Akýkoľvek menič napätia je elektrické alebo elektronické zariadenie schopné zmeniť svoju hodnotu o požadovanú hodnotu. Toto zariadenie je zvlášť žiadané v situáciách, keď je potrebné pripojiť k sieti záťaž s rôznymi menovitými hodnotami napätia. Okrem toho môžu nielen znížiť hodnotu tohto parametra, ale tiež ju zvýšiť.
Princíp činnosti
Hlavnou požiadavkou, ktorá určuje princíp činnosti prevodníkov napätia, je schopnosť prenášať užitočný výkon na výstup s minimálnymi stratami (aby sa zabezpečila maximálna účinnosť). Na tento účel často používajú moduly, ktoré sú hospodárne z hľadiska strát, napríklad elektronické invertory. Pre zváženie princípu činnosti je najvhodnejší elektrický menič napätia vyrobený podľa transformátorového obvodu. Podstata jeho fungovania je nasledovná:
- na vstupe zariadenia potenciál pochádza z generátora striedavého napätia alebo z podobného zdroja prúdu;
- signál podobný tvaru je odstránený z výstupu transformátora (z jeho sekundárneho vinutia);
- v prípade potreby sa striedavé výstupné napätie najskôr usmerní špeciálnym diódovým blokom a potom sa stabilizuje.
Je veľmi ťažké dosiahnuť požadovanú účinnosť z takého obvodu, pretože časť prenášaného výkonu je stratená vo vinutí transformátora (v dôsledku tepelného rozptylu).
Na dosiahnutie vysokej účinnosti zariadenia sú na výstupe transformátora nainštalované kľúčové schémy, ktoré pracujú v ekonomickom režime. Keď pracujú, na základe vysokorýchlostného prepínania tranzistorov zo zatvorených na otvorené, sú straty energie vo vinutiach výrazne znížené.
V meničoch napätia navrhnutých pre prácu s vysokonapäťovými zdrojmi energie sa tradične používa jav samoindukcie. Je implementovaný vo výstupných feritových jadrách s ostrým prerušením prúdu v primárnom vinutí. Ako taký chopper sa používajú všetky rovnaké tranzistory a pulzné napätie prijaté na výstupe sa potom usmerní. Takéto schémy umožňujú získať vysoký potenciál rádovo niekoľko desiatok kV. Používajú sa v silových obvodoch už zastaraných katódových trubíc, ako aj v televíznych obrazovkách. V takom prípade je možné dosiahnuť dobrú účinnosť (až do 80%).
Oblasti použitia
Rozsah viaczónových meničov napätia je veľmi rozsiahly. Tradične sa používajú na tieto účely:
- v lineárnych zariadeniach na distribúciu a prenos elektriny;
- na vykonávanie takých kritických technologických operácií, ako je zváranie, tepelné spracovanie a podobne;
- v prípade potreby napájanie záťažových obvodov v rôznych oblastiach techniky.
V prvom prípade sa pomocou týchto zariadení zvyšuje EMF generovaný v elektrárňach z 6-24 kV na 110-220 kV - v tejto forme je ľahšie „destilovať“ drôty na veľké vzdialenosti. Na okresných staniciach už iné transformátorové zariadenia zabezpečujú jeho zníženie, najskôr na 10 (6,3) kV a potom na obvyklých 380 voltov.
Pri údržbe technologického zariadenia sa meniče napätia používajú ako elektrotermálne zariadenia alebo zváracie transformátory.
V priemysle
Najrozsiahlejšou oblasťou použitia je poskytovanie kvalitnej výživy nasledujúcim priemyselným vzorom spotrebiteľov:
- zariadenia pracujúce v automatických ovládacích a riadiacich linkách;
- telekomunikačné a komunikačné zariadenia;
- široká škála elektrických meracích prístrojov;
- špeciálne rozhlasové a televízne zariadenie a podobne.
Špeciálnu funkciu vykonávajú tzv. „Izolačné“ transformátory používané na oddelenie záťažových vedení od vysokonapäťového vstupu.
Pretože takéto prevodníky „hrajú pomocnú úlohu“, najčastejšie majú malú silu a relatívne malú veľkosť.
