Как переделать клещи переменного тока в постоянный


Клещи-приставка AC/DC Holdpeak HP-605A. для больших токов

Тóковые клещи позволяют производить измерение тока бесконтактным способом — просто обхватив этот провод. Клещи для переменного тока делаются как правило на основе тóкового трансформатора, выпускаются уже очень давно и стоят копейки. Клещи для постоянного тока — имеют в своей основе линейные датчик(и) холла, и стали доступны по цене не так давно. В целом, клещи можно поделить на клещи для переменки и клещи для постоянки, а по конструкции — на автономные и приставки. Из автономных недорогих AC/DC могу назвать ut210e, ms2108A, а из приставок — чуть подороже appa 32, hantek cc65/cc650, ну и вот «новый игрок» в нижнем ценовом диапазоне — Holdpeak.


Вообще, изначально клещи предназначены в пару к мультиметру HP890CN — сам есть соответствующее положение на селекторе. Но в принципе могут работать с любым другим тестером или даже осциллографом, потому что выдают напряжение прямо пропорциональное измеряемому току — 1мВ соответствует 1А.

Клещи имеют размеры 175х80мм (без боковой кнопки, открывающей «пасть»), вес около 300г, длина провода 70см.



В комплекте есть бумажка, назвать инструкцией которую язык не поворачивается. Там написано примерно следующее: подключите клещи к тестеру, включите, выберите на тестере режим «клещи», переключите клещи и тестер в соответствующий AC/DC режим, нажмите на тестере кнопку REL — и измеряйте. Никаких цифр, погрешностей, пределов — ничего. Впрочем, инструкция от HP890cn обещает 2.5%/3% +5 для DC и AC соответственно.

На передней панели кнопка питания, светодиод индицирующий включенное состояние и кнопка AC/DC. Забегая вперед, скажу что отличие AC от DC — во включенном последовательно конденсаторе, ну и подстроечники для AC и DC — разные.

Питаются от «кроны», потребляемый ток 4.4мА

Выходной сигнал — 1мВ=1А

Внутренний мир прост и незатейлив — LDO 7550 на 5В, преобразователь из +5В в -5В 7660 и операционный усилитель TL062


с обратной стороны платы — три подстроечных резисторы, кнопки и светодиод питания.

Дополнительная информация

пара фоток с отпаянными микросхемами и переключателем:



схема (если я ничего не напутал):

Названия микросхем, кнопок, разъемов — условные (скажем, вместо 7550 нарисовал 78L05, разъемы взяты тупо по числу контактов и т.д.). Конденсаторы не отпаивал и не прозванивал, для резисторов указаны надписи на них и их перевод в реальное значение (ибо для 0603 с 1% точности уже обозначение не цифра-цифра-множитель, а целая таблица)

Если я правильно понимаю (а с высокой вероятностью я таки ошибаюсь) — VR1 задаёт начальное смещение, то есть регулирует ноль, а VR2 и VR3 — калибровка по постоянке и переменке соответственно.

Режим AC отличается кроме другой выходной цепи и потенциометра — включенным последовательно конденсатором. Нафига это нужно — как по мне тайна великая есть. Видимо, чтобы отсечь постоянное смещение, которое неминуемо в клещах на датчиках холла. Чем это будет отличаться от переключения тестера в режим AC — уж я и не знаю. Как по мне — лучше бы подстроечник для этой цели ввели, оперативно 0 выставлять на постоянке.

Теперь измерения. Как я уже писал в заголовке — клещи рассчитаны на большие токи. Поэтому на малых токах точность будет никакая, но тем не менее попробуем проверить.

постоянка:

переменка:

Как видим, если на постоянке точность еще куда ни шло, то на переменке ну совсем не в дугу. впрочем, измерение переменных токов меня волнуют мало, а таких высоких — не волнуют вовсе, так что лично для меня это проблемой не является, но если я правильно понимаю, можно при желании подстроить (?) при помощи VR2 и VR3, что я и сделал для постоянного тока, хоть и не сфоткал. Но получилось не более +-0.1А с эталонным тестером, на вышеприведенных же токах, что я считаю вполне себе неплохим результатом. Ну не рассчитаны они на такие токи. Им нужны десятки и сотни ампер — там они покажут точнее и «раскроются в полной мере».

Теперь — маленькая доработка. Так как я планировал использовать данные клещи для диагностики, в частности — измерения стартерного тока, то я решил заменить провод на разъем. Ну и сразу скажу, что в этой роли пока не пробовал — не было возможности, времени и желания. ;)

Для этого я отпаял провод, припаял к нему разъем «тюльпан»-папу, а в клещи поставил соответствующее гнездо. Для установки гнезда я просверлил корпус сверлом 10мм, после чего взял пластиковую пластинку размерами примерно 10х20х1.5мм, просверлился в ней диаметром 6мм, прикрутил к ней гнездо и вставил в корпус — между корпусом и бывшим зажимом провода:






Как по мне — стало не хуже, к тому же появилась возможность подключения «штатным» кабелем. Можно, естественно, поставить разъем BNC, ну либо воткнуть в этот разъем переходник. Высоких частот тут не будет, так что необходимости в BNC разъемах как-то и нету.

