления, научного и военного оборудования и так далее.
    К недостаткам преобразователей напряжения можно отнести:
    • Восприимчивость преобразователей напряжения к повышенной влажности (кроме преобразователей, специально созданных для работы на водном транспорте).
    • Занимают некоторое место.
    • Сравнительно высокая цена.
    Похожие темы:

    Кислородный конвертер. Устройство кислородного конвертера. Конструкция и схема кислородного конвертера. Производство стали в кислородных конвертерах.

    Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

    Первые опыты в 1933-1934 – Мозговой. В промышленных масштабах – в 1952-1953 на заводах в Линце и Донавице (Австрия) – получил название ЛД-процесс. В настоящее время способ является основным в массовом производстве стали.

    Кислородный конвертер – сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

    Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит Al2O3 и плавиковый шпат CaF2 для разжижения шлака.

    Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

    После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют.

    Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап (рисунок, позиция а), заливают чугун при температуре 1250…1400 0C (рисунок, позиция б). После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рисунок, позиция в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через нее подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении. Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рисунок, позиция г), где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рисунок, позиция д).

    Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера.

    Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).

    В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали.

    Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

    Электрическая емкость: определение, формулы, единицы измерения

    В электротехнике часто встречается понятие ёмкости. При этом речь идёт не о ведре или другом сосуде, а об электрической ёмкости проводника, аккумулятора и конденсатора. Путать эти понятия нельзя. В этой статье мы разберемся, что такое электрическая ёмкость, от чего она зависит и в каких единицах измеряется.

    Определение

    Для проводников электрической ёмкостью называется величина, которая характеризует способность тела накапливать электрический заряд. Это и есть её физический смысл. Обозначается латинской буквой C. Она равна отношению заряда к потенциалу, если это записать в виде формулы, то получается следующее:

    C=q/Ф

    Электроемкость любого предмета зависит от его формы и геометрических размеров. Если рассмотреть проводник в форме шара, в качестве примера, то формула для расчета её величины будет иметь вид:

    Эта формула справедлива для уединенного проводника. Если расположить рядом два проводника и разделить их диэлектриком, тогда получится конденсатор. Об этом немного позже, сейчас давайте разберемся, в чем измеряется электроемкость.

    Единица измерения электрической ёмкости — фарад. Если разложить её на составляющие согласно формуле то:

    1 фарад =1 Кл/1 В

    Исторически сложилось так, что размерность этой единицы выбрана не совсем верно.(-12) Ф

    Конденсаторы

    Конденсатор — это две пластины из проводящего материала, расположенные друг напротив друга, между которым находится слой диэлектрика. В заряженном состоянии обкладки имеют разные потенциалы: одна из них будет положительной, а вторая отрицательной. Электроемкость конденсатора зависит от величины заряда на его обкладках и разности потенциалов, напряжения между ними. Между пластинами возникает электростатическое поле, которое удерживает заряды на обкладках. Формула электрической емкости конденсатора в общем случае:

    C=q/U

    Если сказать простыми словами, то емкость конденсатора зависит от площади пластин и расстояния между ними, а также относительной диэлектрической проницаемости материала, расположенного между ними. Их различают по используемому диэлектрику:

    • керамические;
    • плёночные;
    • слюдяные;
    • металлобумажные;
    • электролитические;
    • танталовые и пр.

    По форме обкладок:

    • плоские;
    • цилиндрические;
    • сферические и пр.

    Так как формула площади фигуры зависит от её формы, то и формула ёмкости будет разной для каждого случая.

    Для плоского конденсатора:

    Для двух концентрических сфер с общим центром:

    Для цилиндрического конденсатора:

    Как и у других элементов электрической цепи и в этом случае есть два основных способа соединения конденсаторов: параллельное и последовательное.

    От этого зависит итоговая электрическая емкость полученной цепи. Расчёты ёмкости нескольких конденсаторов напоминают расчёты сопротивления резисторов в разном включении, только формулы для способов соединения расположены наоборот, то есть:

    1. При параллельном соединении общая электроемкость цепи является суммой емкостей каждого из элементов. Каждый следующий подключенный увеличивает итоговую емкость

    Cобщ=C1+C2+C3

    1. При последовательном подключении электроемкость цепи снижается, подобно снижение сопротивления в цепи параллельно включённых резисторов. То есть:

    Cобщ=(1/С1)+ (1/С2)+ (1/С3)

    Важно! В параллельной схеме соединения напряжения на обкладках каждого элемента одинаковы. Это используют для получения больших значений электроемкости. В последовательном включении двух элементов напряжения на обкладках каждого из конденсаторов составляют по половине общего напряжения. Для трёх – трети и так далее.

    Аккумуляторы и электроемкость

    Основными характеристиками аккумуляторных батарей является:

    • Номинальное напряжение.
    • Емкость.
    • Максимальный ток разряда.

    В данном случае для определения количественной характеристики времени работы или, говоря простым языком, чтобы рассчитать, на какое время работы прибора хватит аккумулятора, используют величину ёмкости.

    В аккумуляторных батареях для описания электрической ёмкости используют следующие размерности:

    • А*ч — ампер-часы для больших аккумуляторов, например автомобильных.
    • мА*ч — милиампер-часы, для аккумуляторов для носимых устройств, например смартфонов, квадрокопетров и электронных сигарет.
    • Вт*часы — ватт-часы.

    Эти характеристики позволяют определить, сколько времени работы выдержит аккумулятор при конкретной нагрузке. Для определения электрическую емкость аккумулятора измеряют в кулонах (Кл). В свою очередь кулон равен количеству электричества, переданному аккумулятору при силе тока 1А за 1с. Тогда если перевести в часы, то при токе в 1А за 1 час передается 3600 Кл.

    Одним из способов измерения емкости аккумулятора является его разряд заведомо известным током, при этом вы должны замерить время разряда. Допустим, если аккумулятор разрядился до минимального уровня напряжения за 10 часов током в 5А – значит его емкость 50 А*ч

    Электроемкость – это важная величина в электронике и электротехнике. На практике конденсаторы применяются практически в каждой схеме электронного устройства. Например, в блоках питания – для сглаживания пульсаций, уменьшения влияния высоковольтных всплесков на силовые ключи. Во времязадающих цепях различных схем, а также в ШИМ-контроллерах для того, чтобы задать рабочую частоту. Аккумуляторы также применяются повсеместно. Вообще задачи накапливания энергии и сдвига фаз встречаются очень часто.

    Более подробно изучить вопрос поможет предоставленное видео:

    Кратко объяснение изложено в этом видео уроке:

    Теперь вы знаете, что такое электрическая емкость, в каких единицах происходит ее измерение и от чего зависит данная величина. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и понятной!

    Материалы по теме:

    Калькулятор цветовой маркировки резисторов • электротехнические и радиотехнические калькуляторы • онлайн-конвертеры единиц измерения

    Ряд Е192

    Является наибольшее число номиналов, ряд включает в себя 192 единицы возможных вариантов и предоставляет самый широкий спектр для выбора. Отличается такими данными:

    погрешность сопротивления не может превышать 0,5%, 0,25 и даже 0,1%, что выводит их в категорию сверхточного оборудования, часто на их основе разрабатывают smd резисторы;

    • с точки зрения цветового обозначения ряда, то на корпусе прибора изображается зеленая, синяя или фиолетовая полоска;
    • применяется в сверхточных измерительных комплексах и электронно-вычислительных машинах.

    Существенный недостаток – самая высокая стоимость, в сравнении с другими. Для удобства понимания разницы между номинальными рядами трех последних порядков ниже приведена таблица с значениями сопротивлений резисторов.

    Таблица: номиналы рядов Е48, Е96, Е192

    Таблица: номиналы рядов Е48, Е96, Е192

    Ряд Е6

    Здесь для обозначения номиналов содержится шесть возможных величин: 1; 1,5; 2,2; 3,3; 4,7; 6,8. При указании номинальных емкостей, сопротивлений и других характеристик радиодеталей, Е6 обладает такими отличиями:

    • величина допуска на погрешность составляет не более 20%, что дает немалое отклонение, которое обязательно следует учитывать при работе точных приборов;
    • при использовании цветовых маркировок для керамических или углеродистых резисторов, детали будут иметь черную полосу, характеризующую их возможную погрешность;

    Определение допустимого отклонения по цветовой маркировке

    наибольшее распространение они получили в силовом оборудовании, где основная роль резистора заключается в гашении величины токовой нагрузки, а существующая погрешность не окажет существенного влияния.

    Ряд Е12

    В сравнении с предыдущим, будет иметь уже не шесть, а двенадцать вариантов номиналов для электронных компонентов от 1 до 8,2. Значение номинальных данных имеет пропорциональное увеличение.

    По своим характеристикам ряды Е12 отличаются следующими данными:

    • допустимая погрешность катушек индуктивности или резисторов составляет не больше 10%;
    • если у резистора имеется цветная маркировка, то полоска, указывающая на возможное отклонение от заявленного сопротивления должна иметь серый или серебристый цвет;
    • их сфера применения охватывает сферу подстроечных и переменных резисторов, также используется для некоторых бытовых приборов.

    Ряд Е48

    Количество вариантов сопротивления электрическому току еще в два раза превосходит Е24, начиная с него, номиналы разделяются не только десятыми, но уже и сотыми долями. Отличительной особенностью этого и последующих рядов является их высокая точность, а именно, Е48 может отклоняться от заявленных данных всего на 2%.

    Для обозначения ряда Е48 из цветных полос наносится красного цвета, в работе бытовых приборов подобное отклонение совершенно незаметно, так как обычные колебания напряжения в электрической цепи оказывают куда более существенное влияние.  Поэтому их использование в моделировании имеет узконаправленную специфику и принадлежит к точным элементам.

    Катушки индуктивности

    Последовательное соединение катушек индуктивности

    При соединении катушек индуктивности последовательно суммарная индуктивность равна сумме индуктивности всех катушек, но при условии что, при последовательном соединении катушек индуктивности магнитные поля их не влияют друг на друга.

    Lобщ=L1+L2+L3+…+Ln

    Параллельное соединение катушек индуктивности

    При параллельном соединении катушек индуктивности общая индуктивность (при условии что магнитные поля катушек индуктивности не влияют друг на друга) определяется по формуле:

    Индуктивность двух катушек, соединенных параллельно, определяется по следующей формуле:

    Номинальные ряды с большим числом элементов

    Ряд E48 соответствует относительной точности ±2 %, E96 — ±1 %, E192 — ±0,5 %. Хотя элементы этих рядов образуют строгую геометрическую прогрессию со знаменателями 10 1/48 ≈ 1,04914, 10 1/96 ≈ 1,024275, 10 1/192 ≈ 1,01206483 и легко могут быть вычислены на калькуляторе, тем не менее для удобства приведём и эти ряды.

    Номинальные ряды E48, E96, E192

    E48

    E96

    E192

    E48

    E96

    E192

    E48

    E96

    E192

    E48

    E96

    E192

    E48

    E96

    E192

    E48

    E96

    E192

    1,00

    1,00

    1,00

    1,47

    1,47

    1,47

    2,15

    2,15

    2,15

    3,16

    3,16

    3,16

    4,64

    4,64

    4,64

    6,81

    6,81

    6,81

    1,01

    1,49

    2,18

    3,20

    4,70

    6,90

    1,02

    1,02

    1,50

    1,50

    2,21

    2,21

    3,24

    3,24

    4,75

    4,75

    6,98

    6,98

    1,04

    1,52

    2,23

    3,28

    4,81

    7,06

    1,05

    1,05

    1,05

    1,54

    1,54

    1,54

    2,26

    2,26

    2,26

    3,32

    3,32

    3,32

    4,87

    4,87

    4,87

    7,15

    7,15

    7,15

    1,06

    1,56

    2,29

    3,36

    4,93

    7,23

    1,07

    1,07

    1,58

    1,58

    2,32

    2,32

    3,40

    3,40

    4,99

    4,99

    7,32

    7,32

    1,09

    1,60

    2,34

    3,44

    5,05

    7,41

    1,10

    1,10

    1,10

    1,62

    1,62

    1,62

    2,37

    2,37

    2,37

    3,48

    3,48

    3,48

    5,11

    5,11

    5,11

    7,50

    7,50

    7,50

    1,11

    1,64

    2,40

    3,52

    5,17

    7,59

    1,13

    1,13

    1,65

    1,65

    2,43

    2,43

    3,57

    3,57

    5,23

    5,23

    7,68

    7,68

    1,14

    1,67

    2,46

    3,61

    5,30

    7,77

    1,15

    1,15

    1,15

    1,69

    1,69

    1,69

    2,49

    2,49

    2,49

    3,65

    3,65

    3,65

    5,36

    5,36

    5,36

    7,87

    7,87

    7,87

    1,17

    1,72

    2,52

    3,70

    5,42

    7,96

    1,18

    1,18

    1,74

    1,74

    2,55

    2,55

    3,74

    3,74

    5,49

    5,49

    8,06

    8,06

    1,20

    1,76

    2,58

    3,79

    5,56

    8,16

    1,21

    1,21

    1,21

    1,78

    1,78

    1,78

    2,61

    2,61

    2,61

    3,83

    3,83

    3,83

    5,62

    5,62

    5,62

    8,25

    8,25

    8,25

    1,23

    1,80

    2,64

    3,88

    5,69

    8,35

    1,24

    1,24

    1,82

    1,82

    2,67

    2,67

    3,92

    3,92

    5,76

    5,76

    8,45

    8,45

    1,26

    1,84

    2,71

    3,97

    5,83

    8,56

    1,27

    1,27

    1,27

    1,87

    1,87

    1,87

    2,74

    2,74

    2,74

    4,02

    4,02

    4,02

    5,90

    5,90

    5,90

    8,66

    8,66

    8,66

    1,29

    1,89

    2,77

    4,07

    5,97

    8,76

    1,30

    1,30

    1,91

    1,91

    2,80

    2,80

    4,12

    4,12

    6,04

    6,04

    8,87

    8,87

    1,32

    1,93

    2,84

    4,17

    6,12

    8,98

    1,33

    1,33

    1,33

    1,96

    1,96

    1,96

    2,87

    2,87

    2,87

    4,22

    4,22

    4,22

    6,19

    6,19

    6,19

    9,09

    9,09

    9,09

    1,35

    1,98

    2,91

    4,27

    6,26

    9,19

    1,37

    1,37

    2,00

    2,00

    2,94

    2,94

    4,32

    4,32

    6,34

    6,34

    9,31

    9,31

    1,38

    2,03

    2,98

    4,37

    6,42

    9,42

    1,40

    1,40

    1,40

    2,05

    2,05

    2,05

    3,01

    3,01

    3,01

    4,42

    4,42

    4,42

    6,49

    6,49

    6,49

    9,53

    9,53

    9,53

    1,42

    2,08

    3,05

    4,48

    6,57

    9,65

    1,43

    1,43

    2,10

    2,10

    3,09

    3,09

    4,53

    4,53

    6,65

    6,65

    9,76

    9,76

    1,45

    2,13

    3,12

    4,59

    6,73

    9,88

    В 1952 году IEC (IEC — международная электротехническая комиссия) утвердила стандартные значения для резисторов, называемые номинальный ряд резисторов.

