Cualquier convertidor de voltaje es un dispositivo eléctrico o electrónico capaz de cambiar su valor por el valor requerido. Este dispositivo tiene una demanda especial en situaciones en las que es necesario conectar una carga con diferentes clasificaciones de voltaje a la red. Además, no solo pueden reducir el valor de este parámetro, sino también aumentarlo.
Principio de funcionamiento
El principal requisito que determina el principio de funcionamiento de los convertidores de voltaje es la capacidad de transferir energía útil a la salida con pérdidas mínimas (para garantizar la máxima eficiencia). Para ello, suelen utilizar módulos que son económicos en términos de pérdidas, por ejemplo, inversores electrónicos. Un convertidor de voltaje eléctrico construido según un circuito transformador es el más conveniente para considerar el principio de funcionamiento. La esencia de su funcionamiento es la siguiente:
- en la entrada del dispositivo, el potencial proviene de un generador de voltaje alterno o una fuente de corriente similar;
- se toma una señal de forma similar de la salida del transformador (de su devanado secundario);
- si es necesario, la tensión de salida alterna primero se rectifica mediante una unidad de diodo especial y luego se estabiliza.
Es muy difícil lograr la eficiencia deseada con un esquema de este tipo, ya que parte de la potencia transmitida se pierde en los devanados del transformador (debido a la disipación de calor).
Para obtener una alta eficiencia del dispositivo, los circuitos clave se instalan en la salida del transformador, operando en modo económico. Durante su funcionamiento, basado en la conmutación de alta velocidad de los transistores del estado cerrado al estado abierto, las pérdidas de potencia en los devanados se reducen significativamente.
La autoinducción se utiliza tradicionalmente en convertidores de voltaje diseñados para funcionar con fuentes de alimentación de alto voltaje. Se realiza en los núcleos de ferrita de salida con una interrupción brusca de la corriente en el devanado primario. Se utilizan los mismos transistores como tal chopper, y luego se rectifica el voltaje de pulso obtenido en la salida. Tales esquemas permiten obtener altos potenciales del orden de varias decenas de kV. Se utilizan en circuitos de potencia de tubos de rayos catódicos ya obsoletos, así como en tubos de imágenes de televisión. En este caso, es posible obtener una buena eficiencia (hasta un 80%).
Áreas de uso
El ámbito de aplicación de los convertidores de tensión multizona es muy amplio. Se utilizan tradicionalmente para los siguientes propósitos:
- en dispositivos lineales para la distribución y transmisión de electricidad;
- para llevar a cabo operaciones tecnológicas críticas como soldadura, tratamiento térmico y similares;
- cuando es necesario suministrar energía a circuitos de carga en una amplia variedad de áreas de tecnología.
En el primer caso, la EMF generada en las plantas de energía aumenta con la ayuda de estos dispositivos de 6-24 kV a 110-220 kV; de esta forma, es más fácil "conducirla" a lo largo de cables a largas distancias. En las subestaciones regionales, otros dispositivos transformadores proporcionan su reducción primero a 10 (6,3) kV y luego a los habituales 380 voltios.
Al reparar equipos tecnológicos, los convertidores de voltaje se utilizan como instalaciones electrotérmicas o transformadores de soldadura.
En la industria
El ámbito de aplicación más extenso es el suministro de alimentos de calidad para los siguientes diseños industriales de consumidores:
- equipos que operan en líneas de control y monitoreo automático;
- dispositivos de telecomunicaciones y comunicaciones;
- una amplia gama de instrumentos de medición eléctricos;
- equipos especiales de radio y televisión y similares.
Los llamados transformadores de "aislamiento" que se utilizan para aislar las líneas de carga de la entrada de alto voltaje realizan una función especial.
Dado que tales convertidores "desempeñan un papel auxiliar", la mayoría de las veces tienen poca potencia y dimensiones relativamente pequeñas.
