Qualsiasi convertitore di tensione è un dispositivo elettrico o elettronico in grado di cambiare il suo valore del valore richiesto. Questo dispositivo è particolarmente richiesto in situazioni in cui è necessario collegare alla rete un carico con diverse tensioni nominali. Inoltre, possono non solo abbassare il valore di questo parametro, ma anche aumentarlo.
Principio di funzionamento
Il requisito principale che determina il principio di funzionamento dei convertitori di tensione è la capacità di trasferire potenza utile all'uscita con perdite minime (per garantire la massima efficienza). Per fare ciò, utilizzano spesso moduli economici in termini di perdite, ad esempio inverter elettronici. Un convertitore di tensione elettrica costruito secondo un circuito trasformatore è il più conveniente per considerare il principio di funzionamento. L'essenza del suo funzionamento è la seguente:
- all'ingresso del dispositivo, il potenziale proviene da un generatore di tensione alternata o da una sorgente di corrente simile;
- un segnale di forma simile viene prelevato dall'uscita del trasformatore (dal suo avvolgimento secondario);
- se necessario, la tensione di uscita alternata viene prima rettificata da un'unità diodo speciale e quindi stabilizzata.
È molto difficile ottenere l'efficienza desiderata da un tale schema, poiché parte della potenza trasmessa viene persa negli avvolgimenti del trasformatore (a causa della dissipazione del calore).
Per ottenere un'elevata efficienza dal dispositivo, i circuiti chiave che funzionano in modalità economica sono installati all'uscita del trasformatore. Durante il loro funzionamento, in base alla commutazione ad alta velocità dei transistor dallo stato chiuso allo stato aperto, le perdite di potenza negli avvolgimenti sono significativamente ridotte.
L'autoinduzione è tradizionalmente utilizzata nei convertitori di tensione progettati per funzionare con alimentatori ad alta tensione. È realizzato nei nuclei di ferrite di uscita con una brusca interruzione della corrente nell'avvolgimento primario. Tutti gli stessi transistor vengono utilizzati come tale chopper e la tensione di impulso ottenuta all'uscita viene quindi rettificata. Tali circuiti consentono di ottenere alti potenziali dell'ordine di diverse decine di kV. Sono utilizzati nei circuiti di potenza dei tubi catodici già obsoleti, nonché nei cinescopi televisivi. In questo caso è possibile ottenere una buona efficienza (fino all'80%).
Aree di utilizzo
L'ambito di applicazione dei convertitori di tensione multizona è molto ampio. Sono tradizionalmente utilizzati per i seguenti scopi:
- nei dispositivi lineari per la distribuzione e la trasmissione di energia elettrica;
- per eseguire operazioni tecnologiche critiche come saldatura, trattamento termico e simili;
- quando è necessario fornire alimentazione a circuiti di carico in vari campi della tecnologia.
Nel primo caso, l'EMF generato nelle centrali elettriche viene aumentato con l'aiuto di questi dispositivi da 6-24 kV a 110-220 kV - in questa forma è più facile "guidarlo" lungo i fili su lunghe distanze. Nelle sottostazioni regionali, già altri dispositivi di trasformazione assicurano la sua riduzione, prima a 10 (6,3) kV, e poi ai soliti 380 Volt.
Durante la manutenzione di apparecchiature tecnologiche, i convertitori di tensione vengono utilizzati come installazioni elettrotermiche o trasformatori di saldatura.
Nell'industria
L'area di applicazione più ampia è la fornitura di alimenti di qualità per i seguenti modelli industriali di consumatori:
- apparecchiature operanti in linee automatiche di controllo e monitoraggio;
- dispositivi di telecomunicazione e comunicazione;
- una vasta gamma di strumenti di misura elettrici;
- apparecchiature radiotelevisive speciali e simili.
Una funzione particolare è svolta dai cosiddetti trasformatori di "isolamento" utilizzati per isolare le linee di carico dall'ingresso dell'alta tensione.
Poiché tali convertitori "svolgono un ruolo ausiliario", molto spesso hanno una bassa potenza e dimensioni relativamente piccole.
