Bilo koji pretvarač napona je električni ili elektronički uređaj koji može promijeniti svoju vrijednost za traženu vrijednost. Ovaj je uređaj posebno tražen u situacijama kada je na mrežu potrebno povezati opterećenje s različitim nazivnim naponom. Štoviše, oni mogu ne samo smanjiti vrijednost ovog parametra, već ga i povećati.
Načelo rada
Glavni zahtjev koji određuje princip rada pretvarača napona je sposobnost prijenosa korisne snage na izlaz s minimalnim gubicima (kako bi se osigurala maksimalna učinkovitost). Da bi to učinili, često koriste module koji su ekonomični u smislu gubitaka, na primjer, elektronički pretvarači. Pretvarač električnog napona građen prema transformatorskom krugu najprikladniji je za razmatranje principa rada. Bit njegovog funkcioniranja je sljedeća:
- na ulazu uređaja potencijal dolazi od generatora izmjeničnog napona ili sličnog izvora struje;
- signal sličnog oblika uzima se s izlaza transformatora (iz njegovog sekundarnog namota);
- ako je potrebno, izmjenični izlazni napon prvo se ispravi posebnom diodnom jedinicom, a zatim stabilizira.
Vrlo je teško postići željenu učinkovitost iz takve sheme, jer se dio prenesene snage gubi u namotima transformatora (zbog odvođenja topline).
Da bi se postigla visoka učinkovitost uređaja, na izlazu transformatora ugrađuju se krugovi ključeva koji rade u ekonomičnom načinu rada. Tijekom njihova rada, na temelju brze prebacivanja tranzistora iz zatvorenog stanja u otvoreno stanje, gubici snage u namotima znatno se smanjuju.
Samoindukcija se tradicionalno koristi u pretvaračima napona dizajniranim za rad s visokonaponskim izvorima napajanja. Ostvaruje se u izlaznim feritnim jezgrama uz oštar prekid struje u primarnom namotu. Kao isti helikopter koriste se svi isti tranzistori, a impulsni napon dobiven na izlazu se zatim ispravlja. Takvi krugovi omogućuju dobivanje visokih potencijala reda od nekoliko desetaka kV. Koriste se u strujnim krugovima već zastarjelih katodnih cijevi, kao i u televizijskim cijevima za slike. U ovom slučaju moguće je postići dobru učinkovitost (do 80%).
Područja upotrebe
Opseg primjene višezonskih pretvarača napona vrlo je opsežan. Tradicionalno se koriste u sljedeće svrhe:
- u linearnim uređajima za distribuciju i prijenos električne energije;
- za izvođenje takvih kritičnih tehnoloških operacija kao što su zavarivanje, toplinska obrada i slično;
- kada je potrebno napajati strujom krugove za opterećenje u raznim poljima tehnike.
U prvom slučaju, EMF koji se generira u elektranama povećava se uz pomoć ovih uređaja sa 6-24 kV na 110-220 kV - u ovom ga je obliku lakše "voziti" duž žica na velike udaljenosti. U regionalnim podstanicama već drugi transformatorski uređaji osiguravaju njegovo smanjenje, prvo na 10 (6,3) kV, a zatim na uobičajenih 380 Volti.
Pri servisiranju tehnološke opreme pretvarači napona koriste se kao elektrotermalne instalacije ili transformatori za zavarivanje.
U industriji
Najopsežnije područje primjene je pružanje kvalitetne hrane za sljedeće industrijske dizajne potrošača:
- oprema koja radi u linijama za automatsko upravljanje i nadzor;
- telekomunikacijski i komunikacijski uređaji;
- širok raspon električnih mjernih instrumenata;
- posebna radio i televizijska oprema i slično.
Posebnu funkciju obavljaju takozvani "izolacijski" transformatori koji se koriste za izolaciju vodova tereta od visokonaponskog ulaza.
Budući da takvi pretvarači "igraju pomoćnu ulogu", oni najčešće imaju malu snagu i relativno male dimenzije.
