Bet kuris įtampos keitiklis yra elektrinis ar elektroninis įtaisas, galintis pakeisti jo vertę reikalinga verte. Šis prietaisas ypač reikalingas situacijose, kai reikia prie tinklo prijungti skirtingos įtampos apkrovą. Be to, jie gali ne tik sumažinti šio parametro vertę, bet ir ją padidinti.
Veikimo principas
Pagrindinis reikalavimas, nustatantis įtampos keitiklių veikimo principą, yra galimybė perkelti naudingąją galią į išėjimą su minimaliais nuostoliais (siekiant maksimalaus efektyvumo). Norėdami tai padaryti, jie dažnai naudoja ekonomiškus nuostolių požiūriu modulius, pavyzdžiui, elektroninius keitiklius. Elektros įtampos keitiklis, pastatytas pagal transformatoriaus grandinę, yra patogiausias atsižvelgiant į veikimo principą. Jo veikimo esmė yra tokia:
- prietaiso įėjime potencialas gaunamas iš kintamos įtampos generatoriaus ar panašaus srovės šaltinio;
- iš transformatoriaus išėjimo (iš jo antrinės apvijos) paimamas panašios formos signalas;
- jei reikia, kintama išėjimo įtampa pirmiausia ištaisoma specialiu diodų įrenginiu, o tada stabilizuojama.
Iš tokios schemos labai sunku pasiekti norimą efektyvumą, nes dalis perduotos galios prarandama transformatoriaus apvijose (dėl šilumos išsisklaidymo).
Norint iš prietaiso gauti didelį efektyvumą, transformatoriaus išvestyje yra sumontuotos pagrindinės grandinės, veikiančios ekonominiu režimu. Jų veikimo metu, atsižvelgiant į greitą tranzistorių perjungimą iš uždaros į atvirą būseną, elektros energijos nuostoliai apvijose žymiai sumažėja.
Savindukcija tradiciškai naudojama įtampos keitikliuose, suprojektuotuose dirbti su aukštos įtampos maitinimo šaltiniais. Tai realizuojama išėjimo ferito šerdyse staigiai nutraukus srovę pirminėje apvijoje. Visi tokie patys tranzistoriai naudojami kaip toks smulkintuvas, o tada ištaisoma išvesties metu gaunama impulso įtampa. Tokios grandinės leidžia gauti didelius kelių dešimčių kV dydžio potencialus. Jie naudojami jau pasenusių katodinių spindulių vamzdžių maitinimo grandinėse, taip pat televizijos vaizdo vamzdeliuose. Tokiu atveju įmanoma pasiekti gerą efektyvumą (iki 80%).
Naudojimo sritys
Daugelio zonų įtampos keitiklių taikymo sritis yra labai plati. Jie tradiciškai naudojami šiems tikslams:
- linijiniuose įtaisuose, skirtuose elektros paskirstymui ir perdavimui;
- tokioms kritinėms technologinėms operacijoms kaip suvirinimas, terminis apdorojimas ir panašiai atlikti;
- kai reikia tiekti energiją įvairių technologijų sričių grandinėms krauti.
Pirmuoju atveju elektrinėse generuojamas EMF šių prietaisų pagalba padidinamas nuo 6-24 kV iki 110-220 kV - tokiu pavidalu jį lengviau „varyti“ laidais dideliais atstumais. Regioninėse pastotėse jau kiti transformatorių įtaisai užtikrina jo sumažėjimą, pirmiausia iki 10 (6,3) kV, o tada iki įprastų 380 voltų.
Aptarnaujant technologinę įrangą, įtampos keitikliai naudojami kaip elektroterminiai įrenginiai arba suvirinimo transformatoriai.
Pramonėje
Plačiausia taikymo sritis yra kokybiško maisto tiekimas šiems pramoninio dizaino vartotojams:
- įranga, veikianti automatinio valdymo ir stebėjimo linijose;
- telekomunikacijų ir ryšių prietaisai;
- platus elektrinių matavimo prietaisų asortimentas;
- speciali radijo ir televizijos įranga ir panašiai.
Ypatingą funkciją atlieka vadinamieji „izoliacijos“ transformatoriai, naudojami krūvio linijoms izoliuoti nuo aukštos įtampos įėjimo.
Kadangi tokie keitikliai „atlieka pagalbinį vaidmenį“, dažniausiai jie turi mažą galią ir yra palyginti maži.
