Jeder Spannungswandler ist ein elektrisches oder elektronisches Gerät, das seinen Wert um den erforderlichen Wert ändern kann. Dieses Gerät ist insbesondere dann gefragt, wenn eine Last mit unterschiedlichen Nennspannungen an das Netz angeschlossen werden muss. Darüber hinaus können sie den Wert dieses Parameters nicht nur senken, sondern auch erhöhen.
Arbeitsprinzip
Die Hauptanforderung, die das Funktionsprinzip von Spannungswandlern bestimmt, ist die Fähigkeit, die Nutzleistung mit minimalen Verlusten an den Ausgang zu übertragen (um einen maximalen Wirkungsgrad zu gewährleisten). Dazu verwenden sie oft verlustsparende Module, zum Beispiel elektronische Wechselrichter. Ein nach einer Transformatorschaltung aufgebauter elektrischer Spannungswandler ist für die Betrachtung des Funktionsprinzips am bequemsten. Die Essenz seiner Funktionsweise ist wie folgt:
- am Eingang des Geräts kommt das Potenzial von einem Wechselspannungsgenerator oder einer ähnlichen Stromquelle;
- ein Signal ähnlicher Form wird vom Ausgang des Transformators (von seiner Sekundärwicklung) genommen;
- bei Bedarf wird die Ausgangswechselspannung zunächst durch eine spezielle Diodeneinheit gleichgerichtet und anschließend stabilisiert.
Es ist sehr schwierig, mit einem solchen Schema den gewünschten Wirkungsgrad zu erreichen, da ein Teil der übertragenen Leistung in den Transformatorwicklungen (aufgrund der Wärmeableitung) verloren geht.
Um einen hohen Wirkungsgrad des Geräts zu erzielen, sind am Ausgang des Transformators Schlüsselschaltungen installiert, die im Sparmodus arbeiten. Während ihres Betriebs werden die Leistungsverluste in den Wicklungen aufgrund des schnellen Schaltens von Transistoren vom geschlossenen Zustand in den offenen Zustand deutlich reduziert.
Selbstinduktion wird traditionell in Spannungswandlern verwendet, die für den Betrieb mit Hochspannungsnetzteilen ausgelegt sind. Sie wird in den Ausgangsferritkernen mit einer starken Unterbrechung des Stroms in der Primärwicklung realisiert. Als ein solcher Zerhacker werden alle gleichen Transistoren verwendet, und die am Ausgang erhaltene Pulsspannung wird dann gleichgerichtet. Solche Schemata ermöglichen es, hohe Potentiale in der Größenordnung von mehreren zehn kV zu erhalten. Sie werden in Stromkreisen von bereits veralteten Kathodenstrahlröhren sowie in Fernsehbildröhren verwendet. In diesem Fall ist es möglich, einen guten Wirkungsgrad (bis zu 80%) zu erzielen.
Einsatzgebiete
Der Anwendungsbereich von Mehrzonen-Spannungswandlern ist sehr umfangreich. Sie werden traditionell für folgende Zwecke verwendet:
- in linearen Geräten zur Verteilung und Übertragung von Elektrizität;
- zum Ausführen solcher kritischer technologischer Vorgänge wie Schweißen, Wärmebehandlung und dergleichen;
- wenn es in den unterschiedlichsten Bereichen der Technik erforderlich ist, Lastkreise mit Energie zu versorgen.
Im ersten Fall wird die in Kraftwerken erzeugte EMF mit Hilfe dieser Geräte von 6-24 kV auf 110-220 kV erhöht - in dieser Form ist es einfacher, sie über lange Strecken über Drähte zu "fahren". In regionalen Umspannwerken sorgen andere Transformatorgeräte für die Reduzierung zuerst auf 10 (6,3) kV und dann auf die üblichen 380 Volt.
Bei der Wartung von technologischen Anlagen werden Spannungswandler als elektrothermische Anlagen oder Schweißtransformatoren eingesetzt.
In der Industrie
Der umfangreichste Anwendungsbereich ist die Bereitstellung von Qualitätslebensmitteln für folgende Industriedesigns von Verbrauchern:
- Geräte, die in automatischen Kontroll- und Überwachungslinien arbeiten;
- Telekommunikations- und Kommunikationsgeräte;
- eine breite Palette von elektrischen Messgeräten;
- spezielle Radio- und Fernsehgeräte und dergleichen.
Eine besondere Funktion übernehmen die sogenannten „Isolations“-Transformatoren, mit denen die Lastleitungen vom Hochspannungseingang getrennt werden.
Da solche Wandler "eine Nebenrolle spielen", haben sie meistens eine geringe Leistung und relativ kleine Abmessungen.
