Преобразование переменного тока в постоянный: Как из переменного тока сделать постоянный

Как получить постоянное напряжение из переменного

Осциллограмма постоянного напряжения

Давайте для начала уточним, что мы подразумеваем под «постоянным напряжением». Как гласит нам Википедия, постоянное напряжение (он же и постоянный ток)  —  это такой ток, параметры, свойства и направление которого не изменяются со временем. Постоянный ток течет только в одном направлении и для него частота равна нулю.

Осциллограмму постоянного тока мы с вами рассматривали в статье Осциллограф. Основы эксплуатации:

Как вы помните, по горизонтали на графике у нас время (ось Х), а по вертикали напряжение (ось Y).

Для того, чтобы преобразовать переменное однофазное напряжение одного значения в  однофазное переменное напряжение меньшего (можно и большего) значения, мы используем простой однофазный  трансформатор. А для того, чтобы преобразовать в постоянное пульсирующее напряжение, мы с вами после трансформатора подключали Диодный мост. На выходе получали постоянное пульсирующее напряжение. Но с таким напряжением, как говорится, погоду не сделаешь.

Но как же   нам из пульсирующего постоянного напряжения

получить самое что ни на есть настоящее постоянное напряжение?

Для этого нам нужен всего один радиокомпонент: конденсатор.  А вот так он должен подключаться к диодному мосту:

В этой схеме используется важное свойство конденсатора: заряжаться и разряжаться. Конденсатор с маленькой емкостью быстро заряжается и быстро разряжается. Поэтому, для того, чтобы получить почти прямую линию на осциллограмме, мы должны вставить конденсатор приличной емкости.

Зависимость пульсаций напряжения от емкости конденсатора

Давайте же рассмотрим на практике, зачем нам надо ставить конденсатор большой емкости. На фото ниже у нас три конденсатора различной емкости:

Рассмотрим первый. Замеряем его номинал с помощью нашего LC — метр. Его емкость 25,5 наноФарад или 0,025микроФарад.

Цепляем его к диодному мосту по схеме выше

И цепляемся осциллографом:

Смотрим осциллограмму:

Как вы видите, пульсации все равно остались.

[quads id=1]

Ну что же, возьмем конденсатор емкостью побольше.

Получаем 0,226 микрофарад.

Цепляем к диодному мосту также, как и первый конденсатор снимаем показания с него.

А вот собственно и осциллограмма

 

Не… почти, но все равно не то. Пульсации все равно видны.

Берем наш третий конденсатор. Его емкость 330 микрофарад.  У меня даже LC-метр не сможет ее замерить, так как у меня предел на нем 200 микрофарад.

Цепляем его к диодному мосту снимаем с него осциллограмму.

А вот собственно и она

Ну вот. Совсем ведь другое дело!

Итак, сделаем небольшие выводы:

 — чем больше емкость конденсатора на выходе схемы, тем лучше. Но не стоит злоупотреблять емкостью! Так как в этом случае наш прибор будет очень габаритный, потому что конденсаторы больших емкостей как правило очень большие. Да и начальный ток заряда будет огромным, что может привести к перегрузке питающей цепи.

 — чем низкоомнее будет нагрузка на выходе такого блока питания, тем больше будет проявляться амплитуда пульсаций. С этим борются с помощью пассивных фильтров, а также используют интегральные стабилизаторы напряжения, которые выдают чистейшее постоянное напряжение.

Как подобрать радиоэлементы для выпрямителя

Давайте вернемся к нашему вопросу в начале статьи. Как все-таки получить на выходе постоянный ток 12 Вольт для своих нужд?  Сначала нужно подобрать трансформатор, чтобы на выходе он выдавал … 12 Вольт?  А вот и не угадали!  Со вторичной обмотки трансформатора мы будем получать действующее напряжение.

где

U_Д — действующее напряжение, В

U_max — максимальное напряжение, В

Поэтому, чтобы получить 12 Вольт постоянного напряжения, на выходе трансформатора должно быть 12/1,41=8,5 Вольт переменного напряжения. Вот теперь порядок. Для того, чтобы получить такое напряжение на трансформаторе, мы должны убавлять или добавлять обмотки трансформатора. Формула здесь. Потом подбираем диоды. Диоды подбираем исходя из максимальной силы тока в цепи. Ищем подходящие диоды по даташитам (техническим описаниям на радиоэлементы). Вставляем конденсатор с приличной емкостью. Его подбираем исходя из того, чтобы постоянное напряжение на нем не превышало то, которое написано на его маркировке. Простейший источник постоянного напряжения готов к использованию!

