电能转换的类型

大量的家用电器和工业装置在其工作中由电源供电 电能 不同类型的。它是由大众创造的 EMF 和电流源.

发电机组产生工频单相或三相电流，而化学电源产生直流电。同时，在实践中，经常会出现一种电力不足以满足某些设备运行需要进行转换的情况。

为此，该行业生产了大量以不同电能参数工作的电气设备，将它们从一种类型转换为具有不同电压、频率、相数和波形的另一种类型。根据它们执行的功能，它们分为转换设备：

• 简单的;

• 具有调节输出信号的能力；

• 被赋予了稳定的能力。

分类方法

根据所执行操作的性质，转换器分为设备：

• 站起来

• 一个或多个阶段的逆转；

• 信号频率的变化；

• 转换电气系统的相数；

• 改变电压类型。

根据新兴算法的控制方法，可调转换器工作于：

• 直流电路中使用的脉冲原理；

• 谐振电路中使用的相位法。

最简单的转换器设计可能没有配备控制功能。

所有转换设备都可以使用以下电路类型之一：

• 路面;

• 零;

• 带或不带变压器；

• 具有一、二、三或更多阶段。

矫正装置

这是最常见和最古老的转换器类别，可让您从交流正弦波（通常是工业频率）获得整流或稳定的直流电。

稀有展品

低功耗设备

仅在几十年前，硒结构和基于真空的设备仍在无线电工程和电子设备中使用。

此类设备基于硒板单个元素的电流校正原理。它们通过安装适配器依次组装成一个结构。校正所需的电压越高，使用的此类元件就越多。它们不是很强大，可以承受几十毫安的负载。

在灯整流器的密封玻璃外壳中产生真空。它装有电极：一个阳极和一个带有灯丝的阴极，可确保热电子辐射的流动。

直到上个世纪末，这种灯一直为收音机和电视机的各种电路提供直流电源。

点火器是强大的设备

在工业设备中，过去广泛使用根据受控电弧充电原理工作的阳极-阴极汞离子设备。它们用于需要在高达并包括 5 千伏的整流电压下操作强度为数百安培的直流负载的地方。

电子流用于电流从阴极流向阳极。它是由在阴极的一个或多个区域（称为发光阴极点）中引起的电弧放电产生的。它们是在辅助电弧被点火电极打开时形成的，直到主电弧被点燃。

为此，创建了电流强度高达数十安培的几毫秒的短期脉冲。改变脉冲的形状和强度可以控制点火器的操作。

这种设计在整流期间提供了良好的电压支持和相当高的效率。但设计的技术复杂性和操作困难导致其使用被拒绝。

半导体设备

二极管

由于半导体材料或金属与半导体之间接触形成的 p-n 结的特性，他们的工作基于单向电流传导原理。

二极管只通过一定方向的电流，当交变的正弦波谐波通过时，二极管会截止一个半波，因此被广泛用作整流器。

现代二极管的生产范围非常广泛，并具有各种技术特性。

晶闸管

晶闸管使用四个导电层，形成比具有三个串联连接的 p-n 结 J1、J2、J3 的二极管更复杂的半导体结构。外层«p»和«n»的触点作为阳极和阴极，内层作为UE的控制电极，用于开关晶闸管动作和调节。

正弦谐波的整流是根据与半导体二极管相同的原理进行的。但是为了使晶闸管工作，有必要考虑到一个特定的特性——其内部过渡结构必须对电荷的通过开放，而不是关闭。

这是通过使特定极性的电流通过驱动电极来完成的。下图显示了打开同时使用的晶闸管的方法，以调整不同时间通过的电流量。

当正弦曲线通过零值时通过 RE 施加电流时，会创建一个最大值，该值在点 «1»、«2»、«3» 处逐渐减小。

这样，电流随晶闸管的调节而调整。电源电路中的三端双向可控硅开关元件和功率 MOSFET 和/或 AGBT 的工作方式类似。但是它们不执行校正电流的功能，而是在两个方向上传递电流。因此，他们的控制方案使用了额外的脉冲中断算法。

