Qualsiasi convertitore di tensione è un dispositivo elettrico o elettronico in grado di modificare il suo valore in base al valore richiesto. Questo dispositivo è particolarmente richiesto in situazioni in cui è necessario collegare alla rete un carico con diverse tensioni di tensione. Inoltre, non solo possono 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 questo, usano spesso moduli economici in termini di perdite, ad esempio gli inverter elettronici. Un convertitore di tensione elettrico 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 rimosso dall'uscita del trasformatore (dal suo avvolgimento secondario);
- se necessario, la tensione di uscita alternata viene prima rettificata da un apposito blocco a diodi e quindi stabilizzata.
È molto difficile ottenere l'efficienza desiderata da un tale circuito, poiché parte della potenza trasmessa viene persa negli avvolgimenti del trasformatore (a causa della dissipazione termica).
Per ottenere un'elevata efficienza dal dispositivo, all'uscita del trasformatore vengono installati schemi chiave che operano in modalità economica. Quando funzionano, in base alla commutazione ad alta velocità dei transistor da chiuso ad aperto, le perdite di potenza negli avvolgimenti sono significativamente ridotte.
Nei convertitori di tensione progettati per funzionare con fonti di energia ad alta tensione, il fenomeno dell'autoinduzione viene tradizionalmente utilizzato. È implementato nei nuclei di ferrite in uscita con una brusca interruzione della corrente nell'avvolgimento primario. Tutti gli stessi transistor vengono utilizzati come un tale chopper e la tensione di impulso ricevuta in uscita viene quindi rettificata. Tali schemi consentono di ottenere alti potenziali dell'ordine di diverse decine di kV. Sono utilizzati nei circuiti di alimentazione di tubi a raggi catodici già obsoleti, nonché in tubi di immagini televisive. In questo caso, è possibile ottenere una buona efficienza (fino all'80%).
Aree di utilizzo
L'ambito dei convertitori di tensione multi-zona è molto ampio. Sono tradizionalmente utilizzati per i seguenti scopi:
- in dispositivi lineari per la distribuzione e la trasmissione di elettricità;
- per eseguire operazioni tecnologiche critiche come saldatura, trattamento termico e simili;
- se necessario, alimentazione dei 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 "distillare" i fili su lunghe distanze. Nelle sottostazioni distrettuali, altri dispositivi di trasformazione forniscono già la sua riduzione, prima a 10 (6,3) kV e poi ai soliti 380 Volt.
Durante la manutenzione delle apparecchiature di processo, i convertitori di tensione vengono utilizzati come installazioni elettrotermiche o trasformatori di saldatura.
Nell'industria
Il campo di applicazione più ampio è fornire una nutrizione di alta qualità ai seguenti progetti industriali di consumatori:
- apparecchiature operanti in linee di controllo e controllo automatiche;
- dispositivi di telecomunicazione e comunicazione;
- una vasta gamma di strumenti di misura elettrici;
- apparecchiature radio e televisive speciali e simili.
Una funzione speciale è svolta dai cosiddetti trasformatori di "isolamento" utilizzati per disaccoppiare le linee di carico dall'ingresso ad alta tensione.
Poiché tali convertitori "svolgono un ruolo ausiliario", molto spesso hanno una potenza ridotta e dimensioni relativamente ridotte.
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. Sulla base di questi, la maggior parte degli alimentatori utilizzati per caricare elettrodomestici, nonché dispositivi più complessi come:
- Dispositivi di protezione da sovratensioni;
- inverter;
- alimentatori ridondanti, ecc.
Questi dispositivi sono più richiesti in medicina, nella sfera militare, nonché in energia e scienza. In questi settori, sono requisiti particolarmente "rigorosi" per quanto riguarda la qualità della tensione convertita ("purezza" della sinusoide, per esempio).
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi dei convertitori di tensione includono:
- la capacità di controllare i parametri del segnale di uscita - trasformando la sua variabile in un valore costante usando il principio della conversione di frequenza;
- disponibilità dell'opzione di commutazione dei circuiti di ingresso e uscita (variazione dell'ampiezza della tensione);
- la possibilità di adattare i loro valori nominali a un carico specifico;
- compattezza e semplicità di progettazione dei convertitori domestici, che sono spesso realizzati in un design modulare o montato a parete;
- redditività (secondo i produttori, la loro efficienza raggiunge il 90%);
- facilità d'uso e versatilità;
- la capacità di trasmettere elettricità su lunghe distanze e garantire il funzionamento di settori critici.
Gli svantaggi includono costi elevati e bassa resistenza all'umidità (ad eccezione dei modelli progettati specificamente per l'uso in presenza di umidità elevata).
Varietà di convertitori
Tra tutta la varietà di tipi esistenti di convertitori, spiccano le seguenti classi:
- dispositivi speciali per la casa;
- apparecchiature ad alta tensione e alta frequenza;
- dispositivi a impulsi senza trasformatore e inverter;
- Convertitori CC / CC;
- dispositivi regolabili.
A questa categoria di dispositivi elettronici includono convertitori da corrente a tensione.
Elettrodomestici
Un utente ordinario 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. La stessa classe include gruppi di continuità (UPS) con batteria integrata.
In alcuni casi, i convertitori domestici vengono eseguiti secondo un circuito a doppio anello (inverter).
A causa di questa conversione da una fonte di corrente continua (batteria, ad esempio), è possibile ottenere una tensione alternata di un valore standard di 220 volt all'uscita. Una caratteristica dei circuiti elettronici è la capacità di ottenere un segnale puramente sinusoidale di ampiezza costante all'uscita.
Dispositivi regolabili
Queste unità sono in grado di valutare la tensione di uscita e aumentarla. In pratica, i dispositivi sono più comuni che consentono di modificare senza problemi il valore più basso del potenziale di output.
Il caso classico è quando 220 volt agiscono sull'ingresso e si ottiene una tensione costante regolabile da 2 a 30 volt all'uscita.
Gli strumenti 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 secondo un principio elettronico, che prevede l'uso di un modulo di controllo separato.Usano un convertitore di frequenza come collegamento intermedio, 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 migliorano 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 nelle proporzioni richieste.
Quando trasferiscono energia attraverso linee ad alta tensione e successive trasformazioni, cercano di ridurre al minimo le perdite in watt.
La stessa classe include dispositivi che formano un segnale per controllare il raggio in un tubo televisivo (cinescopio).