Кстати,  у меня получился 17 Вольтовый источник постоянного напряжения, так как у  трансформатора на выходе 12 Вольт (умножьте 12 на 1,41).

Ну и напоследок, чтобы лучше запомнилось:

 

Показываем на примере в видео:

Способы преобразования переменного тока в постоянный

Подробности

Категория: РЗиА

• РЗиА
• выпрямитель

Содержание материала

• Полупроводниковые выпрямители
• Способы преобразования переменного тока в постоянный
• Типы силовых полупроводниковых приборов
• Управляемые вентили — тиристоры
• Оптоэлектронные полупроводниковые приборы
• Групповое соединение силовых вентилей
• Схемы неуправляемых выпрямителей
• Управляемые выпрямители
• Работа выпрямителя на нагрузку
• Внешние характеристики и энергетические показатели преобразователей
• Системы управления преобразователями на тиристорах
• Зашита преобразовательных установок
• Промышленные преобразовательные установки
• Эксплуатация и техника безопасности при обслуживании вентильных преобразователей

Страница 2 из 14

Области применения постоянного тока. Из всех видов энергии наиболее широкое применение в настоящее время имеет электрическая энергия, так как по сравнению с другими видами энергии (механической, тепловой, ядерной и др.) она обладает важными преимуществами: ее можно передавать на большие расстояния и достаточно просто распределять по потребителям, изменять параметры (значение напряжения, число фаз и пр.) и преобразовывать в механическую, тепловую и другие виды.

Преобладающая часть электрической энергии производится на тепловых, гидравлических и атомных электростанциях вращающимися электрическими машинами, которые генерируют трехфазное переменное напряжение частотой 50 Гц. Переменный ток находит широчайшее применение на промышленных предприятиях, в сельском хозяйстве и быту.
Однако в ряде важных областей техники нельзя обойтись без постоянного тока, основными потребителями которого являются электролизные установки для получения алюминия, меди, цинка и других технически чистых металлов; установки электрохимического покрытия металлом поверхности другого металла для повышения коррозионной стойкости, твердости и т. д., например никелирование и хромирование железа и пр.; устройства для зарядки аккумуляторных батарей; двигатели постоянного тока на промышленных предприятиях и в электрифицированном транспорте, а также его передают по линиям электропередачи на большие расстояния при высоком напряжении.
В настоящее время все более широкое применение получает переменный ток частотой 400-2500 Гц для питания электроинструмента, высокоскоростных асинхронных двигателей электрошпинделей шлифованных станков и др. Применение повышенной частоты позволяет значительно снизить массу электромагнитных устройств трансформаторов, электродвигателей и др. Указанные факторы обусловливают необходимость преобразования переменного тока в постоянный, изменения частоты тока, а порой приходится преобразовывать постоянный ток в переменный, например при рекуперативном торможении двигателей постоянного тока.
Типы преобразователей электроэнергии. До недавнего времени в качестве преобразователей тока и частоты применялись преимущественно двигатель-генераторы, в которых постоянный ток или переменный ток повышенной частоты получался с помощью генераторов, приводимых во вращение трехфазными двигателями переменного тока (асинхронными или синхронными).
Электромашинное преобразование электрической энергии имеет существенные недостатки: во-первых, двигатель-генераторы имеют значительную массу и габариты; во-вторых, КПД таких установок, определяемый произведением КПД двигателя и генератора, низкий; в-третьих, вращающиеся преобразователи при работе создают акустический шум.
\/ В настоящее время постоянный ток получают, как правило, непосредственным выпрямлением переменного тока с помощью электрических вентилей, которые осуществляют переключения в цепи выпрямителя. Такие преобразователи называются статическими и в отличие от вращающихся не имеют промежуточной ступени механической энергии. Переход от двигатель-генераторов к вентильным преобразователям позволяет заменять вращающиеся машины статическими аппаратами, повышать КПД установки, устранять шум и т.д.
Важной особенностью таких преобразователей является наличие электрической связи между цепями переменного и постоянного тока, а у двигатель-генераторов такой связи нет. Потенциальная связь между нагрузкой и вторичными обмотками трансформатора осуществляется через вентили, образующие выпрямитель. Это обстоятельство является недостатком статических преобразователей.
Типы силовых полупроводниковых вентилей. Основными элементами статических преобразователей являются вентильные приборы — электрические вентили. Первые полупроводниковые вентили — селеновые диоды появились в 30-е годы. Они стали применяться для получения постоянного тока в зарядных устройствах и электролитических установках.
Поворотным пунктом в развитии преобразовательной техники явилось создание в конце 50-х годов мощных неуправляемых германиевых и кремниевых диодов и управляемых кремниевых вентилей -тиристоров. Полупроводниковые вентили имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами электрических вентилей (например, электронных и ионных): постоянная готовность к работе, высокий КПД, широкий диапазон рабочих температур, малые габариты и масса, возможность эксплуатации в любом положении в пространстве и при больших инерционных нагрузках и др. Перечисленные факторы способствовали созданию силовых полупроводниковых преобразователей и широкому их внедрению во все отрасли народного хозяйства нашей страны.

