Преобразователь напряжения большой мощности: Преобразователь напряжения большой мощности — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Схема преобразователя напряжения, принцип работы. Расчет мощности инвертора напряжения

Ваш город: Москва

Ваш или ближайший к вам город: Москва

Часы работы 9:00-18:00

Главная страница

Статьи

Как работает преобразователь напряжения? Виды, мощность, схемы

11.10.2011

В этой статье рассматриваются электросхемы преобразователей напряжения, назначение и принцип работы оборудования. Также здесь объясняется, какие бывают устройства, даются рекомендации по их выбору, указываются ключевые характеристики.

Содержание

Принцип работы преобразователей напряжения
Преобразователи постоянного напряжения в постоянное
Преобразователи переменного напряжения в постоянное (выпрямители)
Преобразователи постоянного напряжения в переменное
Критерии выбора и расчет инвертора напряжения
Заключение

Преобразователи представляют собой устройства, предназначенные для преобразования входного напряжения.

Они могут повышать или понижать его, преобразовывать постоянный электроток в переменный и наоборот. Соответственно, принцип функционирования оборудования зависит от его типа. Существуют следующие основные разновидности устройств.

Они также называются DC/DC‑конвертеры. Применяются в вычислительной аппаратуре, средствах связи, схемах управления и автоматики. Обеспечивают снижение или повышение напряжения от источника электропитания (например, аккумуляторов или гальванических элементов) до нужного для питания нагрузки значения. Некоторые модели также могут инвертировать сигнал для получения напряжения с обратной полярностью. Электросхема конвертеров обычно включает такие элементы, как входной фильтр, конденсатор, катушки индуктивности, ключевого транзистора или тиристора, диода. Управление ключом осуществляется с помощью ШИМ. Ниже представлена функциональная схема повышающего преобразователя.

В категорию DC/DC‑конвертеров входят высоковольтные преобразователи. Они используются для нагрузок с малыми потребляемыми токами, которые не требуют значительной мощности источника электропитания.

К ним относятся, например, счетчики радиационных излучений, ионизаторы воздуха, аноды электроннолучевых трубок в осциллографах.

Большинство современных ДС/ДС‑преобразователей имеет гальваническую развязку. В таких устройствах входные и выходные электроцепи разделены изоляционным барьером. Это решение позволяет защитить людей и подключаемую нагрузку от аварийного повышения напряжения на входе, а также улучшает помехозащищенность конвертера.

AC/DC‑преобразователи применяются для преобразования переменного напряжения (например, стандартного напряжения бытовых или промышленных электросетей 220/380 В) в стабилизированное постоянное напряжение. Устройства широко применяются в промышленной автоматизации, изготовлении источников питания, телекоммуникациях, на транспорте, в гальванике, энергосиловых установках, сварочных аппаратах. В зависимости от используемых силовых ключей, выпрямители бывают:

1. Тиристорными. Они состоят, как правило, из таких основных компонентов:

трансформатор. Необходим для понижения/повышения напряжения, а также гальванической развязки выпрямителя от электросети;
тиристорный мост (вентильная группа). Предназначен для преобразования переменного электротока в постоянный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний напряжения на входе;
блок управления вентильной группой;
емкостной, индуктивный или комбинированный фильтр (LC-фильтр). Предназначен для сглаживания пульсаций выходных параметров.

2. Транзисторными. В состав таких выпрямителей входят следующие элементы:

входной LC-фильтр. Необходим для защиты питающей сети от помех, создаваемых выпрямителем;
диодный мост;
ВЧ-преобразователь. Предназначен для преобразования постоянного тока в высокочастотный импульсный и регулирования (стабилизации) параметров выпрямленного тока, вне зависимости от колебаний входного напряжения;
ВЧ-трансформатор. Предназначен для понижения/повышения напряжения импульсного тока;
диодный или транзисторный выпрямительный мост. Предназначен для преобразования высокочастотного импульсного тока в постоянный;
блок управления;
выходной LC-фильтр.

Эти устройства называют DC/AC‑инверторами. Они могут применяться как отдельная аппаратура или входить в состав источников бесперебойного питания и систем преобразования электроэнергии. Формирование переменного напряжения осуществляется с помощью транзисторов и ШИМ. Периодическое высокочастотное открывание/закрывание транзисторов в электросхеме обеспечивает изменение направление движения тока и получение синусоиды.

Важно не только то, как работает инвертор напряжения, но и какую топологию формирования синусоидального сигнала он использует. Есть два основных варианта:

Топология «полумост» со сквозной нейтралью. Она отличается минимальным количеством силовых транзисторов и достаточно простой схемой. К недостаткам относится необходимость применения двухполярного источника электропитания, удвоенное число высоковольтных конденсаторов. Этот вариант используют обычно для не очень мощных нагрузок (0,5-1 кВт).

