Пристрій, зображене рис. 1.5, можна розглядати як перетворювач, оскільки на вході воно може мати одні значення постійного струму і напруги, а на виході інші. Крім того, тут виконується послідовність операцій постійний ток-змінний струм-постійний струм (тобто, звичайний підсилювач постійного струму не можна назвати перетворювачем). У функції віброперетворювача входить формування імпульсів з постійного вхідного напруги і коротке замикання виходу підсилювача для отримання імпульсів однієї полярності. Другий процес являє собою синхронне детектування, подібне використаному у схемі, наведеній на рис. 1.3. Підсилювач, зображений на рис. 1.5, усуває проблему дрейфу, існуючу при високому коефіцієнті підсилення. Інша властивість цього перетворювача полягає в тому, що рівень вихідної потужності постійної напруги може бути набагато більше, ніж на вході. Істотно це чи ні, залежить від конкретного додатка. Джерелом основної частини вихідної потужності підсилювача змінного струму є його джерело живлення (на малюнку не показаний). В даний час електромагнітний Віброперетворювач часто замінюють напівпровідниковими схемами комутації.

Обертові пристрої. Протягом багатьох років операції інверсії, перетворення, випрямлення, зміщення рівня та ізоляції виконувалися з використанням обертових пристроїв. Якщо і можна часто замінити напівпровідниками ці великі і важкі машини, то зовсім немає впевненості, що нерухомі напівпровідникові пристрої повністю замінять цих механічних «монстрів». Дехто добре розуміє, що, незважаючи на необхідність в постійному обслуговуванні, що обертаються пристрої мають високу надійність, можуть витримати навіть серйозні порушення правил експлуатації і, природно, забезпечують високу експлуатаційну гнучкість. Крім того, прихильники обертових пристроїв підкреслюють, що існує багато додатків, де розмір, вага, вібрація, і шум не є визначальними якостями.

Двигун-генератор. Просту комбінацію обертових машин можна зробити з асинхронного електродвигуна типу «біляче колесо» і двигуна постійного струму з постійним магнітом. Якщо асинхронний двигун живиться від трифазної мережі змінного струму, то двигун постійного струму буде вести себе як генератор постійного струму. Така система виконує функцію випрямляча, володіючи тим гідністю, що навантаження по постійному току електрично ізольована від мережі змінного струму. Якщо замість асинхронного двигуна використовується синхронний (або синхронно-індукційний), то експлуатація істотно спрощується. Крім того, припустимо і зворотне використання двигунів. Тобто, якщо подати постійну напругу на двигун з постійним магнітом, то обертається синхронний двигун буде вести себе як генератор змінного струму. (Двигун типу «біляче колесо» може також працювати як генератор змінного струму, але тільки, коли він включений у вже знаходиться під напругою мережу змінного струму з метою віддати додаткову потужність.) Система, отже, виконує функцію інвертора. Така комбінація електричних машин показана на рис. 1.6. Для підвищення гнучкості, струмом збудження гені

ратора змінного струму можна керувати ззовні, а двигун постійного струму замість постійного магніту може мати обмотки збудження. Маючи такі можливості, не важко керувати частотою і коефіцієнтом потужності вихідного змінної напруги.

Рис. 1.6. Система двигун-генератор.

Перевага синхронного двигуна або генератора змінного струму полягає в тому, що великі струми змінної напруги безпосередньо підводяться або відводяться від обмотки статора. Через струмознімальних кільця в І тут протікає відносно малий струм, необхідний для створення обертового поля.

Умформер. (Динамо-мотор). Конструкція, зображена на рис. 1.7 відома як умформер. Умформер є справжнім перетворювачем. Якщо до однієї парі щіток прикладається постійна напруга, то на інший парі з’являється також постійна напруга, але зазвичай має іншу величину. Хоча очевидно, що умформер не статичне пристрій, про нього говорять як про «трансформаторі постійного струму». Зазвичай двигун умформера розрахований на напруги рівне напрузі акумулятора (наприклад, 6, 12, або 24 вольта). Генератор, як правило, забезпечує кілька сотень вольт для живлення лампової схеми. Умформер по суті являє собою здвоєну динамо-машину постійного струму, в якій якір має дві незалежні та ізольовані один від одного обмотки, що використовують одне спільне поле.

Слід зазначити, що умформер визначається як справжній перетворювач у зв’язку з тим, що зміна виду електричної енергії відбувається в послідовності: постійний струм-змінний струм-посто-

янний струм. Це справедливо тому, що через обмотки якоря всіх машин постійного струму з колектором тече постійний струм. Під час роботи двигуна колектор виконує роль синхронного перемикача, забезпечуючи безперервне обертання, а не стаціонарне «заблоковане стан. При роботі генератора, колектор веде себе як синхронний випрямляч, зберігаючи одну і ту ж полярність напруги на щітках.

З наведеного опису умформера випливає, що режим роботи можна реверсувати. Тобто, якщо постійна напруга кілька сот вольт докладено до висновків «генератора», то висновки «двигуна» представляють собою низьковольтний джерело напруги, здатний видати великий струм. Така взаємозамінність властива не тільки умформера, а застосовна до звичайних двигунів і генераторів постійного струму; таке реверсування режиму взагалі не доступно напівпровідниковим перетворювачам. Однак необхідно відзначити, що експлуатація умформера в реверсивному режимі не обов’язково дає оптимальну ефективність і високий к.к.д.; при такій експлуатації у більшості з цих машин можна очікувати іскріння щіток. Зазвичай в умформера відсутній доступ до обмоток збудження. Через різних вимог, що пред’являються до секционированию обмоток в двигуні і генераторі, бажано, щоб стан поля було таким, як було розраховано і не змінювалося.

Знаходячи перш широке застосування в авіації і в пересувному зв’язковому обладнанні, умформери в значній мірі поступилися свої позиції перетворювачів, які використовують напівпровідники. Однак з ними до сих пір часто стикаються в старому обладнанні. Головним недоліком був низький к.к.д., часто не перевершує 45 відсотків.

Одноякорний перетворювач. Подібно умформера, одноякорний перетворювач – дворежимна машина. Обмотка її єдиного якоря з’єднується з струмознімачем на одній стороні машини і з колектором на протилежній стороні (рис. 1.8). При подачі на струмознімачі змінної напруги якір розкручується і з щіток колектора можна знімати постійна напруга. Машина також може використовуватися в зворотному режимі, виконуючи при цьому функцію інвертора, тобто виробляє змінну напругу, коли приводиться в дію джерелом постійного струму. Оскільки використовується єдина обмотка якоря, а не дві окремих як в умформера, то між входом і виходом немає ніякої ізоляції.

У минулому ця машина найчастіше використовувалася як випрямляч, а не як інвертор. Ці перетворювачі були розраховані на дуже великі потужності, і використовувалося для потужних тягових двигунів на транспорті і двигунів постійного струму на заводах. Прихильники напівпровідникової техніки постійно прагнули замінити одноякорний перетворювач напівпровідниковим. Незважаючи на значні успіхи, досягнуті з напівпровідниковими приладами, великий одноякорний перетворювач залишається життєздатним пристроєм при використанні в установках великої потужності.

Коли одноякорний перетворювач експлуатується як інвертор, вихідну частоту можна змінити просто відповідною зміною швидкості двигуна постійного струму. Одним з декількох можливих варіантів вихідної напруги є ряд багатофазних напруг синусоїдальної форми. Однофазні варіанти цієї машини були рідкісні через труднощі пуску в тому випадку, коли вони застосовуються для отримання постійного струму, використовуючи мережу змінного струму. Однак такий однофазний варіант міг задовільно функціонувати як інвертор. При цьому ККД не може бути настільки ж високим, як у багатофазної машини. Цікавою рисою одноякорного перетворювача є його здатність виробляти постійний і змінний струм при обертанні його іншим двигуном. При такій експлуатації, корисна потужність просто ділиться між навантаженнями по постійному і змінному струму.

У синхронного двигуна – частини одноякорного перетворювача, що працює зі змінними струмами – полюса намотані в статорі. Ротор, отже, віддає і отримує великі струми через струмознімальних кільця. Коли машина використовується як інвертор, синхронний двигун стає генератором. Її нерухомі полюса містять також демпфіруючі обмотки, виконують дві функції: 1) Вони служать в якості нерухомого «Білячого колеса», що дає можливість синхронного двигуна почати обертання як багатофазний асинхронний двигун. Коли двигун досягає, наприклад, 85 відсотків синхронної швидкості обертання, він входить в синхронізм з частотою лінії електропередачі і залишається в цьому стані. 2) Обмотки демпфера запобігають нерівномірну роботу і короткочасні виходи з синхронізму.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.