Qualsevol convertidor de tensió és un dispositiu elèctric o electrònic capaç de canviar el seu valor pel valor requerit. Aquest dispositiu té una demanda especialment en situacions en què és necessari connectar una càrrega amb diferents qualificacions de tensió a la xarxa. A més, no només poden reduir el valor d’aquest paràmetre, sinó també augmentar-lo.
Principi de funcionament
El principal requisit que determina el principi de funcionament dels convertidors de tensió és la capacitat de transferir potència útil a la sortida amb pèrdues mínimes (per assegurar la màxima eficiència). Per això, sovint utilitzen mòduls econòmics quant a pèrdues, per exemple, inversors electrònics. Un convertidor de tensió elèctric construït segons un circuit de transformadors és el més convenient per considerar el principi de funcionament. L'essència del seu funcionament és la següent:
- a l'entrada del dispositiu, el potencial prové d'un generador de tensió alterna o una font de corrent similar;
- un senyal de forma similar s’elimina de la sortida del transformador (del seu bobinat secundari);
- si cal, la tensió de sortida alterna es rectifica primer amb un bloc de díodes especial, i després s’estabilitza.
És molt difícil aconseguir l’eficiència desitjada d’un circuit d’aquest tipus, ja que una part de la potència transmesa es perd en els bobinats del transformador (a causa de la dissipació tèrmica).
Per tal d’obtenir una alta eficiència del dispositiu, s’instal·len esquemes de claus que funcionen en un mode econòmic a la sortida del transformador. Quan funcionen, basats en la commutació d’alta velocitat de transistors de tancat a obert, les pèrdues de potència dels bobinats es redueixen significativament.
Als convertidors de tensió dissenyats per treballar amb fonts d’alimentació d’alta tensió, s’utilitza tradicionalment el fenomen d’autoinducció. Està implementat en nuclis de ferrita de sortida amb una forta interrupció del corrent en la bobinada primària. S'utilitzen tots els mateixos transistors com a tal picadora i, a continuació, es rectifica la tensió de pols rebuda a la sortida. Aquests esquemes permeten obtenir grans potencials de l'ordre de diverses desenes de kV. S'utilitzen en circuits de potència de tubs de raigs catòdics ja obsolets, així com en tubs d'imatges de televisió. En aquest cas, és possible obtenir una bona eficiència (fins a un 80%).
Àrees d’ús
L’abast dels convertidors de tensió de diverses zones és molt extens. S'utilitzen tradicionalment amb els propòsits següents:
- en dispositius lineals de distribució i transmissió d’electricitat;
- per dur a terme operacions tecnològiques tan importants com soldadura, tractament tèrmic i similars;
- si cal, alimentació de circuits de càrrega en diversos camps de la tecnologia.
En el primer cas, l'EMF generat a les centrals elèctriques augmenta amb l'ajuda d'aquests dispositius de 6-24 kV a 110-220 kV; d'aquesta forma és més fàcil "destil·lar" els cables a llargues distàncies. A les subestacions de districte, altres dispositius transformadors ja ofereixen la seva reducció, primer a 10 (6,3) kV, i després als 380 Volts habituals.
Quan es serveixen equips de procés de manteniment, s'utilitzen convertidors de tensió com a instal·lacions electrotèmiques o transformadores de soldadura.
A la indústria
El camp d'aplicació més extens proporciona una nutrició d'alta qualitat als següents dissenys industrials dels consumidors:
- equips que operen en línies de control i control automàtic;
- dispositius de telecomunicacions i comunicacions;
- una àmplia gamma d'instruments de mesura elèctrics;
- equips especials de ràdio i televisió i similars.
Una funció especial la duen a terme els transformadors anomenats "aïllament" utilitzats per desacoblar les línies de càrrega de l'entrada d'alta tensió.
Com que aquests convertidors "tenen un paper auxiliar", sovint tenen una potència petita i una mida relativament petita.
