전기 에너지 변환의 종류

수많은 가전 제품 및 산업 설비가 작동합니다. 전기 에너지 다른 유형의. 그것은 다수에 의해 만들어집니다. EMF 및 전류 소스.

발전기 세트는 산업 주파수에서 단상 또는 3상 전류를 생성하는 반면 화학 소스는 직류를 생성합니다. 동시에 실제로는 한 유형의 전기가 특정 장치의 작동에 충분하지 않고 변환을 수행해야 하는 상황이 자주 발생합니다.

이를 위해 업계에서는 전기 에너지의 다양한 매개 변수로 작동하는 많은 수의 전기 장치를 생산하여 전압, 주파수, 위상 수 및 파형이 다른 한 유형에서 다른 유형으로 변환합니다. 수행하는 기능에 따라 변환 장치로 나뉩니다.

• 단순한;

• 출력 신호를 조정하는 기능;

• 안정시키는 능력을 부여받았다.

분류 방법

수행되는 작업의 특성에 따라 변환기는 장치로 나뉩니다.

• 기립

• 하나 이상의 단계 반전;

• 신호 주파수의 변화;

• 전기 시스템의 위상 수 변환;

• 전압 유형 변경.

새로운 알고리즘의 제어 방법에 따라 조정 가능한 변환기는 다음에서 작동합니다.

• DC 회로에 사용되는 펄스 원리;

• 고조파 발진기 회로에 사용되는 위상 방법.

가장 단순한 컨버터 설계에는 제어 기능이 없을 수 있습니다.

모든 변환 장치는 다음 회로 유형 중 하나를 사용할 수 있습니다.

• 포장;

• 영;

• 변압기 유무에 관계없이;

• 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 단계.

교정 장치

이것은 교류 정현파, 일반적으로 산업 주파수에서 정류되거나 안정화된 직류를 얻을 수 있는 가장 일반적이고 오래된 종류의 변환기입니다.

희귀 전시물

저전력 장치

불과 수십 년 전만 해도 셀레늄 구조와 진공 기반 장치는 여전히 무선 공학 및 전자 장치에 사용되었습니다.

이러한 장치는 셀레늄 플레이트의 단일 요소에서 전류 보정 원리를 기반으로 합니다. 어댑터를 장착하여 순차적으로 단일 구조로 조립했습니다. 보정에 필요한 전압이 높을수록 이러한 요소가 더 많이 사용됩니다. 그것들은 그다지 강력하지 않았고 수십 밀리암페어의 부하를 견딜 수 있었습니다.

램프 정류기의 밀봉된 유리 하우징에 진공이 생성되었습니다. 여기에는 열전자 복사의 흐름을 보장하는 필라멘트가 있는 양극 및 음극과 같은 전극이 있습니다.

이러한 램프는 지난 세기 말까지 라디오 수신기 및 텔레비전의 다양한 회로에 직류 전원을 공급했습니다.

Ignitrons는 강력한 장치입니다.

산업용 장치에서 제어된 아크 충전 원리로 작동하는 양극-음극 수은 이온 장치는 과거에 널리 사용되었습니다. 최대 5킬로볼트까지의 정류 전압에서 수백 암페어의 강도로 DC 부하를 작동해야 하는 경우에 사용되었습니다.

전자 흐름은 음극에서 양극으로의 전류 흐름에 사용되었습니다. 발광 음극 점이라고 하는 음극의 하나 이상의 영역에서 발생하는 아크 방전에 의해 생성됩니다. 주 아크가 점화될 때까지 점화 전극에 의해 보조 아크가 켜질 때 형성됩니다.

이를 위해 최대 수십 암페어의 전류 강도를 가진 몇 밀리초의 단기 펄스가 생성되었습니다. 펄스의 모양과 강도를 변경하면 점화기의 작동을 제어할 수 있습니다.

