Orice convertor de tensiune este un dispozitiv electric sau electronic capabil să-și schimbe valoarea cu valoarea cerută. Acest dispozitiv este în special solicitat în situațiile în care este necesar să conectați o rețea cu tensiuni diferite la rețea. Mai mult, nu numai că pot scădea valoarea acestui parametru, ci și îl pot crește.
Principiul de funcționare
Principala cerință care determină principiul funcționării convertoarelor de tensiune este capacitatea de a transfera puterea utilă la ieșire cu pierderi minime (pentru a asigura o eficiență maximă). Pentru a face acest lucru, ei folosesc adesea module economice din punct de vedere al pierderilor, de exemplu, invertoarele electronice. Un convertor de tensiune electric construit conform unui circuit de transformare este cel mai convenabil pentru luarea în considerare a principiului de funcționare. Esența funcționării sale este următoarea:
- la intrarea dispozitivului, potențialul provine de la un generator de tensiune alternativă sau de la o sursă de curent similară;
- un semnal de formă similară este preluat de la ieșirea transformatorului (de la înfășurarea sa secundară);
- dacă este necesar, tensiunea de ieșire alternativă este mai întâi rectificată de o unitate diodă specială, apoi stabilizată.
Este foarte dificil să se obțină eficiența dorită dintr-o astfel de schemă, deoarece o parte din puterea transmisă se pierde în înfășurările transformatorului (datorită disipării căldurii).
Pentru a obține o eficiență ridicată de la dispozitiv, circuitele cheie care funcționează în modul economic sunt instalate la ieșirea transformatorului. În timpul funcționării lor, pe baza comutării de mare viteză a tranzistoarelor de la starea închisă la starea deschisă, pierderile de putere din înfășurări sunt semnificativ reduse.
Autoinducția este utilizată în mod tradițional în convertoarele de tensiune proiectate să funcționeze cu surse de alimentare de înaltă tensiune. Este realizat în miezurile de ferită de ieșire cu o întrerupere bruscă a curentului în înfășurarea primară. Toți aceiași tranzistori sunt folosiți ca un astfel de elicopter, iar tensiunea pulsului obținută la ieșire este apoi corectată. Astfel de circuite fac posibilă obținerea de potențiale mari de ordinul a câteva zeci de kV. Acestea sunt utilizate în circuitele de alimentare ale tuburilor catodice deja învechite, precum și în tuburile de televiziune. În acest caz, este posibil să se obțină o eficiență bună (până la 80%).
Domenii de utilizare
Domeniul de aplicare al convertoarelor de tensiune cu mai multe zone este foarte extins. Ele sunt utilizate în mod tradițional în următoarele scopuri:
- în dispozitive liniare pentru distribuția și transmiterea energiei electrice;
- pentru efectuarea unor operațiuni tehnologice critice precum sudarea, tratamentul termic și altele asemenea;
- atunci când este necesar să se furnizeze energie pentru a încărca circuite din diferite domenii ale tehnologiei.
În primul caz, EMF generat la centralele electrice este crescut cu ajutorul acestor dispozitive de la 6-24 kV la 110-220 kV - în această formă, este mai ușor să-l „conduceți” de-a lungul firelor pe distanțe mari. La stațiile regionale, deja alte dispozitive de transformare asigură reducerea acestuia, mai întâi la 10 (6,3) kV, apoi la 380 Volți obișnuiți.
La întreținerea echipamentelor tehnologice, convertoarele de tensiune sunt utilizate ca instalații electrotermale sau transformatoare de sudură.
În industrie
Cea mai extinsă zonă de aplicare este furnizarea de alimente de calitate pentru următoarele modele industriale ale consumatorilor:
- echipamente care funcționează în linii automate de control și monitorizare;
- Dispozitive de telecomunicații și comunicații;
- o gamă largă de instrumente electrice de măsurare;
- echipamente speciale de radio și televiziune și altele asemenea.
O funcție specială este îndeplinită de așa-numitele transformatoare de "izolare" utilizate pentru a izola liniile de sarcină de la intrarea de înaltă tensiune.
Deoarece astfel de convertoare „joacă un rol auxiliar”, ele au cel mai adesea o putere redusă și dimensiuni relativ mici.
