Преобразователи электрической энергии
Электростанции производят переменный ток, химические источники вырабатывают постоянный ток. Из-за великого разнообразия электропотребителей (в быту, транспорте, промышленности) часто возникает необходимость в преобразовании одних параметров электрической энергии (амплитуды, частоты, количества фаз, формы сигнала) в другие либо изменение числовых значений параметров.
Классификация преобразователей электроэнергии
Устройства преобразования классифицируют следующим образом:
- по выполняемым функциям:
- простые,
- стабилизирующие,
- с регулированием выходного сигнала;
- по степени управляемости:
- управляемые (имеется возможность регулировать преобразуемые параметры: величину напряжения (тока), частоту)
- неуправляемые;
- по характеру выполняемых операций:
- выпрямители,
- инвертирующие устройства,
- преобразователи частоты,
- преобразователи количества фаз,
- регуляторы уровня напряжения
- устройства, изменяющие форму напряжения.
Выпрямители являются одним из самых распространенных устройств в электротехнике, позволяющих получать стабилизированный ток из переменного синусоидального сигнала. Их используют для питания многих электропотребителей, работающих на постоянном токе, начиная от радиоаппаратуры и заканчивая установками в металлургии. Для обратного преобразования постоянного напряжения в переменное служат инверторы, которые также используются в устройствах, изменяющих частоту и число фаз.
С помощью преобразования частоты переменного тока можно регулировать ее как в большую, так и в меньшую сторону, что используется для питания ультразвуковых устройств, электроприводов переменного тока и установок нагрева и плавки металлов. В промышленности и транспорте возникают ситуации, когда необходимо преобразовать трехфазное переменное напряжение в однофазное и наоборот. С этой задачей справляются преобразователи числа фаз.
Регуляторы уровня переменного или постоянного напряжения (например, трансформаторы и транзисторные усилительные каскады) изменяют только величину напряжения, не меняя его формы. Существуют устройства, изменяющие форму напряжения, например, формирующие прямоугольные импульсы, которые применяются в радиолокации, телевидении и других областях.
Для реализации всех видов преобразований используются полупроводниковые приборы, такие как диоды, транзисторы (биполярные и полевые) и тиристоры. Они обладают малыми потерями полезной энергии, большими сроками службы и высоким быстродействием. Однако они чувствительны к перегрузкам, имеют низкую помехозащищенность и искажают синусоиду напряжения или тока.
Импульсные устройства преобразования являются одним из самых перспективных направлений в электротехнике. Они широко применяются для понижения и повышения постоянного питающего напряжения в различных устройствах, включая бытовую электроаппаратуру, зарядные устройства, электрофильтры, сварочные аппараты и другие. Особенностью импульсных устройств является то, что они работают на основе периодического переключения тока и позволяют значительно снизить потери энергии.
Кроме того, важную роль в развитии преобразовательных устройств играют микроконтроллеры и методы цифровой обработки сигналов. Использование этих технологий позволяет значительно улучшить эффективность и надежность преобразователей, а также уменьшить искажения сигнала и повысить защищенность от помех.
В целом, применение импульсных устройств и новых технологий в электротехнике дает возможность создавать более эффективные и экономичные устройства, что в свою очередь способствует прогрессу и развитию технологий во всех сферах жизни.