直流/直流转换器

这些设计与整流器相反。它们用于从化学电流源获得的直流电中产生交流正弦电流。

罕见的发展

自 19 世纪末以来，电机结构已被用于将直流电压转换为交流电压。它们由一个由电池或电池组供电的直流电动机和一个交流发电机组成，其电枢由电动机驱动旋转。

在某些设备中，发电机绕组直接缠绕在电动机的公共转子上。这种方法不仅会改变信号的形状，而且通常还会增加电压的幅度或频率。

如果位于 120 度的三个绕组绕在发电机的电枢上，则在其帮助下获得等效的对称三相电压。

直到 1970 年代，无线电灯、无轨电车、有轨电车、电力机车的设备才大量引入半导体元件之前，变压器一直被广泛使用。

逆变器

工作原理

作为考虑的依据，我们取电池和灯泡的KU202晶闸管测试电路。

电路内置一个SA1按钮的常闭触点和一个小功率白炽灯，将电池的正电位提供给阳极。控制电极通过限流器和 SA2 按钮的断开触点连接。阴极牢固地连接到电池的负极。

如果在时间 t1 按下按钮 SA2，电流将通过控制电极的电路流向阴极，这将打开晶闸管，阳极支路中的灯将点亮。由于该晶闸管的设计特点，即使触点 SA2 断开，它也会继续燃烧。

现在在时间 t2，我们按下按钮 SA1。由于流过阳极的电流停止，阳极的供电电路将关闭并且灯将熄灭。

所呈现图片的图表显示直流电流通过时间间隔 t1 ÷ t2。如果你很快地切换按钮，那么你可以形成 矩形脉冲 带有正号。同样，您可以产生消极的冲动。为此，稍微改变电路以允许电流沿相反方向流动就足够了。

具有正值和负值的两个脉冲序列创建一个波形，在电气工程中称为方波。它的矩形形状大致类似于具有两个符号相反的半波的正弦波。

如果在考虑中的方案中，我们将按钮SA1和SA2换成继电器触点或晶体管开关，并按照一定的算法进行切换，那么就可以自动产生一个曲折电流，并将其调整到一定的频率、占空比周期，期间。这种切换由特殊的电子控制电路控制。

电源部分框图

例如，考虑最简单的桥式逆变器初级系统。

在这里，专门选择的场晶体管开关代替晶闸管来处理矩形脉冲的形成。负载电阻 Rn 包含在其电桥的对角线上。每个晶体管“source”和“drain”的电源电极与并联二极管相反连接，控制电路的输出触点连接到“gate”。

由于控制信号的自动操作，不同持续时间和符号的电压脉冲被输出到负载。它们的顺序和特性是根据输出信号的最佳参数定制的。

在对角线电阻上施加电压的作用下，考虑到瞬态过程，会出现电流，其形状已经比曲折更接近正弦曲线。

技术实施难点

为了逆变器功率电路的良好运行，必须确保基于切换开关的控制系统的可靠运行。它们具有双向导电特性，由三极管接反接二极管并联而成。

为了调整输出电压的幅度，它是最常用的 脉宽调制原理 通过控制其持续时间的方法选择每个半波的脉冲面积。除了这种方法之外，还有一些设备可以进行脉冲幅度转换。

在形成输出电压电路的过程中，会发生半波对称性的破坏，这会对感性负载的运行产生不利影响。这在变压器中最为明显。

在控制系统运行过程中，设置了一个算法来生成电源电路的密钥，包括三个阶段：

1. 笔直的；

2、短路；

3.反之亦然。

在负载中，不仅可能存在脉动电流，而且可能存在方向改变的电流，这会在源端子处产生额外的干扰。

典型设计

在用于创建逆变器的许多不同技术解决方案中，从复杂程度增加的角度考虑，三种方案是常见的：

1.无变压器桥；

2、带变压器中性线端；

3.带变压器的电桥。

输出波形

逆变器设计用于提供电压：

• 矩形的;

• 梯形；

• 步进交变信号；

• 正弦曲线。

相位转换器

考虑到来自某些类型来源的功率，工业生产的电动机在特定的操作条件下运行。然而，在实践中，由于各种原因，会出现需要将三相异步电动机连接到单相网络的情况。为此目的开发了各种电路和装置。

能源密集型技术

三相异步电动机的定子包括三个以特定方式缠绕的绕组，彼此相隔 120 度，当向其施加电压相的电流时，每个绕组都会产生自己的旋转磁场。选择电流的方向，使它们的磁通量相互补充，为转子的旋转提供相互作用。

