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 позволяют получать выпрямленный (стабилизированный) ток из переменного синусоидального сигнала. Они широко распространены, так как множество электропотребителей питаются постоянным током (радиоаппаратура, аккумуляторные батареи на зарядке, установки в металлургии и др.).

Для преобразования постоянного напряжения (от химических источников, генераторов постоянного тока, солнечных батарей) в переменное служат инверторы. Также применяются в составе устройств, которые преобразуют частоту и число фаз.

Устройства, преобразующие частоту переменного тока, позволяют изменять её как в большую, так и в меньшую сторону. Используются для питания ультразвуковых устройств, электроприводов переменного тока, установок нагрева и плавки металлов и др.

В промышленности, транспорте возникают ситуации, когда необходимо преобразовать трёхфазное переменное напряжения в однофазное и наоборот. С этой задачей справляются преобразователи числа фаз.

Регуляторы уровня переменного или постоянного напряжения (трансформаторы, транзисторные усилительные каскады) изменяют только величину напряжения, не меняя его формы.

Существуют устройства, изменяющие форму напряжения (например, формирующие прямоугольные импульсы, определённую форму напряжения), которые применяются в радиолокации, телевидении и др.

Все виды преобразований реализуются в основном при использовании полупроводниковых приборов (диодов, транзисторов (биполярных и полевых), тиристоров). Полупроводниковые преобразователи обладают малыми потерями полезной энергии, большими сроками службы, высоким быстродействием. Однако для них характерны чувствительность к перегрузкам, низкая помехозащищённость, искажение синусоиды напряжения (тока).

Перспективным направлением является использование импульсных устройств преобразования, которые применяются для понижения и повышения постоянного питающего напряжения, в источниках питания бытовой электроаппаратуры, в зарядных устройствах, электрофильтрах, сварочных аппаратах и др.

Существенное влияние на развитие преобразовательных устройств оказывают микроконтроллеры и методы цифровой обработки сигналов.