Силовые полупроводниковые приборы по принципу действия подразделяются на три основные группы: силовые неуправляемые вентили — диоды, силовые транзисторы и силовые управляемые вентили — тиристоры. Внутри каждой из групп полупроводниковые приборы классифицируются по назначению и применению — низкочастотные, высокочастотные, быстродействующие, импульсные и др.

• Назад
• Вперёд

• Назад
• Вперёд

• Вы здесь:  
• Главная
• Книги
• РЗиА
• org/ListItem”> Защита трансформаторов распределительных сетей

Еще по теме:

• Преобразователи БВП для электроприводов
• Автоматизированный анализ аварийных ситуаций энергосистем
• Газовое реле РГЧЗ-66 и работа элементов реле при повреждениях силового трансформатора
• Взрывозащищенная контрольно-измерительная и аппаратура автоматики
• Средства и способы самозапуска электродвигателей

Преобразователи переменного тока в постоянный

: особенности, конструкция и применение

СтатьиСиловая электроника

Pragya ChauhanПоследнее обновление: 20 августа 2022 г.

0 38 886 3 минуты чтения

---

Содержание

Преобразователи переменного тока в постоянный

Преобразователи переменного тока в постоянный являются одним из наиболее важных элементов силовой электроники. Это связано с тем, что существует множество реальных приложений, основанных на этих преобразованиях. Электрические схемы, которые преобразуют входной переменный ток (AC) в выходной постоянный ток (DC), известны как преобразователи переменного тока в постоянный. Они используются в приложениях силовой электроники, где входная мощность представляет собой синусоидальное переменное напряжение с частотой 50 Гц или 60 Гц, которое требует преобразования мощности для выхода постоянного тока.

Процесс преобразования переменного тока в постоянный называется выпрямлением. Выпрямитель преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока на конце нагрузки. Точно так же трансформаторы обычно используются для регулировки источника переменного тока, чтобы снизить уровень напряжения, чтобы иметь лучший рабочий диапазон для источника постоянного тока.

---

Концепция переменного тока (AC) и постоянного тока (DC)

Переменный ток

В переменном токе ток меняет направление и течет вперед и назад. Ток, направление которого периодически меняется, называется переменным током (AC). Имеет ненулевую частоту. Производится генератором переменного тока, динамо-машиной и т. д.

Рис.: Простая цепь переменного тока

Постоянный ток

При постоянном токе ток не меняет свою величину и полярность. Если ток в проводнике всегда течет в одном и том же направлении, то такой ток называется постоянным. У него нулевая частота. Он производится элементами, аккумулятором, генератором постоянного тока и т. д.

Рис. Простая цепь постоянного тока

---

Простые шаги для преобразования переменного тока в постоянный

Теперь поговорим о преобразователе переменного тока в постоянный. Рассмотрим часто используемый преобразователь в цепи питания, преобразователь 230В переменного тока в 5В постоянного тока.

1. Понижение уровней напряжения

Иногда необходимо увеличить напряжение при передаче энергии на большие расстояния. Точно так же необходимо уменьшить напряжение для оборудования, потребляющего меньшую мощность. Повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения, а понижающие трансформаторы используются для понижения уровней напряжения.

Рассмотрим трансформатор с выходом 12 В. Электропитание 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока с помощью понижающего трансформатора. Среднеквадратичное значение и его пиковое значение могут быть заданы произведением квадратного корня из двух на среднеквадратичное значение и примерно равны 17 В, что является выходным сигналом понижающего трансформатора.

2. Цепь преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель преобразует источник переменного тока в источник постоянного тока на стороне нагрузки. Существуют различные типы выпрямителей, такие как однополупериодные, двухполупериодные и мостовые выпрямители.