    История создание номинального ряда резисторов началась в первые годы прошлого века, в то время когда большинство были углеродно-графитовыми с относительно большими производственными допусками.

    Идея создания номинального ряда довольно простая — установить стандартные значения для резисторов на основе допусков, с которыми они могут быть изготовлены.

    Цветовая маркировка резисторов.

    Большинство резисторов имеют цветовую маркировку
    , такую как на этом рисунке. Она представляет из себя 4 или 5 полос (чаще всего, хотя их может быть, например, и 6) определенных цветов, и каждая из этих полос несет определенный смысл. Первые две полоски абсолютно всегда обозначают первые две цифры номинального сопротивления резистора. Если полосок всего 3 или 4, то третья полоса будет означать множитель, на который необходимо умножить число, полученное из первых двух полос, для определения величины сопротивления. Если всего на резисторе 4 полосы, то 4 будет указывать на точность резистора. Если полос всего пять, то ситуация несколько меняется — первые три полосы означают три цифры сопротивления резистора, четвертая — множитель, пятая — точность. Соответствие цифр цветам приведено в таблице:

    Тут есть еще один немаловажный момент — а какую именно полосу считать первой? Чаще всего первой считается та полоса, которая находится ближе к краю резистора. Кроме того, можно заметить, что золотая и серебряная полосы не могут быть первыми, поскольку не несут информации о величине сопротивления. Поэтому если на резисторе есть полосы этого цвета и они расположены с краю, то можно точно утверждать, что первая полоса находится с противоположной стороны. Давайте рассмотрим практический пример:

    Поскольку у нас здесь 5 полос, то первые три указывают на сопротивление резистора. Посмотрев нужные значения в таблице, мы получаем величину 510. Четвертая полоса — множитель — в данном случае он равен . И, наконец, пятая полоса — погрешность — 10 %. В итоге мы получаем резистор 510 КОм, 10 %.

    В принципе, если нет желания разбираться с цветами и значениями, то можно обратиться к какому-нибудь автоматизированному сервису, определяющему сопротивление по цветовой маркировке, которых сейчас полно в интернете. Там нужно будет только выбрать цвета, которые нанесены на резистор и сервис сам выдаст величину сопротивления и точность.

    Итак, с цветовой маркировкой резисторов
    мы разобрались, переходим к следующему вопросу

    Помимо цветовой маркировки используется так называемая кодовая — для обозначения номинала резистора в данном случае используются буквы и цифры (четыре или пять знаков). Первые знаки (все, кроме последнего) используются для обозначения номинала резистора и включают в себя две или три цифры и букву. Буква определяет положение запятой десятичного знака, а также множитель. Последний же символ определяет допустимое отклонение сопротивления резистора. Возможны следующие значения:

    Для букв, обозначающих множитель возможны такие варианты:

    Давайте для наглядности рассмотрим несколько примеров:

    С этим типом маркировки мы разобрались, давайте теперь изучим всевозможные способы маркировки SMD резисторов.

    Номиналы резисторов — онлайн калькулятор

    Для удобства приводим калькулятор для быстрого подбора сопротивления из стандартного номинального ряда резисторов.

    Примечание:
    в окошко «Введите необходимое сопротивление» вписывайте значение без префиксов (кОм, МОм). Например, для поиска ближайшего значения для сопротивления 38 Ом – вводим 38. То же самое справедливо и для 38 кОм – вводим 38 (не забывая, что результат относится к кОм)

    Под этим термином что только не подразумевается. Если просмотреть статьи в интернете, посвященные данному вопросу, то можно встретить упоминания мощности, рабочего напряжения, погрешности.

    Номинал резистора – это величина его электрического сопротивления, основной параметр радиодетали. Разберемся, какими бывают его значения.

    Резисторы имеют строго определенные, стандартные величины сопротивлений. Чем это вызвано?

    Во-первых
    , невозможно предусмотреть все. В зависимости от схемы требуются элементы с самыми разными параметрами. По понятной причине выпускать детали, отличающиеся по сопротивлению на доли Ом, нереально и бессмысленно. Имея их в количестве нескольких штук с отличными номиналами и зная законы электротехники, несложно подобрать и соединить образцы так, чтобы суммарное сопротивление было равно требуемому значению.

    Во-вторых
    , есть такое понятие – разброс параметров, или как говорят, допустимое отклонение от номинала. Это связано с неизбежными технологическими погрешностями в процессе производства. Если коротко, то резистор сначала изготавливается, а потом тестируется. По результатам испытаний наносится маркировка. То есть если допуск ± 10%, и имеется сопротивление на 100 кОм, какой смысл выпускать аналог на 95, 102 или 107? У данного образца, с учетом возможных отклонений, этот параметр лежит в пределах от 90 до 110.

    Следовательно, понятно, почему номиналы всех резисторов составляют определенный ряд, с градацией по величинам сопротивлений.

    Обозначение резисторов на схеме.

    Давайте рассмотрим обозначение резисторов на схемах
    . Существуют два возможных варианта:

    Кроме того, используются немного измененные символы, которые характеризуют резисторы на схеме по величине номинальной мощности рассеивания
    . Тут возникает вполне закономерный вопрос — а что это за параметр такой — номинальная мощность рассеивания? При протекании тока через резистор в нем будет выделяться , что приведет к нагреву резистора. И если мощность будет превышать допустимую величину, то резистор будет перегреваться и просто сгорит. Таким образом, номинальная рассеиваемая мощность — это величина мощности, которая может рассеиваться резистором без превышения предельно допустимой температуры. То есть если мощность в цепи будет меньше или равна номинальной, то с резистором все будет в порядке Итак, вернемся к обозначению резисторов:

    Вот так обозначаются наиболее часто встречающиеся на схемах резисторы в зависимости от их номинальной рассеиваемой мощности, тут даже особо нечего дополнительно комментировать =)

    Сопротивление резистора
    на схемах указывается рядом с условным обозначением, причем единицу измерения обычно опускают. Если увидите на схеме рядом с резистором число 68, то не сомневайтесь ни секунды — сопротивление резистора равно 68 Омам. Если же величина сопротивления составляет, к примеру, 1500 Ом (1,5 КОм), то на схеме будет обозначение «1.5 К»:

    С этим все просто… Несколько сложнее ситуация обстоит с цветовой маркировкой резисторов. Сейчас мы разберемся и с этим моментом

    Ряд номиналов резисторов

    Номиналы резисторов представлены так называемыми рядами сопротивлений. Для постоянных резисторов имеется шесть рядов номиналов резисторов: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96 и Е192, а для переменных сопротивлений установлен всего один ряд Е6.

    Ряд номиналов резисторов Е6, Е12, Е24 соответствуют числам в таблице выше. А для номиналов сопротивлений Е48, Е96, Е192, актуальна таблица ниже:

    Е48 Е96 Е192 Е48 Е96 Е192 Е48 Е96 Е192 Е48 Е96 Е192
    100 100 100 147 147 147 215 215 215 316 316 316
    101 149 218 320
    102 102 150 150 221 221 324 324
    104 152 223 328
    105 105 105 154 154 154 226 226 226 332 332 332
    106 156 229 336
    107 107 158 158 232 232 340 340
    109 160 234 344
    110 110 110 162 162 162 237 237 237 348 348 348
    111 164 240 352
    113 113 165 165 243 243 357 357
    114 167 246 361
    115 115 115 169 169 169 249 249 249 365 365 365
    117 172 252 370
    118 118 174 174 255 255 374 374
    120 176 258 379
    121 121 121 178 178 178 261 261 261 383 383 383
    123 180 264 388
    124 124 182 182 267 267 392 392
    126 184 271 397
    127 127 127 187 187 187 274 274 274 402 402 402
    129 189 277 407
    130 130 191 191 280 280 412 412
    132 193 284 417
    133 133 133 196 196 196 287 287 287 422 422 422
    135 198 291 427
    137 200 200 294 294 432 432
    138 203 298 437
    140 140 140 205 205 205 301 301 301 442 442 442
    142 208 305 448
    143 143 210 210 309 309 453 453
    145 213 312 459

    Ряд номиналов конденсаторов

    Номиналы конденсаторов практически идентичны номиналам сопротивлений. В основном используемые ряды номиналов конденсаторов при производстве — ряд Е3 (в настоящее время не используется, но может такая деталька попасть из СССР запасов), Е6 и Е12, т.к. многие типы конденсаторов сложно изготовить с более высокой точностью.

    Самая первая таблица этой статьи как раз актуальная для ряда номиналов конденсаторов

    Что это такое

    Ряд номиналов — это типовые значения номинальных величин радиоэлектронных компонентов. Кроме величины они определяют и допустимые отклонения для этой группы деталей. Стандартизация величин сопротивлений, емкостей и индуктивности для производимой промышленным образом продукции нужна для соответствия продукции выпускаемой в разных странах.

    Ряд номиналов обозначается латинской буквой E и цифрами. Цифры отражают количество номинальных величин сопротивлений резисторов, емкости конденсаторов или индуктивности катушек в нём. Например, в E3 – 3 величины, а E24 – соответственно 24.

    Буква E значит, что он соответствует стандартам EIA (Electronic Industries Alliance).

    Начало процесса стандартизации было положено еще в 1948 году на Техническом Комитете №12 «Радиосвязь», когда был приведены значения номиналов близкие к E12. И уже в 1950 были разработаны E6, E12, E24. В итоге было принято всего 7 рядов стандартных величин и допусков отклонения (погрешностей) от них. Для чего это нужно?

    Допустим в E6 есть цифра «1,0» значит все резисторы должны иметь сопротивление в долях от этого числа (если его разделить) или умноженные на 10n. Например:

    1,0*102=100

    Это значит, что может быть резистор на 100 Ом. Следующая в наборе цифра – «1,5». То есть элемента на 120 Ом в наборе величин E6 не бывает, может быть уже на 150 Ом. Почему это сделано?

    Как мы уже упомянули, к каждому ряду привязаны определенные допуски, у E6 это ±20%, значит, что сопротивление у «100 Омного» резистора в этом случае может быть от 80 до 120 Ом. Чтобы «развести» подальше эти значения друг от друга и был выбран определенный шаг.

    Шаг выбирается тоже не произвольно, набор номиналов является таблицей десятичных логарифмов, вычислить значение любого члена ряда можно по формуле:

    где n – номер члена, а N – номер ряда (E3, E6 и т.д.).

    Давайте разберемся с этим вопросом подробнее.

    Конденсаторы

    Параллельное соединение конденсаторов

    Параллельное соединение конденсаторов, это когда один из контактов всех конденсаторов соединен в одну общую точку, а другой контакт всех конденсаторов соединен в другую общую точку. При этом между пластинами каждого конденсатора будет одна и та же разность потенциала, так как все они заряжаются от общего источника.

    Общая емкость всех конденсаторов при параллельном подключении будет равна сумме всех емкостей конденсаторов, так как общее количество электричества на всех конденсаторах будет равно сумме количеств электричества, помещающихся на каждом из конденсаторов, так как заряд каждого их конденсаторов происходит независимо от заряда других конденсаторов данной группы.

    Что такое преобразователь мощности?

    Что такое преобразователь мощности?

    Преобразователь — это электрическая цепь, которая принимает входной постоянный ток и генерирует выходной постоянный ток с другим напряжением, обычно достигаемым за счет высокочастотного переключения с использованием индуктивных и емкостных фильтрующих элементов.

    Преобразователь мощности — это электрическая цепь, которая преобразует электрическую энергию из одной формы в желаемую, оптимизированную для конкретной нагрузки. Преобразователь может выполнять одну или несколько функций и выдавать выходной сигнал, отличный от входного.Он используется для увеличения или уменьшения величины входного напряжения, изменения полярности или создания нескольких выходных напряжений одной и той же полярности со входом, другой полярности или смешанной полярности, например, в блоке питания компьютера.