Im Alltag, Medizin- und Verteidigungsindustrie
Spannungswandler sind im Alltag weit verbreitet. Die meisten Netzteile, die zum Laden von Haushaltsgeräten verwendet werden, sowie komplexere Geräte wie:
- Überspannungsschutz;
- Wechselrichter;
- redundante Netzteile usw.
Diese Geräte sind in der Medizin, im militärischen Bereich sowie in der Energie- und Wissenschaftsbranche am gefragtesten. In diesen Industrien werden besonders "strenge" Anforderungen an die Qualität der gewandelten Spannung (zB "Reinheit" der Sinuskurve) gestellt.
Vorteile und Nachteile
Die Vorteile von Spannungswandlern sind:
- die Fähigkeit, die Parameter des Ausgangssignals zu steuern - Umwandeln seines variablen Werts in einen konstanten Wert unter Verwendung des Prinzips der Frequenzumwandlung;
- Verfügbarkeit einer Option zum Schalten von Eingangs- und Ausgangskreisen (Änderung der Spannungsamplitude);
- Zulässigkeit der Anpassung ihrer Nennwerte für eine bestimmte Last;
- die Kompaktheit und Einfachheit des Designs von Haushaltskonvertern, die oft in einem modularen oder wandmontierten Design hergestellt werden;
- Rentabilität (laut Herstellerangaben erreicht ihre Effizienz 90%);
- Benutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit;
- die Möglichkeit, Strom über weite Strecken zu übertragen und den Betrieb besonders kritischer Industrien sicherzustellen.
Zu den Nachteilen zählen hohe Kosten und geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit (mit Ausnahme von Modellen, die speziell für die Arbeit unter Bedingungen mit hoher Luftfeuchtigkeit entwickelt wurden).
Sorten von Konvertern
- spezielle Geräte für zu Hause;
- Hochspannungs- und Hochfrequenzgeräte;
- Transformatorlose und Inverter-Impulsgeräte;
- Gleichspannungswandler;
- einstellbare Geräte.
Diese Kategorie von elektronischen Geräten umfasst Strom-Spannungs-Wandler.
Heimausstattung
Ein normaler Benutzer ist ständig mit dieser Art von Konvertierungsgeräten konfrontiert, da die meisten Modelle moderner Technologie über ein eingebautes Netzteil verfügen. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) mit eingebautem Akku gehören derselben Klasse an.
In einigen Fällen werden Haushaltskonverter nach einem Doppelring-(Wechselrichter-)Schema hergestellt.
Durch diese Wandlung aus einer Gleichstromquelle (zB Batterie) ist es möglich, am Ausgang eine Wechselspannung mit einem Normwert von 220 Volt zu erhalten. Ein Merkmal elektronischer Schaltungen ist die Möglichkeit, am Ausgang ein rein sinusförmiges Signal konstanter Amplitude zu erhalten.
Einstellbare Geräte
Diese Geräte sind in der Lage, den Wert der Ausgangsspannung zu erfassen und zu erhöhen. In der Praxis gibt es häufiger Geräte, mit denen Sie den reduzierten Wert des Ausgangspotentials stufenlos ändern können.
Ein klassischer Fall ist, wenn am Eingang 220 Volt anliegen und am Ausgang eine einstellbare Konstantspannung von 2 bis 30 Volt erhalten wird.
Geräte mit Feineinstellung der Ausgangsparameter werden traditionell zur Prüfung von Zifferblatt- und digitalen Messgeräten in modernen Forschungslabors eingesetzt.
Transformatorlose Geräte
Transformatorlose (Wechselrichter) Einheiten sind nach einem elektronischen Prinzip aufgebaut, bei dem ein separates Steuermodul verwendet wird. Als Zwischenglied dient in ihnen ein Frequenzumrichter, der das Ausgangssignal in eine für die Gleichrichtung geeignete Form bringt. In modernen Mustern von Wechselrichtergeräten sind oft programmierbare Mikrocontroller verbaut, die die Qualität der Umsetzsteuerung deutlich erhöhen.
Hochspannungsgeräte werden durch die bereits beschriebenen Stationstransformatoren repräsentiert, die die übertragene Spannung in den gewünschten Verhältnissen erhöhen und verringern.
Bei der Übertragung von Energie durch Hochspannungsleitungen und der anschließenden Umwandlung streben sie danach, die Verluste in Watt auf ein Minimum zu reduzieren.
Diese Klasse umfasst auch Geräte, die ein Signal zur Steuerung des Strahls in einer Fernsehröhre (Bildröhre) erzeugen.
