储能笔记(十)——生产生活中的正弦波交流以及逆变器基本原理

时事   2024-12-17 13:35   北京  

上一篇写到交流电有多种模式,波形可以很多种。但是按照电工技术的定义,只有大小和时间“有规律”变化的电流才被称为交流电,如果无规律的切割磁感线,生产生活使用起来都会不习惯。

交流电的波形可以有很多种,比如正弦波交流电,以及方波、三角波,锯齿波、矩形脉冲等等。

人们生活生产中常用的是正弦波交流电,主要是因为电力系统里面,传统的、大部分的发电机,都是圆周运动切割磁感线出来的,圆周运动和正弦总是绑定在一起,如下图:


大小和方向随时间按正弦函数规律变化的电流 或电压。表示为i=Imsin(ωt+α)或u= Umsin(ωt+α)。式中i、u为交流电电流、电 压的瞬时值,Im、Um为交流电电流、电压的最大值,ω为交流电的角频率,α为交流电的初相位。

正弦交流电的三要素:
(1)最大值;
(2)角频率(和发电机线圈的转动速度相关);
(3)初相位(初相)。
交流电在实际使用中,如果用最大值来计算交流电的电功或电功率并不合适,因为毕竟在一个周期中只有两个瞬间达到这个最大值。为此人们通常用有效值来计算交流电的实际效应。

正弦交流电的有效值、平均值和峰值关系及计算总结

正弦交流电的有效值:

交流电的大小是随着时间变化而变化的,瞬时值(某一瞬间)的大小在零和正负峰值之间变化,最大值也仅是一瞬间数值,不能反映交流电的做工能力。于是便引入有效值的概念,其定义为:

如果交流电和直流电分别通过同一电阻,两者在相同的时间内所消耗的电能相等(或所产生的焦耳热相同,即做的功相同),则此直流电的数值就叫做交流电有效值的数值。

在0~2π的时间内,交流电做功的计算:

故正弦交流电的有效值又称为均方根值。

以市电有效值220V为例,它的正弦峰值电压应为√2*220≈311V。

正弦交流电的平均值:

对于交流电来说,数学上的平均值是0(因为是正负对称的)。但电工技术上关心的是其量值(绝对值)的大小。所以电工技术上的平均值指的是电流(电压)的绝对值在一个周期内的平均值。

在一周期2π的时间里:


逆变器的基本原理:

除了正弦波交流电,还有其他波形的交流电,比如方波、三角波,锯齿波、矩形脉冲等等。在方波、矩形波、三角波 和正弦波之间做好互相转换,就是逆变器、整流器的基本原理。

思考:如何把直流电变成正弦交流电呢?有个抖音视频:

搜索:逆变器原理——方波变为正弦波@海浪8.0,抖音。

看了几遍,还没太看懂。大概是利用开关、逻辑非门、比较器、输入三角波、极限原理等,希望有看懂的朋友来交流和指教。

参考资料:

知乎:交流有效值、平均值和峰值关系及计算总结 - https://zhuanlan.zhihu.com/p/466812931

抖音:逆变器原理——方波变为正弦波@海浪8.0


以前写的:

储能笔记(8)-辅助服务里的调压

储能笔记(7)——惯量响应/惯量调频


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