    Преобразователи постоянного тока в постоянный используются в широком спектре приложений, включая источники питания компьютеров, преобразование и регулирование мощности на уровне платы, схемы управления двигателями постоянного тока и многое другое.

    Преобразователь действует как связующее звено или ступень преобразования между источником питания и выходом источника питания.Существует несколько королей преобразователей, основанных на входном напряжении источника и выходном напряжении, и они делятся на четыре категории, а именно преобразователи переменного тока в постоянный, известный как выпрямитель, циклоконвертер переменного тока в переменный или преобразователь частоты, преобразователь постоянного напряжения или тока в постоянный. , и преобразователь постоянного тока в переменный.

    Рис.1 Технические характеристики преобразователя мощности

    Преобразователь использует нелинейные компоненты, такие как полупроводниковые переключатели, и линейные реактивные компоненты, такие как катушки индуктивности, трансформаторы и конденсаторы для промежуточного накопления энергии, а также фильтрации тока и напряжения.Размер, вес и стоимость преобразователя во многом определяются этими компонентами.

    В преобразователях постоянного тока широко используются три основные схемы преобразователя: понижающая, повышающая и понижающая и повышающая. Эти конфигурации являются наиболее часто используемыми топологиями из-за их простоты и использования меньшего количества компонентов. У каждого есть свои преимущества и недостатки, которые определяют пригодность для любого конкретного применения.

    Рисунок 2 Схема неизолированной схемы преобразователя

    Понижающий преобразователь — это понижающий преобразователь, повышающий — повышающий, а понижающий-повышающий — одновременно повышающий и понижающий.Все они не изолированы и используют индуктор в качестве элемента передачи энергии и в основном используются при преобразовании и регулировании мощности на уровне платы.

    В изолированных преобразователях постоянного тока в постоянный используется трансформатор для обеспечения изоляции, нескольких выходов, разного уровня напряжения или полярности в зависимости от соотношения витков и направления обмоток.

    Они основаны на неизолированной топологии, но с включением трансформатора. Обычно используются следующие типы: полный мост, полумост, прямой и двухтактный преобразователи, которые являются изолированными версиями понижающего преобразователя; и обратный ход, который является изолированной версией повышающего преобразователя.

    Рисунок 3 — Понижающий преобразователь с полной мостовой изоляцией

    Для повышения производительности используются силовые полупроводниковые устройства с высокими частотами и быстрым переключением. Высокие частоты повышают эффективность при уменьшении физических размеров источников питания, поскольку они позволяют использовать более мелкие компоненты. Частоты обычно выше слышимого диапазона и находятся в диапазоне от 20 кГц до 200 кГц. Схема обратной связи и управления рабочим циклом обычно используется для регулировки условий включения и выключения для поддержания постоянного напряжения на выходе независимо от тока нагрузки или изменений напряжения питания.

    Преобразователи широко используются в электронном оборудовании, в источниках питания и других схемах, требующих определенных уровней напряжения и тока, отличных от доступной исходной энергии питания. Преобразователи обеспечивают любой тип требуемого напряжения нужной величины. При правильной конструкции и использовании почти идеальных компонентов доступные методы преобразования предлагают множество надежных и эффективных источников энергии для питания большинства электронных устройств и компонентов.

    Конвертер электрического тока

    • Электротехника • Компактный калькулятор • Онлайн-конвертеры единиц

    Конвертер длины и расстояния Конвертер массы Конвертер сухого объема и общих измерений при приготовлении пищи Конвертер площади Конвертер объема и общих измерений при приготовлении пищиПреобразователь температурыПреобразователь давления, напряжения, модуля ЮнгаПреобразователь энергии и работыПреобразователь силыПреобразователь силыПреобразователь времениЛинейный конвертер скорости и скоростиПреобразователь угла Конвертер КПД, расхода топлива и экономичности Конвертер удельной энергии, теплоты сгорания (на единицу объема) Конвертер температуры Inte Конвертер rvalКонвертер коэффициента теплового расширенияКонвертер термического сопротивленияКонвертер теплопроводностиКонвертер удельной теплоемкостиКонвертер плотности тепла, плотности пожарной нагрузкиКонвертер плотности теплового потокаКонвертер коэффициентов теплопередачиКонвертер объёмного расходаКонвертер массового расходаКонвертер молярного расходаПреобразователь массового потока Конвертер плотности молярной концентрацииПреобразователь плотности и вязкости КонвертерПроницаемость, проницаемость, проницаемость водяного параКонвертер скорости передачи водяных паровКонвертер уровня звукаКонвертер чувствительности микрофонаКонвертер уровня звукового давления (SPL) Конвертер уровня звукового давления с выбираемым эталонным давлениемКонвертер яркости ) в преобразователь увеличения (X) Конвертер зарядаЛинейный преобразователь плотности зарядаПоверхностный преобразователь плотности зарядаПреобразователь объёмной плотности зарядаПреобразователь электрического токаЛинейный преобразователь плотности токаПреобразователь плотности поверхностного токаПреобразователь напряженности электрического поляПреобразователь электрического потенциала и напряженияПреобразователь электрического сопротивленияПреобразователь удельного электрического сопротивленияПреобразователь удельной электрической проводимости в ваттахПреобразователь электрической проводимости в дБ Конвертер магнитодвижущей силыПреобразователь напряженности магнитного поляКонвертер магнитного потокаКонвертер плотности магнитного потокаМощность поглощенной дозы излучения, Конвертер мощности суммарной дозы ионизирующего излученияРадиоактивность.Конвертер радиоактивного распада Конвертер радиоактивного облученияРадиация. Конвертер поглощенной дозы Конвертер метрических префиксов Конвертер передачи данных Конвертер единиц типографии и цифровых изображенийКонвертер единиц измерения объёма древесиныКалькулятор молярной массыПериодическая таблица

    Обзор

    Чесменское сражение Ивана Айвазовского

    Мы обязаны комфортом нашей повседневной жизни электрическому току. Он генерирует излучение в видимом спектре и не только освещает наши дома, но также готовит и разогревает пищу в различных электроприборах, таких как электрические плиты, микроволновые печи и тостеры.Поскольку у нас есть электричество, нам не нужно добывать топливо, чтобы зажечь огонь. Благодаря электричеству мы также можем быстро перемещаться по горизонтальной плоскости внутри поездов, поездов метро и высокоскоростных поездов, а также по вертикальным плоскостям на эскалаторах и лифтах. Мы обязаны теплом и комфортом в наших домах электрическому току, потому что он питает наши электрические обогреватели, кондиционеры и вентиляторы. Различные машины с электрическим приводом значительно упрощают нашу работу как в повседневной жизни, так и в различных отраслях промышленности.Действительно, мы живем в эпоху электричества, потому что именно электричество позволяет нам использовать наши компьютеры, смартфоны, Интернет, телевидение и другие интеллектуальные электронные технологии. Учитывая, насколько удобно использовать электричество как форму энергии, неудивительно, что мы тратим столько усилий на ее выработку.

    Может показаться необычным, но идея практического использования электричества впервые была воспринята некоторыми из наиболее консервативных членов общества — военно-морскими офицерами. В этом элитарном обществе было трудно продвигаться вверх, и столь же трудно было убедить адмиралов, которые начинали юнгой в эпоху парусного спорта, в необходимости перехода на бронированные боевые корабли с паровыми двигателями, но молодые офицеры предпочитали и поддерживали инновации.Благодаря успеху использования огневых кораблей во время русско-турецкой войны 1770 года, которая привела к победе в Чесменской битве, военно-морской флот начал рассматривать возможность модернизации систем защиты порта, используя старую береговую артиллерию в сочетании с военно-морскими минами, которые были новаторскими в то время.

    Корабельная радиостанция, ок. 1910. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Разработка различных типов морских мин началась в начале XIX века, и наиболее успешные разработки включали автономные мины, активируемые электричеством.В 1870-х годах немецкий физик Генрих Герц разработал устройство для подрыва поставленных на якорь мин с помощью электричества. Одна из разновидностей этого устройства — морская рогатая мина — широко известна и часто появляется в исторических фильмах о войне. Его свинцовый «рог» имеет емкость с электролитом, который разрушается при контакте с корпусом корабля. Электролит питает простую батарею, которая, в свою очередь, подрывает мину.

    Радиостанция Hudson’s Bay Company, ок. 1937. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Морские офицеры были одними из первых, кто оценил потенциал свечей Яблочкова, первых источников электрического света.Они были далеки от совершенства, но излучали свет от электрической дуги и раскаленного добела положительного электрода, сделанного из угля. Они использовались для сигнализации поля боя и для освещения поля боя. Использование мощных прожекторов давало преимущество стороне, использовавшей их, для освещения поля боя в ночных боях или для передачи информации и координации действий различных военно-морских частей во время морских сражений. Прожекторы, используемые в маяках, улучшили навигацию в опасных прибрежных водах.

    Вакуумная лампа, ок. 1921. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Неудивительно, что военно-морской флот также был заинтересован в адаптации технологий, позволяющих передавать информацию по беспроводной связи. Большой размер первых передающих устройств не был проблемой для военно-морского флота, потому что на их кораблях было достаточно места для размещения этих удобных, но порой больших машин.

    Электрическое оборудование использовалось для упрощения заряжания орудий на борту кораблей, в то время как силовые электрические механизмы использовались для поворота орудийных башен и повышения точности и эффективности орудий.Телеграф машинного приказа позволял экипажу общаться и повышал его эффективность, что давало значительное преимущество в бою.

    Одним из самых ужасных способов применения электрического тока в военно-морском сражении было использование Третьим рейхом подводных лодок рейдеров. Подводные лодки Гитлера, которые действовали с использованием тактики «Волчьей стаи», потопили многие транспортные конвои союзников. Известная история Convoy PQ 17 — один из примеров.

    Drummondville Радиопередатчик, ок. 1926. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Британский флот смог получить несколько машин Enigma, используемых немцами для кодирования сообщений, и им удалось взломать их код с помощью Алана Тьюринга, известного как отец современные вычисления.Союзники перехватили радиосвязь немецкого адмирала Карла Дёница, и с этой информацией смогли использовать прибрежные военно-воздушные силы, чтобы загнать в угол Волчью стаю и отбросить ее к берегам Норвегии, Германии и Дании. Благодаря этому с 1943 года рейды ограничились короткими.

    Беспроводной телеграфный ключ, ок. 1915. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Гитлер планировал добавить к своим подводным лодкам ракеты Фау-2, чтобы их можно было использовать для атаки на восточное побережье США.Однако быстрое продвижение союзников на Западном и Восточном фронтах помешало ему сделать это.

    Современный флот сложно представить без авианосцев и атомных подводных лодок. Они питаются от ядерных реакторов, которые сочетают в себе технологии 19 века на основе пара, технологии 20 века на основе электричества и ядерные технологии 21 века. Энергетические системы атомных подводных лодок вырабатывают достаточно электроэнергии, чтобы обеспечить потребности большого города в энергии.

    В дополнение к использованию электричества, которое мы уже обсуждали, недавно военно-морской флот начал рассматривать другие применения электричества, такие как использование рельсотрона. Рельсотрон — это электрическая пушка, которая использует снаряды кинетической энергии, которые обладают огромным разрушительным потенциалом.

    Джеймс Клерк Максвелл. Статуя Александра Стоддарта. Фото Ad Meskens / Wikimedia Commons

    Немного истории

    С развитием надежных источников энергии для постоянного тока (DC), таких как гальваническая батарея, созданная итальянским физиком Алессандро Вольта, многие выдающиеся ученые по всему миру начали исследовать свойства электрический ток и вызываемые им физические явления, а также его практическое использование в науке и технике.«Звездный список» ученых включает Георга Ома, который вывел закон Ома для описания поведения электрического тока в основной электрической цепи; немецкий физик Густав Кирхгоф, разработавший расчеты для более сложных электрических цепей; и французский физик Андре Мари Ампер, открывший закон, описывающий свойства замкнутого контура, на который действует магнитное поле и через него проходит электрический ток. Этот закон известен теперь как круговой закон Ампера. Независимая работа английского физика Джеймса Прескотта Джоуля и русского ученого Генриха Ленца завершилась открытием закона джоулева нагрева, который количественно определяет тепловой эффект электрического тока.

    Хендрик Антун Лоренц, картина Менсо Камерлинг-Оннеса (1860–1925) в 1916 году.

    Работы Джеймса Клерка Максвелла были сосредоточены на дальнейших исследованиях свойств электрического тока и заложили основу современной электродинамики. Теперь эти работы известны как уравнения Максвелла. Максвелл также разработал теорию электромагнитного излучения и предсказал многие явления, такие как электромагнитные волны, радиационное давление и другие. Позже существование электромагнитных волн было экспериментально доказано немецким физиком Генрихом Рудольфом Герцем.Его работы по отражению, интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн были использованы при изобретении радио.

    Жан-Батист Био (1774–1862)

    Несколько экспериментальных работ французских физиков Жана-Батиста Био и Феликса Савара о проявлении магнетизма в присутствии электрического тока, обобщенных в законе Био – Савара, и исследованиях блестящего французского математика Пьера-Симона Лапласа, который обобщил приведенные выше экспериментальные результаты в виде математической абстракции, впервые установил связь между двумя сторонами одного явления и положил начало изучению электромагнетизма.Гениальный британский физик Майкл Фарадей продолжил их работу и открыл электромагнитную индукцию. Современная электротехника построена на работах Фарадея.