После этой доработки можно подключиться к осциллографу. Для этого я собрал на каком-то полевике ключик, который запустил от внешнего генератора и нагрузил на мощный резистор. Понятно, что всё это несерьёзно, ну да что есть — то есть:

Как видим, сигнал достаточно шумный, что вообще говоря неудивительно — я вообще как-то слабо понимаю использование преобразователей типа 7660 в схемах с микровольтными/милливольтными сигналами. Полюс полное отсутствие экранирования, так что и внешние наводки исключать никак нельзя.
По частоте — тоже ничего выдающегося.

Для сравнения — сигнал с ut210e в режиме 20А:

Амплитуда выше, сигнал чище.

Подытоживая.

Честно говоря, впечатления неоднозначные. Так и хочется написать «как за свои деньги...». То есть да, это самая дешманская модель на рынке. «Из коробки» достаточно сильно врёт, что, впрочем, скорее всего особенности конкретного экземпляра, да и вроде как поддаётся подстройке.

Хотелось бы видеть хоть минимальное экранирование, также хотелось бы переключение пределов 600/60А — но тут в принципе понятно что переключения такого нет совершенно осознанно, оно ж идёт «комплектом» к тестеру, где в режиме клещей предел 600А. С другой стороны можно было на тестере сделать 60/600А — но не сделали. В результате имеем низкую цену — но и низкую точность «прицепом», а также не сильно красивый сигнал в плане помех.

Подумываю натыкать пару дросселей по питанию, а также раздумываю над введением режима 60А (точнее, до 60 не дотянуть, где-то 40 наверно будет максимум), и тут мне хотелось бы спросить совета у более грамотных схемотехников. потому что как по мне, то самый «незамутнённый» способ — впереть тупо еще один ОУ на выходе с коэффициентом усиления 10 и не запариваться ;) Как вариант — изменить коэффициент усиления имеющегося ОУ, но что-то у меня с наскоку не прокатило — вероятно нужно еще ноль будет точнее выставлять в этом случае. Короче говоря, с радостью выслушаю в комментах любые советы кроме выкинуть. ;)

К покупке рекомендую, только если вам нужно проверять десятки-сотни ампер, и при этом цена важнее качества, а «руки не для скуки» и вы готовы тратить время на доработки и калибровки клещей за 20 баксов.

шагов для преобразования переменного тока в постоянный

Схема источника питания

Электропитание стало основной потребностью в нашей повседневной жизни, и мы используем источник переменного тока 230 В, 50 Гц. Но, используя схемы преобразователя силовой электроники, эту мощность можно преобразовать в требуемую форму и диапазон. Эти преобразователи представляют собой схемы силовой электроники, которые далее классифицируются как понижающие и повышающие преобразователи, схемы стабилизатора напряжения, схемы преобразователей переменного тока в постоянный, постоянного тока в постоянный, постоянного в переменный и так далее.Для большинства микроконтроллеров, которые мы часто используем при разработке проектов электроники, требуется источник постоянного тока 5 В, эти 5 В постоянного тока можно получить из доступного источника переменного тока 230 В с помощью преобразователя переменного тока в постоянный в цепи питания.

Схема источника питания

В общем, мы можем наблюдать схему, от которой берется питание от сети, и эта схема используется для управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Следовательно, эту схему можно назвать схемой источника питания, и существуют различные типы схем источника питания, такие как импульсный источник питания, регулируемый источник питания, регулируемый источник питания постоянного тока и т. Д., которые классифицируются по разным критериям.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Существуют различные типы преобразователей силовой электроники, такие как выпрямитель, инвертор, регулятор напряжения, преобразователь F в V, циклоконвертер и т. Д. Преобразователь силовой электроники, который используется для преобразования переменного тока в постоянный, называется выпрямительной схемой. Максимальное количество электронных схем использует питание постоянного тока для своей работы, и позвольте нам рассмотреть микроконтроллеры (8051 микроконтроллер обычно используются в максимальном количестве проектов или схем на основе микроконтроллеров), которые требуют регулируемого источника питания 5 В постоянного тока.

Существуют различные схемы, которые можно использовать для преобразования имеющейся мощности 230 В переменного тока в мощность 5 В постоянного тока с использованием различных методов. Как правило, понижающие преобразователи могут быть определены как преобразователи с выходным напряжением меньше входного. Давайте обсудим преобразователь переменного тока в постоянный (здесь мы рассматриваем часто используемый преобразователь в цепи питания, преобразователь переменного тока 230 В в 5 В постоянного тока) и его работу подробно.