En la vida quotidiana, la medicina i la indústria de la defensa
Els convertidors de tensió s’utilitzen àmpliament en la vida quotidiana. Basant-se en ells, la majoria de les unitats d'alimentació utilitzades per carregar electrodomèstics i dispositius més complexos com ara:
- Protectors de sobretensió;
- inversors;
- fonts d'alimentació redundants, etc.
Aquests dispositius tenen més demanda en medicina, en l’àmbit militar, així com en energia i ciència. En aquestes indústries, són requisits especialment "estrictes" quant a la qualitat de la tensió convertida (per exemple, "puresa" del sinusoide).
Avantatges i inconvenients
Els avantatges dels convertidors de tensió inclouen:
- la capacitat de controlar els paràmetres del senyal de sortida: converteix la seva variable en un valor constant mitjançant el principi de conversió de freqüència;
- disponibilitat de l'opció de commutació de circuits d'entrada i sortida (variació en l'amplitud de tensió);
- la permissibilitat d’ajustar els seus valors nominals a una càrrega específica;
- compacitat i simplicitat del disseny dels convertidors domèstics, que sovint es fan amb un disseny modular o muntat a paret;
- rendibilitat (segons els fabricants, la seva eficiència arriba al 90%);
- facilitat d’ús i versatilitat;
- la capacitat de transmetre electricitat a llargues distàncies i assegurar el funcionament de les indústries crítiques.
Els desavantatges inclouen un elevat cost i una baixa resistència a la humitat (a excepció dels models dissenyats específicament per al seu ús amb alta humitat).
Varietats de convertidors
Entre tota la varietat de tipus de convertidors existents, destaquen les classes següents:
- dispositius especials per a la llar;
- equips d’alta tensió i alta freqüència;
- dispositius de pols inversor i sense transformador;
- Convertidors de corrent continu / corrent continu;
- dispositius regulables.
Per a aquesta categoria de dispositius electrònics, inclouen convertidors de corrent a tensió.
Electrodomèstics
Un usuari corrent s’enfronta constantment a aquest tipus de dispositius convertidors, ja que la majoria de models de tecnologia moderna tenen una font d’energia incorporada. La mateixa classe inclou fonts d'alimentació ininterrompuda (UPS) amb bateria incorporada.
En alguns casos, els convertidors domèstics es realitzen segons un circuit de doble anell (inversor).
A causa d'aquesta conversió a partir d'una font de corrent directa (per exemple, bateria), és possible obtenir una tensió alterna d'un valor estàndard de 220 volts a la sortida. Una característica dels circuits electrònics és la capacitat d’obtenir un senyal purament sinusoïdal d’amplitud constant a la sortida.
Dispositius regulables
Aquestes unitats poden valorar la tensió de sortida i augmentar-la. A la pràctica, els dispositius són més comuns que permeten canviar sense problemes el menor valor del potencial de sortida.
El cas clàssic és quan 220 volts actuen sobre l’entrada i s’obté una tensió constant regulable de 2 a 30 volts a la sortida.
Els instruments amb ajust ajustat del paràmetre de sortida s'utilitzen tradicionalment per provar instruments de mesura digital i digital en laboratoris moderns de recerca.
Dispositius sense transformador
Les unitats sense transformador (convertidor) es construeixen sobre un principi electrònic, que implica l'ús d'un mòdul de control independent.Utilitzen un convertidor de freqüència com a enllaç intermedi, que porta el senyal de sortida a una forma convenient per a la seva rectificació. En mostres modernes d'equips inversors, sovint s'instal·len microcontroladors programables que milloren significativament la qualitat del control de conversions.
Els dispositius d’alta tensió estan representats per transformadors d’estacions ja descrits, que augmenten i disminueixen la tensió transmesa en les proporcions requerides.
Quan es transfereixen energia mitjançant línies d’alta tensió i posterior transformació, es busca minimitzar les seves pèrdues en watts al mínim.
La mateixa classe inclou dispositius que formen un senyal per controlar el feix en un tub de televisió (kinescopi).