    Физик из Нидерландов Хендрик Лоренц внес ценный вклад в объяснение природы электрического тока. Он разработал классическую теорию электронов и предположил, что атомы состоят из более мелких заряженных частиц и что свет является результатом колебаний этих частиц. Он также вывел уравнение для описания силы, действующей на движущийся заряд изнутри электромагнитного поля.Эта сила известна как сила Лоренца.

    Определение электрического тока

    Электрический ток можно определить как упорядоченное движение заряженных частиц. С учетом этого определения электрический ток измеряется количеством заряженных частиц, которые проходят через поперечное сечение проводника за заданную единицу времени.

    I = q / t , где q — заряд в кулонах, t — время в секундах, а I — электрический ток в амперах.

    Другое определение электрического тока зависит от свойств проводников и описывается законом Ома:

    I = V / R , где V — напряжение в вольтах, R — сопротивление в омах. , I — ток в амперах.

    Электрический ток измеряется в амперах (А) и единицах, производных от них, таких как наноампер (одна миллиардная часть ампера, нА), микроампер (одна миллионная часть ампера, мкА), миллиампер (тысячная часть ампера, мА). ), килоампер (тысяча ампер, кА) и мегаампер (миллион ампер, МА).

    В СИ единицей измерения электрического тока является

    [А] = [C] / [s]

    Поведение электрического тока в различных средах

    Алюминий является очень хорошим проводником и широко используется в электропроводке.

    Электрический ток в твердых материалах, включая металлы, полупроводники и диэлектрики

    При рассмотрении электрического тока мы должны учитывать среду, которая его переносит, в частности, заряженные частицы, присутствующие в материале или веществе в текущем состоянии.Этот материал или вещество может быть твердым, жидким или газообразным. Уникальным примером различных состояний вещества является монооксид дигидрогена или оксид водорода, известный нам просто как вода. Мы можем увидеть его твердым, если посмотрим на лед из морозильника, который мы сделали для охлаждения напитков — большинство из них основаны на воде. С другой стороны, при приготовлении чая или растворимого кофе мы используем кипяток. Если бы мы подождали, пока вода закипит, прежде чем налить ее в чайник, мы бы увидели «туман», выходящий из носика чайника — этот туман состоит из капель воды, образовавшихся из газообразного состояния воды (пара), которое выходит из носика и контактирует с холодным воздухом.

    Существует еще одно состояние вещества, известное как плазма. Низкотемпературная плазма составляет верхние слои звезд, ионосферу Земли, пламя, электрическую дугу и вещество внутри люминесцентных ламп, и это лишь несколько примеров. Трудно воссоздать высокотемпературную плазму в лаборатории, потому что для этого требуются чрезвычайно высокие температуры, превышающие 1 000 000 К.

    Эти высоковольтные выключатели состоят из двух основных компонентов: размыкающих контактов и изолятора, соединяющего два провода вместе.

    По своей структуре твердые материалы можно разделить на кристаллические и аморфные. Первые имеют структурированную кристаллическую решетку. Атомы и молекулы такого вещества образуют двух- или трехмерные кристаллические решетки. Кристаллические твердые тела включают металлы, их сплавы и полупроводники. Мы можем легко визуализировать кристаллические твердые тела, представляя снежинки, которые представляют собой кристаллы уникальной формы. Аморфные вещества не имеют кристаллической решетки. Диэлектрики обычно аморфны.

    В нормальных условиях электрический ток течет через твердые тела благодаря движению свободных электронов, которые становятся несвязанными в результате отрыва валентных электронов от атома. Мы также можем разделить твердые тела в зависимости от характера потока электричества внутри них на проводники, полупроводники и изоляторы. Свойства различных материалов определяются на основе дискретной электронной зонной структуры. Это зависит от ширины запрещенной зоны, в которой нет электронов.Изоляторы имеют самую широкую запрещенную зону, которая иногда может достигать 15 эВ. Изоляторы и полупроводники не имеют электронов в проводящем промежутке при температуре абсолютного нуля, но при комнатной температуре будут некоторые электроны, которые были удалены из валентных зон из-за тепловой энергии. В проводниках, таких как металлы, зона проводимости перекрывается с валентными зонами. Вот почему даже при абсолютном нуле существует большое количество электронов, и это все еще верно, когда температура повышается до точки плавления.Эти электроны позволяют электрическому току проходить через материал. Полупроводники имеют небольшую ширину запрещенной зоны, и их способность проводить электричество во многом зависит от температуры, излучения и других факторов, таких как присутствие примесей.

    Трансформатор с ламинированным сердечником. По бокам хорошо видны двутавровые и Е-образные стальные листы.

    Сверхпроводники создают особые условия для электрического тока. Это материалы с нулевым сопротивлением прохождению электрического тока.Электроны проводимости этих материалов образуют группы частиц, которые связаны друг с другом за счет квантовых эффектов.

    Как следует из названия, изоляторы плохо проводят электрический ток. Это свойство изоляторов используется для ограничения протекания электрического тока между проводящими поверхностями из разных материалов.

    В дополнение к электрическому току, протекающему по проводникам, когда магнитное поле постоянное, когда магнитное поле переменное, его изменения вызывают явление, известное как вихревые токи, которые также называются токами Фуко.Чем больше скорость изменения магнитного поля, тем сильнее вихревые токи. Они не текут по определенному маршруту, но вместо этого они текут в замкнутых контурах в проводнике.

    Вихревые токи вызывают скин-эффект, который представляет собой тенденцию протекания переменного электрического тока (AC) и магнитного потока в основном вдоль поверхностного слоя проводника, что приводит к потере энергии. Чтобы уменьшить эти потери на вихревые токи в сердечниках трансформаторов, их магнитные цепи разделены. Это делается путем наложения слоев тонких стальных изолированных пластин, которые образуют сердечник трансформатора.

    Хромированная пластиковая лейка для душа

    Электрический ток в жидкостях (электролитах)

    Все жидкости могут проводить электрический ток в определенной степени при приложении к ним электрического напряжения. Жидкости, проводящие электрический ток, называются электролитами. Электрический ток переносится положительно и отрицательно заряженными ионами, известными соответственно как катионы и анионы, которые присутствуют в жидкости из-за электролитической диссоциации. В электролитах ток течет из-за движения ионов по сравнению с током, возникающим из-за движения электронов в металлах.Этот ток в электролитах характеризуется перемещением вещества к электродам и образованием новых химических элементов вокруг электродов или отложением этих новых веществ на электроде.

    Это явление легло в основу электрохимии и позволяет количественно определять эквивалентный вес различных химических веществ. Это позволило превратить неорганическую химию в точную науку. Дальнейшее развитие химии электролитов позволило создать химические источники энергии в виде первичных (или одноразовых) и аккумуляторных батарей и топливных элементов.Это, в свою очередь, позволило совершить скачок в развитии технологий. Просто заглянув под капот вашего автомобиля и изучив автомобильный аккумулятор, вы сможете увидеть результаты десятилетий работы исследователей и инженеров.

    Автомобильный аккумулятор, установленный в 2012 году Honda Civic

    Многие производственные процессы, зависящие от протекания электрического тока в электролитах, могут придать конечному продукту привлекательный вид (например, гальваническое покрытие хромом и никелем) и защитить объекты от коррозии.Электроосаждение и электротравление — фундаментальные процессы в современной электротехнике при создании различных электронных компонентов. Эти процессы очень часто используются, например, в микропроизводстве, и количество электронных компонентов, производимых с использованием этих технологий, достигает десятков миллиардов в год.

    Электрический ток в газах

    Электрический ток в газах зависит от количества в нем свободных электронов и ионов. Из-за большего расстояния между частицами газа по сравнению с жидкостями и твердыми телами молекулы и ионы в газах обычно проходят большие расстояния, прежде чем столкнуться.Из-за этого протекание электричества в газах в нормальных условиях затруднено. То же верно и для смесей газов. Примером смеси газов является воздух, который в электротехнике считается хорошим изолятором. В обычных условиях многие другие смеси газов также являются хорошими изоляторами.

    Неоновая лампа для проверки отвертки показывает, что присутствует напряжение 220 В.

    Поток электричества в газах зависит от различных физических факторов, таких как давление, температура и компоненты, составляющие эту смесь.Кроме того, ионизирующее излучение тоже играет роль. Например, газ может проводить электричество, если его облучают ультрафиолетовым или рентгеновским излучением, если на него воздействуют катодные или анодные частицы или частицы, испускаемые радиоактивным веществом, или даже если температура этого газа высока.

    Когда энергия поглощается электрически нейтральными атомами или молекулами газа и когда образуются ионы, этот эндотермический процесс называется ионизацией. Когда энергия достигает определенного порога, электрон или группа электронов преодолевают потенциальный барьер и покидают атом или молекулу, становясь, таким образом, свободными электронами.Атом или молекула, которую оставили электроны, тоже больше не нейтральны, они заряжены положительно. Свободные электроны могут присоединяться к нейтрально заряженным атомам или молекулам и образовывать отрицательно заряженные ионы. Положительно заряженные ионы могут забирать обратно отрицательно заряженные электроны при столкновении с ними и, таким образом, снова становиться нейтральными. Этот процесс называется рекомбинацией.

    Когда электрический ток проходит через газ, его состояние изменяется. Это приводит к сложной зависимости между электрическим током и напряжением, которая более или менее регулируется законом Ома, но только при малых электрических токах.

    Электрические разряды в газах могут быть как несамостоятельными, так и самоподдерживающимися. Несамостоятельные разряды создают электрический ток, который возможен только при наличии внешних ионизирующих факторов. Когда они отсутствуют, электрический ток через газ не течет. С другой стороны, во время самоподдерживающихся разрядов электрический ток поддерживается за счет ионизации нейтральных атомов и молекул в газе, которые были ускорены электрическим полем при столкновении со свободными электронами и ионами.В этих условиях электрический ток возможен даже без внешних ионизирующих факторов.

    Вольт-амперные характеристики бесшумного разряда

    Когда разность потенциалов между анодом и катодом мала, несамостоятельный разряд называют тихим или таунсендовским. С увеличением напряжения увеличивается и сила тока. Сначала это увеличение пропорционально напряжению (участок OA на вольт-амперной характеристике бесшумного разряда), но постепенно скорость нарастания замедляется (участок AB на графике).Когда все оторвавшиеся частицы, которые высвободились в результате процесса ионизации, движутся к катоду и аноду одновременно, увеличения тока не происходит (участок BC на графике). Если напряжение снова увеличивается, ток также увеличивается, и бесшумный разряд становится несамостоятельным лавинным зарядом. Примером несамостоятельного разряда является тлеющий разряд в газоразрядных лампах высокого давления различного назначения.

    Когда несамостоятельный разряд трансформируется в самостоятельный разряд, электрический ток увеличивается (точка E на кривой).Этот момент известен как электрический пробой.

    Электронная фотовспышка с ксеноновой трубкой (красный прямоугольник)

    Все различные типы зарядов, описанные выше, являются стационарными или установившимися разрядами. Их свойства не зависят от времени. Помимо этих разрядов, существуют также нестабильные разряды, которые обычно возникают в очень неравномерных электрических полях, например, на заостренных или искривленных поверхностях проводников или электродов. Существует два типа неравномерных разрядов: коронный разряд и искровой разряд.

    Ионизация при коронном разряде не вызывает электрического пробоя. Этот разряд вызывает повторяющийся процесс запуска несамостоятельного разряда в небольшом ограниченном пространстве вокруг проводника. Хорошим примером коронного разряда является свечение в воздухе вокруг антенн, громоотводов или линий электропередач высоко над землей. Коронный разряд вокруг линий электропередач вызывает потерю энергии. Раньше это сияние было знакомо мореплавателям — свечение вокруг мачт кораблей было известно как св.Элмо огонь. Коронный разряд используется в лазерных принтерах и копировальных аппаратах. Он генерируется устройством, создающим коронный разряд, металлической струной, к которой приложено высокое напряжение. Коронный разряд ионизирует газ, который, в свою очередь, ионизирует светочувствительный барабан. В этом случае полезен коронный разряд.

    По сравнению с коронным разрядом электростатический разряд вызывает электрический пробой. Это похоже на прерывистые светлые нити, которые разветвляются и заполнены ионизированным газом. Они появляются и исчезают, производя большое количество тепла и света.Типичным примером естественного электростатического разряда является молния. Электрический ток в нем может достигать десятков килоампер. Прежде чем может произойти молния, необходимо создать нисходящую группу лидеров, известную как лидер или искра. Вместе со ступенчатым лидером он создает выстроенный строй. Молния обычно состоит из множественных электростатических разрядов в нисходящей формации лидера для разряда отрицательной молнии «облако-земля». В электронных вспышках в фотографии используется мощный электростатический разряд.Разряд здесь образуется между электродами импульсной лампы из кварцевого стекла, заполненного смесью благородных ионизированных газов.

    Когда электрический разряд сохраняется в течение длительного периода времени, он называется электрической дугой. Электрическая дуга используется в дуговой сварке, которая является незаменимой технологией в современном строительстве, используется для возведения стальных конструкций различного размера и назначения, от небоскребов до авианосцев и автомобилей. Электрическая дуга используется не только для соединения материалов, но и для их резки.Разница между этими двумя процессами заключается в силе используемого тока. Сварка происходит при относительно более низких токах, в то время как для резки требуются более высокие токи электрической дуги. Само порезание происходит при удалении расплавленного металла, и для его удаления используются разные методы.

