Jakýkoli měnič napětí je elektrické nebo elektronické zařízení schopné změnit jeho hodnotu o požadovanou hodnotu. Toto zařízení je obzvláště žádané v situacích, kdy je nutné do sítě připojit zátěž s různým napětím. Kromě toho mohou nejen snížit hodnotu tohoto parametru, ale také ji zvýšit.
Princip činnosti
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 hospodárné z hlediska ztrát, například elektronické měniče. Pro zvážení principu činnosti je nejvhodnější převodník elektrického napětí vytvořený podle obvodu transformátoru. Podstata jeho fungování je následující:
- na vstupu zařízení potenciál pochází z generátoru střídavého napětí nebo z podobného zdroje proudu;
- signál podobného tvaru je převzat z výstupu transformátoru (z jeho sekundárního vinutí);
- v případě potřeby je střídavé výstupní napětí nejprve usměrněno speciální diodovou jednotkou a poté stabilizováno.
Je velmi obtížné dosáhnout požadované účinnosti z takového schématu, protože část přenášeného výkonu se ztrácí ve vinutí transformátoru (v důsledku rozptylu tepla).
Pro dosažení vysoké účinnosti ze zařízení jsou na výstup transformátoru instalovány klíčové obvody pracující v ekonomickém režimu. Během jejich provozu, na základě vysokorychlostního přepínání tranzistorů z uzavřeného stavu do otevřeného stavu, jsou ztráty výkonu ve vinutí výrazně sníženy.
Samočinná indukce se tradičně používá v měničích napětí určených pro provoz s vysokonapěťovými napájecími zdroji. Realizuje se ve výstupních feritových jádrech s ostrým přerušením proudu v primárním vinutí. Všechny stejné tranzistory se používají jako takový chopper a pulzní napětí získané na výstupu se poté napraví. Takové obvody umožňují získat vysoké potenciály řádově několik desítek kV. Používají se v silových obvodech již zastaralých katodových trubic, stejně jako v televizních obrazovkách. V tomto případě je možné dosáhnout dobré účinnosti (až 80%).
Oblasti použití
Rozsah použití 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;
- když je nutné napájet zátěžové obvody v různých oblastech technologie.
V prvním případě se EMF generovaný v elektrárnách zvyšuje pomocí těchto zařízení z 6–24 kV na 110–220 kV - v této formě je snazší „řídit“ jej po vodičích na velké vzdálenosti. V regionálních rozvodnách zajišťují jeho snížení již jiná transformační zařízení, 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 kvalitních potravin pro následující průmyslové vzory spotřebitelů:
- zařízení pracující v automatických řídicích a monitorovacích linkách;
- telekomunikační a komunikační zařízení;
- široká škála elektrických měřicích přístrojů;
- speciální rozhlasová a televizní zařízení a podobně.
Speciální funkci provádějí takzvané „izolační“ transformátory používané k izolaci zátěžových vedení od vstupu vysokého napětí.
Protože takové měniče „hrají pomocnou roli“, mají nejčastěji nízký výkon a relativně malé rozměry.
V každodenním životě, medicíně a obranném průmyslu
Měniče napětí jsou široce používány v každodenním životě. Většina napájecích zdrojů používaných k nabíjení domácích spotřebičů a také složitější zařízení, jako jsou:
- Přepěťové ochrany;
- střídače;
- redundantní napájecí zdroje atd.
Tato zařízení jsou nejžádanější v medicíně, vojenské sféře, stejně jako v energetice a vědě. V těchto průmyslových odvětvích jsou na ně kladeny obzvláště „přísné“ požadavky týkající se kvality převedeného napětí (například „čistota“ sinusoidy).
Výhody a nevýhody
Mezi výhody měničů napětí patří:
- schopnost řídit parametry výstupního signálu - převod jeho proměnné hodnoty na konstantní hodnotu pomocí principu frekvenčního převodu;
- dostupnost možnosti pro přepínání vstupních a výstupních obvodů (měnící se amplitudu napětí);
- přípustnost úpravy jejich jmenovitých hodnot pro konkrétní zatížení;
- kompaktnost a jednoduchost konstrukce převodníků pro domácnost, které se často vyrábějí v modulárním nebo nástěnném provedení;
- ziskovost (podle prohlášení výrobců jejich účinnost dosahuje 90%);
- snadné použití a všestrannost;
- možnost přenosu elektřiny na velké vzdálenosti a zajištění provozu zvláště kritických průmyslových odvětví.
Mezi nevýhody patří vysoké náklady a nízká odolnost proti vlhkosti (s výjimkou modelů určených speciálně pro práci za podmínek vysoké vlhkosti).
Odrůdy převodníků
- speciální zařízení pro domácnost;
- vysokonapěťové a vysokofrekvenční zařízení;
- beztransformátorová a invertorová pulzní zařízení;
- Měniče stejnosměrného napětí;
- nastavitelná zařízení.
Tato kategorie elektronických zařízení zahrnuje převodníky proudu na napětí.
Domácí vybavení
Běžný uživatel je neustále konfrontován s tímto typem převáděcích zařízení, protože většina modelů moderní technologie má vestavěné napájení. Zdroje nepřerušitelného napájení (UPS) s vestavěnou baterií patří do stejné třídy.
V některých případech jsou převaděče pro domácnost vyráběny podle schématu dvojitého prstence (střídače).
Díky takové přeměně ze zdroje stejnosměrného proudu (například baterie) je možné na výstupu získat střídavé napětí standardní hodnoty 220 voltů. Funkce elektronických obvodů je schopnost získat na výstupu čistě sinusový signál s konstantní amplitudou.
Nastavitelná zařízení
Tyto jednotky jsou schopné hodnoty výstupního napětí zvyšovat. V praxi existují častěji zařízení, která vám umožní plynule měnit sníženou hodnotu výstupního potenciálu.
Klasickým případem je situace, kdy na vstupu působí 220 voltů a na výstupu je nastavitelné konstantní napětí 2 až 30 voltů.
Zařízení s jemným nastavením výstupního parametru se tradičně používají k testování číselníků a digitálních měřicích přístrojů v moderních výzkumných laboratořích.
Zařízení bez transformátorů
Beztransformátorové (invertorové) jednotky jsou postaveny na elektronickém principu, který zahrnuje použití samostatného řídicího modulu. Jako mezičlánek se v nich používá frekvenční měnič, který přivádí výstupní signál do formy vhodné pro opravu. V moderních vzorcích invertorových zařízení jsou často instalovány programovatelné mikrokontroléry, což výrazně zvyšuje kvalitu řízení převodu.
Vysokonapěťová zařízení představují již popsané transformátory stanic, které zvyšují a snižují přenášené napětí v požadovaných poměrech.
Při přenosu energie vedením vysokého napětí a následné transformaci se snaží snížit její ztráty ve wattech na minimum.
Tato třída zahrnuje také zařízení, která generují signál pro ovládání paprsku v televizní trubici (kineskop).