Полномостовой выпрямитель, состоящий из четырех диодов, соединенных в виде моста. Диод проводит только в одном направлении, то есть при прямом смещении. Он остается в выключенном состоянии в другом направлении, т.е. при обратном смещении.

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода диоды D2 и D4 открыты. А во время отрицательного полупериода питания диоды D1 и D3 открыты. Таким образом, входная мощность переменного тока выпрямляется в выходную мощность постоянного тока. Но проблема в том, что выходная мощность постоянного тока состоит из импульсов и не является чистым постоянным током.

3. Получение чистой формы волны постоянного тока

Нам нужно преобразовать пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток. Для этого в большей части схемы используются конденсаторы. Конденсатор используется для хранения энергии, пока входное напряжение увеличивается от нуля до своего пикового значения. Энергия конденсатора может быть разряжена, пока входное напряжение уменьшается от пикового значения до нуля.

Таким образом, таким образом, мы можем преобразовать пульсирующий постоянный ток в чистый постоянный ток, используя этот процесс зарядки и разрядки конденсатора.

4. Регулировка фиксированного напряжения постоянного тока

Чтобы зафиксировать выходное напряжение на фиксированном желаемом уровне, мы, наконец, используем регулятор напряжения IC. ИС регуляторов напряжения постоянного тока имеет название 78XX. Последние две цифры XX представляют собой значение выходного напряжения. Например, чтобы ограничить выходное напряжение до 5 В, мы используем 7805 ИС регулятора напряжения. А чтобы ограничить напряжение до 9 В, мы используем ИС регулятора напряжения 7809 .

---

Применение

Преобразователи переменного тока в постоянный используются почти во всех электронных и электрических устройствах. Они используются в качестве цепей питания для бытовых приборов, таких как пылесосы, стиральные машины, холодильники, электрические рисоварки. В повседневной жизни полезные продукты, такие как компьютеры, телевизоры, зарядные устройства для сотовых телефонов и т. д. Преобразователи переменного тока в постоянный играют очень важную роль.

Большинство электронных датчиков и модулей работают только от источника постоянного тока, поэтому в них используются преобразователи переменного тока в постоянный. Они также используются в медицинском оборудовании, автоматизации производства, автоматизации зданий, системах управления технологическими процессами, вывесках и телекоммуникациях.

Другими областями применения преобразователей переменного тока в постоянный являются управление возобновляемыми источниками энергии, испытательное и измерительное оборудование, оборонные, аэрокосмические и транспортные системы.

Статьи по теме

В чем разница между переменным и постоянным током и как их преобразовать?

Не знаете, что такое переменный и постоянный ток?

В этой статье объясняются основные различия между постоянным и переменным током. Вы также узнаете, как преобразовать источник переменного тока в вашем доме в постоянный, используя небольшую и недорогую схему мостового выпрямителя. Преобразовывая переменный ток в постоянный, вы можете питать цепи постоянного тока в своих проектах «сделай сам».

Что такое переменный ток?

Переменный ток (AC) — это вид электрического тока, величина и направление которого постоянно меняются много раз в секунду. Поток электронов в переменном токе изменяется через равные промежутки времени. В наших домах есть источник переменного тока, потому что, в отличие от постоянного, переменное напряжение передается на большие расстояния без больших потерь мощности.

Что такое постоянный ток?

При постоянном токе электроны движутся в одном направлении. Это постоянный ток, который не меняет своего направления во времени.

Каковы основные различия между переменным и постоянным током?

Есть два основных отличия:

1.   В постоянном токе ток постоянный, тогда как в переменном токе ток постоянно меняется.

2. При использовании переменного тока напряжение не падает на большие расстояния, как при постоянном токе.

Как преобразовать переменный ток в постоянный?

В зависимости от того, что вы хотите сделать с выходом, есть два разных способа преобразования переменного тока в постоянный.

Первый метод заключается в математическом преобразовании переменного тока в постоянный, зная исходное значение переменного тока. Если вы хотите использовать значение только для расчетов, вы можете преобразовать его.

Однако, если вы планируете физически преобразовывать переменный ток в постоянный для любого устройства, вы можете сделать это, собрав небольшую цепь.

Давайте обсудим оба способа здесь:

1. Математическое преобразование

Чтобы преобразовать переменный ток в постоянный, вам нужно знать только значение переменного тока вашего источника. С помощью мультиметра можно измерить.

