Akýkoľvek prevodník napätia je elektrické alebo elektronické zariadenie schopné meniť jeho hodnotu o požadovanú hodnotu. Toto zariadenie je obzvlášť žiadané v situáciách, keď je potrebné do siete pripojiť záťaž s rôznymi hodnotami napätia. Okrem toho môžu hodnotu tohto parametra nielen znížiť, ale aj zvýšiť.
Princíp činnosti
Hlavnou požiadavkou, ktorá určuje princíp činnosti meničov napätia, je schopnosť prenášať užitočný výkon na výstup s minimálnymi stratami (aby sa zabezpečila maximálna účinnosť). Na tento účel často používajú moduly, ktoré sú z hľadiska strát hospodárne, napríklad elektronické invertory. Pre zváženie princípu činnosti je najpohodlnejší prevodník elektrického napätia zostavený podľa transformátorového obvodu. Podstata jeho fungovania je nasledovná:
- na vstupe zariadenia pochádza potenciál zo generátora striedavého napätia alebo z podobného zdroja prúdu;
- signál podobného tvaru sa odoberá z výstupu transformátora (z jeho sekundárneho vinutia);
- ak je to potrebné, striedavé výstupné napätie sa najskôr usmerní špeciálnou diódovou jednotkou a potom sa stabilizuje.
Z takejto schémy je veľmi ťažké dosiahnuť požadovanú účinnosť, pretože časť prenášaného výkonu sa stráca vo vinutí transformátora (v dôsledku rozptylu tepla).
Pre zaistenie vysokej účinnosti zariadenia sú na výstupe transformátora inštalované kľúčové obvody pracujúce v ekonomickom režime. Počas ich prevádzky sú na základe vysokorýchlostného prepínania tranzistorov z uzavretého stavu do otvoreného výrazne znížené straty výkonu vo vinutí.
Samočinná indukcia sa tradične používa v meničoch napätia určených na prevádzku s vysokonapäťovými zdrojmi napájania. Realizuje sa vo výstupných feritových jadrách s prudkým prerušením prúdu v primárnom vinutí. Ako taký chopper sa používajú všetky rovnaké tranzistory a impulzné napätie získané na výstupe sa potom upraví. Takéto schémy umožňujú získať vysoké potenciály 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 80%).
Oblasti použitia
Rozsah použitia viaczónových prevodníkov 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;
- keď je potrebné napájať záťažové obvody v širokej škále technologických oblastí.
V prvom prípade sa EMF generovaný v elektrárňach zvyšuje pomocou týchto zariadení z 6 - 24 kV na 110 - 220 kV - v tejto podobe je ľahšie ho „poháňať“ po drôtoch na veľké vzdialenosti. V regionálnych rozvodniach zabezpečujú jeho zníženie už ďalšie transformačné zariadenia, najskôr na 10 (6,3) kV a potom na obvyklých 380 voltov.
Pri servise technologických zariadení sa meniče napätia používajú ako elektrotermické zariadenia alebo zváracie transformátory.
V priemysle
Najrozsiahlejšou oblasťou použitia je poskytovanie kvalitných potravín pre tieto priemyselné vzory spotrebiteľov:
- zariadenia pracujúce v automatických riadiacich a monitorovacích linkách;
- telekomunikačné a komunikačné zariadenia;
- široká škála elektrických meracích prístrojov;
- špeciálne rozhlasové a televízne zariadenia a podobne.
Špeciálnu funkciu vykonávajú takzvané „izolačné“ transformátory, ktoré sa používajú na izoláciu záťažových vedení od vysokonapäťového vstupu.
Pretože takéto prevodníky „hrajú pomocnú úlohu“, majú najčastejšie nízky výkon a relatívne malé rozmery.
V každodennom živote, v medicíne a obrannom priemysle
Prevodníky napätia sú široko používané v každodennom živote. Väčšina zdrojov napájania používaných na nabíjanie domácich spotrebičov, ako aj zložitejšie zariadenia, ako napríklad:
- Prepäťové ochrany;
- invertory;
- nadbytočné zdroje napájania atď.