Мостовая топология. Наиболее распространенная схема в силовых преобразователях. Характеризуется повышенной надежностью, не требует большой входной емкости, обеспечивает минимальные пульсации на транзисторах. К недостаткам относится повышенная сложность драйверов и увеличенное число транзисторов.

Важнейшие характеристики инвертора:

частота преобразователя напряжения и форма напряжения. Желательно приобрести аппарат, который выдает чистый синусоидальный сигнал. К такому преобразователю можно подключать даже высокочувствительное оборудование;
номинальная мощность. Она должна быть выше, чем суммарная нагрузка всех подключенных потребителей;
максимальная пиковая мощность. Это значение определяет, какую наибольшую нагрузку выдержит устройство при подключении техники с малым значением коэффициента cos ф. К такому оборудованию относятся электродвигатели, насосы, компрессоры;
значение входного/выходного напряжения и силы электротока.

Чтобы выполнить расчет необходимой мощности DC/AC преобразователя, необходимо:

Сложить мощность, потребляемую подключаемым оборудованием. Ее берут из паспортных данных на технику. Например, холодильник — 200 Вт, стиральная машина — 1500 Вт, пылесос — 1000 Вт. Итого в сумме: 200 + 1500 + 1000 = 2700 Вт.
Учесть пиковую нагрузку. Для этого полученную сумму умножаем на коэффициент 1,3 (для рассматриваемого примера: 2700*1,3 = 3510 Вт).
Учесть коэффициент cos ф для получения результата в вольт-амперах. Его значение для разного оборудования варьируется в пределах 0,60…0,99. Для расчета лучше принять минимальную величину. 3510/0,6 = 5850 ВА ≈ 6 кВА. Именно на это значение следует ориентироваться при выборе инвертора.

В статье были рассмотрены основные разновидности преобразователей напряжения, особенности их работы и сферы применения. Также были приведены типовые электросхемы преобразователей напряжения и описаны критерии выбора DC/AC инверторов.

ПОВЫШАЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Авторы
Руководители
Файлы работы
Наградные документы

Лукашов Н.М. 1

Поваляев Б.А. 1Австриевских Н.М. 1

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение.

В современном мире, с растущими показателями потребления и как следствие — ограниченными энергоресурсами, стремительные обороты набирает развитие технологий добычи энергии из альтернативных, возобновляемых источников. К таким источникам относятся, в первую очередь, солнечная и ветровая энергии, геотермальное тепло, энергия морских волн и приливов.

Сегодня альтернативные источники энергии уже широко используются для решения проблем энергоснабжения не только в промышленных масштабах, но и в частном секторе. Доступность технологий получения энергии из неисчерпаемых источников позволяет строить энергонезависимые дома с экологически чистой инфраструктурой в удаленных районах и решать проблемы энергоснабжения уже существующих объектов. Наша работа освещает изучение физических явлений на более глубоком уровне.

Новизна, актуальность и сложность данной научно-исследовательской работы была в том, что данная тема является неосновным, но с более детальным изучением данного явления в курсе физики, приобретенный опыт позволит использовать данный прибор для устройства дополнительного и аварийного освещения непосредственно в темных помещениях, при этом получив аварийное и дополнительное освещение.

В своей работе мы использовали различные источники информации (научная и учебная литература, Интернет). Проводя эксперимент, мы пришли к выводу, что, используя в своих опытах устройство аварийного и дополнительного освещения можно использовать в экстренных случаях, когда нет электричества, использовав повышающий преобразователь напряжения, чтобы использовать обычные лампы сети 220 вольт. Оригинальность нашей работы была в создании модели по схеме, в интеграции предметов (физики, электротехники, экологии). Создав модель и проводя эксперименты, мы более глубоко изучили техническое содержание темы, более детально изучили некоторые физические явления (альтернативные источники энергии). То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой. Знания и умения, которые мы получили в ходе работы с измерениями оставили огромный след в нашей жизни и чувство эстетического наслаждения. То есть была доказана взаимосвязь теории с практикой.