U svakodnevnom životu, medicina i obrambena industrija
Pretvarači napona široko se koriste u svakodnevnom životu. Većina napajanja koja se koriste za punjenje kućanskih aparata, kao i složenijih uređaja kao što su:
- Prenaponski zaštitnici;
- pretvarači;
- suvišna napajanja itd.
Ovi su uređaji najtraženiji u medicini, vojnoj sferi, kao i u energetici i znanosti. U tim industrijama nameću im se posebno "strogi" zahtjevi u pogledu kvalitete pretvorenog napona ("čistoća" sinusoide, na primjer).
Prednosti i nedostatci
Prednosti pretvarača napona uključuju:
- sposobnost upravljanja parametrima izlaznog signala - pretvaranje njegove promjenjive vrijednosti u konstantnu vrijednost pomoću principa pretvorbe frekvencije;
- dostupnost opcije za prebacivanje ulaznih i izlaznih krugova (promjena amplitude napona);
- dopuštenost podešavanja njihovih nominalnih vrijednosti za određeno opterećenje;
- kompaktnost i jednostavnost dizajna pretvarača za kućanstvo, koji se često proizvode u modularnom ili zidnom dizajnu;
- profitabilnost (prema izjavama proizvođača, njihova učinkovitost doseže 90%);
- jednostavnost upotrebe i svestranost;
- mogućnost prijenosa električne energije na velike udaljenosti i osiguravanje rada posebno kritičnih industrija.
Mane uključuju visoku cijenu i nisku otpornost na vlagu (s izuzetkom modela dizajniranih posebno za rad u uvjetima visoke vlažnosti).
Raznolikosti pretvarača
- posebni uređaji za dom;
- visokonaponska i visokofrekventna oprema;
- impulsni uređaji bez transformatora i pretvarači;
- Pretvarači istosmjernog napona;
- podesivi uređaji.
Ova kategorija elektroničkih uređaja uključuje pretvarače struje u napon.
Kućna oprema
Obični korisnik neprestano se suočava s ovom vrstom pretvarača, budući da većina modela suvremene tehnologije ima ugrađeno napajanje. Besprekidni izvori napajanja (UPS) s ugrađenom baterijom pripadaju istoj klasi.
U nekim se slučajevima pretvarači za kućanstvo izrađuju prema shemi dvostrukog prstena (inverter).
Zbog takve pretvorbe iz izvora istosmjerne struje (na primjer iz baterije), na izlazu je moguće dobiti izmjenični napon standardne vrijednosti od 220 volti. Značajka elektroničkih sklopova je sposobnost dobivanja čisto sinusnog signala konstantne amplitude na izlazu.
Podesivi uređaji
Te su jedinice sposobne za vrijednost izlaznog napona i povećavaju ga. U praksi češće postoje uređaji koji vam omogućuju glatku promjenu smanjene vrijednosti izlaznog potencijala.
Klasičan je slučaj kada na ulazu djeluje 220 V, a na izlazu se dobije podesivi konstantni napon od 2 do 30 V.
Uređaji s finim podešavanjem izlaznog parametra tradicionalno se koriste za ispitivanje brojčanika i digitalnih mjernih instrumenata u modernim istraživačkim laboratorijima.
Uređaji bez transformatora
Jedinice bez pretvarača (pretvarači) izrađene su na elektroničkom principu, uključujući upotrebu zasebnog upravljačkog modula. Kao posredna karika u njima koristi se pretvarač frekvencije, koji dovodi izlazni signal u oblik prikladan za ispravljanje. U suvremene uzorke inverterske opreme često se ugrađuju programabilni mikrokontroleri koji značajno povećavaju kvalitetu pretvorbe.
Visokonaponski uređaji predstavljeni su već opisanim staničnim transformatorima, koji povećavaju i smanjuju preneseni napon u željenim omjerima.
Prilikom prijenosa energije visokonaponskim vodovima i naknadne transformacije nastoje svesti njene gubitke u vatima na minimum.
Ova klasa također uključuje uređaje koji generiraju signal za upravljanje snopom u televizijskoj cijevi (kineskop).
