Jeder Spannungswandler ist ein elektrisches oder elektronisches Gerät, das seinen Wert um den erforderlichen Wert ändern kann. Dieses Gerät ist besonders in Situationen gefragt, in denen eine Last mit unterschiedlichen Nennspannungen an das Netzwerk angeschlossen werden muss. Darüber hinaus können sie den Wert dieses Parameters nicht nur senken, sondern auch erhöhen.
Arbeitsprinzip
Die Hauptanforderung, die das Funktionsprinzip von Spannungswandlern bestimmt, ist die Fähigkeit, Nutzleistung mit minimalen Verlusten an den Ausgang zu übertragen (um maximale Effizienz sicherzustellen). Dazu verwenden sie häufig verlustsparende Module, beispielsweise elektronische Wechselrichter. Ein elektrischer Spannungswandler, der gemäß einer Transformatorschaltung aufgebaut ist, ist am bequemsten, um das Funktionsprinzip zu berücksichtigen. Das Wesentliche seiner Funktionsweise ist wie folgt:
- am Eingang des Geräts kommt das Potential von einem Wechselspannungsgenerator oder einer ähnlichen Stromquelle;
- Ein Signal ähnlicher Form wird vom Ausgang des Transformators (von seiner Sekundärwicklung) entfernt.
- Bei Bedarf wird die Ausgangswechselspannung zunächst durch einen speziellen Diodenblock gleichgerichtet und dann stabilisiert.
Es ist sehr schwierig, mit einer solchen Schaltung den gewünschten Wirkungsgrad zu erreichen, da ein Teil der übertragenen Leistung in den Transformatorwicklungen verloren geht (aufgrund der Wärmeableitung).
Um einen hohen Wirkungsgrad des Geräts zu erzielen, sind am Transformatorausgang Schlüsselschemata installiert, die in einem wirtschaftlichen Modus arbeiten. Wenn sie arbeiten, werden Leistungsverluste in den Wicklungen aufgrund der Hochgeschwindigkeitsumschaltung von Transistoren von geschlossen nach offen erheblich reduziert.
In Spannungswandlern, die für den Betrieb mit Hochspannungsquellen ausgelegt sind, wird traditionell das Phänomen der Selbstinduktion verwendet. Es ist in Ausgangsferritkernen mit einer starken Stromunterbrechung in der Primärwicklung implementiert. Alle gleichen Transistoren werden als solcher Zerhacker verwendet, und die am Ausgang empfangene Impulsspannung wird dann gleichgerichtet. Solche Schemata ermöglichen es, hohe Potentiale in der Größenordnung von mehreren zehn kV zu erhalten. Sie werden in Stromkreisen bereits veralteter Kathodenstrahlröhren sowie in Fernsehbildröhren eingesetzt. In diesem Fall ist es möglich, einen guten Wirkungsgrad (bis zu 80%) zu erzielen.
Einsatzgebiete
Der Umfang von Mehrzonenspannungswandlern ist sehr umfangreich. Sie werden traditionell für folgende Zwecke verwendet:
- in linearen Geräten zur Verteilung und Übertragung von Elektrizität;
- zur Durchführung kritischer technologischer Vorgänge wie Schweißen, Wärmebehandlung und dergleichen;
- ggf. Stromversorgung von Lastkreisen in verschiedenen Technologiebereichen.
Im ersten Fall wird die in Kraftwerken erzeugte EMF mit Hilfe dieser Geräte von 6-24 kV auf 110-220 kV erhöht - in dieser Form ist es einfacher, die Drähte über große Entfernungen zu „destillieren“. In Umspannwerken sorgen andere Transformatorgeräte bereits für eine Reduzierung zunächst auf 10 (6,3) kV und dann auf die üblichen 380 Volt.
Bei der Wartung von Prozessanlagen werden Spannungswandler als elektrothermische Anlagen oder Schweißtransformatoren eingesetzt.
In der Industrie
Der umfangreichste Anwendungsbereich besteht darin, den folgenden Industriedesigns von Verbrauchern eine qualitativ hochwertige Ernährung zu bieten:
- Geräte, die in automatischen Steuer- und Steuerleitungen betrieben werden;
- Telekommunikations- und Kommunikationsgeräte;
- eine breite Palette elektrischer Messinstrumente;
- spezielle Radio- und Fernsehgeräte und dergleichen.
Eine Sonderfunktion haben die sogenannten "Trenntransformatoren", mit denen die Lastleitungen vom Hochspannungseingang entkoppelt werden.
Da solche Wandler "eine Hilfsrolle spielen", haben sie meist eine geringe Leistung und eine relativ geringe Größe.