Преобразователь напряжения

Простейший преобразователь напряжения состоит из стального сердечника и двух обмоток — первичной с числом витков w1 и вторичной с числом витков w2. Если к первичной обмотке преобразователь напряжения подвести переменное синусоидальное напряжение, то из-за нелинейной магнитной характеристики ферримагнитного сердечника ток в этой обмотке преобразователя напряжения окажется несинусоидальным. Об этом несколько подробнее будет сказано ниже. Отметим, что при рассмотрении процессов в преобразователе напряжения несинусоидальные токи в его обмотках заменяются так называемой эквивалентной синусоидой — синусоидальным током, эквивалентным по действующему значению несинусоидальному. Это дает возможность применять к исследованиям и расчетам преобразователь напряжения теорию синусоидальных токов. Таким образом, преобразователь напряжения преобразует подведенное к нему напряжение в соответствии с соотношением числа витков его обмоток. Идеализированный преобразователь напряжения передает форму преобразуемого переменного напряжения без искажения. Получается векторная диаграмма идеального трансформатора.

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЕЖЕНИЯ

В отличие от электрических машин, преобразователь напряжения не имеет движущихся частей, поэтому он не имеет и механических потерь при работе. К потерям, имеющим место при работе преобразователя напряжения, относятся потери на гистерезисе (в результате постоянного циклического перемагничивания сердечника), на вихревые токи и на нагревание проводов обмоток. Других потерь в преобразователе напряжения практически нет. Коэффициент полезного действия преобразователь напряжения — это отношение отдаваемой активной мощности к потребляемой. Таким образом, для практического определения КПД преобразователь напряжения при номинальной нагрузке необходимо измерить мощности в первичной и вторичной обмотках. Это измерение можно значительно упростить, включив во вторичную обмотку активную нагрузку. Тогда поток рассеяния невелик и мощность Р2 может быть вычислена по показаниям амперметра и вольтметра, включенным во вторичную цепь. Такой метод определения КПД получил название метода непосредственных измерений. Этот метод весьма прост, но имеет два существенных недостатка: мала точность и он неэкономичен. Малая точность обусловлена тем, что КПД трансформаторов очень высок (до 99% и выше) и в некоторых случаях (особенно у преобразователя напряжения большой мощности) мощности Р2 и Р1 мало отличаются, поэтому незначительные ошибки в показаниях приборов повлекут за собой значительные искажения результата вычисления КПД. Неэкономичность этого способа состоит в большом расходе электроэнергии за время испытания, так как трансформаторы приходится нагружать до номинальных мощностей. Поэтому метод непосредственных измерений не нашел промышленного применения, но может быть использован для преобразователя напряжения малой мощности с небольшим КПД. На практике КПД преобразователя напряжения определяют косвенным методом, путем раздельного определения потерь, исходя из того, что КПД трансформатора можно представить так: η=Р2/P2+Pст+Рмгде Рст — потери в стали (в сердечнике) и Рм — потери в меди (в обмотках) измеряют в опытах холостого хода и короткого замыкания соответственно. Для определения потерь преобразователя напряжения обычно пользуются двумя опытами — опытом холостого хода и опытом короткого замыкания. В опыте холостого хода, в котором на первичную обмотку I подают номинальное напряжение, а вторичную II оставляют разомкнутой, определяют потери в стали преобразователя напряжения, потери на гистерезис и на вихревые токи. Эти потери зависят от частоты тока и от значения магнитного потока. Так как частота тока постоянна, а магнитный поток при номинальном напряжении на первичной обмотке также практически постоянен, то независимо от того, нагружен преобразователь напряжения или нет, потери в стали — для него величина постоянная. Таким образом, можно считать, что в холостом режиме энергия, потребляемая преобразователем напряжения из сети, расходуется только на потери в стали, поэтому мощность этих потерь измеряют ваттметром, включенным в первичную цепь. Правда, при этом не учитываются потери нагревания провода первичной обмотки током холостого хода. Но этот ток незначителен и потери от него также незначительны. В этом опыте определяется также коэффициент трансформации k и ток холостого хода. Если вторичную обмотку преобразователь напряжения замкнуть накоротко, а на первичную обмотку подать такое пониженное напряжение (в школьной практике, например, от Рмш), при котором токи в обмотках не превышают их номинальных значений, то энергия, потребляемая трансформатором из сети, расходуется в основном на тепловые потери в проводах обмоток трансформатора. В самом деле, при короткозамкнутой вторичной обмотке к первичной подводится пониженное напряжение, поэтому магнитный поток очень мал и потери в стали, зависящие от значения магнитного потока, также малы. Этот опыт называют опытом короткого замыкания. Следовательно, ваттметр, включенный в первичную цепь трансформатора в опыте короткого замыкания, покажет мощность, соответствующую потерям в меди.

Повышающий преобразователь напряжения.

Данный преобразователь предназначен для преобразования низковольтного постоянного напряжения от аккумуляторных батарей в высоковольтное напряжение. Именно это напряжение является конечным результатом разработанного и изготовленного устройства.