Kasdieniame gyvenime - medicina ir gynybos pramonė
Įtampos keitikliai plačiai naudojami kasdieniame gyvenime. Dauguma maitinimo šaltinių, naudojamų buitiniams prietaisams įkrauti, taip pat sudėtingesni prietaisai, tokie kaip:
- Apsaugos nuo viršįtampių apsaugos;
- keitikliai;
- nereikalingi maitinimo šaltiniai ir kt.
Šie prietaisai yra paklausiausi medicinoje, karinėje sferoje, taip pat energetikoje ir moksle. Šiose pramonės šakose joms keliami ypač „griežti“ reikalavimai dėl konvertuotos įtampos kokybės (pavyzdžiui, sinusoido „grynumo“).
Privalumai ir trūkumai
Įtampos keitiklių privalumai:
- galimybė valdyti išvesties signalo parametrus - konvertuojant jo kintamą vertę į pastovią vertę, naudojant dažnio keitimo principą;
- galimybė įvesties ir išvesties grandinėms perjungti (keičiant įtampos amplitudę);
- jų nominaliųjų verčių pritaikymo konkrečiai apkrovai priimtinumas;
- buitinių keitiklių, kurie dažnai gaminami moduliniu arba sieniniu būdu, konstrukcijos kompaktiškumas ir paprastumas;
- pelningumas (pagal gamintojų teiginius, jų efektyvumas siekia 90%);
- naudojimo paprastumas ir universalumas;
- galimybė perduoti elektrą dideliais atstumais ir užtikrinti ypač svarbių pramonės šakų veiklą.
Trūkumai yra didelė kaina ir mažas atsparumas drėgmei (išskyrus modelius, specialiai sukurtus darbui esant aukštai drėgmei).
Keitiklių veislės
- specialūs prietaisai namams;
- aukštos įtampos ir aukšto dažnio įranga;
- be transformatoriaus ir keitiklio impulsų įtaisai;
- Nuolatinės įtampos keitikliai;
- reguliuojami prietaisai.
Šiai elektroninių prietaisų kategorijai priklauso srovės ir įtampos keitikliai.
Namų įranga
Paprastas vartotojas nuolat susiduria su tokio tipo keitikliais, nes daugumoje šiuolaikinių technologijų modelių yra įmontuotas maitinimo šaltinis. Nepertraukiamo maitinimo šaltiniai (UPS) su įmontuota baterija priklauso tai pačiai klasei.
Kai kuriais atvejais buitiniai keitikliai gaminami pagal dvigubo žiedo (keitiklio) schemą.
Dėl tokio keitimo iš nuolatinės srovės šaltinio (pavyzdžiui, akumuliatoriaus), išėjime galima gauti standartinės 220 voltų vertės kintamą įtampą. Elektroninių grandinių ypatybė yra galimybė išvestyje gauti grynai sinusoidinį pastovios amplitudės signalą.
Reguliuojami prietaisai
Šie vienetai gali išvesties įtampos vertę padidinti ir ją padidinti. Praktiškai dažniau yra prietaisų, leidžiančių sklandžiai pakeisti sumažintą išėjimo potencialo vertę.
Klasikinis atvejis, kai įėjime veikia 220 voltų įtampa, o išėjime gaunama reguliuojama pastovi įtampa nuo 2 iki 30 voltų.
Įrenginiai su tiksliu išvesties parametro sureguliavimu tradiciškai naudojami tikrinant telefono ir skaitmeninius matavimo prietaisus šiuolaikinėse tyrimų laboratorijose.
Įrenginiai be transformatorių
Be transformatorių (inverterių) įrenginiai yra sukurti elektroniniu principu, naudojant atskirą valdymo modulį. Juose kaip tarpinė grandis naudojamas dažnio keitiklis, kuris išvesties signalą atneša į formą, patogią ištaisyti. Šiuolaikiniuose keitiklio įrangos pavyzdžiuose dažnai montuojami programuojami mikrovaldikliai, kurie žymiai padidina konversijos valdymo kokybę.
Aukštos įtampos įtaisus vaizduoja jau aprašyti stoties transformatoriai, kurie padidina ir sumažina perduodamą įtampą norimais santykiais.
Perkeldami energiją aukštos įtampos linijomis ir vėliau jas transformuodami, jie stengiasi iki minimumo sumažinti jos nuostolius vatais.
Šiai klasei taip pat priskiriami prietaisai, generuojantys signalą, skirtą valdyti spindulį televizijos vamzdyje (kineskope).
