Jakýkoli převodník napětí je elektrické nebo elektronické zařízení schopné změnit svou hodnotu o požadovanou hodnotu. Toto zařízení je obzvláště žádané v situacích, kdy je nutné k síti připojit zátěž s různými hodnotami napětí. Kromě toho mohou nejen snížit hodnotu tohoto parametru, ale také ji zvýšit.
Princip fungování
Hlavním požadavkem, který určuje princip činnosti měničů napětí, je schopnost přenášet užitečný výkon na výstup s minimálními ztrátami (pro zajištění maximální účinnosti). K tomu často používají moduly, které jsou z hlediska ztrát hospodárné, například elektronické střídače. Převodník elektrického napětí postavený podle transformátorového obvodu je nejvhodnější pro zvážení principu činnosti. Podstata jeho fungování je následující:
- na vstupu zařízení potenciál přichází z generátoru střídavého napětí nebo z podobného zdroje proudu;
- signál podobného tvaru je odstraněn z výstupu transformátoru (z jeho sekundárního vinutí);
- v případě potřeby je střídavé výstupní napětí nejprve usměrněno speciálním diodovým blokem a poté stabilizováno.
Je velmi obtížné dosáhnout požadované účinnosti z takového obvodu, protože část přenášeného výkonu je ztracena ve vinutí transformátoru (v důsledku tepelného rozptylu).
Aby se dosáhlo vysoké účinnosti zařízení, jsou na výstupu transformátoru nainstalovaná klíčová schémata pracující v ekonomickém režimu. Když pracují, na základě vysokorychlostního přepínání tranzistorů z uzavřeného na otevřený, jsou ztráty energie ve vinutí výrazně sníženy.
U měničů napětí navržených pro práci s vysokonapěťovými zdroji energie se tradičně používá jev indukce. Je implementován do výstupních feritových jader s ostrým přerušením proudu v primárním vinutí. Jako stejný chopper se používají všechny stejné tranzistory a impulsní napětí přijaté na výstupu je pak usměrněno. Taková schémata umožňují získat vysoké potenciály řádově několik desítek kV. Používají se v silových obvodech již zastaralých trubic katodových paprsků a také v televizních obrazovkách. V tomto případě je možné dosáhnout dobré účinnosti (až 80%).
Oblasti použití
Rozsah vícezónových měničů napětí je velmi rozsáhlý. Tradičně se používají pro následující účely:
- v lineárních zařízeních pro distribuci a přenos elektřiny;
- pro provádění takových kritických technologických operací, jako je svařování, tepelné zpracování a podobně;
- v případě potřeby napájení zátěžových obvodů v různých oblastech technologie.
V prvním případě se pomocí těchto zařízení zvyšuje EMF generovaný v elektrárnách z 6-24 kV na 110-220 kV - v této formě je snazší „destilovat“ dráty na velké vzdálenosti. Na okresních stanicích již jiná transformátorová zařízení zajišťují její redukci, nejprve na 10 (6,3) kV a poté na obvyklých 380 voltů.
Při údržbě technologických zařízení se měniče napětí používají jako elektrotermická zařízení nebo svařovací transformátory.
V průmyslu
Nejrozsáhlejší oblastí použití je poskytování vysoce kvalitní výživy následujícím průmyslovým vzorům spotřebitelů:
- zařízení pracující v automatických řídicích a řídicích linkách;
- telekomunikační a komunikační zařízení;
- širokou škálu elektrických měřicích přístrojů;
- speciální rozhlasová a televizní zařízení a podobně.
Speciální funkce se provádí pomocí tzv. "Izolačních" transformátorů používaných k oddělení zátěžových vedení od vysokonapěťového vstupu.
Protože takové převaděče „hrají pomocnou roli“, mají nejčastěji malou sílu a relativně malou velikost.
