Vsak napetostni pretvornik je električna ali elektronska naprava, ki lahko spremeni svojo vrednost na zahtevano vrednost. Ta naprava je še posebej v povpraševanju v situacijah, ko je treba na omrežje priključiti obremenitve z različnimi nazivnimi napetostmi. Poleg tega ne morejo le znižati vrednosti tega parametra, ampak ga tudi povečati.
Princip delovanja
Glavna zahteva, ki določa načelo delovanja napetostnih pretvornikov, je sposobnost prenosa uporabne moči na izhod z minimalnimi izgubami (za zagotovitev največje učinkovitosti). Za to pogosto uporabljajo module, ki varčujejo z izgubo, na primer elektronske pretvornike. Pretvornik električne napetosti, zgrajen po transformatorskem vezju, je najprimernejši za upoštevanje načela delovanja. Bistvo njegovega delovanja je naslednje:
- potencial se dovaja na vhod naprave iz generatorja izmenične napetosti ali podobnega vira toka;
- signal podobne oblike se odstrani iz izhoda transformatorja (iz njegovega sekundarnega navitja);
- če je potrebno, se izmenična izhodna napetost najprej popravi s posebno diodno enoto in nato stabilizira.
Iz takega vezja je zelo težko doseči želeno učinkovitost, saj se del prenesene moči izgubi v navitjih transformatorja (zaradi toplotne disipacije).
Da bi dosegli visoko učinkovitost naprave, so na izhodu transformatorja nameščena ključna vezja, ki delujejo v energijsko učinkovitem načinu. Ko delujejo na podlagi hitrega preklopa tranzistorjev iz zaprtega v odprto stanje, se izgube moči v navitjih znatno zmanjšajo.
Napetostni pretvorniki, zasnovani za delo z visokonapetostnimi napajalniki, tradicionalno uporabljajo pojav samoindukcije. Izvaja se v izhodnih feritnih jedrih, ko se tok v primarnem navitju nenadoma prekine. Kot tak sekalnik se uporabljajo isti tranzistorji, impulzna napetost, dobljena na izhodu, pa se nato popravi. Takšna vezja omogočajo pridobivanje visokih potencialov reda nekaj deset kV. Uporabljajo se v napajalnih tokokrogih že zastarelih katodnih cevi, pa tudi v televizijskih slikovnih cevi. V tem primeru je mogoče doseči dobro učinkovitost (do 80%).
Aplikacije
Obseg uporabe večconskih napetostnih pretvornikov je zelo obsežen. Tradicionalno se uporabljajo za naslednje namene:
- v linearnih napravah za distribucijo in prenos električne energije;
- za izvajanje kritičnih tehnoloških operacij, kot so varjenje, toplotna obdelava in podobno;
- ko je treba napajati obremenitvena vezja na najrazličnejših tehničnih področjih.
V prvem primeru se EMF, ki nastane v elektrarnah, s pomočjo teh naprav poveča s 6-24 kV na 110-220 kV - v tej obliki ga je lažje "voziti" skozi žice na dolge razdalje. Na regionalnih transformatorskih postajah druge transformatorske naprave zagotavljajo njegovo zmanjšanje, najprej na 10 (6,3) kV, nato pa na običajnih 380 voltov.
Pri servisiranju procesne opreme se napetostni pretvorniki uporabljajo kot elektrotermične instalacije ali varilni transformatorji.
V industriji
Najobsežnejše področje uporabe je zagotavljanje visokokakovostnega napajanja naslednjih industrijskih modelov potrošnikov:
- oprema, ki deluje v avtomatskih krmilnih in nadzornih linijah;
- telekomunikacijske in komunikacijske naprave;
- širok izbor električnih merilnih instrumentov;
- posebna radijska in televizijska oprema in podobno.
Posebno funkcijo opravljajo tako imenovani "izolacijski" transformatorji, ki se uporabljajo za izolacijo bremenskih vodov od visokonapetostnega vhoda.
Ker takšni pretvorniki "igrajo pomožno vlogo", imajo najpogosteje nizko moč in relativno majhne dimenzije.
