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日常生活中,家里的插座,街道上的电表都是交流电,似乎交流电和直流电是没有交点的,就像是两个不同的领域一样。其实,他们之间有着很多很多的联系。

交流说:“我可以变身直流”

交流可以变直流,我们平时用的电脑,手机等等设备,都是直接适配器连接到流淌着交流电的插座中,而我们手机、电脑里面运行着的可是直流电哦。

那么,有疑惑了,既然电网发电、传输都在用交流电,为什么这个时候又要变成直流电呢?

原因是这样的,交流是在时间轴上以正弦规律波动,由0上升到最大,又由最大逐渐减小到0,再由0逐渐变为负的最大,然后再恢复到0。然而我们的手机、电脑等等电子元器件是通过识别高低电位来进行工作的,交流电由于其正弦波动性,本身会产生高低电位,与电子元器件的逻辑判断引起冲突。例如电脑,有电位则为1,无电位则为0,而交流电本身就会有过零点的电位。因此,交流电是无法为电子元器件工作的。

那么,是谁来完成交流转换到直流的这一工作呢?整流器,如下图即为一款常见的整流器产品。

常见的整流器

图1 常见的整流器

在使用诸如电脑这类电器的时候,我们需要通过整流器将交流变为直流以供使用。例如我们平时使用的洗衣机,其驱动马达使用的是交流电,而控制面板上就是经过整流之后的直流电。

直流表示不服,我也会变交流

那么,是否会有直流变交流的场景呢?答案是肯定的。逆变器这种设备就是为了直流转换成交流而诞生的。

简单来说,逆变器是由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电脑、电视等等,例如车载空调就需要逆变器将汽车蓄电池中的直流电转变为交流电来工作。如下图就是一款1000W的逆变器产品。

1000W逆变器

图2 1000W逆变器

如何判断一个逆变器的好坏呢?

从输出的交流电来做区分的话,可以将逆变器分为单相逆变器和三相逆变器。单相逆变器经过逆变之后会产生单相的交流电,而三相则是输出三相交流电。如何判断逆变器的好坏主要从以下几个标准来判断。

1. 转换效率

由于逆变器自身也会消耗电能,所以逆变器存在的一个天然属性就是它无法将直流电能100%的完全转换成交流。但是,转换效率却是我们判断一个逆变器好坏的一个标准。在GB/T 20321标准中规定:在额定输出状态下,其输出容量不大于2kVA的逆变器,效率应大于或等于80%;大于2kVA的逆变器,效率应大于或等于85%。如下图,即对逆变器效率的实测。

对逆变器效率的检测

图3 对逆变器效率的检测

2. 纹波电压

纹波电压是指直流中的交流成分,直流电压本身应该是一个固定的电压值,但是由于一些逆变器中的滤波电路滤波不彻底,导致会有交流成分混合到直流中。因此,通过检测输入端的纹波电压是一个检测逆变器的质量的有效手段。

3. 输出交流的电能质量

逆变器在将直流转换成交流输出之后,交流的电能质量是检测逆变器的一个很重要的指标。输出端的交流如果存在电能质量问题,不仅仅是影响逆变器使用效率,减少逆变器使用寿命,更有可能给使用者带来生命财产的安全隐患。例如,由逆变器输出的交流电往往含有谐波,下图为对交流的谐波检测。

检测谐波

图4 检测谐波

交流和直流之间的互相转换是引起电能质量问题的根源之一,如交流转变到直流的过程中,输出的直流可能夹带交流成分,从而引发对电子元器件的损毁。直流逆变到交流的过程中,滤波不彻底,会给输入端的直流造成纹波电压,影响输入端效率。同时又会给输出端的交流带来很多的电能质量问题。诸如谐波、不平衡等等。

逆变器和整流器在日常生活应用十分普及,而直流交流相互转换,其中的电能质量问题却往往被忽视。而这些质量问题可能造成财产损失甚至人生安全(如手机充电爆炸、汽车空调自燃等)。因此,对于电器的电能质量问题应当引起我们足够的重视

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