Każda przetwornica napięcia jest urządzeniem elektrycznym lub elektronicznym, które może zmieniać swoją wartość o wymaganą wartość. To urządzenie jest szczególnie pożądane w sytuacjach, gdy konieczne jest podłączenie do sieci obciążenia o różnych wartościach napięcia. Ponadto mogą nie tylko obniżyć wartość tego parametru, ale także go zwiększyć.
Zasada działania
Głównym wymaganiem określającym zasadę działania przekształtników napięcia jest zdolność do przeniesienia mocy użytecznej na wyjście przy minimalnych stratach (w celu zapewnienia maksymalnej wydajności). W tym celu często używają modułów, które są ekonomiczne pod względem strat, na przykład falowniki elektroniczne. Konwerter napięcia elektrycznego zbudowany zgodnie z obwodem transformatora jest najwygodniejszy do rozważenia zasady działania. Istota jego funkcjonowania jest następująca:
- na wejściu urządzenia potencjał pochodzi z generatora napięcia przemiennego lub podobnego źródła prądu;
- sygnał o podobnym kształcie jest usuwany z wyjścia transformatora (z jego uzwojenia wtórnego);
- w razie potrzeby przemienne napięcie wyjściowe jest najpierw prostowane przez specjalny blok diod, a następnie stabilizowane.
Bardzo trudno jest osiągnąć pożądaną sprawność z takiego obwodu, ponieważ część przenoszonej mocy jest tracona w uzwojeniach transformatora (z powodu rozproszenia ciepła).
Aby uzyskać wysoką wydajność urządzenia, na wyjściu transformatora instalowane są kluczowe schematy działające w trybie ekonomicznym. Kiedy działają, w oparciu o szybkie przełączanie tranzystorów z zamkniętego na otwarte, straty mocy w uzwojeniach są znacznie zmniejszone.
W przetwornicach napięcia zaprojektowanych do pracy z wysokonapięciowymi źródłami energii tradycyjnie stosuje się zjawisko samoindukcji. Jest realizowany w wyjściowych rdzeniach ferrytowych z ostrym przerwaniem prądu w uzwojeniu pierwotnym. Wszystkie te same tranzystory są używane jako taki przerywacz, a napięcie impulsu odbierane na wyjściu jest następnie prostowane. Takie schematy umożliwiają uzyskanie wysokich potencjałów rzędu kilkudziesięciu kV. Są stosowane w obwodach mocy już nieaktualnych lamp elektronopromieniowych, a także w lampach telewizyjnych. W takim przypadku możliwe jest uzyskanie dobrej wydajności (do 80%).
Obszary zastosowania
Zakres wielostrefowych przetwornic napięcia jest bardzo szeroki. Są one tradycyjnie wykorzystywane do następujących celów:
- w liniowych urządzeniach do dystrybucji i przesyłania energii elektrycznej;
- do przeprowadzania takich krytycznych operacji technologicznych jak spawanie, obróbka cieplna i tym podobne;
- w razie potrzeby zasilanie obwodów obciążeniowych w różnych dziedzinach techniki.
W pierwszym przypadku EMF generowany w elektrowniach jest zwiększany za pomocą tych urządzeń z 6-24 kV do 110-220 kV - w tej formie łatwiej jest „destylować” przewody na duże odległości. W podstacjach okręgowych inne urządzenia transformatorowe już zapewniają redukcję, najpierw do 10 (6,3) kV, a następnie do zwykłych 380 woltów.
Podczas serwisowania urządzeń procesowych przekształtniki napięcia są używane jako instalacje elektrotermiczne lub transformatory spawalnicze.
W przemyśle
Najszerszym obszarem zastosowania jest dostarczanie wysokiej jakości składników odżywczych następującym wzorcom przemysłowym konsumentów:
- sprzęt działający w automatycznych liniach sterowania i kontroli;
- urządzenia telekomunikacyjne i komunikacyjne;
- szeroka gama elektrycznych przyrządów pomiarowych;
- specjalny sprzęt radiowy i telewizyjny i tym podobne.
Specjalną funkcję pełnią tak zwane transformatory „izolacyjne” służące do odsprzęgania linii obciążeniowych od wejścia wysokiego napięcia.
Ponieważ takie konwertery „odgrywają rolę pomocniczą”, najczęściej mają małą moc i stosunkowo mały rozmiar.