当这种电机的电源电压只有一相时，就必须从中形成三个电流回路，每个回路也相差 120 度。否则，旋转将不起作用或有缺陷。

在电气工程中，有两种简单的方法可以通过连接到以下方式使电流矢量相对于电压旋转：

1.电流开始滞后电压90度时的感性负载；

2.能够产生 90 度的电流导体。

上图显示，从电压 Ua 的一相可以得到一个电流，其偏移角度不是 120，而是只能向前或向后移动 90 度。此外，这还需要选择电容器和扼流圈额定值，以产生可接受的电机运行模式。

在此类方案的实际解决方案中，它们通常停留在不使用电感电阻的电容器方法上。为此，电源相位的电压在没有任何转换的情况下施加到一个线圈，并通过电容器转移到另一个线圈。结果是发动机可接受的扭矩。

但是为了转动转子，必须通过启动电容器连接第三个绕组来产生额外的扭矩。由于启动电路中会形成大电流，因此无法将它们用于持续运行，这会迅速增加热量。因此，该电路被短暂接通以获得转子旋转的惯性力矩。

由于从单个可用元件中简单地形成具有指定值的电容器组，因此此类方案更易于实施。然而，扼流圈必须独立计算和缠绕，这不仅在家里很难做到。

然而，通过选择绕组中的电流方向和使用电流抑制电阻器，在不同相位中复杂地连接电容器和扼流圈，从而为电机的运行创造了最佳条件。使用这种方法，发动机功率损失高达 30%。然而，这种转换器的设计在经济上并不有利可图，因为它们运行时消耗的电力比发动机本身还要多。

电容启动电路的耗电量也有所增加，但程度较小。此外，连接到其电路的电机能够产生的功率刚好超过正常三相电源产生的功率的 50%。

由于难以将三相电机连接到单相电源电路以及电力和输出功率的大量损耗，此类转换器表现出低效率，尽管它们继续在个别装置和金属切削机器中工作。

变频装置

半导体元件使得在工业基础上生产更合理的相位转换器成为可能。他们的设计通常设计为在三相电路中运行，但也可以设计为使用大量位于不同角度的灯串运行。

当变流器由一相供电时，将执行以下工艺操作顺序：

1.二极管节点对单相电压进行整流；

2. 对稳定电路的波进行平滑处理；

3.直流电压转换为三相由于逆变方法。

在这种情况下，电源电路可以包括三个独立工作的单相部分，如前所述，或者一个公共部分，例如根据使用中性公共导体的自主三相逆变器转换系统组装。

在这里，每个相负载都操作自己的一对半导体元件，这些元件由一个公共控制系统控制。它们在电阻 Ra、Rb、Rc 的相位中产生正弦电流，这些电阻通过中性线连接到公共电源电路。它添加来自每个负载的电流矢量。

将输出信号逼近为纯正弦波形状的质量取决于所用电路的总体设计和复杂性。

变频器

在逆变器的基础上，已经创建了允许在很宽的范围内改变正弦振荡频率的设备。为此，提供给他们的 50 赫兹电力发生了以下变化：

• 站起来

• 稳定性；

• 高频电压转换。

这项工作基于与之前项目相同的原理，不同之处在于基于微处理器板的控制系统在转换器的输出端产生频率增加了数十千赫兹的输出电压。

基于自动装置的变频使您可以在启动、停止和反转时优化调整电动机的运行，并且可以方便地改变转子的速度。同时，外部电源网络中瞬态的有害影响急剧减少。

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焊接逆变器

这些电压转换器的主要目的是保持稳定的电弧燃烧并轻松控制其所有特性，包括点火。

为此，逆变器的设计中包含了几个块，它们执行顺序执行：

• 三相或单相电压校正；

• 通过过滤器稳定参数；

• 从稳定的直流电压反转高频信号；

• 通过降压变压器转换成/h电压，以增加焊接电流值；

• 用于焊接电弧形成的输出电压的二次调节。

由于采用高频信号转换，大大减小了焊接变压器的尺寸，为整个结构节省了材料。 焊接逆变器 与机电同行相比，在操作上具有很大的优势。

变压器：电压转换器

在电气工程和能源领域，根据电磁原理工作的变压器仍然最广泛地用于改变电压信号的幅度。

他们有两个或更多的线圈和 磁路，通过它传输磁能以将输入电压转换为幅度改变的输出电压。