    Еще одно применение электрической дуги в газах — газоразрядные лампы, которые отгоняют тьму на наших улицах, площадях и стадионах (в этих условиях обычно используются натриевые лампы).Металлогалогенные лампы, которые заменили лампы накаливания в автомобильных фарах, также используют эту технологию.

    Электрический ток в вакууме

    Вакуумная трубка в передающей станции. Канадский музей науки и технологий, Оттава

    Вакуум является идеальным диэлектриком, поэтому электрический ток в вакууме возможен только в том случае, если свободные носители тока, такие как электроны или ионы, генерируются термоэлектронной эмиссией, фотоэлектрической эмиссией или другими способами. способами.

    Подобные телекамеры использовались в 1980-х годах.Канадский музей науки и техники, Оттава

    Основным методом генерации электрического тока в вакууме с использованием электронов является термоэлектрическая эмиссия электронов металлами. Когда электрод нагревается (он называется горячим катодом), он испускает электроны в трубку. Эти электроны вызывают прохождение электрического тока, пока присутствует другой электрод (называемый анодом), и пока между ними существует определенное напряжение требуемой полярности. Такие вакуумные лампы называются диодами и проводят электрический ток только в одном направлении.Они блокируют ток, если есть попытка заставить ток течь в обратном направлении. Это свойство используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) посредством процесса выпрямления. Это делается системой диодов.

    Если рядом с катодом добавить дополнительный электрод, известный как сетка, мы получим устройство, называемое триодом, которое значительно усиливает даже небольшие изменения напряжения в управляющей сетке относительно катода. В результате это изменяет ток и напряжение на нагрузке, которая последовательно подключена к вакуумной трубке, относительно источника питания.Эта система, называемая усилителем, используется для усиления различных сигналов.

    Использование электронных ламп с большим количеством управляющих сеток, таких как тетроды, пентоды и даже пятиэлектродные преобразователи с семью электродами, было революционным в генерации и усилении радиосигналов и позволило создать современные системы радио- и телевещания.

    Современный видеопроектор

    Исторически радио было разработано первым, потому что было относительно легко разработать методы преобразования и передачи относительно низкочастотных сигналов, а также разработать схему для приемных устройств, которые могут усиливать и смешивать радиочастоты для их преобразования. в акустический сигнал посредством процесса демодуляции.

    Когда было изобретено телевидение, электронные лампы, называемые иконоскопами, использовались для испускания электронов за счет фотоэлектрического эффекта падающего на них света. Дальнейшее усиление сигнала производилось ламповым усилителем. Для просмотра захваченного и переданного изображения использовались электронно-лучевые трубки (ЭЛТ), которые также были вакуумными трубками. В ЭЛТ изображение создавалось на экране путем обратного преобразования сигнала. Это было сделано путем ускорения электронов до высокой скорости с помощью одной (или трех для цветного телевидения) электронных пушек в сильном электрическом поле.Поле создавалось приложением большого напряжения между катодом электронной пушки и анодом ЭЛТ. Пучки высокоскоростных электронов направлялись на экран, покрытый люминесцентным материалом, и с него излучался видимый свет. Изображение было создано двумя взаимно синхронизированными системами: одна считывала сигнал с иконоскопа, а другая выполняла растровое сканирование. Первые электронно-лучевые трубки были монохромными.

    SU3500 Сканирующий электронный микроскоп. Департамент материаловедения и инженерии.Университет Торонто

    Вскоре после этого было разработано цветное телевидение. Иконоскопы в цветном телевидении были гибридными системами, которые реагировали только на свет определенного цвета: красного, синего или зеленого. Цветные люминофорные точки электронно-лучевых трубок телевизора излучали свет за счет электрического тока, создаваемого электронной пушкой. Они реагировали на ударяющие по ним ускоренные электроны и излучали свет определенного цвета и яркости. Были использованы специальные теневые маски, чтобы лучи каждой цветной электронной пушки попадали на точки люминофора правильного цвета.

    В современных технологиях теле- и радиовещания используются более современные материалы на основе полупроводников, которые потребляют меньше энергии.

    Одним из широко используемых методов получения изображения внутренних органов является рентгеноскопия. Катод испускает электроны, которые разгоняются до такой скорости, что при попадании на анод генерируют рентгеновское излучение, которое может проникать в мягкие ткани человеческого тела. Рентгенограммы дают врачам уникальную информацию о состоянии костей, зубов и некоторых внутренних органов и даже могут помочь определить такие заболевания, как рак легких.

    Лампа бегущей волны С-диапазона. Канадский музей науки и техники, Оттава

    В целом электрические токи, образованные движением электронов в вакууме, находят широкое применение. Вакуумные лампы, ускорители частиц, масс-спектрометры, электронные микроскопы, генераторы вакуума высокой частоты, такие как лампы бегущей волны, клистроны и резонаторные магнетроны, — это лишь некоторые из примеров того, как мы используем этот тип электрического тока. Следует отметить, что именно магнетроны нагревают и готовят пищу в микроволновых печах.

    Недавняя очень ценная технология, использующая электрический ток в вакууме, — это осаждение тонких пленок в вакууме. Эти пленки выполняют декоративную или защитную функцию. Материалы, используемые в этой технике, — это металлы, их сплавы и их соединения с кислородом, азотом и углеродом. Эти пленки либо изменяют, либо сочетают в себе электрические, оптические, механические, магнитные, каталитические и связанные с коррозией свойства поверхности, которую они покрывают.

    Для получения комплексного соединения пленки используется технология ионно-лучевого осаждения.Некоторыми примерами этой технологии являются катодно-дуговое напыление и его коммерческий вариант мощного импульсного магнетронного распыления. В конце концов, именно электрический ток создает пленочное покрытие на поверхности благодаря ионам.

    Ионно-лучевое распыление создает пленки из нитридов, карбидов и оксидов металлов, которые обладают исключительным набором механических, теплофизических и оптических свойств, включая твердость, долговечность, электро- и теплопроводность и оптическую плотность.Другим способом добиться этих результатов невозможно.

    Электрический ток в биологии и медицине

    Макет операционной в Институте знаний Ли Ка Шинг, Торонто, Канада. Пациенты-роботы-манекены, которые могут моргать, дышать, плакать, истекать кровью и моделировать болезни, используются для обучения

    Понимание поведения электрического тока внутри биологических систем дает биологам и врачам мощный инструмент для исследований, диагностики и лечения.

    С точки зрения электрохимии все биологические объекты содержат электролиты, независимо от их структуры.

    При рассмотрении того, как электрический ток проходит через биологический объект, мы должны учитывать состояние клеток этого объекта. В этом отношении клеточная мембрана является важной структурой, которую необходимо учитывать. Это внешний слой каждой клетки, который защищает клетку от негативного воздействия окружающей среды за счет избирательной проницаемости для различных веществ. Другими словами, он пропускает одни вещества, а другие останавливает. С точки зрения физики, мы можем рассматривать эту мембрану как эквивалентную схему, которая состоит из параллельного соединения конденсатора с несколькими цепями, которые имеют последовательное соединение между источником электрического тока и резистором.Благодаря такой структуре электропроводность этого биологического объекта зависит от частоты приложенного напряжения и типов напряжения.

    Трехмерное изображение волоконных путей, соединяющих различные области мозга. Это изображение было получено с использованием метода неинвазивной диффузионной тензорной визуализации (DTI)

    Биологическая ткань состоит из клеток, внеклеточной жидкости, кровеносных сосудов и нервных клеток. При подаче электрического тока нервные клетки возбуждаются и посылают сигналы о сокращении или расслаблении мышц и кровеносных сосудов животного.Следует отметить, что течение электрического тока в биологических тканях нелинейно.

    Классическим примером воздействия электрического тока на биологический объект является серия экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он пропустил электрический ток по нервам лягушки, и это вызвало сокращение мускулов и движение ноги. В 1791 году его открытия были описаны в отчете об электрических силах в движении мышц.Долгое время в учебниках явление, открытое Гальвани, именовалось гальванизмом. Даже сейчас этот термин иногда используется для обозначения определенных процессов и устройств.

    Дальнейшее развитие электрофизиологии тесно связано с нейрофизиологией. В 1875 году британский хирург и врач Ричард Кейтон и русский врач Василий Данилевский независимо друг от друга показали, что мозг может вырабатывать электричество. Другими словами, они обнаружили ионный ток, протекающий в мозгу.

    Биологические объекты могут генерировать не только микротоки, но также значительные напряжения и токи в рамках своего повседневного функционирования.Задолго до работ Гальвани британский биолог Джон Уолш доказал электрическую природу системы защиты от электрического луча. Шотландский хирург и физиолог Джон Хантер подробно описал механизм, с помощью которого электрические лучи генерируют электричество. Результаты их исследования были опубликованы в 1773 году.

    Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — это неинвазивный метод, который позволяет врачам измерять активность мозга, обнаруживая изменения в кровотоке.

    Современная медицина и биология используют различные методы для исследования. живые организмы, которые включают как инвазивные, так и неинвазивные методы.

    Классическим примером инвазивного метода является исследование крыс, которые бегают по лабиринту или выполняют другие задания с имплантированными в их мозг электродами.

    С другой стороны, неинвазивные методы — это такие широко известные методы диагностики, как электроэнцефалография и электрокардиография. В этих процедурах электроды, контролирующие электрические токи в головном мозге или сердце, используются для измерения на коже человека или животного под наблюдением. Чтобы улучшить контакт с электродами, на кожу наносят физиологический раствор, поскольку он является хорошим электролитом и может хорошо проводить электрический ток.

    Помимо использования электрического тока для исследований и наблюдения за состоянием различных химических процессов и реакций, одним из наиболее эффективных способов использования электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда изображается как «перезапуск» сердца, которое уже остановилось. работающий.

    Тренировочный автоматический внешний дефибриллятор (AED)

    Действительно, запуск кратковременного импульса значительной силы иногда (но очень редко) может перезапустить сердце. Однако чаще используются дефибрилляторы, чтобы скорректировать аритмическое биение сердца и вернуть его к норме.Хаотические аритмические сокращения известны как фибрилляция желудочков, и поэтому устройство, которое возвращает сердце в норму, называется дефибриллятором. Современные автоматические внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем вычислять силу тока, необходимую пациенту, на основе этих факторов. Во многих общественных местах теперь есть дефибрилляторы, и медицинское сообщество надеется, что эта мера предотвратит множество смертей, вызванных дисфункцией сердца пациента.

    Медработники обучены определять физиологическое состояние сердечной мышцы по электрокардиограмме и быстро принимать решения о лечении, намного быстрее, чем это могут сделать автоматические внешние дефибрилляторы, доступные для населения.

    Отдельно стоит упомянуть об искусственных кардиостимуляторах, контролирующих сердечные сокращения. Эти устройства имплантируются под кожу или под грудную мышцу пациента и передают импульсы электрического тока напряжением около 3 В через электрод в сердечную мышцу.Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут проработать 6–14 лет, прежде чем потребуется их замена.

    Характеристики электрического тока, его генерация и использование

    Электрический ток характеризуется его величиной и видом. В зависимости от его поведения типы электрического тока делятся на постоянный или постоянный ток (он не изменяется со временем), гармонический ток (он изменяется случайным образом со временем) и переменный ток или переменный ток (он изменяется со временем в соответствии с определенной схемой, обычно это регулируется периодическим законом).Для некоторых задач требуется как постоянный, так и переменный ток. В данном случае мы говорим об переменном токе с постоянной составляющей.

    Термоядерный реактор Токамак де Варенн. Варенн, Квебек, 1981. Канадский музей науки и техники, Оттава

    Исторически первый трибоэлектрический генератор электрического тока, машина Вимшерста, создавала его, натирая шерстью кусок янтаря. Более совершенные генераторы того же типа теперь называются генераторами Ван де Граафа — они названы в честь изобретателя самой ранней из этих машин.

    Как мы уже говорили ранее, электрохимический генератор был изобретен итальянским физиком Алессандро Вольта. Этот генератор получил дальнейшее развитие в современных сухих аккумуляторных батареях, аккумуляторных батареях и топливных элементах. Мы до сих пор используем их, потому что это очень удобные источники энергии для всех видов устройств, от часов и смартфонов до автомобильных аккумуляторов и аккумуляторов электромобилей Tesla.

    В дополнение к генераторам постоянного тока, описанным выше, существуют также генераторы, использующие ядерное деление изотопов, известные как атомные батареи, а также магнитогидродинамические генераторы, которые сегодня имеют очень ограниченное применение из-за их низкой мощности и технических ограничений. их конструкции и по ряду других причин.Тем не менее генераторы радионуклидов используются в энергонезависимых системах, например, в космосе, в автономных подводных аппаратах и ​​гидроакустических станциях, в маяках, внутри маяковых буев, а также в Арктике и Антарктике.

    Коммутатор в мотор-генераторной установке, 1904 г. Канадский музей науки и техники, Оттава

    В электротехнике генераторы делятся на генераторы постоянного и переменного тока.

    Все эти генераторы работают благодаря электромагнитной индукции, открытой Майклом Фарадеем в 1831 году.Фарадей построил первый униполярный генератор малой мощности, который генерировал постоянный ток. Что касается первого генератора переменного тока, то история гласит, что он был описан Фарадею в 1832 году в анонимном письме, подписанном как «П. М. » После публикации этого письма Фарадей через год получил еще одно, в котором он благодарил и предлагал усовершенствовать конструкцию, добавив стальное кольцо для переноса магнитного потока магнитных полюсов катушек. Однако неясно, соответствует ли эта история действительности.

