Любой преобразователь напряжения – это электротехническое или электронное устройство, способное изменять его величину на требуемое значение. Этот прибор особо востребован в ситуациях, когда к сети необходимо подключить нагрузку с различными номиналами напряжений. Причем они могут не только понижать значение этого параметра, но и повышать.
Принцип работы
Преобразователь напряжения 12/220В HP-1200
Основное требование, определяющее принцип работы преобразователей напряжения – возможность передать на выход полезную мощность с минимальными потерями (обеспечить максимальный КПД). Для этого в них нередко используются экономичные с точки зрения потерь модули, например, электронные инверторы. Электрический преобразователь напряжения, построенный по трансформаторной схеме – наиболее удобен для рассмотрения принципа работы. Суть его функционирования состоит в следующем:
- на вход устройства потенциал поступает с генератора переменного напряжения или подобного ему источника тока,
- схожий по форме сигнал снимается с выхода трансформатора (с его вторичной обмотки),
- при необходимости переменное выходное напряжение сначала выпрямляется специальным диодным блоком, а затем стабилизируется.
Добиться нужной эффективности от такой схемы очень сложно, поскольку в обмотках трансформатора теряется часть передаваемой мощности (из-за теплового рассеивания).
Чтобы получить от устройства высокий КПД, на выходе трансформатора устанавливаются ключевые схемы, работающие в экономичном режиме. При их работе, основанной на скоростном переключении транзисторов из закрытого состояния в открытое, потери мощности в обмотках существенно снижаются.
В преобразователях напряжения, рассчитанных на работу с высоковольтными источниками питания, традиционно используется явление самоиндукции. Она реализуется в выходных ферритовых сердечниках при резком прерывании тока в первичной обмотке. В качестве такого прерывателя используются все те же транзисторы, а получаемое на выходе импульсное напряжение затем выпрямляется. Такие схемы позволяют получать высокие потенциалы порядка нескольких десятков кВ. Они используются в цепях питания уже устаревших электронно-лучевых трубок, а также в телевизионных кинескопах. В этом случае удается получать неплохой КПД (до 80%).
Области применения
Разделитель 100 амперный
Сфера применения многозонных преобразователей напряжения очень обширна. Они традиционно используются в следующих целях:
- в линейных устройствах для распределения и передачи электроэнергии,
- для проведения таких ответственных технологических операций, как сварка, термическая обработка и им подобных,
- при необходимости электроснабжения нагрузочных цепей в самых различных областях техники.
В первом случае вырабатываемая на электростанциях ЭДС повышается с помощью этих устройств с 6-24 кВ до 110-220 кВ – в таком виде ее легче «перегонять» по проводам на дальние расстояния. На районных подстанциях уже другие трансформаторные устройства обеспечивают ее снижение сначала до 10 (6,3) кВ, а затем – до привычных 380 Вольт.
При обслуживании технологического оборудования преобразователи напряжения применяются в качестве электротермических установок или сварочных трансформаторов.
В промышленности
Самая обширная область применения – обеспечение качественным питанием следующих промышленных образцов потребителей:
- аппаратуры, работающей в линиях автоматического управления и контроля,
- устройств телекоммуникации и связи,
- широкого спектра электроизмерительных приборов,
- специального радио- и телевизионного оборудования и тому подобное.
Особую функцию выполняют так называемые «разделительные» трансформаторы, используемые для развязки нагрузочных линий от высоковольтного входа.
Поскольку такие преобразователи «играют вспомогательную роль», чаще всего они имеют небольшую мощность и сравнительно малые размеры.
В быту, медицине и оборонной промышленности
Преобразователь напряжения 24/12V DC-20
Достаточно широко применяются преобразователи напряжения и в быту. На их основе построено большинство БП, используемых для зарядки бытовой техники, а также более сложных устройств типа:
- стабилизаторы напряжения,
- инверторы,
- резервные блоки питания и т. п.
Наиболее востребованы эти устройства в медицине, военной сфере, а также в энергетике и науке. В этих отраслях к ним предъявляются особо «жесткие» требования, касающиеся качества преобразуемого напряжения («чистоты» синусоиды, например).
Преимущества и недостатки
К достоинствам преобразователей напряжения можно отнести:
- возможность управления параметрами выходного сигнала – превращение его переменной величины в постоянное значение с использованием принципа частотного преобразования,
- наличие опции коммутации входных и выходных цепей (варьирование амплитудой напряжения),
- допустимость подстройки их номинальных значений под конкретную нагрузку,
- компактность и простота конструкции бытовых преобразователей, которые нередко изготавливаются в модульном или настенном исполнении,
- экономичность (по заявлениям производителей их КПД достигает 90%),
- удобство пользования и универсальность,
- возможность передачи электроэнергии на удаленные расстояния и обеспечение работы особо ответственных отраслей промышленности.
К минусам относят высокую стоимость и низкую влагостойкость (за исключением моделей, предназначенных специально для работы в условиях повышенной влажности).
Разновидности преобразователей
Среди всего многообразия существующих видов преобразователей выделяются следующие классы:
- специальные устройства для дома,
- высоковольтное и высокочастотное оборудование,
- бестрансформаторные и инверторные импульсные устройства,
- преобразователи постоянного напряжения,
- регулируемые аппараты.
К этой же категории электронных приборов относят преобразователи тока в напряжение.
Аппаратура для дома
С этим типом преобразовательных устройств рядовой пользователь сталкивается постоянно, поскольку в большинстве моделей современной техники имеется встроенный блок питания. К тому же классу относятся бесперебойные источники питания (БИП), имеющие встроенный аккумулятор.
В отдельных случаях бытовые преобразователи выполняются по двойной кольцевой (инверторной) схеме.
За счет такого преобразования от источника постоянного тока (аккумулятора, например), удается получить на выходе переменное напряжение стандартной величины 220 Вольт. Особенностью электронных схем является возможность получения на выходе чисто синусоидального сигнала постоянной амплитуды.
Регулируемые устройства
Эти агрегаты способны значение выходного напряжения и повышать его. На практике чаще встречаются аппараты, позволяющие плавно изменять пониженное значение выходного потенциала.
Классическим является случай, когда на входе действует 220 Вольт, а на выходе получается регулируемое постоянное напряжение величиной от 2-х до 30 Вольт.
Приборы с тонкой регулировкой выходного параметра традиционно применяются для проверки стрелочных и цифровых измерительных приборов в условиях современных исследовательских лабораторий.
Бестрансформаторные приборы
Бестрансформаторные (инверторные) агрегаты построены по электронному принципу, предполагающему применение отдельного модуля управления. В качестве промежуточного звена в них используется преобразователь частоты, приводящий сигнал на выходе к удобному для выпрямления виду. В современных образцах инверторного оборудования нередко устанавливаются программируемые микроконтроллеры, существенно повышающие качество управление преобразованием.
Высоковольтные устройства представлены уже описанными станционными трансформаторами, повышающими и понижающими передаваемое напряжение в нужных соотношениях.
При передаче энергии по высоковольтным линиям и последующей трансформации стремятся свести ее потери в ваттах к минимуму.
К этому же классу относятся устройства, формирующие сигнал для управления лучом в телевизионной трубке (кинескопе).