V každodennom živote, medicíne a obrannom priemysle
Prevodníky napätia sa široko používajú v každodennom živote. Na základe nich väčšina jednotiek PSU používala na nabíjanie domácich spotrebičov, ako aj komplexnejších zariadení, ako napríklad:
- Prepäťové ochrany;
- invertory;
- redundantné napájacie zdroje atď.
Tieto zariadenia sú najviac žiadané v medicíne, vo vojenskej oblasti, ako aj v energetike a vede. V týchto odvetviach sú to najmä „prísne“ požiadavky týkajúce sa kvality prevádzaného napätia (napríklad „čistota“ sínusoidy).
Výhody a nevýhody
Výhody meničov napätia zahŕňajú:
- schopnosť ovládať parametre výstupného signálu - premieňať jeho premennú na konštantnú hodnotu pomocou princípu frekvenčnej konverzie;
- dostupnosť možnosti spínania vstupných a výstupných obvodov (zmena amplitúdy napätia);
- prípustnosť úpravy ich nominálnych hodnôt na konkrétne zaťaženie;
- kompaktnosť a jednoduchosť konštrukcie domácich prevodníkov, ktoré sa často vyrábajú v modulárnom alebo nástennom prevedení;
- ziskovosť (podľa výrobcov dosahuje ich účinnosť 90%);
- ľahkosť použitia a univerzálnosť;
- schopnosť prenášať elektrinu na veľké vzdialenosti a zabezpečiť fungovanie kritických odvetví.
Nevýhody zahŕňajú vysoké náklady a nízku odolnosť proti vlhkosti (s výnimkou modelov špeciálne navrhnutých pre použitie vo vysokej vlhkosti).
Druhy prevodníkov
Z celej škály existujúcich typov prevodníkov vynikajú tieto triedy:
- špeciálne zariadenia pre domácnosť;
- vysokonapäťové a vysokofrekvenčné vybavenie;
- beztransformátorové a invertorové impulzné zariadenia;
- DC / DC prevodníky;
- nastaviteľné zariadenia.
Do tejto kategórie elektronických zariadení patria prevodníky prúdu na napätie.
Domáce spotrebiče
Bežný používateľ je neustále konfrontovaný s týmto typom prevodníkov, pretože väčšina modelov moderných technológií má zabudovaný zdroj energie. Do rovnakej triedy patria zdroje nepretržitého napájania (UPS) so vstavanou batériou.
V niektorých prípadoch sa domáce prevodníky vykonávajú podľa obvodu s dvojitým krúžkom (invertor).
Vďaka tejto konverzii zo zdroja jednosmerného prúdu (napríklad z batérie) je možné na výstupe získať striedavé napätie štandardnej hodnoty 220 voltov. Znakom elektronických obvodov je schopnosť získať na výstupe čisto sínusový signál konštantnej amplitúdy.
Nastaviteľné zariadenia
Tieto jednotky dokážu oceniť výstupné napätie a zvýšiť ho. V praxi sú zariadenia bežnejšie a umožňujú hladkú zmenu nižšej hodnoty výstupného potenciálu.
Klasický prípad je, keď na vstup pôsobí 220 voltov a na výstupe je nastaviteľné konštantné napätie 2 až 30 voltov.
Prístroje s jemným nastavením výstupného parametra sa tradične používajú na testovanie číselníkových a digitálnych meracích prístrojov v moderných výskumných laboratóriách.
Zariadenia bez transformátorov
Transformátorové (invertorové) jednotky sú postavené na elektronickom princípe a zahŕňajú použitie samostatného riadiaceho modulu.Ako medziobvod používajú frekvenčný menič, ktorý privádza výstupný signál do vhodnej formy na opravu. V moderných vzorkách invertorových zariadení sa často inštalujú programovateľné mikrokontroléry, ktoré výrazne zlepšujú kvalitu riadenia konverzie.
Vysokonapäťové zariadenia sú reprezentované už opísanými staničnými transformátormi, ktoré zvyšujú a znižujú prenášané napätie v požadovaných pomeroch.
Pri prenose energie cez vysokonapäťové vedenia a následnej transformácii sa snažia minimalizovať svoje straty vo wattoch na minimum.
Rovnaká trieda zahŕňa zariadenia, ktoré vytvárajú signál na reguláciu lúča v televíznej trubici (kineskop).