4 простых шага по преобразованию переменного тока в постоянный

1. Понижение уровней напряжения

Повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения, а понижающие трансформаторы используются для понижения уровней напряжения.Таким образом, с помощью понижающего трансформатора доступный источник питания 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока. Выходной сигнал этого понижающего трансформатора представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение может быть получено как произведение квадратного корня из двух и среднеквадратичного значения и приблизительно равно 17 В.

Понижающий трансформатор

В понижающих трансформаторах есть две обмотки, первичная и вторичная обмотки, в которых первичная обмотка состоит из большего числа витков по сравнению с вторичной обмоткой (меньшее число витков).Мы знаем, что трансформатор работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.

2. Схема преобразователя мощности переменного тока в постоянный

В первую очередь, мощность 230 В переменного тока понижается до 12 В переменного тока (среднеквадратичное значение 12 В, пиковое значение которого составляет приблизительно 17 В), но 5 В постоянного тока является необходимой мощностью. Таким образом, эта пониженная выходная мощность 17 В переменного тока должна быть преобразована в мощность постоянного тока, а затем она должна быть понижена до 5 В постоянного тока. Преобразователь переменного тока в постоянный, а именно выпрямитель, используется для преобразования 17 В переменного тока в постоянный, и существуют различные типы выпрямителей, такие как полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.Мостовой выпрямитель более предпочтителен по сравнению с полуволновыми, двухполупериодными и мостовыми выпрямителями.

Схема преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель, состоящий из четырех диодов, соединенных в виде моста, называется мостовым выпрямителем. Мы знаем, что диод проводит только в одном направлении (только при прямом смещении), остается в выключенном состоянии в другом направлении (при обратном смещении). Диод обычно неуправляемый, то есть всякий раз, когда напряжение на аноде становится больше, чем на катоде, он начинает проводить, пока напряжение на аноде не становится меньше, чем на катоде.Следовательно, диоды называют неуправляемыми выпрямителями.

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода источника питания диоды D2 и D4 проводят, а в течение отрицательного полупериода источника питания - диоды D1 и D3. Таким образом, входная мощность переменного тока выпрямляется в выходную мощность постоянного тока; но выходная мощность постоянного тока состоит из импульсов, следовательно, это называется пульсирующим постоянным током, а не чистым постоянным током. Но из-за внутреннего сопротивления диодов происходит падение напряжения (2 * 0,7 В) 1,4 В и, таким образом, пиковое напряжение выпрямительной цепи составляет около 15 В (17-1.4).

3. Получение чистого постоянного тока из пульсирующего постоянного тока

15 В постоянного тока можно преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя, но перед этим требуется получить чистый постоянный ток. Чистая мощность постоянного тока может быть получена из пульсирующего постоянного тока с использованием схемы фильтра (для удаления пульсаций можно использовать L-фильтр, C-фильтр или RC-фильтр). C-фильтр часто используется для сглаживания.

Сглаживающий фильтр для получения Pure DC

В схеме конденсатор используется для хранения энергии, пока входное напряжение увеличивается от нуля до своего пикового значения, а энергия конденсатора может разряжаться, пока входное напряжение уменьшается от своего пикового значения. значение до нуля.Таким образом, пульсирующий постоянный ток может быть преобразован в чистый постоянный ток с помощью процесса зарядки и разрядки конденсатора.

4. Регулировка постоянного напряжения

Выходное напряжение 15 В постоянного тока можно регулировать с помощью регуляторов постоянного напряжения, таких как IC 78XX, в котором последние две цифры XX представляют значение выходного напряжения. Здесь давайте рассмотрим микросхему IC 7805, которая используется для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В постоянного тока, даже если на входе изменяется постоянное напряжение (от 7,2 до 35 В постоянного тока).

IC 78XX постоянного напряжения Регулятор внутреннего Диаграмма

Приведенный выше график представляет собой блок-схему регулятора IC7805 напряжения постоянного тока, он состоит из операционного усилителя, который действует как усилитель ошибки, стабилитрон, который используется для обеспечения опорного напряжения, как показано на рисунок ниже.

стабилитрон в качестве опорного напряжения

серии проход элемент (транзистор) используется для отвода дополнительной энергии в виде тепла и радиатор может быть использован для тепловой защиты.

Вы знаете, как сконструировать преобразователь переменного тока в постоянный без использования трансформатора? Затем опубликуйте свои ответы в разделе комментариев ниже.

.Схема преобразователя переменного тока в постоянный ток

В современную эпоху почти каждая бытовая электроника работает на постоянном токе (DC), но мы получаем переменный ток (AC) от электростанций через линии передачи, потому что переменный ток может передаваться более эффективно, чем постоянный ток в более низкая стоимость. Таким образом, каждое устройство, которое работает от постоянного тока, имеет схему преобразователя переменного тока в постоянный ток . Ранее мы создали зарядное устройство для сотового телефона на 5 В, в котором также есть схема преобразователя переменного тока в постоянный.

Существует два типа преобразователей, широко используемых для разговора переменного тока в постоянный.