En la vida cotidiana, la medicina y la industria de defensa
Los convertidores de voltaje se utilizan ampliamente en la vida cotidiana. La mayoría de las fuentes de alimentación se utilizan para cargar electrodomésticos, así como dispositivos más complejos como:
- Protectores de sobretensión;
- inversores
- fuentes de alimentación redundantes, etc.
Estos dispositivos son los más solicitados en la medicina, la esfera militar, así como en la energía y la ciencia. En estas industrias, se les imponen requisitos especialmente "estrictos" con respecto a la calidad de la tensión convertida ("pureza" de la sinusoide, por ejemplo).
Ventajas y desventajas
Las ventajas de los convertidores de voltaje incluyen:
- la capacidad de controlar los parámetros de la señal de salida, convirtiendo su valor variable en un valor constante utilizando el principio de conversión de frecuencia;
- disponibilidad de una opción para conmutar circuitos de entrada y salida (variando la amplitud de voltaje);
- admisibilidad de ajustar sus valores nominales para una carga específica;
- la compacidad y simplicidad del diseño de los convertidores domésticos, que a menudo se fabrican en un diseño modular o montado en la pared;
- rentabilidad (según las declaraciones de los fabricantes, su eficiencia alcanza el 90%);
- facilidad de uso y versatilidad;
- la posibilidad de transmitir electricidad a largas distancias y garantizar el funcionamiento de industrias particularmente críticas.
Las desventajas incluyen alto costo y baja resistencia a la humedad (con la excepción de los modelos diseñados específicamente para trabajar en condiciones de alta humedad).
Variedades de convertidores.
- dispositivos especiales para el hogar;
- equipos de alta tensión y alta frecuencia;
- dispositivos de pulso sin transformador y con inversor;
- Convertidores de voltaje DC;
- dispositivos ajustables.
Esta categoría de dispositivos electrónicos incluye convertidores de corriente a voltaje.
Equipo para el hogar
Un usuario común se enfrenta constantemente a este tipo de dispositivos de conversión, ya que la mayoría de los modelos de tecnología moderna tienen una fuente de alimentación incorporada. Los sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI) con batería incorporada pertenecen a la misma clase.
En algunos casos, los convertidores domésticos se fabrican de acuerdo con un esquema de doble anillo (inversor).
Debido a esta conversión de una fuente de corriente continua (batería, por ejemplo), es posible obtener una tensión alterna de un valor estándar de 220 voltios en la salida. Una característica de los circuitos electrónicos es la capacidad de obtener una señal puramente sinusoidal de amplitud constante en la salida.
Dispositivos ajustables
Estas unidades son capaces de valorar el voltaje de salida y aumentarlo. En la práctica, hay dispositivos con mayor frecuencia que le permiten cambiar suavemente el valor reducido del potencial de salida.
Un caso clásico es cuando actúan 220 voltios en la entrada y se obtiene un voltaje constante ajustable de 2 a 30 voltios en la salida.
Los dispositivos con ajuste fino del parámetro de salida se utilizan tradicionalmente para probar instrumentos de medición digitales y de cuadrante en los laboratorios de investigación modernos.
Dispositivos sin transformador
Las unidades sin transformador (inversor) se construyen sobre un principio electrónico, que implica el uso de un módulo de control separado. Se utiliza un convertidor de frecuencia como enlace intermedio en ellos, lo que lleva la señal de salida a una forma conveniente para la rectificación. En las muestras modernas de equipos inversores, a menudo se instalan microcontroladores programables, que aumentan significativamente la calidad del control de conversión.
Los dispositivos de alto voltaje están representados por los transformadores de estación ya descritos, que aumentan y disminuyen el voltaje transmitido en las relaciones deseadas.
Al transferir energía a través de líneas de alta tensión y posterior transformación, se esfuerzan por reducir al mínimo sus pérdidas en vatios.
Esta clase también incluye dispositivos que generan una señal para controlar el haz en un tubo de televisión (cinescopio).