    В то время применение переменного тока еще не было найдено, поскольку для всех практических применений электричества в то время требовался постоянный ток, включая ток, используемый в минной войне, электрохимии, недавно разработанной электротелеграфии и первых электродвигателях.Вот почему многие изобретатели сосредоточились пока на улучшении генераторов постоянного тока, изобретая для этого различные коммутационные устройства.

    Одним из первых генераторов, которые нашли практическое применение, был магнитоэлектрический генератор, созданный немецким и российским исследователем Морицем фон Якоби, работавшим в России с 1835 по 1874 год. Он использовался минными отрядами ВМФ Российской армии для воспламенения взрывателей. морских мин. Улучшенные генераторы этого типа используются и по сей день для активации мин, и их часто можно увидеть в фильмах о Второй мировой войне, где партизаны или диверсанты используют их для взрыва мостов, схода с рельсов поездов и других подобных приложений.

    Линза лазера с приводом компакт-дисков

    С тех пор ведущие инженеры соревновались друг с другом в улучшении генераторов переменного и постоянного тока, создав окончательное противостояние между двумя титанами современной области производства электроэнергии, с Томасом Эдисоном из General Electric на одном из них. с другой стороны, Никола Тесла из Westinghouse. Победил больший капитал, и технологии Tesla для генерации, транспортировки и преобразования переменного тока стали наследием американского общества. Это дало значительный толчок развитию экономики США и вывело страну на лидирующие позиции в мире.

    В дополнение к способности производить электричество для различных нужд, которая зависела от преобразования механического движения в электричество из-за обратимости электрических машин, стала реальностью еще одна возможность обратного преобразования электрического тока в механическое движение. Это было сделано с помощью электрических двигателей, работающих на постоянном и переменном токе. Можно сказать, что эти типы машин являются одними из наиболее широко используемых технологий, и они включают стартеры автомобилей и мотоциклов, приводы коммерческих машин и станков, а также бытовые устройства и электронику.Благодаря этим устройствам мы научились выполнять различные задачи, такие как резка, сверление и формование. Благодаря этим технологиям мы также используем оптические диски, такие как компакт-диски и жесткие диски, в наших компьютерах — без них мы не смогли бы создать миниатюрные прецизионные электродвигатели постоянного тока.

    Помимо привычных нам электромеханических двигателей, ионные двигатели также работают за счет электрического тока. Эти двигатели используют принцип движения за счет испускания ускоренных ионов данного вещества.В настоящее время они используются в космосе в основном для вывода на орбиту небольших спутников. Весьма вероятно, что будущие технологии 22-го века, такие как фотонные лазерные двигатели, которые все еще разрабатываются и которые будут вести наши межзвездные корабли на скоростях, приближающихся к скорости света, также будут зависеть от электрического тока.

    Аналоговый мультиметр со снятой верхней крышкой

    Генераторы постоянного тока можно также использовать для выращивания кристаллов для электронных компонентов.Этот процесс требует дополнительных стабильных генераторов постоянного тока. Такие прецизионные твердотельные генераторы электрического тока называются стабилизаторами тока.

    Измерение электрического тока

    Следует отметить, что устройства для измерения электрического тока, такие как микроамперметры, миллиамперметры и амперметры, сильно отличаются друг от друга в зависимости от их конструкции и принципов измерения, которые они используют. К ним относятся амперметры постоянного тока, амперметры переменного тока низкой частоты и амперметры переменного тока высокой частоты.

    Измерительные механизмы этих устройств можно разделить на подвижную катушку, подвижное железо, подвижный магнит, электродинамические, индукционные, термоанемометрические и цифровые амперметры. Большинство аналоговых амперметров включает подвижную или неподвижную раму с намотанной катушкой и неподвижными или подвижными магнитами. Благодаря такой конструкции типичный амперметр имеет эквивалентную схему, которая представляет собой последовательное соединение катушки индуктивности и резистора с конденсатором, подключенным параллельно им. Из-за этого аналоговые амперметры недостаточно чувствительны для измерения высокочастотного тока.

    Подвижная катушка с иглой и спиральными пружинами измерителя, использованная в аналоговом мультиметре выше. Некоторые люди по-прежнему предпочитают аналоговые мультиметры, которые практически не изменились с 1890-х годов.

    Основное измерительное устройство амперметра состоит из миниатюрного гальванометра. Его диапазоны измерения создаются за счет использования дополнительных шунтирующих резисторов с малым сопротивлением, и это сопротивление ниже, чем у обычного гальванометра. Таким образом, используя одно устройство в качестве основы, можно создавать различные измерительные устройства для измерения токов с разными диапазонами, включая микроамперметры, миллиамперметры, амперметры и даже килоамперметры.

    Обычно при электрических измерениях важно поведение тока. Он может быть измерен как функция времени и иметь разные типы, например постоянный, гармонический, гармонический, импульсный и т. Д. Его величина характеризует способ работы электронных схем и устройств. Идентифицируются следующие значения тока:

    • мгновенное,
    • размах амплитуды,
    • среднее,
    • среднеквадратичная амплитуда.

    Мгновенный ток I i — значение тока в любой момент времени.Его можно просмотреть на экране осциллографа и измерить каждый момент времени, глядя на осциллограф.

    Размах амплитуды тока I м — наибольшее мгновенное значение тока за данный период времени.

    Среднеквадратичное значение амплитуды тока I находится как квадратный корень из среднего арифметического квадратов мгновенных токов для периода формы сигнала.

    Все аналоговые амперметры обычно измеряют среднеквадратичное значение амплитуды тока.

    Среднее значение тока — это среднее значение всех значений мгновенного тока за время измерения.

    Разница между максимальным и минимальным значением электрического тока называется размахом сигнала.

    В наши дни для измерения электрического тока широко используются мультиметры и осциллографы. Оба этих устройства предоставляют информацию не только о форме , тока или напряжения, но и о других важных характеристиках сигнала.К ним относятся частота периодических сигналов, и поэтому важно знать предел частоты измерительного устройства при измерении электрического тока.

    Измерение электрического тока с помощью осциллографа

    Проиллюстрируем сказанное выше серией экспериментов по измерению активных и пиковых значений тока синусоидального и треугольного сигналов. Мы будем использовать генератор сигнала, осциллограф и мультиметр.

    Схема эксперимента 1 показана ниже:

    Генератор сигналов FG подключен к нагрузке, которая состоит из мультиметра (MM), соединенного последовательно с шунтом Rs и нагрузочным резистором R.Сопротивление шунтирующего резистора R s составляет 100 Ом, а сопротивление нагрузочного резистора R составляет 1 кОм. Осциллограф ОС подключен параллельно шунтирующему резистору R s . Номинал шунтирующего резистора выбирается из условия R s << R. Проводя этот эксперимент, помним, что рабочая частота осциллографа намного выше рабочей частоты мультиметра.

    Test 1

    Подаем на нагрузочный резистор синусоидальный сигнал частотой 60 Гц и амплитудой 9 В.Современные осциллографы имеют очень удобную кнопку Auto Set, которая позволяет отображать любой измеренный сигнал, не касаясь других органов управления осциллографа. Нажимаем кнопку Auto Set и наблюдаем за сигналом на экране, как на иллюстрации 1. Здесь диапазон сигнала составляет около пяти больших делений, а значение каждого деления составляет 200 мВ. Мультиметр показывает значение электрического тока как 3,1 мА. Осциллограф определяет среднеквадратичную амплитуду на резисторе как U = 312 мВ. Среднеквадратичное значение тока на резисторе R s можно определить по закону Ома:

    I RMS = U RMS / R = 0.31 В / 100 Ом = 3,1 мА,

    , что соответствует значению 3,1 мА на мультиметре. Обратите внимание, что диапазон тока в нашей цепи, состоящей из двух последовательно соединенных резисторов и мультиметра, равен

    I PP = U PP / R = 0,89 В / 100 Ом = 8,9 мА

    Мы знаем, что пиковый и фактические значения электрического тока и напряжения отличаются в √2 раза. Если мы умножим I RMS = 3,1 мА на √2, мы получим 4,38. Удвоим это значение — получим 8.8 мА, что очень близко к измеренному осциллографом току (8,9 мА).

    Test 2

    Теперь уменьшим генерируемый сигнал вдвое. Диапазон сигнала на осциллографе также уменьшится примерно вдвое (463 мВ), а мультиметр покажет значение, которое также примерно уменьшено вдвое и составляет 1,55 мА. Определим значение активного тока на осциллографе:

    I RMS = U RMS / R = 0,152 В / 100 Ом = 1,52 мА,

    что примерно такое же значение, которое показывает мультиметр (1 .55 мА).

    Test 3

    Теперь увеличим частоту генератора до 10 кГц. Изображение на осциллографе изменится, но диапазон сигнала останется прежним. Значение на мультиметре уменьшится — это связано с диапазоном частот мультиметра.

    Test 4

    Давайте снова воспользуемся начальной частотой 60 Гц и напряжением 9 В, но изменим форму сигнала на генераторе с синусоидальной на треугольную. Диапазон сигнала на осциллографе остается прежним, но значение на мультиметре уменьшается по сравнению со значением тока, которое он показал в тесте 1.Это связано с изменением среднеквадратичного значения тока. Осциллограф показывает приведенное значение среднеквадратичного напряжения, измеренного на резисторе R s = 100 Ом.

    Меры предосторожности при измерении электрического тока и напряжения

    Пьедестал для самостоятельной камеры с телесуфлером и тремя мониторами для домашней видеостудии

    • При измерении тока и напряжения мы должны помнить, что в зависимости от того, насколько безопасно здание, например, относительно малое напряжение 12–36 В может быть опасным и даже опасным для жизни.Поэтому крайне важно соблюдать следующие меры безопасности.
    • Не измеряйте токи, если для измерения требуются специальные навыки (например, измерение токов в цепях с напряжением выше 1000 В).
    • Не измеряйте токи в труднодоступных местах и ​​на высоте.
    • При измерении токов в жилой распределительной сети используйте специальные средства защиты, такие как резиновые перчатки, коврики или ботинки.
    • Не используйте сломанные или поврежденные измерительные приборы.
    • При использовании мультиметров убедитесь, что установлены параметры измерения и правильный диапазон измерения.
    • Не используйте измерительный прибор со сломанными зондами.
    • Тщательно следуйте инструкциям производителя по использованию измерительного прибора.

    Эту статью написал Сергей Акишкин

    У вас возникли трудности с переводом единицы измерения на другой язык? Помощь доступна! Задайте свой вопрос в TCTerms , и вы получите ответ от опытных технических переводчиков в считанные минуты.

    Инженер-электрик преобразователя — Порту

    Инженер-электрик преобразователя
    PT, Porto | Профессиональный | Постоянный
    | ID: 9622

    Вы заинтересованы в работе в международной среде? Вы хотите построить свою карьеру в области преобразователя-электрика? Тогда продолжайте читать, это может быть следующим шагом в вашей карьере.


    Design Center Porto
    Необходимые решения Vestas Power Solutions являются краеугольным камнем Vestas.Благодаря инновациям, развитию и постоянному совершенствованию продукции мы разрабатываем продукты и технологии, которые снижают стоимость энергии и приносят максимальную пользу нашим клиентам и Vestas. Короче говоря: Vestas Power Solutions разрабатывает ветроэнергетические системы будущего.

    Обязанности

    Вашими основными обязанностями и задачами будут:

    • Анализ и проектирование схем силовых электронных преобразователей.
    • Анализ, моделирование и испытание высокочастотного поведения силовой электроники и связанных цепей, включая преобразователь, кабели, трансформатор, машину, резонансы контуров, пути паразитного тока, кондуктивные электромагнитные излучения.

    Серийная разработка продукта:

    • Технический руководитель группы инженеров по разработке нового продукта
    • Соблюдение процесса системного проектирования посредством концепции-требований-проектирования-верификации-передачи
    • Анализ рисков и обеспечение качества
    • Облегчение разделения задач проектирования от системы к компонентам и настройка управляющего ПО — критерии успеха
    • Сосредоточьтесь на показателях эффективности и статусе проверки


    Специфические знания:

    • Силовые электронные преобразователи соответствующего класса мощности и напряжения
    • Рабочее понимание схемотехники и работы, а также основных компонентов
    • Драйверы проектирования для таких характеристик преобразователя, как КПД, удельная мощность, частота отказов, безопасность
    • Собственная способность моделировать и проектировать части продукта
    • Рабочее понимание того, как проектировать и проверять сложные системы
    • Методология лабораторных испытаний и проверки для конкретных целей надежности
    • Компоненты схем и их ВЧ свойства, Моделирование и имитация этих
    • Схема управления ВЧ токами
    • Дизайн в соответствии со стандартами.Проверка соответствия.


    Квалификация

    Ваша квалификация включает:

    • Бакалавр / магистр в соответствующей области, например, силовая электроника, электротехника
    • Опыт проектирования силовой электроники
    • Опыт работы с испытанием и поверкой силовой электроники
    • Хорошие коммуникативные навыки
    • Имеет опыт выполнения проектов в матричной организации


    Компетенции

    • Вы ориентированы на процесс и имеете структурированный подход к работе
    • У вас активная личность, хорошее общение и управление заинтересованными сторонами
    • Вы естественно руководите, направляете, советуете и делитесь знаниями с командой и заинтересованными сторонами
    • Вы хорошо разбираетесь в сети и можете строить, развивать и поддерживать отношения в глобальной среде
    • Вы владеете английским языком на высоком уровне
    • Вы должны верить и соблюдать наши ценности сотрудничества, простоты и подотчетности

    О компании Vestas

    Vestas — глобальный партнер энергетической отрасли по решениям в области устойчивой энергетики.Мы проектируем, производим, устанавливаем и обслуживаем ветряные турбины по всему миру. Имея более 113 ГВт ветряных турбин в 81 стране, мы установили больше энергии ветра, чем кто-либо другой.