One - это традиционный линейный преобразователь на базе трансформатора , в котором используется простой диодный мост, конденсатор и регулятор напряжения. Простой диодный мост может быть построен либо с одним полупроводниковым устройством, например DB107, либо с 4 независимыми диодами, например 1N4007. Другой тип преобразователя - это SMPS или импульсный источник питания , в котором для обеспечения выхода постоянного тока используется высокочастотный небольшой трансформатор и импульсный стабилизатор.

В этом проекте мы обсудим конструкцию на основе традиционного трансформатора , в которой используются простые диоды и конденсатор для преобразования переменного тока в постоянный ток , а также дополнительный регулятор напряжения для регулирования выходного постоянного напряжения.Проектом будет преобразователь AC-DC с использованием трансформатора с входным напряжением 230 В и выходом 12 В 1A .

Необходимые компоненты

1. Трансформатор с номиналом 1 А 13 В

2,4 шт 1N4007 Диоды

3.A 1000 мкФ Электролитический конденсатор с номиналом 25 В.

4. несколько одножильных проводов

5. макетная

6.LDO или линейный регулятор напряжения согласно спецификации (здесь используется LM2940).

7.Мультиметр для измерения напряжения.

Принципиальная схема и пояснения

Схема преобразователя AC-DC проста. Трансформатор используется для понижения напряжения 230 В переменного тока до 13 В переменного тока.

Четыре выпрямительных диода общего назначения 1N4007 используются здесь для защиты входа переменного тока. 1N4007 имеет пиковое повторяющееся обратное напряжение 1000 В при среднем выпрямленном прямом токе 1 А.Эти четыре диода используются для преобразования выходного напряжения 13 В переменного тока через трансформатор. Диоды используются для изготовления мостового преобразователя, который является важной частью схемы преобразования переменного тока в постоянный. Чтобы узнать больше о схеме мостового выпрямителя, перейдите по ссылке.

Конденсатор фильтра, C1 добавлен после мостового преобразователя для сглаживания выходного напряжения.

LDO, IC1 также подключается для регулирования выходного напряжения.

Работа цепи преобразователя переменного тока в постоянный

Понижающий трансформатор используется для преобразования переменного тока высокого напряжения в переменный ток низкого напряжения.Трансформатор установлен на печатной плате и представляет собой трансформатор на 1 ампер и 13 вольт. Однако во время нагрузки напряжение трансформатора падает примерно на 12,5-12,7 вольт.

Неотъемлемой частью схемы является диодный мост , состоящий из четырех диодов. Диод - это электронное полупроводниковое устройство, преобразующее переменный ток в постоянный.

Поток тока внутри диодного моста можно увидеть на изображении ниже.

Здесь два диода D2 и D4 блокируют отрицательный пик переменного тока и заставляют ток течь в одном направлении. Это полный мостовой выпрямитель, который означает, что диодный мост выпрямляет как положительный, так и отрицательный пик сигнала переменного тока.

Большой конденсатор C1 заряжается во время преобразования и сглаживает выходное напряжение. Но в конечном итоге это не регулируемое выходное напряжение. Здесь регулировка напряжения осуществляется с помощью LDO, LM2940, , который на схеме обозначен IC1.

LDO, LM2940 - это 3-выводное устройство в корпусе TO220. LDO означает низкое падение напряжения. Схема контактов может быть показана на изображении ниже.

Некоторые регуляторы напряжения имеют ограничения на входное напряжение, которое требуется для обеспечения гарантированного регулирования напряжения на выходе регулятора. В некоторых линейных регуляторах это означает, что требуется минимум 2 вольта разницы между входным напряжением и выходным напряжением, что означает, что для регулируемого выхода 12 вольт регулятору требуется входное напряжение не менее 14 вольт для гарантированного стабилизированного выходного напряжения 12 вольт.Как правило, регуляторы с малым падением напряжения (LDO) требуют минимальной разницы напряжений между входом и выходом. Для таблицы данных LM2940 требуется минимальная разница в 0,5 вольта между входом и выходом. Мы использовали стабилизатор LDO серии с фиксированным напряжением от Texas Instruments. LM2940 с номинальным выходным напряжением 12 В.

Результат хорошо виден на изображении ниже.

Проверьте работу на видео , приведенном в конце.

Трансформаторный преобразователь переменного тока в постоянный очень часто используется там, где требуется преобразование переменного тока в постоянное высокое напряжение. Чаще всего используется в усилителях, различных адаптерах питания, паяльных станциях, испытательном оборудовании и т. Д.

Ограничения схемы преобразователя переменного тока в постоянный на основе трансформатора

Трансформаторное преобразование переменного тока в постоянный - это распространенный выбор, когда требуется постоянный ток, но он имеет определенные недостатки.