Цель работы: разработать и изготовить преобразователь для энергосберегающих ламп напряжением ~220 В, мощностью до 25 Вт, работающий от аккумулятора = 6 В с техническими параметрами:

1. Напряжение аккумулятора =6-7 В

2. Потребляемый ток от аккумулятора (в зависимости от мощности лампы) — до 5А

3. Выходное напряжение ~220 В.

4. Частота выходного напряжения 50-60 Гц.

Задачи:

1. Разработать и изготовить преобразователь с помощью симметричного генератора-мультивибратора.

2. Применить обычные готовые трансформаторы от бытовой радиоаппаратуры.

Гипотеза:

А можно ли применить модель повышающего трансформатора в устройство дополнительного освещения?

Методы:

• Эксперимент и наблюдение

• Сборка устройства по схеме, а также теоретический анализ научной литературы по данной проблеме.

Обычно преобразователь напряжения изготавливается по схеме блокинг-генератора с положительной трансформаторной обратной связью, с помощью которой и вырабатываются электрические импульсы через интервалы времени.

Однако блокинг-генератор при применении в преобразователе имеет недостатки:

1. Блокинг-генератор вырабатывает прямоугольные импульсы и получить «модернизированную синусоиду» вторичного высоковольтного напряжения, близкой к сетевой, довольно трудно.

2. Необходим специально изготовленный импульсный трансформатор.

Разработаем принципиальную электрическую схему, рис. 1. Мультивибратор выполним на транзисторах VT1-VT4. Для получения большей мощности и КПД соединим транзисторы по схеме составного транзистора. Время зарядной цепочкой являются резисторы R3, R4 и конденсаторы С1, С2, которые и задают частоту генерации мультивибратора. В качестве импульсного трансформатора Т1 используем готовый трансформатор от бытовой радиоаппаратуры (магнитофона, усилителя и т.д.) с первичным напряжением ~220 В и двумя вторичными напряжениями по ~6-9 В. Вторичные обмотки Т1 (II, III) соединяются последовательно ( можно применить трансформатор с вторичной обмоткой со средней точкой). Диоды VD1, VD2 защищают мощные транзисторы VT3, VT4 от возможных обратных импульсов при переходных процессах генерации. В схему введены конденсаторы фильтра С3, С4. Включается преобразователь с помощью тумблера SA1. По питанию в схему введен предохранитель FU1.

Конструкция.

Конструктивно преобразователь выполнен в виде стенда, фото 1.

Данный разработанный повышающий преобразователь напряжения, как рационализаторское предложение, внедрен в практическую научно-исследовательскую работу «Устройство аварийного освещения» Автор: Нагорная А. И., обучающаяся в Детском оздоровительно- образовательном центре г. Ельца, объединение: радиоконструирование и МБОУ Гимназия №11, 11 класс.

Преобразователь входит в общую конструкцию и изготовлен в виде стенда — наглядного работающего пособия для радиотехнических средних и высших учебных заведений, фото 2,3.

Фото 1.

Фото 2.

Фото 3.

Порядок работы

Поставить тумблеры в положение «Сеть», «Заряд аккумулятора».
Включить вилку в сеть переменного тока, загорается лампа.
Переключить первый тумблер в положение «Вкл. преобразователь».
Переключить второй тумблер в положение «Преобразователь», лампа будет работать от преобразователя.
Выключить вилку из сети. Лампа продолжит работу.
Поставить первый тумблер в положение «Сеть», второй – «Заряд аккумулятор» — исходное состояние.

Вывод:

Работа по разработанной схеме преобразователя содержит новизну и преимущество:

1. Вместо обычной схемы блокинг-генератора в преобразователе применена схема мощного мультивибратора, что позволило получить синусоиду высокого напряжения, близкую к сетевой, а, следовательно, увеличить КПД устройства (графики рис. 2, рис. 3)

2. В качестве импульсного трансформатора используется стандартный.

3. Данный разработанный повышающий преобразователь напряжения, как рационализаторское предложение, внедрен в практическую научно-исследовательскую работу «Устройство аварийного освещения» Автор: Нагорная А. И., обучающаяся в Детском оздоровительно- образовательном центре г. Ельца, объединение: радиоконструирование и МБОУ Гимназия №11, 11 класс.