    Благодаря нашим передовым в отрасли возможностям интеллектуальных данных и беспрецедентному количеству обслуживаемых ветряных турбин мощностью более 96 ГВт, мы используем данные для интерпретации, прогнозирования и использования ресурсов ветра и предоставления лучших в своем классе решений для ветроэнергетики.

    Вместе с нашими клиентами более 25 000 сотрудников Vestas предлагают мировые решения в области устойчивой энергетики для обеспечения светлого будущего.

    Vestas продвигает разнообразную рабочую силу, которая охватывает все социальные идентичности и свободна от какой-либо дискриминации. Мы обязуемся создавать и поддерживать среду, которая признает и использует различный опыт, навыки и взгляды, и дает каждому равный доступ к возможностям.

    Мы приглашаем вас узнать больше о Vestas, посетив наш сайт www.vestas.com и подписавшись на нас в наших социальных сетях.

    Основы, типы и принципы работы силовых электронных преобразователей

    Основной задачей силовой электроники является обработка и управление потоком электроэнергии путем подачи напряжения и тока в форме, оптимально подходящей для пользовательских нагрузок.Современные силовые электронные преобразователи используются в очень широком спектре приложений, таких как импульсные источники питания, фильтры активной мощности, управление движением электрических машин, системы преобразования возобновляемой энергии, распределенное производство энергии, гибкие системы передачи переменного тока, автомобильная техника и т. Д.

    Силовые электронные преобразователи можно найти везде, где есть необходимость изменить форму электрической энергии с помощью классической электроники, в которой электрические токи и напряжение используются для передачи информации, тогда как в силовой электронике они несут энергию.Некоторыми примерами использования силовых электронных систем являются преобразователи постоянного тока в постоянный, используемые во многих мобильных устройствах, таких как сотовые телефоны или КПК, и преобразователи переменного тока в постоянный в компьютерах и телевизорах. Крупномасштабная силовая электроника используется для управления потоками электроэнергии в сотни мегаватт по нашей стране. Некоторые из этих преобразователей обсуждаются ниже.

    Двойной преобразователь

    Двойной преобразователь — это комбинация выпрямителя и инвертора, в которой происходит преобразование переменного тока в постоянный, а затем из постоянного тока в А.C, где нагрузка находится посередине. Двойной преобразователь может быть однофазным или трехфазным. Двойной преобразователь состоит из двух мостов, состоящих из тиристоров, один из которых предназначен для выпрямления, где переменный ток преобразуется в постоянный ток, который может подаваться на нагрузку. Другой мост тиристоров используется для преобразования постоянного тока в переменный ток

    .

    Однофазный двойной преобразователь

    Однофазный сдвоенный преобразователь использует одну фазу в качестве источника, который подается на преобразователь 1 сдвоенного преобразователя для выпрямления с последующей нагрузкой.

    Принцип работы:

    Вход переменного тока, подаваемый на преобразователь 1 для выпрямления в этом процессе, положительный цикл входа подается на первый набор тиристоров с прямым смещением, который дает выпрямленный постоянный ток на положительном цикле, а отрицательный цикл подается на набор тиристоров с обратным смещением, что дает постоянный ток. после завершения отрицательного цикла выход выпрямленного двухполупериодного сигнала может быть подан на нагрузку. При этом преобразователь 2 блокируется индуктором. Поскольку тиристоры начинают проводить ток только тогда, когда на затвор подается импульс тока, и продолжают проводить до тех пор, пока подача тока не прекратится.Выход тиристорного моста при подаче на него различных нагрузок может быть следующим.

    Поскольку сдвоенный преобразователь также включает преобразование постоянного тока в переменный, чтобы заставить его работать, второй преобразователь заблокирован, входы постоянного тока становятся преобразованием нагрузки в источник питания постоянного тока.

    Сжигание тиристоров:

    Чтобы тиристоры проводили ток, на его затвор должен быть подан пусковой импульс одновременно с линейным напряжением. Отдельная схема управления затвором должна быть добавлена ​​к тиристорным мостам с двойным преобразователем Схема управления затвором должна быть одинаково синхронизирована с напряжением источника, любая задержка вызывает нулевое перекрестное дрожание и нулевую частоту колеблется.Для предотвращения этих цепей необходимо включить фазовую синхронизацию и компараторы.

    Применение однофазного сдвоенного преобразователя

    • Управление скоростью и направлением в двигателях постоянного тока.
    Контроль скорости и полярности двигателя постоянного тока с использованием однофазного сдвоенного преобразователя

    Однофазный сдвоенный преобразователь может использоваться для управления скоростью и направлением вращения, взаимодействуя с микроконтроллером, комбинация из четырех тиристоров размещается по обе стороны от двигателя, и двигатель находится под нагрузкой.Эти тиристоры могут запускаться через оптопару, которая подключена к порту микроконтроллера.

    Вращение двигателя может быть инициировано с помощью оптопары путем установки набора тиристоров на триггер, который расположен с одной стороны, и изменение направления двигателя может быть достигнуто путем запуска другого набора тиристоров. Изменение скорости двигателя может быть достигнуто за счет отложенного угла зажигания SCR.

    Выбор режима и выбор скорости — это переключатели, сопряженные с микроконтроллером, с помощью этих переключателей можно выбрать скорость и вращение.


    Однофазный трехфазный преобразователь переменного тока в переменный

    Силовая электроника — это приложение электроники для преобразования энергии. Подкатегория преобразования энергии — это преобразование переменного тока в переменный. Контроллер переменного напряжения в переменный — это преобразователь, который регулирует напряжение, ток и среднюю мощность, подаваемую на нагрузку переменного тока от источника переменного тока. Существует два типа контроллеров переменного напряжения: однофазный и трехфазный.

    Однофазный преобразователь переменного тока в переменный — это преобразователь, который преобразует фиксированное входное напряжение переменного тока в переменное выходное напряжение переменного тока с заданной частотой.Они используются в практических схемах, таких как цепи регулятора освещенности, регуляторы скорости асинхронных двигателей, управление тяговыми двигателями и т. Д. Существует много существующих технологий в однофазных преобразователях переменного тока в переменный; они однофазные — две ножки, три ножки и четыре ножки. Однофазные преобразователи с двумя и четырьмя ветвями имеют некоторые недостатки, например, им требуется большое количество силовых устройств, большая схема управления, больше переключений, а потери уменьшаются только наполовину для управления 50% выходной мощности. Таким образом, чтобы преодолеть эти недостатки, присутствующие в традиционно используемых преобразователях, лучшим подходом является использование однофазного трехфазного преобразователя переменного тока в переменный.

    Однофазный — три ножки, состоит из 3 ножек и 6 переключателей. Ножка является общей как для стороны решетки, так и для стороны нагрузки. Нога выполняет операцию выпрямителя, а сеть выполняет операцию инвертора. И здесь мы используем методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для управления выходом преобразователя. Однофазный трехполюсный преобразователь показан на рисунке ниже:

    .

    Во время положительного полупериода переключателей напряжения питания Qg и Qa в выпрямителе мы получаем выпрямленный выход на конденсаторе, а для работы инвертора в дополнение к переключателям Qg и Qa ‘срабатывает переключатель Ql на стороне нагрузки, и мы получаем выход переменного тока через нагрузку.Во время отрицательного полупериода переключатели Qa и Qg ’на стороне сети проводят выпрямленный выходной сигнал, а для работы в режиме инверсии в дополнение к переключателям Qa и Qg’ также срабатывает переключатель Ql ’, и мы получаем выход переменного тока через нагрузку. При использовании метода ШИМ на инвертор подается фиксированное входное напряжение постоянного тока, а регулируемое выходное напряжение переменного тока получается путем регулировки периодов включения и выключения инверторных устройств. Переключатели в цепи преобразователя для обеспечения правильной работы, а также для уменьшения гармоник.Изменяя значение индекса модуляции, мы можем изменять ширину импульса по своему усмотрению.

    Преимущества и применение трехэлементного преобразователя
    • Выходное напряжение постоянного тока на конденсаторе почти вдвое больше, чем у четырехполюсного преобразователя.
    • Номинальная мощность и напряжение цепи могут быть улучшены.
    • Такой же выход может быть получен с уменьшенными потерями и переключателями. Следовательно, эффективность и коэффициент мощности могут быть улучшены.
    • Этот преобразователь используется в цепях бесперебойного питания (ИБП) и в силовой электронике для обеспечения четырехквадрантного режима работы приводов.

    Список обычно используемых преобразователей мощности

    Вот список часто используемых преобразователей мощности: 1. Преобразователи переменного тока в постоянный 2. Преобразователи переменного тока в переменный 3. Преобразователи постоянного тока в постоянный 4. Преобразователи постоянного тока в переменный.

    1. Преобразователи переменного тока в постоянный :

    Выпрямление — это процесс преобразования переменного тока или напряжения в постоянный ток или напряжение. Это преобразование может быть достигнуто с помощью множества схем, основанных на коммутационных устройствах и использующих их. К широко используемым коммутационным устройствам относятся диоды, тиристоры, силовые транзисторы, силовые МОП и т. Д.Выпрямительные схемы, использующие только диоды в качестве выпрямительных элементов, известны как неуправляемые выпрямители, потому что при фиксированном значении входного переменного напряжения выходное постоянное напряжение является фиксированным и не может контролироваться. Для некоторых маломощных устройств, где управление выходным напряжением не требуется, можно использовать выпрямительные схемы, использующие только диоды. Такие схемы имеют преимущества низкой стоимости и простой схемы.

    Цепи выпрямителя

    , использующие тиристоры, известны как управляемые выпрямители или преобразователи переменного тока в постоянный.Основной принцип управляемого выпрямителя — контролировать момент времени, в который тиристоры могут работать в течение каждого цикла. Таким образом, можно выбрать временные сегменты волн переменного напряжения, которые появляются на выводах постоянного тока, а среднее выходное напряжение контролируется непрерывно.

    Этот процесс управления называется фазовым регулированием, поэтому управляемые выпрямители также называются фазоуправляемыми выпрямителями. Поскольку тиристоры доступны для высокого напряжения и большого тока, управляемые выпрямители с использованием тиристоров используются во многих мощных устройствах.Управляемый выпрямитель может быть однофазным или трехфазным в зависимости от того, является ли вход однофазным или трехфазным переменным током.

    Управляемые выпрямители бывают двух типов: полностью управляемые и полууправляемые. Полностью управляемый выпрямитель использует тиристоры в качестве выпрямительных элементов, а выходное напряжение постоянного тока является функцией амплитуды напряжения питания переменного тока и точки на волне, при которой срабатывают тиристоры (так называемый угол зажигания α). Полууправляемые выпрямители состоят из смеси диодов и тиристоров, что позволяет более ограниченно контролировать уровень выходного постоянного напряжения, чем полностью управляемый выпрямитель.Полууправляемый выпрямитель дешевле, чем полностью управляемый выпрямитель с такими же характеристиками, но имеет эксплуатационные ограничения.

    Неуправляемые и полууправляемые выпрямители пропускают мощность только от системы переменного тока к нагрузке постоянного тока и поэтому называются однонаправленными, одноквадрантными или полупреобразователями. Однако с полностью управляемым выпрямителем можно, управляя точкой на волне, при которой происходит переключение, обеспечить передачу мощности со стороны постоянного тока преобразователя обратно в систему переменного тока.Когда это происходит, говорят, что работа находится в режиме инвертирования.

    Таким образом, полностью управляемые преобразователи могут называться двунаправленными или двухквадрантными преобразователями. Таким образом, преобразователи с фазовым управлением могут обеспечивать работу в одном квадранте, двух квадрантах или четырех квадрантах на своих выводах постоянного тока. В четырехквадрантном режиме используются два полностью управляемых преобразователя, соединенных последовательно друг с другом. Четырехквадрантные преобразователи или двойные преобразователи обеспечивают возможность двунаправленного протекания тока через нагрузку.

    Тип преобразователя зависит от потребляемой мощности и допустимой пульсации напряжения. Для малых мощностей (ниже 20 кВт) подходят однофазные цепи, но сами они могут иметь разные формы. Для больших мощностей (более 20 кВт) неизменно используются трехфазные цепи.

    2. Преобразователи переменного тока в переменный :

    Контроллеры переменного напряжения на основе тиристоров, использующие принцип управления фазой, преобразуют фиксированное переменное напряжение напрямую в переменное напряжение переменного тока без изменения частоты.Применения контроллеров или регуляторов переменного напряжения включают бытовое и промышленное отопление, переключение ответвлений трансформатора, управление освещением, регулирование скорости однофазных и трехфазных асинхронных двигателей и т. Д.

    Раньше для таких приложений использовались автотрансформаторы, переключающие трансформаторы, магнитные усилители, насыщаемые реакторы и т. Д. Но теперь эти устройства заменяются регуляторами переменного тока, использующими тиристоры и симисторы из-за их высокой эффективности, гибкости в управлении, компактный размер и меньшие затраты на обслуживание.