1.В любых ситуациях, когда входное переменное напряжение может колебаться или если переменное напряжение значительно падает, выходное переменное напряжение на трансформаторе также падает. Таким образом, преобразователь 230 В переменного тока в 12 В постоянного тока не может питаться от сети 110 В. Для решения этой проблемы предусмотрена дополнительная настройка для различных уровней входного напряжения.

2. Несмотря на отсутствие универсального диапазона входных напряжений, это дорогостоящий выбор, так как стоимость самого трансформатора превышает 60% от общей стоимости изготовления схемы преобразователя.

3. Еще одним ограничением является низкая эффективность преобразования. Трансформатор нагревается и расходует ненужную энергию.

4. Трансформатор - тяжелый предмет, который излишне увеличивает вес продукта.

5. Из-за трансформатора внутри изделия требуется больше места для размещения схемы преобразователя или, по крайней мере, трансформатора.

Для преодоления этих ограничений предпочтительным выбором является импульсный источник питания или импульсный источник питания.

.

Как источники питания преобразуют переменный ток в постоянный в электронных схемах

  1. Программирование
  2. Электроника
  3. Компоненты
  4. Как источники питания превращают переменный ток в постоянный в электронных схемах

Автор: Дуг Лоу

Задача переключения переменного тока Преобразование тока в постоянный называется выпрямлением , , а электронная схема, которая выполняет эту работу, называется выпрямителем . Наиболее распространенный способ преобразования переменного тока в постоянный - использование одного или нескольких диодов , тех удобных электронных компонентов, которые позволяют току проходить в одном направлении, но не в другом.

Хотя выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, полученный постоянный ток не является постоянным напряжением. Правильнее было бы назвать его «пульсирующим постоянным током». Хотя пульсирующий постоянный ток всегда движется в одном и том же направлении, уровень напряжения имеет отчетливую пульсацию, повышаясь и понижаясь немного синхронно с формой волны переменного напряжения, которое подается на выпрямитель.

Для многих цепей постоянного тока значительная пульсация в источнике питания может привести к неисправности цепи.Следовательно, требуется дополнительная фильтрация, чтобы «сгладить» пульсирующий постоянный ток, исходящий от выпрямителя, чтобы устранить пульсации.

Вы можете создать три различных типа выпрямительных схем: полуволновые, двухполупериодные и мостовые. Ниже описывается каждый из этих трех типов выпрямителей.

Однополупериодный выпрямитель

Самый простой выпрямитель состоит из одинарного диода. Этот тип выпрямителя называется однополупериодным выпрямителем , потому что он передает только половину входного переменного напряжения на выход.

Когда напряжение переменного тока положительно на катодной стороне диода, диод пропускает ток на выход. Но когда переменный ток меняет направление и становится отрицательным на катодной стороне диода, диод блокирует ток, так что на выходе не появляется напряжение.

Однополупериодные выпрямители

достаточно просты в сборке, но не очень эффективны. Это связано с тем, что весь отрицательный цикл входа переменного тока блокируется однополупериодным выпрямителем.В результате выходное напряжение в половине случаев равно нулю. Это приводит к тому, что среднее напряжение на выходе составляет половину входного напряжения.

Обратите внимание на резистор с маркировкой R L . Этот резистор на самом деле не является частью выпрямительной цепи. Вместо этого он представляет собой сопротивление, создаваемое нагрузкой, которая в конечном итоге будет помещена в цепь, когда источник питания будет использоваться.

Двухполупериодный выпрямитель

Двухполупериодный выпрямитель использует два диода, которые позволяют пропускать как положительную, так и отрицательную сторону входа переменного тока.Диоды подключены к трансформатору.

Обратите внимание, что для двухполупериодного выпрямителя необходимо использовать трансформатор с центральным отводом. Диоды подключены к двум внешним выводам, а центральный отвод используется в качестве общего заземления для выпрямленного постоянного напряжения. Двухполупериодный выпрямитель преобразует обе половины синусоидальной волны переменного тока в постоянный ток положительного напряжения.

В результате получается постоянное напряжение, которое пульсирует с двойной частотой входного переменного напряжения. Другими словами, при условии, что на входе используется бытовой ток 60 Гц, на выходе будет импульс постоянного тока с частотой 120 Гц.

Мостовой выпрямитель

Проблема с двухполупериодным выпрямителем заключается в том, что для него требуется трансформатор с центральным отводом, поэтому он вырабатывает постоянный ток, составляющий лишь половину от общего выходного напряжения трансформатора.

Мостовой выпрямитель преодолевает это ограничение за счет использования четырех диодов вместо двух. Диоды расположены в виде ромба, так что на каждой половине фазы синусоидальной волны переменного тока два диода пропускают ток к положительной и отрицательной сторонам выхода, а два других диода блокируют ток.Мостовой выпрямитель не требует трансформатора с центральным отводом.

Выход мостового выпрямителя является импульсным постоянным током, как и выход двухполупериодного выпрямителя. Однако используется полное напряжение вторичной обмотки трансформатора.