W życiu codziennym medycyna i przemysł obronny
Przetwornice napięcia są szeroko stosowane w życiu codziennym. Na ich podstawie większość zasilaczy służy do ładowania urządzeń gospodarstwa domowego, a także bardziej złożonych urządzeń, takich jak:
- Ochronniki przeciwprzepięciowe;
- falowniki;
- redundantne zasilacze itp.
Urządzenia te są najbardziej poszukiwane w medycynie, sferze wojskowej, a także w energetyce i nauce. W tych branżach są to szczególnie „surowe” wymagania dotyczące jakości przetworzonego napięcia (na przykład „czystości” sinusoidy).
Zalety i wady
Zalety przetwornic napięcia obejmują:
- umiejętność kontrolowania parametrów sygnału wyjściowego - przekształcanie jego zmiennej w stałą wartość z wykorzystaniem zasady konwersji częstotliwości;
- dostępność opcji przełączania obwodów wejściowych i wyjściowych (zmiana amplitudy napięcia);
- dopuszczalność dostosowania ich wartości nominalnych do określonego obciążenia;
- zwartość i prostota konstrukcji domowych konwerterów, które często są wykonane w konstrukcji modułowej lub naściennej;
- rentowność (według producentów ich wydajność sięga 90%);
- łatwość użycia i wszechstronność;
- zdolność do przesyłania energii elektrycznej na duże odległości i zapewnianie funkcjonowania kluczowych sektorów przemysłu.
Wady obejmują wysoki koszt i niską odporność na wilgoć (z wyjątkiem modeli zaprojektowanych specjalnie do stosowania w wysokiej wilgotności).
Odmiany konwerterów
Spośród całej gamy istniejących typów konwerterów wyróżniają się następujące klasy:
- specjalne urządzenia do domu;
- urządzenia wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości;
- urządzenia beztransformatorowe i falownikowe;
- Przetworniki DC / DC;
- regulowane urządzenia.
Do tej kategorii urządzeń elektronicznych należą konwertery prądu na napięcie.
Urządzenia domowe
Zwykły użytkownik stale ma do czynienia z tego typu urządzeniami przekształtnikowymi, ponieważ większość modeli nowoczesnej technologii ma wbudowany zasilacz. Ta sama klasa obejmuje zasilacze bezprzerwowe (UPS) z wbudowaną baterią.
W niektórych przypadkach konwertery domowe są wykonywane zgodnie z obwodem podwójnego pierścienia (falownika).
Dzięki tej konwersji ze źródła prądu stałego (na przykład akumulatora) możliwe jest uzyskanie na wyjściu napięcia przemiennego o standardowej wartości 220 woltów. Cechą obwodów elektronicznych jest możliwość uzyskania czysto sinusoidalnego sygnału o stałej amplitudzie na wyjściu.
Regulowane urządzenia
Jednostki te są w stanie wycenić napięcie wyjściowe i je zwiększyć. W praktyce urządzenia są bardziej powszechne, co pozwala płynnie zmieniać niższą wartość potencjału wyjściowego.
Klasyczny przypadek ma miejsce, gdy na napięcie działa 220 woltów, a na wyjściu uzyskuje się regulowane napięcie stałe od 2 do 30 woltów.
Przyrządy z precyzyjną regulacją parametru wyjściowego są tradycyjnie używane do testowania tarczowych i cyfrowych przyrządów pomiarowych w nowoczesnych laboratoriach badawczych.
Urządzenia beztransformatorowe
Jednostki beztransformatorowe (inwerterowe) są zbudowane na zasadzie elektronicznej, polegającej na zastosowaniu osobnego modułu sterującego.Używają przetwornicy częstotliwości jako łącza pośredniego, które doprowadzają sygnał wyjściowy do postaci dogodnej do naprawy. W nowoczesnych próbkach urządzeń inwerterowych często instalowane są programowalne mikrokontrolery, które znacznie poprawiają jakość kontroli konwersji.
Urządzenia wysokonapięciowe reprezentowane są przez opisane już transformatory stacyjne, które zwiększają i zmniejszają przesyłane napięcie w wymaganych proporcjach.
Podczas przesyłania energii przez linie wysokiego napięcia i późniejszej transformacji starają się zminimalizować straty w watach do minimum.
Ta sama klasa obejmuje urządzenia, które tworzą sygnał do sterowania wiązką w lampie telewizyjnej (kineskop).