Литература

Ишлинский А.Ю. «Новый политехнический словарь», издательство: М.: Большая Российская энциклопедия.
Кизлюк А.И. «Справочник по устройству и ремонту телефонных аппаратов зарубежного и отечественного производства (Глава: диоды и транзисторы)», издательство: Библион.
Белкин В.Г., Бондаренко В.К. «Справочник радиолюбителя-конструктора», издательство: Москва, «Радио и связь»

Просмотров работы: 1141

Высоковольтные преобразователи постоянного тока в постоянный

Идеально подходят для полупроводниковых, аналитических, медицинских и детекторных приложений

Точность, надежность и стабильность имеют решающее значение для высоковольтных приложений постоянного тока. XP Power — один из ведущих мировых производителей высоковольтных источников питания с более чем 50-летним опытом разработки точных и надежных компактных решений. Наши продукты имеют выходное напряжение до 25 кВ для критически важных приложений, что позволяет нам максимизировать функциональность в компактном окружении.

Обзор продукции DC-DC высокого напряжения

Компактные высоковольтные DC-DC решения

Надежные миниатюрные силовые модули высокого напряжения

Высоковольтные преобразователи постоянного тока XP Power обеспечивают низкий уровень пульсаций и шумов, управление напряжением и током, регулировку и мониторинг выхода, а также защиту входа и выхода благодаря встроенным отраслевым сертификатам безопасности и обширной конструкции. процессы проверки и тестирования, на которые вы можете положиться.

Наше портфолио DC-DC для высокого напряжения включает в себя ряд готовых решений, модифицированных и настраиваемых функций, цифровых совместимых мониторов и элементов управления в сочетании с долговременной надежностью, обеспечивая выходное напряжение до 25 кВ и выходную мощность до 30 Вт.

Высоковольтные DC-DC преобразователи для широкого спектра применений

Мы предлагаем самый широкий ассортимент компактных и миниатюрных высоковольтных преобразователей постоянного тока мощностью от 2 мВт до 30 Вт. Наш ассортимент креплений включает сквозное крепление, стойку и поверхностное крепление.

Диапазон выходного напряжения от 100 В до 25 кВ
от 2 мВт до 30 Вт и выше
Отрицательная, положительная, реверсивная полярность
Регулируемый или пропорциональный
Решения с низким уровнем электромагнитных помех
Индивидуальные и модифицированные решения

>> Прокрутите варианты приложений ниже, чтобы узнать, как мы можем удовлетворить ваши конкретные потребности.

Точные и надежные энергетические решения

Миниатюрные высоковольтные модули постоянного тока, которым можно доверять

Наши ведущие на рынке высоковольтные преобразователи постоянного тока разработаны с учетом долгосрочной надежности, точности и воспроизводимости рабочих характеристик на переднем крае проектирования и производственных процессов.

Это позволяет нам поставлять лучшие в своем классе продукты с отраслевыми одобрениями и решать проблемы, связанные с электромагнитными помехами, в небольшом компактном решении для конечного приложения.

Свяжитесь с нашей командой высокого напряжения постоянного тока

Преодоление проблем с интеграцией высокого напряжения

Простые в использовании, вставные высоковольтные силовые модули постоянного тока

Наши высоковольтные продукты постоянного тока представляют собой универсальное решение с широким спектром пропорциональных и регулируемых, точных, малошумящих модулей вывода высокого напряжения. .

Благодаря встроенным средствам контроля и управления напряжением и током, а также защите входных и выходных сигналов для вашего приложения они минимизируют количество внешних схем и компонентов вокруг высоковольтных преобразователей постоянного тока.

Узнать больше об изоляции

НАЙДИТЕ ВАШЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Наш разнообразный ассортимент включает в себя сотни семейств продуктов, которые легко найти по напряжению, мощности, формату и области применения.

Инструмент выбора высоковольтных преобразователей постоянного тока в постоянный

Преобразователи высокой мощности — переменный ток в постоянный и постоянный ток

Мы приглашаем вас ознакомиться с богатым каталогом мощных преобразователей, инверторов и зарядных устройств Zekalabs. Разработаны и изготовлены с целью дать возможность новаторам и мечтателям во всем мире создавать сложные системы, стремящиеся к совершенству в проектировании и производительности. Наши силовые преобразователи производятся в соответствии с модульным подходом к преобразованию, которому следует Zekalabs, что приводит к сложным, но простым в использовании строительным блокам для хранения энергии, электромобилей, интеллектуальных сетей, тестирования аккумуляторов и многих других современных приложений.

HIGH POWER DC-DC

Этот раздел портфолио Zekalabs подходит для компаний, которые ищут DC-DC преобразователь с высокой мощностью и высоким напряжением по разумной цене. Мы предлагаем неизолированные преобразователи постоянного тока в постоянный мощностью 200 кВт и 40 кВт, которые могут служить как понижающими, так и повышающими устройствами с их двунаправленной функциональностью. Свяжитесь с Zekalabs, если вы хотите получить дополнительную информацию об устройствах.