Вы можете построить мостовой выпрямитель, используя четыре диода, или вы можете использовать мостовой выпрямитель IC, который содержит четыре диода в правильном расположении. ИС мостового выпрямителя имеет четыре контакта: два для входа переменного тока и два для выхода постоянного тока.

.

Как инверторы преобразуют электричество постоянного тока в переменный?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 17 августа 2020 г.

Одна из самых значительных битв XIX века велась не за землю или ресурсы, а за установление типа электричества. это приводит в действие наши здания.

В самом конце 1800-х годов американские электрические пионер Томас Эдисон (1847–1931) изо всех сил старался продемонстрировать что постоянный ток (DC) был лучшим способом подачи электроэнергии мощность, чем переменного тока (AC), система, поддерживаемая его главный соперник Никола Тесла (1856–1943).Эдисон перепробовал все виды хитрые способы убедить людей, что кондиционер слишком опасен, от убить слона электрическим током, чтобы (довольно хитро) поддержать использование AC на электрическом стуле для приведения в исполнение смертной казни. Несмотря на это, Система Tesla победила, и мир в значительной степени работает на переменном токе власть с тех пор.

Беда только в том, что многие наши приборы предназначены для работы с переменным током, малогабаритные генераторы часто вырабатывают постоянный ток. Который означает, что если вы хотите запустить что-то вроде гаджета с питанием от переменного тока от Автомобильный аккумулятор постоянного тока в мобильном доме, вам нужно устройство, которое преобразует DC to AC - инвертор, как его еще называют.Давай ближе посмотрите на эти гаджеты и узнайте, как они работают!

На фото: набор электрических инверторов, которые можно использовать с оборудованием для производства возобновляемой энергии, например, солнечными батареями и ветряными микровентиляторами. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерство энергетики США / NREL (DoE / NREL).

В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока?

Когда учителя естествознания объясняют нам основную идею электричества как поток электронов обычно говорят о прямом ток (постоянный ток).Мы узнаем, что электроны работают как линия муравьев, марширующих вместе с пакетами электрической энергии в одном способ, которым муравьи несут листья. Это достаточно хорошая аналогия для что-то вроде базового фонарика, где у нас есть схема ( непрерывный электрический контур), соединяющий батарею, лампу и выключатель, и электрическая энергия систематически транспортируется от батареи к лампу до полного разряда батареи.

Анимация: В чем разница между электричеством постоянного и переменного тока? Предположим, вам нужно пропылесосить комнату.непосредственный ток немного похож на движение от одной стороны до другой по прямой; переменный ток похож на движение вперед и назад на пятно. Оба выполняют свою работу, хотя и немного по-разному!

В более крупных бытовых приборах электричество работает иначе. Источник питания, который поступает из розетки в стене, основан на переменный ток (AC), где переключается электричество примерно 50–60 раз в секунду (другими словами, частота 50–60 Гц). Может быть трудно понять, как AC обеспечивает энергия, когда она постоянно меняет свое мнение о том, куда она идет! Если электроны, выходящие из сетевой розетки, получат, скажем, несколько миллиметрах вниз по кабелю, затем нужно изменить направление и вернуться опять же, как они вообще добрались до лампы на вашем столе, чтобы загораться?

Ответ на самом деле довольно прост.Представьте себе кабели бегает между лампой и стеной, набитой электронами. когда Вы нажимаете на переключатель, все электроны заполняют кабель колебаться взад и вперед в нити лампы - и это быстрое перетасовка преобразует электрическую энергию в тепло и заставляет лампа накаливания свечения. Электроны не обязательно должны двигаться по кругу для переноса энергии: в AC они просто «бегут на месте».

Что такое инвертор?

Фото: Типичный электрический инвертор.Это сделано Xantrex / Trace Engineering. Фото Уоррена Гретца любезно предоставлено Министерством энергетики США / NREL (DoE / NREL).

Одно из наследий Теслы (и его делового партнера Джорджа Westinghouse, босс Westinghouse Electrical Company), что большая часть бытовой техники, которая есть в наших домах, специально разработана работать от сети переменного тока. Устройства, которым нужен постоянный ток, но они должны получать питание от розеток переменного тока требуется дополнительное оборудование, называемое выпрямителем, обычно строится из электронных компонентов, называемых диоды для преобразования переменного тока в постоянный.

Инвертор выполняет противоположную работу, и его довольно легко понять суть того, как это работает. Допустим, у вас в фонарик и выключатель замкнут, поэтому постоянный ток течет по цепи, всегда в одном и том же направлении, как гоночная машина по трассе. Что теперь если вынуть аккумулятор и перевернуть. Предполагая, что он подходит в противном случае он почти наверняка будет питать фонарик, и вы не заметит никакой разницы в получаемом вами свете, но электрический ток на самом деле будет течь в обратном направлении.Предположим, вы у них были молниеносные руки и они были достаточно ловкими, чтобы постоянно менять направление движения. аккумулятор 50–60 раз в секунду. Тогда вы станете чем-то вроде механического инвертор, преобразуя постоянный ток батареи в переменный ток с частотой 50–60 герц.