V vsakdanjem življenju, medicini in obrambni industriji
Napetostni pretvorniki se pogosto uporabljajo v vsakdanjem življenju. Večina napajalnikov, ki se uporabljajo za polnjenje gospodinjskih aparatov, pa tudi bolj zapletenih naprav, kot so:
- stabilizatorji napetosti;
- pretvorniki;
- rezervno napajanje itd.
Po teh napravah je največ povpraševanja v medicini, vojski, pa tudi v energetiki in znanosti. V teh panogah veljajo še posebej "stroge" zahteve glede kakovosti pretvorjene napetosti ("čistost" sinusoide, na primer).
Prednosti in slabosti
Prednosti napetostnih pretvornikov vključujejo:
- možnost nadzora parametrov izhodnega signala - pretvorba njegove spremenljive vrednosti v konstantno vrednost po principu frekvenčne pretvorbe;
- razpoložljivost možnosti za preklapljanje vhodnih in izhodnih vezij (spremenljiva amplituda napetosti);
- dopustnost prilagajanja njihovih nazivnih vrednosti za določeno obremenitev;
- kompaktnost in enostavnost zasnove gospodinjskih pretvornikov, ki so pogosto izdelani v modularni ali stenski različici;
- učinkovitost (po mnenju proizvajalcev njihova učinkovitost doseže 90%);
- enostavnost uporabe in vsestranskost;
- možnost prenosa električne energije na oddaljene razdalje in zagotavljanje delovanja posebej kritičnih industrij.
Pomanjkljivosti vključujejo visoke stroške in nizko odpornost na vlago (z izjemo modelov, zasnovanih posebej za delovanje v pogojih visoke vlažnosti).
Vrste pretvornikov
- posebne naprave za dom;
- visokonapetostna in visokofrekvenčna oprema;
- impulzne naprave brez transformatorja in inverterja;
- pretvorniki enosmerne napetosti;
- nastavljive naprave.
Ta kategorija elektronskih naprav vključuje pretvornike toka v napetost.
Oprema za dom
Povprečen uporabnik se s tovrstnimi pretvorniškimi napravami srečuje ves čas, saj ima večina modelov sodobne tehnologije vgrajen napajalnik. V isti razred spadajo napajalniki brez prekinitev (UPS), ki imajo vgrajeno baterijo.
V nekaterih primerih so gospodinjski pretvorniki izdelani z dvojnim obročnim (inverterskim) vezjem.
Zaradi te pretvorbe iz vira enosmernega toka (na primer baterije) je mogoče na izhodu dobiti izmenično napetost standardne vrednosti 220 voltov. Značilnost elektronskih vezij je zmožnost pridobitve čisto sinusnega signala s konstantno amplitudo na izhodu.
Nastavljive naprave
Te enote so sposobne povečati izhodno napetost in jo povečati. V praksi pogosteje obstajajo naprave, ki vam omogočajo gladko spreminjanje zmanjšane vrednosti izhodnega potenciala.
Klasičen primer je, ko je vhod 220 voltov, izhod pa proizvaja nastavljivo konstantno napetost v razponu od 2 do 30 voltov.
Naprave s fino nastavitvijo izhodnega parametra se tradicionalno uporabljajo za testiranje kazalnih in digitalnih merilnih instrumentov v sodobnih raziskovalnih laboratorijih.
Naprave brez transformatorja
Breztransformatorske (inverterske) enote so zgrajene po elektronskem principu, ki vključuje uporabo ločenega krmilnega modula. Kot vmesno povezavo uporabljajo frekvenčni pretvornik, ki pretvori izhodni signal v obliko, primerno za popravljanje. V sodobnih modelih pretvorniške opreme so pogosto nameščeni programabilni mikrokrmilniki, ki bistveno izboljšajo kakovost krmiljenja pretvorbe.
Visokonapetostne naprave predstavljajo že opisani postajni transformatorji, ki povečajo in znižajo preneseno napetost v zahtevanih razmerjih.
Pri prenosu energije po visokonapetostnih vodih in kasnejši transformaciji si prizadevajo zmanjšati njene izgube v vatih na minimum.
Ta razred vključuje tudi naprave, ki ustvarjajo signal za krmiljenje žarka v televizijski cevi (kineskop).