Im Alltag, in der Medizin und in der Verteidigungsindustrie
Spannungswandler sind im Alltag weit verbreitet. Basierend darauf basieren die meisten Netzteile zum Laden von Haushaltsgeräten sowie komplexere Geräte wie:
- Überspannungsschutz;
- Wechselrichter;
- redundante Netzteile usw.
Diese Geräte sind in der Medizin, im militärischen Bereich sowie in Energie und Wissenschaft am gefragtesten. In diesen Branchen sind sie besonders "strenge" Anforderungen an die Qualität der umgewandelten Spannung (z. B. "Reinheit" der Sinuskurve).
Vorteile und Nachteile
Die Vorteile von Spannungswandlern umfassen:
- die Fähigkeit, die Parameter des Ausgangssignals zu steuern - seine Variable nach dem Prinzip der Frequenzumwandlung in einen konstanten Wert umzuwandeln;
- Verfügbarkeit der Option zum Schalten von Eingangs- und Ausgangsschaltungen (Variation der Spannungsamplitude);
- die Zulässigkeit der Anpassung ihrer Nennwerte an eine bestimmte Last;
- Kompaktheit und Einfachheit der Konstruktion von Haushaltskonvertern, die häufig modular oder an der Wand montiert sind;
- Rentabilität (laut Hersteller erreicht ihr Wirkungsgrad 90%);
- Benutzerfreundlichkeit und Vielseitigkeit;
- die Fähigkeit, Elektrizität über große Entfernungen zu übertragen und den Betrieb kritischer Industrien sicherzustellen.
Zu den Nachteilen zählen hohe Kosten und geringe Feuchtigkeitsbeständigkeit (mit Ausnahme von Modellen, die speziell für den Einsatz bei hoher Luftfeuchtigkeit entwickelt wurden).
Sorten von Konvertern
Unter der Vielzahl der vorhandenen Konvertertypen fallen folgende Klassen auf:
- spezielle Geräte für zu Hause;
- Hochspannungs- und Hochfrequenzgeräte;
- transformatorlose und Wechselrichter-Impulsgeräte;
- DC / DC-Wandler;
- einstellbare Geräte.
Zu dieser Kategorie von elektronischen Geräten gehören Strom-Spannungs-Wandler.
Haushaltsgeräte
Ein gewöhnlicher Benutzer ist ständig mit dieser Art von Konvertergeräten konfrontiert, da die meisten Modelle moderner Technologie über ein eingebautes Netzteil verfügen. Die gleiche Klasse umfasst unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) mit eingebauter Batterie.
In einigen Fällen werden Haushaltskonverter gemäß einer Doppelringschaltung (Wechselrichterschaltung) ausgeführt.
Aufgrund dieser Umwandlung von einer Gleichstromquelle (z. B. Batterie) ist es möglich, am Ausgang eine Wechselspannung mit einem Standardwert von 220 Volt zu erhalten. Ein Merkmal elektronischer Schaltungen ist die Fähigkeit, am Ausgang ein rein sinusförmiges Signal konstanter Amplitude zu erhalten.
Einstellbare Geräte
Diese Geräte können die Ausgangsspannung bewerten und erhöhen. In der Praxis sind Geräte häufiger anzutreffen, mit denen Sie den niedrigeren Wert des Ausgangspotentials problemlos ändern können.
Der klassische Fall ist, wenn 220 Volt auf den Eingang wirken und eine einstellbare konstante Spannung von 2 bis 30 Volt am Ausgang erhalten wird.
Instrumente mit Feineinstellung des Ausgangsparameters werden traditionell zum Testen von Zifferblättern und digitalen Messgeräten in modernen Forschungslabors verwendet.
Transformatorlose Geräte
Transformatorlose (Wechselrichter-) Einheiten basieren auf einem elektronischen Prinzip, bei dem ein separates Steuermodul verwendet wird.Sie verwenden einen Frequenzumrichter als Zwischenverbindung, der das Ausgangssignal in eine für die Gleichrichtung geeignete Form führt. In modernen Proben von Wechselrichtergeräten werden häufig programmierbare Mikrocontroller installiert, die die Qualität der Umwandlungssteuerung erheblich verbessern.
Hochspannungsgeräte werden durch bereits beschriebene Stationstransformatoren dargestellt, die die übertragene Spannung in den erforderlichen Anteilen erhöhen und verringern.
Bei der Energieübertragung über Hochspannungsleitungen und der anschließenden Umwandlung wird versucht, die Wattverluste auf ein Minimum zu beschränken.
Die gleiche Klasse umfasst Geräte, die ein Signal zur Steuerung des Strahls in einer Fernsehröhre (Kinescope) bilden.