이 설계는 정류 중에 우수한 전압 지원과 상당히 높은 효율을 제공합니다. 그러나 설계의 기술적 복잡성과 작동의 어려움으로 인해 사용이 거부되었습니다.

반도체 장치

다이오드

그들의 작업은 반도체 재료 또는 금속과 반도체 사이의 접촉에 의해 형성되는 p-n 접합의 특성으로 인해 한 방향으로 전류 전도의 원리를 기반으로 합니다.

다이오드는 일정한 방향으로만 전류를 흐르게 하고 교류 정현파 고조파가 통과하면 반파를 차단하므로 정류기로 널리 쓰인다.

최신 다이오드는 매우 광범위하게 생산되며 다양한 기술적 특성을 부여받습니다.

사이리스터

사이리스터는 3개의 직렬 연결된 p-n 접합 J1, J2, J3이 있는 다이오드보다 더 복잡한 반도체 구조를 형성하는 4개의 전도층을 사용합니다. 외부 레이어 «p» 및 «n»과의 접점은 양극 및 음극으로 사용되며 내부 레이어는 사이리스터를 작동으로 전환하고 조절을 수행하는 데 사용되는 UE의 제어 전극으로 사용됩니다.

정현파 고조파의 정류는 반도체 다이오드와 동일한 원리로 수행됩니다. 그러나 사이리스터가 작동하려면 특정 특성을 고려해야합니다. 내부 전이 구조는 전하 통과를 위해 열려 있어야하며 닫히지 않아야합니다.

이것은 구동 전극을 통해 특정 극성의 전류를 통과시킴으로써 이루어집니다. 아래 사진은 서로 다른 시간에 흐르는 전류의 양을 조정하기 위해 동시에 사용되는 사이리스터를 여는 방법을 보여줍니다.

정현파가 0 값을 통과하는 순간 RE를 통해 전류가 가해지면 최대 값이 생성되며 포인트 «1», «2», «3»에서 점차 감소합니다.

이러한 방식으로 전류는 사이리스터 조절과 함께 조정됩니다. 전력 회로의 트라이악과 전력 MOSFET 및/또는 AGBT는 유사한 방식으로 작동합니다. 그러나 그들은 전류를 수정하여 양방향으로 전달하는 기능을 수행하지 않습니다. 따라서 제어 체계는 추가 펄스 인터럽트 알고리즘을 사용합니다.

DC/DC 컨버터

이러한 디자인은 정류기와 반대입니다. 이들은 화학적 전류원에서 얻은 직류로부터 교류 정현파 전류를 생성하는 데 사용됩니다.

드문 개발

19세기 후반부터 전기 기계 구조는 직류 전압을 교류 전압으로 변환하는 데 사용되었습니다. 그들은 배터리 또는 배터리 팩에 의해 구동되는 직류 전기 모터와 전기자가 모터 드라이브에 의해 회전되는 AC 발전기로 구성됩니다.

일부 장치에서는 발전기 권선이 모터의 공통 회전자에 직접 감겨 있습니다. 이 방법은 신호의 모양을 변경할 뿐만 아니라 일반적으로 전압의 진폭 또는 주파수를 증가시킵니다.

120도에 위치한 세 개의 권선이 발전기의 전기자에 감겨 있으면 도움을 받아 등가의 대칭 3 상 전압을 얻습니다.

Umformer는 반도체 소자가 대량 도입되기 전인 1970년대까지 라디오 램프, 무궤도 전차, 전차, 전기 기관차용 장비에 널리 사용되었습니다.

인버터 컨버터

동작 원리

고려 대상으로 배터리와 전구에서 KU202 사이리스터 테스트 회로를 사용합니다.

SA1 버튼의 일반적으로 닫힌 접점과 저전력 필라멘트 램프가 회로에 내장되어 배터리의 양전위를 양극에 공급합니다. 제어 전극은 전류 제한기와 SA2 버튼의 열린 접점을 통해 연결됩니다. 음극은 배터리의 음극에 단단히 연결되어 있습니다.