V každodenním životě, medicíně a obranném průmyslu
Převodníky napětí se běžně používají v každodenním životě. Na základě nich většina jednotek PSU používala k nabíjení domácích spotřebičů a také složitějších zařízení, jako například:
- Přepěťové ochrany;
- střídače;
- redundantní napájecí zdroje atd.
Tato zařízení jsou nejžádanější v medicíně, vojenské sféře, stejně jako v energetice a vědě. V těchto odvětvích se jedná zejména o „tvrdé“ požadavky týkající se kvality převedeného napětí (například „čistota“ sinusoidů).
Výhody a nevýhody
Výhody převodníků napětí zahrnují:
- schopnost řídit parametry výstupního signálu - proměňovat jeho proměnnou na konstantní hodnotu pomocí principu frekvenční konverze;
- dostupnost možnosti přepínání vstupních a výstupních obvodů (změna amplitudy napětí);
- přípustnost přizpůsobení jejich jmenovitých hodnot specifickému zatížení;
- kompaktnost a jednoduchost konstrukce domácích převodníků, které jsou často vyráběny v modulárním nebo nástěnném provedení;
- ziskovost (podle výrobců dosahuje jejich účinnost 90%);
- snadnost použití a univerzálnost;
- schopnost přenášet elektřinu na velké vzdálenosti a zajišťovat provoz kritických odvětví.
Nevýhody zahrnují vysokou cenu a nízkou odolnost proti vlhkosti (s výjimkou modelů určených speciálně pro použití ve vysoké vlhkosti).
Odrůdy převaděčů
Mezi celou řadou existujících typů převodníků vynikají následující třídy:
- speciální zařízení pro domácnost;
- vysokonapěťové a vysokofrekvenční zařízení;
- beztransformátorová a invertorová pulzní zařízení;
- Měniče DC / DC;
- nastavitelná zařízení.
Do této kategorie elektronických zařízení patří převodníky proudu na napětí.
Domácí spotřebiče
Běžný uživatel se neustále potýká s tímto typem převodních zařízení, protože většina modelů moderní technologie má vestavěný zdroj napájení. Do stejné třídy patří nepřerušitelné zdroje napájení (UPS) s vestavěnou baterií.
V některých případech se domácí měniče provádějí podle obvodu s dvojitým kroužkem (střídačem).
Díky této přeměně ze zdroje stejnosměrného proudu (například baterie) je možné na výstupu získat střídavé napětí standardní hodnoty 220 voltů. Charakteristikou elektronických obvodů je schopnost získat na výstupu čistě sinusový signál konstantní amplitudy.
Nastavitelná zařízení
Tyto jednotky jsou schopny hodnotit výstupní napětí a zvyšovat jej. V praxi jsou zařízení běžnější a umožňují hladce měnit nižší hodnotu výstupního potenciálu.
Klasický případ je, když na vstup působí 220 voltů a na výstupu je nastavitelné konstantní napětí 2 až 30 voltů.
Přístroje s jemným nastavením výstupního parametru se tradičně používají k testování číselníků a digitálních měřicích přístrojů v moderních výzkumných laboratořích.
Zařízení bez transformátoru
Transformátorové (invertorové) jednotky jsou konstruovány podle elektronického principu, který zahrnuje použití samostatného řídicího modulu.Používají měnič kmitočtu jako mezilehlé spojení, které přivádí výstupní signál do vhodné formy k nápravě. V moderních vzorcích invertorového zařízení jsou často instalovány programovatelné mikrokontroléry, které výrazně zlepšují kvalitu řízení převodu.
Vysokonapěťová zařízení jsou reprezentována již popsanými staničními transformátory, které zvyšují a snižují přenášené napětí v požadovaných poměrech.
Při přenosu energie vysokonapěťovými vedeními a následné transformaci se snaží minimalizovat své ztráty ve wattech na minimum.
Stejná třída zahrnuje zařízení, která vytvářejí signál pro řízení paprsku v televizní trubici (kinescope).