Nella vita di tutti i giorni, la medicina e l'industria della difesa
I convertitori di tensione sono ampiamente utilizzati nella vita di tutti i giorni. La maggior parte degli alimentatori utilizzati per caricare gli elettrodomestici, oltre a dispositivi più complessi come:
- Dispositivi di protezione contro le sovratensioni;
- inverter;
- alimentatori ridondanti, ecc.
Questi dispositivi sono più richiesti in medicina, nella sfera militare, nonché nell'energia e nella scienza. In queste industrie vengono loro imposti requisiti particolarmente "rigorosi" per quanto riguarda la qualità della tensione convertita ("purezza" della sinusoide, ad esempio).
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi dei convertitori di tensione includono:
- la capacità di controllare i parametri del segnale di uscita - convertendo il suo valore variabile in un valore costante utilizzando il principio della conversione di frequenza;
- disponibilità di un'opzione per la commutazione dei circuiti di ingresso e uscita (variando l'ampiezza della tensione);
- ammissibilità della regolazione dei loro valori nominali per un carico specifico;
- la compattezza e la semplicità del design dei convertitori domestici, che sono spesso realizzati in un design modulare o montato a parete;
- redditività (secondo le dichiarazioni dei produttori, la loro efficienza raggiunge il 90%);
- facilità d'uso e versatilità;
- la possibilità di trasmettere energia elettrica su lunghe distanze e garantire il funzionamento di industrie particolarmente critiche.
Gli svantaggi includono costi elevati e bassa resistenza all'umidità (ad eccezione dei modelli progettati specificamente per il lavoro in condizioni di elevata umidità).
Varietà di convertitori
- dispositivi speciali per la casa;
- apparecchiature ad alta tensione e alta frequenza;
- dispositivi a impulsi senza trasformatore e inverter;
- Convertitori di tensione CC;
- dispositivi regolabili.
Questa categoria di dispositivi elettronici comprende i convertitori corrente-tensione.
Attrezzature per la casa
Un utente normale si trova costantemente di fronte a questo tipo di dispositivi di conversione, poiché la maggior parte dei modelli di tecnologia moderna ha un alimentatore integrato. Alla stessa classe appartengono i gruppi di continuità (UPS) con batteria integrata.
In alcuni casi, i convertitori domestici sono realizzati secondo uno schema a doppio anello (inverter).
A causa di tale conversione da una sorgente di corrente continua (ad esempio batteria), è possibile ottenere una tensione alternata di un valore standard di 220 volt in uscita. Una caratteristica dei circuiti elettronici è la capacità di ottenere un segnale puramente sinusoidale di ampiezza costante in uscita.
Dispositivi regolabili
Queste unità sono in grado di misurare il valore della tensione di uscita e di aumentarlo. In pratica, ci sono più spesso dispositivi che consentono di modificare senza problemi il valore ridotto del potenziale di uscita.
Il caso classico è quando in ingresso agiscono 220 volt e in uscita si ottiene una tensione costante regolabile da 2 a 30 volt.
I dispositivi con regolazione fine del parametro di uscita sono tradizionalmente utilizzati per testare strumenti di misura digitali e quadranti nei moderni laboratori di ricerca.
Dispositivi senza trasformatore
Le unità senza trasformatore (inverter) sono costruite su un principio elettronico, che prevede l'uso di un modulo di controllo separato. Un convertitore di frequenza viene utilizzato come collegamento intermedio in essi, che porta il segnale di uscita in una forma conveniente per la rettifica. Nei moderni campioni di apparecchiature inverter, vengono spesso installati microcontrollori programmabili, che aumentano significativamente la qualità del controllo di conversione.
I dispositivi ad alta tensione sono rappresentati dai trasformatori di stazione già descritti, che aumentano e diminuiscono la tensione trasmessa nei rapporti desiderati.
Durante il trasferimento di energia attraverso linee ad alta tensione e successiva trasformazione, si sforzano di ridurre al minimo le sue perdite in watt.
Questa classe comprende anche i dispositivi che generano un segnale per controllare il raggio in un tubo televisivo (cinescopio).