시간 t1에서 SA2 버튼을 누르면 전류가 제어 전극 회로를 통해 음극으로 흘러 사이리스터가 열리고 양극 분기에 포함된 램프가 켜집니다. 이 사이리스터의 설계 특성으로 인해 접점 SA2가 열려 있어도 계속 연소됩니다.

이제 시간 t2에서 SA1 버튼을 누릅니다.양극의 공급 회로가 꺼지고 전류 흐름이 멈추기 때문에 표시등이 꺼집니다.

제시된 그림의 그래프는 직류가 시간 간격 t1 ÷ t2를 통과했음을 보여줍니다. 버튼을 매우 빠르게 전환하면 직사각형 펄스 긍정적인 기호로. 마찬가지로 부정적인 충동을 만들 수 있습니다. 이를 위해서는 전류가 반대 방향으로 흐르도록 회로를 약간 변경하면 충분합니다.

양수 값과 음수 값을 갖는 두 개의 펄스 시퀀스는 전기 공학에서 구형파라는 파형을 생성합니다. 그 직사각형 모양은 반대 기호의 두 반파가 있는 사인파와 대략 비슷합니다.

고려중인 계획에서 SA1 및 SA2 버튼을 릴레이 접점 또는 트랜지스터 스위치로 교체하고 특정 알고리즘에 따라 전환하면 사행 모양의 전류를 자동으로 생성하고 특정 주파수, 듀티로 조정할 수 있습니다 주기, 기간. 이러한 스위칭은 특수 전자 제어 회로에 의해 제어됩니다.

전원부 블록도

예를 들어 브리지 인버터의 가장 간단한 기본 시스템을 고려하십시오.

여기에서 사이리스터 대신 특별히 선택된 전계 트랜지스터 스위치가 직사각형 펄스의 형성을 처리합니다. 부하 저항 Rn은 브리지의 대각선에 포함됩니다. 각 트랜지스터 «소스» 및 «드레인»의 공급 전극은 션트 다이오드와 반대로 연결되고 제어 회로의 출력 접점은 «게이트»에 연결됩니다.

제어 신호의 자동 작동으로 인해 지속 시간과 부호가 다른 전압 펄스가 부하로 출력됩니다. 이들의 순서와 특성은 출력 신호의 최적 매개변수에 맞게 조정됩니다.

대각선 저항에 적용된 전압의 작용에 따라 과도 프로세스를 고려하여 전류가 발생하며 그 모양은 이미 사행보다 정현파에 더 가깝습니다.

기술 구현의 어려움

인버터 전원 회로의 우수한 기능을 위해서는 스위칭 스위치를 기반으로 하는 제어 시스템의 안정적인 작동을 보장해야 합니다. 그들은 양방향 전도 특성을 부여받으며 역방향 다이오드를 연결하여 트랜지스터를 분로하여 형성됩니다.

출력 전압의 진폭을 조정하기 위해 가장 자주 사용됩니다. 펄스 폭 변조 원리 지속 시간을 제어하는 ​​방법으로 각 반파의 펄스 영역을 선택합니다. 이 방법 외에도 펄스 진폭 변환과 함께 작동하는 장치가 있습니다.

출력 전압 회로를 형성하는 과정에서 반파 대칭 위반이 발생하여 유도 부하의 작동에 악영향을 미칩니다. 이것은 변압기에서 가장 두드러집니다.

제어 시스템 작동 중에 전원 회로의 키를 생성하기 위한 알고리즘이 설정되며 여기에는 세 단계가 포함됩니다.

1. 직선;

2. 단락;

3. 그 반대.

부하에서 맥동 전류가 가능할 뿐만 아니라 방향이 바뀌는 전류도 소스 단자에서 추가 교란을 생성합니다.

전형적인 디자인

인버터를 만드는 데 사용되는 다양한 기술 솔루션 중에서 복잡성 증가 정도의 관점에서 고려되는 세 가지 체계가 일반적입니다.

1. 변압기 없는 브리지;

2. 변압기의 중성 단자로;

3. 변압기가 있는 다리.

출력 파형

인버터는 전압을 공급하도록 설계되었습니다.

• 직사각형;

• 사다리꼴;

• 계단식 교번 신호;

• 정현파.

위상 변환기

산업계에서는 특정 유형의 소스에서 나오는 전력을 고려하여 특정 작동 조건에서 작동하는 전기 모터를 생산합니다. 그러나 실제로는 여러 가지 이유로 3상 비동기 모터를 단상 네트워크에 연결해야 하는 상황이 발생합니다. 이를 위해 다양한 전기 회로 및 장치가 개발되었습니다.

에너지 집약적 기술

3상 비동기 모터의 고정자에는 서로 120도 떨어져 있는 특정 방식으로 감긴 3개의 권선이 포함되어 있으며, 각 권선은 전압 위상의 전류가 가해지면 자체 회전 자기장을 생성합니다. 전류의 방향은 자속이 서로를 보완하여 회전자의 회전에 대한 상호 작용을 제공하도록 선택됩니다.

이러한 모터에 대한 공급 전압의 위상이 하나 뿐인 경우 3개의 전류 회로를 형성해야 하며 각 전류 회로도 120도 이동됩니다. 그렇지 않으면 회전이 작동하지 않거나 결함이 발생합니다.

전기 공학에서는 다음에 연결하여 전압에 대해 전류 벡터를 회전시키는 두 가지 간단한 방법이 있습니다.

1. 전류가 전압을 90도 지연시키기 시작할 때 유도 부하;

2.90도의 전류 도체를 생성하는 기능.

위의 사진은 전압 Ua의 한 위상에서 120도가 아닌 90도 전후로 이동된 전류를 얻을 수 있음을 보여줍니다. 또한 허용 가능한 모터 작동 모드를 생성하려면 커패시터 및 초크 정격을 선택해야 합니다.

이러한 방식의 실제 솔루션에서는 유도 저항을 사용하지 않고 커패시터 방식에서 가장 자주 멈춥니다. 이를 위해 공급 위상의 전압은 변환없이 한 코일에 적용되고 다른 코일에는 커패시터에 의해 이동되었습니다. 결과는 엔진에 허용 가능한 토크였습니다.

그러나 로터를 돌리기 위해서는 시동 커패시터를 통해 세 번째 권선을 연결하여 추가 토크를 생성해야 했습니다. 시동 회로에 큰 전류가 형성되어 빠르게 가열이 증가하기 때문에 일정한 작동에 사용할 수 없습니다. 따라서 이 회로는 회전자 회전의 관성 모멘트를 얻기 위해 잠시 켜졌습니다.

이러한 방식은 사용 가능한 개별 요소에서 지정된 값의 커패시터 뱅크를 간단하게 구성하기 때문에 구현하기가 더 쉬웠습니다. 그러나 초크는 독립적으로 계산하고 감아 야했으며 이는 집에서만 어려운 일입니다.

그러나 권선의 전류 방향을 선택하고 전류 억제 저항을 사용하여 커패시터와 초크를 여러 단계로 복잡하게 연결하여 모터 작동을위한 최상의 조건을 만들었습니다. 이 방법으로 엔진 출력의 손실은 최대 30%였습니다.그러나 이러한 변환기의 설계는 엔진 자체보다 작동에 더 많은 전기를 소비하기 때문에 경제적으로 수익성이 없습니다.

커패시터 시작 회로도 전기 소비량이 증가하지만 그 정도는 적습니다. 또한 회로에 연결된 모터는 정상적인 3상 공급으로 생성되는 전력의 50% 이상을 생성할 수 있습니다.

3상 모터를 단상 공급 회로에 연결하는 데 어려움이 있고 전기 및 출력 전력의 큰 손실로 인해 이러한 변환기는 개별 설치 및 금속 절삭 기계에서 계속 작동하지만 효율성이 낮습니다.

인버터 장치

반도체 요소는 산업 기반에서 생산되는 보다 합리적인 위상 변환기를 만드는 것을 가능하게 했습니다. 설계는 일반적으로 3상 회로에서 작동하도록 설계되지만 서로 다른 각도에 위치한 많은 수의 스트링과 함께 작동하도록 설계할 수 있습니다.

변환기에 한 단계 전원이 공급되면 다음과 같은 일련의 기술 작업이 수행됩니다.

1. 다이오드 노드에 의한 단상 전압 정류;

2. 안정화 회로의 파도 평활화;

3. 반전 방식으로 인해 직류 전압을 3상으로 변환합니다.

이 경우 공급 회로는 앞에서 설명한 것처럼 자율적으로 작동하는 3개의 단상 부품 또는 예를 들어 중성 공통 컨덕터를 사용하는 자율 3상 인버터 변환 시스템에 따라 조립된 하나의 공통 부품으로 구성될 수 있습니다.

여기서 각 위상 부하는 공통 제어 시스템에 의해 제어되는 자체 반도체 소자 쌍을 작동합니다. 그들은 중성선을 통해 공통 공급 회로에 연결된 저항 Ra, Rb, Rc의 위상에서 정현파 전류를 생성합니다. 각 부하의 현재 벡터를 추가합니다.

순수한 사인파 모양에 대한 출력 신호의 근사 품질은 사용된 회로의 전체 설계 및 복잡성에 따라 달라집니다.

주파수 변환기

인버터를 기반으로 광범위한 정현파 진동의 주파수를 변경할 수있는 장치가 만들어졌습니다. 이를 위해 공급되는 50Hz 전기는 다음과 같이 변경됩니다.

• 기립

• 안정화;

• 고주파 전압 변환.

이 작업은 마이크로프로세서 보드를 기반으로 하는 제어 시스템이 변환기 출력에서 ​​수십 kHz의 증가된 주파수로 출력 전압을 생성한다는 점을 제외하면 이전 프로젝트와 동일한 원리를 기반으로 합니다.

자동 장치에 기반한 주파수 변환을 통해 시동, 정지 및 후진 시 전기 모터의 작동을 최적으로 조정할 수 있으며 로터의 속도를 변경하는 것이 편리합니다. 동시에 외부 전원 네트워크에서 과도 전류의 유해한 영향이 크게 줄어듭니다.

여기에서 자세한 내용을 읽어보세요. 주파수 변환기 - 유형, 작동 원리, 연결 방식

용접 인버터

이 전압 변환기의 주요 목적은 안정적인 아크 연소를 유지하고 점화를 포함한 모든 특성을 쉽게 제어하는 ​​것입니다.

이를 위해 순차 실행을 수행하는 인버터 설계에 여러 블록이 포함됩니다.

• 삼상 또는 단상 전압의 보정;

• 필터를 통한 파라미터 안정화;

• 안정화된 DC 전압에서 고주파 신호 반전;

• 용접 전류의 값을 증가시키기 위해 강압 변압기에 의해 /h 전압으로 변환;

• 용접 아크 형성을 위한 출력 전압의 2차 조정.

고주파 신호 변환의 사용으로 인해 용접 변압기의 치수가 크게 줄어들고 전체 구조에 대한 재료가 절약됩니다. 용접 인버터 전기 기계에 비해 작동에 큰 이점이 있습니다.

변압기: 전압 변환기

전기 공학 및 에너지 분야에서 전자기 원리로 작동하는 변압기는 여전히 전압 신호의 진폭을 변경하는 데 가장 널리 사용됩니다.

두 개 이상의 코일이 있으며 자기 회로, 자기 에너지가 전달되어 입력 전압을 변경된 진폭의 출력 전압으로 변환합니다.