Конечно, инверторы, которые вы покупаете в магазинах электротоваров, не работают. таким образом, хотя некоторые из них действительно механические: они используют электромагнитные Включает и выключает эти переключатели на высокой скорости для реверсирования тока направление. Подобные инверторы часто производят так называемый прямоугольный выход: ток либо течет в одну сторону, либо наоборот, или происходит мгновенное переключение между двумя состояниями:

Такие внезапные переключения мощности довольно жестоки для некоторых видов электрического оборудования.При нормальном питании переменного тока ток постепенно переключается с одного направления на другое по синусоидальной схеме, например:

Электронные инверторы могут быть использованы для получения такого плавно изменяющегося выхода переменного тока из Вход постоянного тока. Они используют электронные компоненты, называемые индукторами и конденсаторы, чтобы выходной ток увеличивался и падал более плавно чем резкое включение / выключение прямоугольного сигнала на выходе, которое вы получаете с базовый инвертор.

Инверторы

также могут использоваться с трансформаторами для изменения определенных Входное напряжение постоянного тока в совершенно другое выходное напряжение переменного тока (либо выше, либо ниже), но выходная мощность всегда должна быть меньше чем входная мощность: из сохранения энергии следует, что инвертор и трансформатор не могут выдавать больше мощности, чем потребляют в, и некоторая энергия неизбежно будет потеряна в виде тепла, когда течет электричество через различные электрические и электронные компоненты.В На практике КПД инвертора часто превышает 90 процентов, хотя основы физики говорят нам, что некоторая энергия - пусть и маленькая - всегда где-то потрачено впустую!

Как работает инвертор?

Мы только что получили очень простой обзор инверторов - и теперь давайте вернемся к нему еще раз. немного подробнее.

Представьте, что вы аккумулятор постоянного тока, и кто-то хлопает вас по плечу и просит вас вместо этого производить AC. Как бы ты это сделал? Если все ток, который вы производите, течет в одном направлении, как насчет добавления простой переключатель на выходной провод? Включение и выключение тока, очень быстро, будет давать импульсы постоянного тока - что будет при минимум половина работы.Чтобы обеспечить правильный переменный ток, вам понадобится переключатель, который позволил вам полностью изменить направление тока и сделать это около 50-60 раз в секунду. Визуализируйте себя как человеческую батарею, меняющую контактирует вперед и назад более 3000 раз в минуту. Вам понадобится аккуратная работа пальцами!

По сути, старомодный механический инвертор сводится к коммутационному блоку. подключен к трансформатору электроэнергии. Если вы изучили наши статья о трансформаторах, вы узнаете, что они электромагнитные устройства, которые изменяют переменный ток низкого напряжения на переменный ток высокого напряжения или наоборот, с использованием двух катушек проволоки (называемых первичной и вторичной), намотанной вокруг общего железного сердечника.В механическом инверторе либо электродвигатель или какой-либо другой механизм автоматического переключения переворачивает входящий постоянный ток назад и вперед в первичной, просто поменяв местами контакты, и это производит переменный ток во вторичной - так он не так уж сильно отличается от воображаемого инвертора, который я набросал выше. Переключающее устройство работает немного так же, как и в электрический дверной звонок. Когда питание подключено, он намагничивает переключатель, потянув его открыть и на короткое время выключить.Весна тянет обратно в положение, снова включив его и повторив процесс - снова и снова.

Анимация: Базовая концепция электромеханического инвертора. Постоянный ток подается на первичную обмотку (розовые зигзагообразные провода с левой стороны) тороидального трансформатора (коричневый пончик) через вращающуюся пластину (красный и синий) с перекрестными соединениями. Когда пластина вращается, она постоянно переключает соединения с первичной обмоткой, поэтому трансформатор получает переменный ток на входе вместо постоянного тока.Это повышающий трансформатор с большим количеством обмоток во вторичной обмотке (желтый зигзаг, правая сторона), чем в первичной, поэтому он увеличивает небольшое входное напряжение переменного тока до большего выходного переменного тока. Скорость, с которой вращается диск, определяет частоту переменного тока на выходе. Большинство инверторов не работают так; это просто иллюстрирует концепцию. Установленный таким образом инвертор будет давать очень грубый выходной сигнал прямоугольной формы.

Типы инверторов

Если вы просто включаете и выключаете постоянный ток или переключаете его обратно и вперед, так что его направление продолжает меняться, то, что вы в конечном итоге, очень резкие изменения тока: все в одну сторону, все в другую направление и обратно.Нарисуйте диаграмму тока (или напряжения) против времени, и вы получите прямоугольную волну. Хотя электричество изменяется таким образом, это технически , переменный ток, это совсем не похоже на переменный ток доставляется в наши дома, что гораздо более плавно волнообразная синусоида). Вообще здоровенный бытовые приборы в наших домах, которые используют чистую энергию (например, электрические обогреватели, лампы накаливания, чайники или холодильники) не особо заботятся волны какой формы они получают: все, что им нужно, это энергия и много это - так что прямоугольные волны их действительно не беспокоят.Электронные устройства, на с другой стороны, они гораздо более привередливы и предпочитают более плавный ввод они получаются от синусоиды.