1. Подсоедините разъемы мультиметра и установите мультиметр в режим измерения напряжения, повернув ручку на В~ .
2. Подсоедините другой конец щупов к положительной и отрицательной клеммам источника питания и запишите показания дисплея.

Преобразование постоянного тока в переменный

Вот математическая формула преобразования переменного тока в постоянный:

                                                                                                                                                                                                                                               /√(2)

Для простых вычислений округлите √(2) до 1,4. Таким образом, вам не нужно использовать калькулятор для деления.

Допустим, измеренное значение было 120В. Добавьте только что измеренное значение В _{переменного тока} к формуле и рассчитайте его.

В _{Постоянный ток} = (120/1,4)

В _DC = 85,71 В

Это значение можно использовать для расчета различных параметров на основе напряжения постоянного тока. Теперь давайте перейдем к созданию физической схемы.

2. Создание физической схемы

Для построения физической схемы вам потребуется следующее оборудование:

1. Понижающий трансформатор
2. Четыре диода
3. Производственная плата
4. Провода
6. Конденсатор2Мультиметр

Давайте рассмотрим функции каждого компонента в схеме.

1. Понижающий трансформатор: Используется для преобразования низковольтной слаботочной мощности в низковольтную сильноточную. Если вы хотите преобразовать переменный ток в постоянный с большей величиной, чем у источника, вы можете использовать повышающий трансформатор.
2. Диоды: Позволяет электричеству течь в одном направлении при прямом смещении и блокирует поток в другом направлении. В этой схеме мостовой выпрямитель построен с использованием четырех диодов.
3. Перфорированная плата: Электронная плата, используемая для прототипирования схем.
4. Провода: компонентов соединяются, а затем соединяются проводами.
5. Конденсатор: Электронный компонент накопления заряда, который сглаживает ток, протекающий по цепи.
6. Мультиметр: Электронное устройство, используемое для измерения тока, напряжения, сопротивления и других параметров в цепи. В этом примере он используется для измерения напряжения постоянного тока.

Другие компоненты подключаются напрямую в первичную цепь, но в мостовом выпрямителе диоды необходимо подключать в форме ромба.

Как сделать мостовой выпрямитель:

1.  Соедините два диода в форме буквы L. Убедитесь, что их отрицательные выводы соединены.

2. Таким же образом подключите оставшиеся два диода. Присоединяйтесь к их положительным концам на этот раз.

3. Соедините два набора диодов в форме ромба, как показано ниже.

Убедитесь, что диоды подключены правильно, и ваш мостовой выпрямитель готов.

См. также: Моделирование и тестирование проектов Arduino с помощью схем 123D

Создание окончательной схемы:

Давайте посмотрим, как использовать эти компоненты в схеме для получения постоянного тока от источника переменного тока.

1. С помощью гаек и болтов плотно прикрепите понижающий трансформатор к перфорированной панели.

2. Подключите мостовой выпрямитель к цепи.

3. Черный и белый провода трансформатора должны быть подключены к сети переменного тока. Подключите два других провода трансформатора к мостовому выпрямителю, как показано ниже.

4. Оберните провода в этих двух точках, где трансформатор подключен к выпрямителю. После этого пропаяйте соединения.

5. Подключите положительный конец конденсатора к левому углу выпрямителя, а отрицательный конец к правому краю, обозначенному точками 3 и 4 на электрической схеме. Цепь может работать без конденсатора, но вы должны использовать его, чтобы блокировать изменение тока.

6. Подключите трансформатор к источнику переменного тока и включите источник переменного тока.

7. Переведите мультиметр в режим измерения напряжения. К положительной и отрицательной сторонам конденсаторного/мостового выпрямителя подсоедините две вилки. Он покажет показания мощности постоянного тока, преобразованной из мощности переменного тока.

Меры предосторожности:

1.  При пайке концов не прикасайтесь к точкам пайки, чтобы не обжечься.

2. Только после замыкания цепи включите подачу переменного тока.

Часто задаваемые вопросы:

1. Провода переменного и постоянного тока одинаковы?

Структура провода постоянного тока довольно проста с двумя полюсами; негативные и позитивные. Однако кабели переменного тока состоят из трехфазных четырех или пяти проводов сложной конструкции. Кроме того, кабель переменного тока может стоить вам дороже, чем кабель постоянного тока.

2. Могут ли приборы постоянного тока работать от сети переменного тока?

Нет, во избежание сбоев в работе вашего прибора всегда подавайте питание на правильный вход.