Tieto zariadenia sú najžiadanejšie v medicíne, vojenskej sfére, ako aj v energetike a vede. V týchto odvetviach sa na ne kladú obzvlášť „prísne“ požiadavky týkajúce sa kvality prevedeného napätia (napríklad „čistota“ sínusoidy).
Výhody a nevýhody
Medzi výhody meničov napätia patria:
- schopnosť riadiť parametre výstupného signálu - prevod jeho premennej hodnoty na konštantnú pomocou princípu frekvenčnej premeny;
- dostupnosť možnosti prepínania vstupných a výstupných obvodov (meniaca sa amplitúda napätia);
- prípustnosť úpravy ich menovitých hodnôt pre konkrétne zaťaženie;
- kompaktnosť a jednoduchosť konštrukcie prevodníkov pre domácnosť, ktoré sa často vyrábajú v modulárnom alebo nástennom prevedení;
- ziskovosť (podľa výrobcov ich účinnosť dosahuje 90%);
- jednoduché použitie a všestrannosť;
- možnosť prenosu elektriny na veľké vzdialenosti a zabezpečenie prevádzky obzvlášť kritických priemyselných odvetví.
Medzi nevýhody patria vysoké náklady a nízka odolnosť proti vlhkosti (s výnimkou modelov určených špeciálne pre prácu v podmienkach vysokej vlhkosti).
Odrody prevádzačov
- špeciálne zariadenia pre domácnosť;
- vysokonapäťové a vysokofrekvenčné zariadenia;
- beztransformátorové a invertorové impulzné zariadenia;
- Meniče jednosmerného napätia;
- nastaviteľné zariadenia.
Táto kategória elektronických zariadení zahŕňa prevodníky prúdu na napätie.
Domáce vybavenie
Bežný používateľ sa s týmto typom prevádzacích zariadení neustále stretáva, pretože väčšina modelov moderných technológií má zabudované napájanie. Zdroje neprerušiteľného napájania (UPS) so zabudovanou batériou patria do rovnakej triedy.
V niektorých prípadoch sú prevodníky pre domácnosť vyrobené podľa schémy dvojitého krúžku (invertor).
Vďaka takejto premene zo zdroja jednosmerného prúdu (napríklad z batérie) je možné na výstupe získať striedavé napätie štandardnej hodnoty 220 voltov. Funkciou elektronických obvodov je schopnosť získavať na výstupe čisto sínusový signál s konštantnou amplitúdou.
Nastaviteľné zariadenia
Tieto jednotky sú schopné hodnotu výstupného napätia zvyšovať. V praxi existujú častejšie zariadenia, ktoré umožňujú plynulo meniť zníženú hodnotu výstupného potenciálu.
Klasickým prípadom je, keď na vstup pôsobí 220 voltov a na výstupe sa dosiahne nastaviteľné konštantné napätie 2 až 30 voltov.
Zariadenia s jemným nastavením výstupného parametra sa tradične používajú na testovanie číselníkových a digitálnych meracích prístrojov v moderných výskumných laboratóriách.
Zariadenia bez transformátorov
Beztransformátorové (invertorové) jednotky sú postavené na elektronickom princípe, ktorý zahŕňa použitie samostatného riadiaceho modulu. Ako medzičlánok sa v nich používa frekvenčný menič, ktorý privádza výstupný signál do formy vhodnej na opravu. V moderných vzorkách invertorových zariadení sú často inštalované programovateľné mikrokontroléry, ktoré výrazne zvyšujú kvalitu riadenia konverzie.
Vysokonapäťové zariadenia predstavujú už popísané staničné transformátory, ktoré zvyšujú a znižujú prenášané napätie v požadovaných pomeroch.
Pri prenose energie vysokonapäťovým vedením a následnej transformácii sa snažia znížiť jej straty vo wattoch na minimum.
Do tejto triedy patria aj zariadenia, ktoré generujú signál na riadenie lúča v televíznej trubici (kineskop).