Это объясняет, почему инверторы бывают двух разных видов: инверторы истинной / чистой синусоидальной волны (часто сокращается до PSW) и модифицированные / квазисинусоидальные инверторы (сокращенно MSW). Так как их название предполагает, что настоящие инверторы используют так называемые тороидальные (в форме пончика) трансформаторы и электронные схемы для преобразования постоянный ток в плавно меняющийся переменный ток очень похожий на настоящую синусоиду, обычно подаваемую в наши дома.Их можно использовать для питания любых устройств переменного тока от источника постоянного тока. источник, включая телевизоры, компьютеры, видеоигры, радио и стереосистемы. С другой стороны, модифицированные синусоидальные инверторы используют относительно недорогая электроника (тиристоры, диоды и другие простые компоненты) на производят своего рода "закругленную" прямоугольную волну (гораздо более грубую приближение к синусоиде), и пока они подходят для доставки мощность для здоровенных электроприборов, они могут вызывать и вызывают проблемы с тонкой электроникой (или чем-либо с электронным или микропроцессорным контроллером), в общем, это означает, что они не подходят для ноутбуков, медицинского оборудования, цифровых часы и устройства умного дома.Кроме того, если задуматься, их закругленный квадрат волны в целом обеспечивают большую мощность устройства, чем чистая синусоида (площадь под квадратом больше, чем под кривой). Это делает их менее эффективными и потерянная мощность, рассеиваемая в виде тепла, означает некоторый риск перегрева инверторов MSW. С другой стороны, они, как правило, немного дешевле настоящих инверторов.

Изображение: Модифицированная синусоида (MSW, зеленый) больше похожа на синусоидальную волну (синий цвет), чем на прямоугольную волну (оранжевый цвет), но все же включает в себя резкие резкие изменения тока.Чем больше шагов в модифицированной синусоиде, тем ближе она к идеализированная форма истинной синусоиды.

Хотя многие инверторы работают как автономные блоки с аккумулятором, которые полностью Независимо от сети, другие инверторы (известные как инверторы , связанные с энергосистемой, или инверторы, привязанные к сети , ) специально разработан для постоянного подключения к сети; обычно они используются для передачи электричества от чего-то как солнечная панель обратно в сеть с правильным напряжением и частотой.Это нормально, если ваша главная цель - выработать собственную силу. Это не так полезно если вы хотите иногда быть независимым от сетки или хотите резервный источник питания на случай отключения электроэнергии, потому что если ваш подключение к сети отключается, и вы не производите электричество самостоятельно (например, сейчас ночь и ваши солнечные панели неактивны), инвертор тоже выходит из строя, и вы совершенно лишены силы - так же беспомощны, как если бы вы генерировали свою собственную силу или нет.По этой причине некоторые люди используют двухрежимные инверторы или двунаправленные , которые могут работать либо в автономном, либо в привязанном к сети режиме (хотя и не в обоих одновременно). поскольку у них есть лишние детали, они имеют тенденцию быть более громоздкими и более дорого.

Подпись: Никола Тесла. Хотя он выиграл войну токов, его соперника Томаса Эдисона до сих пор помнят как первооткрывателя электроэнергии. Гравюра Теслы работы Саронга, 1906 год, любезно предоставлено Библиотекой Конгресса США.

Что такое инверторы?

Инверторы

могут быть очень большими и здоровенными, особенно если они имеют встроенный аккумуляторные батареи, чтобы они могли работать автономно. Они тоже выделяют много тепла, поэтому они имеют большие радиаторы (металлические плавники) и часто охлаждающие вентиляторы. Как вы можете видеть на нашем верхнем фото, типичные размером с автомобильный аккумулятор или автомобильное зарядное устройство; большие единицы выглядят Это немного похоже на батарею автомобильных аккумуляторов в вертикальной стопке. Самые маленькие инверторы больше переносные коробки размером с автомобильное радио, которые можно подключить к прикуривателю розетка для производства переменного тока для зарядки портативных компьютеров или мобильных телефонов.

Как бытовые приборы различаются по потребляемой мощности, так и инверторы различаются в мощности, которую они производят. Обычно на всякий случай вы нужен инвертор примерно на четверть выше максимальной мощности устройства, которым вы хотите управлять. Это учитывает тот факт, что некоторые приборы (например, холодильники и морозильники или люминесцентные лампы) потребляют пиковую мощность при первом включении. Пока инверторы могут обеспечивать пиковую мощность в течение коротких периодов времени, это Важно отметить, что они не предназначены для работы на пике мощность на длительные периоды.

.

Смотрите также