În viața de zi cu zi, medicina și industria de apărare
Convertoarele de tensiune sunt utilizate pe scară largă în viața de zi cu zi. Majoritatea surselor de alimentare utilizate pentru încărcarea aparatelor de uz casnic, precum și a dispozitivelor mai complexe, cum ar fi:
- Protectoare de supratensiune;
- invertoare;
- surse de alimentare redundante etc.
Aceste dispozitive sunt cele mai solicitate în medicină, în sfera militară, precum și în energie și știință. În aceste industrii, li se impun în special cerințe „stricte” în ceea ce privește calitatea tensiunii convertite („puritatea” sinusoidului, de exemplu).
Avantaje și dezavantaje
Avantajele convertoarelor de tensiune includ:
- capacitatea de a controla parametrii semnalului de ieșire - convertind valoarea sa variabilă într-o valoare constantă utilizând principiul conversiei de frecvență;
- disponibilitatea unei opțiuni pentru comutarea circuitelor de intrare și ieșire (variind amplitudinea tensiunii);
- admisibilitatea ajustării valorilor lor nominale pentru o sarcină specifică;
- compactitatea și simplitatea designului convertoarelor de uz casnic, care sunt adesea fabricate într-un design modular sau montat pe perete;
- profitabilitate (conform declarațiilor producătorilor, eficiența acestora ajunge la 90%);
- ușurință în utilizare și versatilitate;
- posibilitatea de a transmite energie electrică pe distanțe lungi și de a asigura funcționarea unor industrii deosebit de critice.
Dezavantajele includ costuri ridicate și rezistență scăzută la umiditate (cu excepția modelelor proiectate special pentru lucrul în condiții de umiditate ridicată).
Soiuri de convertoare
- dispozitive speciale pentru casă;
- echipamente de înaltă tensiune și frecvență înaltă;
- dispozitive cu impulsuri fără transformator și invertor;
- Convertoare de tensiune continuă;
- dispozitive reglabile.
Această categorie de dispozitive electronice include convertoare curent-tensiune.
Echipamente de uz casnic
Un utilizator obișnuit se confruntă în mod constant cu acest tip de dispozitive de conversie, deoarece majoritatea modelelor de tehnologie modernă au o sursă de alimentare încorporată. Sursele de alimentare neîntreruptibile (UPS) cu baterie încorporată aparțin aceleiași clase.
În unele cazuri, convertoarele de uz casnic sunt realizate conform unei scheme cu inel dublu (invertor).
Datorită unei astfel de conversii dintr-o sursă de curent continuu (baterie, de exemplu), este posibil să se obțină o tensiune alternativă cu o valoare standard de 220 volți la ieșire. O caracteristică a circuitelor electronice este capacitatea de a obține un semnal pur sinusoidal de amplitudine constantă la ieșire.
Dispozitive reglabile
Aceste unități sunt capabile de valoarea tensiunii de ieșire și o măresc. În practică, există mai des dispozitive care vă permit să modificați fără probleme valoarea redusă a potențialului de ieșire.
Cazul clasic este când 220 volți acționează la intrare și se obține o tensiune constantă reglabilă de 2 până la 30 volți la ieșire.
Dispozitivele cu reglare fină a parametrului de ieșire sunt utilizate în mod tradițional pentru testarea cadranului și a instrumentelor de măsurare digitale în laboratoarele moderne de cercetare.
Dispozitive fără transformator
Unitățile fără transformator (invertor) sunt construite pe un principiu electronic, implicând utilizarea unui modul de control separat. Un convertor de frecvență este utilizat ca o legătură intermediară în ele, care aduce semnalul de ieșire într-un formular convenabil pentru rectificare. În eșantioanele moderne de echipamente invertor, sunt instalate adesea microcontrolere programabile, care cresc semnificativ calitatea controlului conversiei.
Dispozitivele de înaltă tensiune sunt reprezentate de transformatoarele de stație deja descrise, care cresc și scad tensiunea transmisă în raporturile dorite.
Atunci când transferă energie prin liniile de înaltă tensiune și transformarea ulterioară, se străduiesc să reducă la minimum pierderile ei în wați.
Această clasă include, de asemenea, dispozitive care generează un semnal pentru a controla fasciculul într-un tub de televiziune (kinescop).