    Однако регуляторы переменного тока, использующие тиристоры и симисторы, вносят в цепь нежелательные гармоники. Регуляторы переменного тока подразделяются на однофазные и трехфазные. Каждый из них может быть полуволновым (однонаправленным) или полноволновым (двунаправленным). Из-за входа переменного тока регуляторы переменного тока всегда подключаются к сети или имеют естественную коммутацию, и поэтому в этих контроллерах не требуется сложных схем коммутации.

    Циклоконвертер

    определяется как контроллер мощности, который преобразует входную мощность на одной частоте в выходную мощность на другой частоте с односторонним преобразованием.Таким образом, это преобразователь переменного тока в переменный без промежуточного звена постоянного тока. Циклоконверторы можно разделить на однофазные устройства, преобразователи трех фаз в однофазные, трехфазные в трехфазные. Их также можно разделить на понижающие и повышающие. В понижающих циклоконверторах выходная частота ниже, чем частота питания или входная частота.

    В повышающих циклоконверторах выходная частота выше, чем частота питания. Понижающие циклоконвертеры используют линейную или естественную коммутацию, в то время как повышающие циклоконвертеры нуждаются в принудительной коммутации.Как правило, широко используются понижающие циклоконвертеры. Желаемую амплитуду выходного напряжения можно получить, изменяя угол включения тиристоров, используемых в схеме.

    С появлением мощных тиристоров циклоконвертеры становятся все более популярными. В настоящее время применения циклоконвертеров включают регулирование скорости мощных приводов переменного тока, индукционный нагрев, статическую компенсацию VAR и преобразование напряжения переменного тока генератора переменного тока в выходное напряжение постоянной частоты для использования в качестве источника питания на самолетах или кораблях.

    3. Преобразователи постоянного тока в постоянный :

    Прерыватель постоянного тока, также известный как преобразователь постоянного тока в постоянный, представляет собой статическое устройство (переключатель), используемое для получения переменного напряжения постоянного тока от источника постоянного напряжения. Таким образом, прерыватель можно рассматривать как эквивалент трансформатора постоянного тока, поскольку он ведет себя идентичным образом. Помимо экономии энергии, прерыватель постоянного тока обеспечивает большую эффективность, быструю реакцию, меньшие затраты на обслуживание, малые размеры, плавное управление и, во многих случаях, более низкую стоимость, чем подходы к мотор-генераторным установкам или газовым трубам.

    Твердотельные прерыватели из-за присущих им преимуществ широко используются в троллейбусах, транспортных средствах с батарейным питанием, управлении тяговыми двигателями, управлении большим количеством двигателей постоянного тока от обычной шины постоянного тока, морских подъемниках, вилочных погрузчиках, карьерных самосвалах и т. Д. также может использоваться для рекуперативного торможения на электрической тяге.

    4. Преобразователи постоянного и переменного тока :

    Преобразователи постоянного тока в переменный известны как инверторы. Другими словами, инвертор — это схема, которая преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока с желаемыми выходным напряжением и частотой.Выходное напряжение переменного тока может иметь фиксированную или переменную частоту. Источник питания постоянного тока может поступать от батареи, солнечных элементов, топливных элементов и т. Д.

    Преобразование может быть выполнено с помощью транзисторов или тиристоров. Для выходов малой и средней мощности используются транзисторные инверторы, а для выходов большой мощности следует использовать тиристоры. Для маломощных выходов подходят автоколебательные транзисторные инверторы, но для мощных выходов инверторы с приводом используются чаще, чем автоколебательные.Более того, для многофазного переменного тока нет альтернативы, кроме инверторов с приводом. Управляемые инверторы имеют лучшую стабильность частоты, поскольку для этой цели используется отдельный задающий генератор.

    Для применения в инверторах транзисторы имеют некоторое преимущество перед тиристорами в отношении скорости переключения, простоты схем управления, более высокой эффективности и большей надежности. В основном это связано с тем, что тиристорным инверторам требуются дополнительные схемы для выключения тиристоров, кроме того, могут потребоваться дополнительные сложные логические схемы, чтобы избежать ложного срабатывания и обеспечить надлежащее время коммутации.Тиристоры могут выдерживать гораздо более высокие токи нагрузки, чем транзисторы, и, следовательно, для высокой выходной мощности тиристоры становятся более желательными, чем транзисторы.

    Форма волны выходного напряжения идеального инвертора должна быть синусоидальной, но формы волны выходного напряжения практических инверторов не являются синусоидальными и содержат определенные гармоники. Напряжения прямоугольной или квазипрямоугольной формы могут быть приемлемы для приложений с низкой и средней мощностью, но для приложений с высокой мощностью требуются синусоидальные сигналы с малыми искажениями.Выходная частота инвертора определяется скоростью, с которой полупроводниковые устройства включаются и выключаются схемой управления инвертором, и, следовательно, легко обеспечивается выход переменного тока с регулируемой частотой.

    Содержание гармоник в выходном напряжении может быть значительно уменьшено с помощью методов переключения имеющихся высокоскоростных силовых полупроводниковых устройств. Фильтрация гармоник неосуществима, когда выходная частота изменяется в широком диапазоне, и важно генерировать форму волны переменного тока с низким содержанием гармоник.

    Когда выходное напряжение переменного тока инвертора подается на трансформатор или двигатель переменного тока, это выходное напряжение должно изменяться вместе с частотой для поддержания надлежащих магнитных условий. Некоторые из важных применений инверторов: приводы двигателей переменного тока с регулируемой скоростью, индукционный нагрев, источники бесперебойного питания (ИБП) для самолетов, линии передачи постоянного тока высокого напряжения и т. Д.

    Цепи преобразователя

    … — Проектирование электротехники

    #Alternator:

    Генератор — это машина, которая преобразует механическую энергию в электрическую в виде переменного тока (с определенным напряжением и частотой).Генераторы также известны как синхронные генераторы.

    #Use_of_Alternator

    Электроэнергия для электрической системы современного автомобиля вырабатывается генератором переменного тока. Раньше мы использовали для этой цели генераторы постоянного тока или динамо-машины, но после разработки генератора переменного тока мы заменили динамо-машины более прочным и легким генератором переменного тока. Хотя электрическая система автомобилей требует постоянного тока, все же генератор переменного тока вместе с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока является лучшим выбором, поскольку в генераторе отсутствует сложная коммутация.Этот конкретный тип генератора, используемый в автомобиле, известен как автомобильный генератор переменного тока (узнайте, как устроен генератор переменного тока).

    Генераторы переменного тока также используются в дизель-электрических локомотивах. Двигатель этого локомотива — не что иное, как генератор переменного тока с дизельным двигателем. Переменный ток, производимый этим генератором, преобразуется в постоянный ток встроенными кремниевыми диодными выпрямителями для питания всех тяговых двигателей постоянного тока. Эти тяговые двигатели постоянного тока приводят в движение колесо локомотива.
    Мы также используем эту машину в судоходстве, как дизель-электрический локомотив.Мы специально разрабатываем синхронный генератор, используемый на море и флоте, с соответствующей адаптацией к морской среде. Типичный выходной уровень морского генератора переменного тока составляет около 12 или 24 вольт. У больших морских овец используется более одной единицы, чтобы обеспечить мощную мощность. В этой морской системе энергия, производимая генератором переменного тока, сначала выпрямляется, а затем используется для зарядки стартерной батареи двигателя и вспомогательной аккумуляторной батареи морского судна.

    Одно из основных применений генераторов переменного тока — производство большой мощности переменного тока для коммерческих целей.На тепловых электростанциях, на гидроэлектростанциях, даже на атомных электростанциях генераторы переменного тока только преобразуют механическую энергию в электрическую для подачи в энергосистему.

    #Types_of_Alternators

    Генераторы переменного тока или синхронные генераторы можно классифицировать по-разному в зависимости от их применения и конструкции.
    Пять различных типов генераторов включают:

    #Automotive_alternators — используются в современных автомобилях.

    #Diesel_electric_locomotive_alternators — используется в дизель-электрических автоблоках.

    #Marine_alternators — используются в морских приложениях.

    #Brushless_alternators — используются на электростанциях в качестве основного источника энергии.

    #Radio_alternators — используются для низкочастотной радиопередачи.
    Мы можем классифицировать эти генераторы переменного тока (генераторы переменного тока) по-разному, но две основные категории в зависимости от их конструкции: генератор скорости.Он имеет большое количество выступающих полюсов, сердечники которых прикреплены болтами или «ласточкин хвост» к тяжелому магнитному колесу из чугуна или стали хорошего магнитного качества.

    Такие генераторы отличаются большим диаметром и малой осевой длиной. Эти генераторы выглядят как большое колесо. Они в основном используются для тихоходных турбин, например, на электростанции Hydel.

    #Smooth_Cylindrical_Type


    Мы используем его для генератора переменного тока с приводом от паровой турбины. Ротор этого генератора вращается с очень высокой скоростью.Ротор состоит из гладкого цельного цилиндра из кованой стали, имеющего определенное количество пазов, вырезанных с интервалами по внешней периферии для размещения катушек возбуждения.

    Эти роторы предназначены в основном для 2-полюсных или 4-полюсных турбогенераторов, работающих при 36000 или 1800 об / мин соответственно.

    #History_of_Alternator
    Майкл Фарадей и Ипполит Пиксии представили самую первую концепцию генератора переменного тока. Майкл Фарадей разработал вращающийся прямоугольный виток проводника внутри магнитного поля для создания переменного тока во внешней статической цепи.После этого в 1886 году J.E.H. Гордон, спроектировал и изготовил первый прототип полезной модели. После этого лорд Кельвин и Себастьян Ферранти разработали модель синхронного генератора от 100 до 300 Гц. Никола Тесла в 1891 году разработал коммерчески полезный генератор на 15 кГц. После этого года появились многофазные генераторы переменного тока, которые могут подавать ток на несколько фаз.

    U. Исследовательская группа изобретает преобразователь электроэнергии для возобновляемых источников энергии

    Фотография отправлена

    Высокочастотный матричный преобразователь, изобретенный исследователями из Университета Арканзаса, принимает энергию из различных возобновляемых источников энергии, включая солнечную, и преобразует ее для использования в системе электросетей.

    ФЕЙЕТТЕВИЛЛЬ, Арканзас. Исследователи из Университета Арканзаса изобрели новую систему преобразователя электроэнергии, которая одновременно принимает энергию от различных источников энергии и преобразует ее для использования в системе электросетей.

    Докторант Джозеф Карр разработал систему вместе со своим руководителем Хуаном Балдой, профессором университета и заведующим кафедрой электротехники.

    Инновации в этой области имеют решающее значение, поскольку Соединенные Штаты продвигаются к интеграции возобновляемых источников энергии в национальную энергосистему.

    Министерство энергетики США получило патент на эту технологию и теперь ищет возможности лицензирования для потенциальной коммерциализации. Исследование спонсировалось грантом Министерства энергетики США.

    «Очень приятно, когда докторанты, которые много часов работают над различными исследовательскими идеями, награждаются патентом», — сказал Балда.«В то же время это показатель исследовательской работы, которую несколько преподавателей и их студентов проводят в области будущих энергетических систем».

    Доступность и использование возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, геотермальная и ветровая, и связанных с ними систем сбора урожая, увеличивают потребность в новых преобразователях энергии, которые могут эффективно преобразовывать различные источники энергии для работы в современных электрических сетях. Существующие системы преобразования возобновляемой энергии громоздки, неэффективны и с трудом воспринимают множество входов из разных источников.

    Разработанный исследователями высокочастотный матричный преобразователь устраняет эти недостатки. В его упрощенной системе управления используются преобразователи мощности, позволяющие подключать различные источники питания к небольшому высокочастотному трансформатору. Затем, используя высокочастотный матричный преобразователь, он вырабатывает стабильную электроэнергию, готовую к подаче в электрическую сеть.

    Карр получил докторскую степень в университете в 2011 году. Он был почетным докторантом с 2005 по 2009 год и был соавтором девяти статей, опубликованных в журналах и представленных на международных конференциях.Сейчас он работает в ABB, энергетической компании в Роли, Северная Каролина.

    Хуан Балда, Университет Арканзаса.

    Балда — профессор университета с 1989 года. Его основные научные интересы — силовая электроника, системы распределения электроэнергии, моторные приводы и качество электроэнергии. Он является старшим членом IEEE и членом сообществ по силовой электронике и промышленным приложениям.

    В качестве заместителя директора Национального центра надежной передачи электроэнергии, испытательного центра энергетической электроники площадью 7000 квадратных футов и стоимостью 5 миллионов долларов в Университете Арканзаса, Балда находится в центре критически важного корпуса исследователей из Соединенного Королевства, занимающихся исследованиями твердых тел. -государственные решения для электроэнергетической системы страны.

    Об университете Арканзаса: Университет Арканзаса обеспечивает конкурентоспособное на международном уровне образование для студентов и аспирантов по более чем 200 академическим программам.Университет способствует новым знаниям, экономическому развитию, фундаментальным и прикладным исследованиям и творческой деятельности, а также оказывает услуги академическим и профессиональным дисциплинам. Фонд Карнеги относит Арканзасский университет лишь к 2 процентам университетов Америки с самым высоким уровнем исследовательской деятельности. U.S. News & World Report относит Арканзасский университет к числу лучших американских государственных исследовательских университетов. Университет Арканзаса, основанный в 1871 году, состоит из 10 колледжей и школ и поддерживает низкое соотношение студентов и преподавателей, что способствует личному вниманию и внимательному наставничеству.

    .

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *