Для преобразования постоянного напряжения в переменное (иначе говоря, генерации переменного сигнала) может использоваться несколько разных типов преобразователей. В этой статье будут рассмотрены два варианта: LC-генератор, при работе которого возбуждаются и поддерживаются колебания в контуре из конденсатора C и катушки индуктивности L; и RC-генератор, в котором генерация переменного сигнала происходит благодаря задержке Δt в цепи обратной связи. Некоторые из генераторов переменного тока выдают существенно негармонические сигналы, в том числе мультивибратор (генератор прямоугольных сигналов), генератор на основе газоразрядного элемента и другие.
Рассмотрим сначала работу LC- генератора. Электрические колебания в LC-контуре представляют собой периодический переход потенциальной энергии электрического поля в конденсаторе в энергию магнитного поля в катушке. Эти колебания являются гармоническими, т.е. представляют собой синусоидальный переменный ток. Собственная частота колебаний контура зависит от его параметров – величины емкости C и индуктивности L. Для получения незатухающих колебаний используется обратная связь, вносящая в LC-контур энергию в фазе с колебаниями контура.
Таким образом, LC-генератор переменного тока представляет собой устройство, состоящее из транзистора, соединенного с колебательным контуром цепью обратной связи. Электрические колебания, возникающие в контуре, усиливаются транзистором и частично возвращаются в контур, поддерживая в нем незатухающие колебания. В качестве примера рассмотрим LC-генератор на полевом транзисторе (Рис. 1).

Напряжение на конденсаторе, возникающее при свободных колебаниях в LC – контуре, управляет напряжением на затворе полевого транзистора. Изменение напряжения на затворе приводит к изменению тока в цепи обратной связи. Это, в свою очередь, приводит к изменению э.д.с. взаимоиндукции в LC- контуре и увеличению напряжения на конденсаторе. Таким образом происходит раскачка генератора – увеличение амплитуды колебаний в контуре. Ограничение амплитуды автоколебаний будет происходить из-за нелинейной зависимости коэффициента усиления от амплитуды колебаний. При установившихся автоколебаниях потери в контуре за период будут в точности компенсироваться подкачкой энергии через цепь обратной связи.
Пример RC-генератора, собранного на основе усилителя (К), приведен на Рис. 2. Напряжение на входе усилителя (К), умноженное на коэффициент усиления этого усилителя, приходит на выход этого усилителя. Часть этого выходного напряжения, поделенная цепочкой Вина (цепь обратной связи), подается обратно на вход усилителя.

 

Для генерации сигнала на некоторой частоте f необходимо, чтобы для сигналов на этой частоте выполнялись следующие условия генерации:
1. Произведение коэффициента усиления усилителя (К) на коэффициент обратной связи было больше единицы.
2. Разница фаз входного сигнала и выходного сигнала, возвращенного на вход усилителя через цепь обратной связи, составляла целое число периодов.
В случае, если эти условия выполняются только для одной частоты, RC-генератор будет давать на выходе гармонический сигнал. В случае, если условия выполнены для ряда частот, в системе будут развиваться негармонические релаксационные (разрывные) колебания.
 

Примером преобразователя является инвертор — устройство для преобразования постоянного тока в переменный ток с изменением величины напряжения или без. Обычно представляет собой генератор периодического напряжения, по форме приближённого к синусоиде.

Трёхфазные инверторы обычно используются для создания трёхфазного тока для электродвигателей, например для питания трёхфазного асинхронного двигателя. При этом обмотки двигателя непосредственно подключаются к выходу инвертора.

Высокомощные трёхфазные инверторы применяются в тяговых преобразователях в электроприводе дизельэлектровозов (тепловозов), дизельэлектроходов (теплоходов), троллейбусов, трамваев, прокатных станов, буровых вышек, в индукторах (установки индукционного нагрева).

На рисунке приведена схема тиристорного тягового преобразователя по схеме «Ларионов-звезда». Теоретически возможна и другая разновидность схемы Ларионова «Ларионов-треугольник», но она имеет другие характеристики (эквивалентное внутреннее активное сопротивление, потери в меди и др.).

В соответствии с международным стандартом IEC 62040-3, современные ИБП переменного тока разделяются на три основных типа:

* Источник бесперебойного питания резервного типа — Passive Standby UPS (ранее назывался Off-Line UPS). Это простейшие источники, в штатном режиме соединяющие напрямую внешнюю сеть и потребителей. Такой бесперебойник тестирует наличие и величину напряжения переменного тока в питающей сети, и как только уровень напряжения выходит за допустимые пределы, или оно исчезает полностью, источник обеспечивает бесперебойное питание, включая в работу блок аккумуляторных батарей.

* Источник бесперебойного питания линейно-интерактивного типа — Line-Interactive UPS. ИБП данного типа, схожи по своей конструкции с источниками Passive Standby, но они, как правило, комплектуются встроенным стабилизатором входного напряжения, благодаря которому переход на работу от аккумуляторных батарей осуществляется значительно реже (только при полном исчезновении питания, или отклонении величины напряжения до критических значений, когда стабилизатор не в состоянии его скорректировать).

* Источник бесперебойного питания с двойным преобразованием энергии — Double-Conversion UPS (ранее назывался On-Line UPS). В основу конструкции этих устройств заложен принцип, по которому переменный ток выпрямитель превращает в постоянный, а затем другой преобразователь напряжения, так называемый инвертор – обратно в переменный. Аккумуляторы постоянно подключены между выпрямителем и инвертором и задействуются при аварии внешней электросети. При такой схеме ИБП обеспечивается наилучшее качество питания нагрузки. Время переключения на работу от аккумуляторной батареи равно нулю, осуществляется устранение высоковольтных и импульсных помех, искажений формы sin, стабилизация частоты. Дополнительную надежность таким устройствам придает байпас — это специальная линия, которая позволяет в случае необходимости питать нагрузку напрямую от электрической сети. Для переключения на работу через байпас служит статический (т. е. не имеющий движущихся элементов) переключатель. Поэтому этот байпас часто называют статическим байпасом.