Pretvarač napona je uređaj koji mijenja napon strujnog kola. Ovo je elektronski uređaj koji se koristi za promjenu vrijednosti ulaznog napona uređaja. Pretvarači napona mogu povećati ili smanjiti ulazni napon, uključujući promjenu veličine i frekvencije originalnog napona.

Potreba za korištenjem ovog uređaja prvenstveno se javlja u slučajevima kada je potrebno koristiti bilo koji električni uređaj na mjestima gdje je nemoguće koristiti postojeće standarde ili mogućnosti napajanja. Pretvarači se mogu koristiti kao zaseban uređaj ili kao dio sistema besprekidnog napajanja i izvora električne energije. Široko se koriste u mnogim oblastima industrije, u svakodnevnom životu i drugim sektorima.

Uređaj

Za pretvaranje jednog nivoa napona u drugi, često se koriste impulsni pretvarači napona koji koriste induktivne uređaje za skladištenje energije. Prema tome, poznata su tri tipa konvertorskih kola:

• Invertovanje.
• Raising.
• Nadogradnja.

Ove vrste pretvarača imaju pet zajedničkih elemenata:

• Preklopni element sa ključem.
• Napajanje.
• Induktivno skladištenje energije (prigušnica, induktor).
• Filterski kondenzator koji je povezan paralelno sa otporom opterećenja.
• Blokirajuća dioda.

Uključivanje ovih pet elemenata u različite kombinacije omogućava kreiranje bilo kojeg od navedenih tipova impulsnih pretvarača.

Regulacija nivoa izlaznog napona pretvarača osigurava se promjenom širine impulsa, koji kontroliraju rad ključnog prekidača. Stabilizacija izlaznog napona se stvara metodom povratne sprege: promjena izlaznog napona stvara automatsku promjenu širine impulsa.

Tipičan predstavnik naponskog pretvarača je i transformator. Konvertuje izmjenični napon jedne vrijednosti u AC napon druge vrijednosti. Ovo svojstvo transformatora se široko koristi u radio elektronici i elektrotehnici.

Transformatorski uređaj uključuje sljedeće elemente:

• Magnetno jezgro.
• Primarni i sekundarni namotaj.
• Okvir za namotaje.
• Izolacija.
• Sistem hlađenja.
• Ostali elementi (za pristup terminalima za namotaje, instalaciju, zaštitu transformatora i tako dalje).

Napon koji će transformator proizvoditi na sekundarnom namotu ovisit će o zavojima koji su prisutni na primarnom i sekundarnom namotu.

Postoje i druge vrste pretvarača napona koji imaju drugačiji dizajn. Njihov uređaj je u većini slučajeva napravljen na poluvodičkim elementima, jer pružaju značajnu efikasnost.

Princip rada

Pretvarač napona stvara napon napajanja potrebne vrijednosti iz drugog napona napajanja, na primjer, za napajanje određene opreme iz baterije. Jedan od glavnih zahteva za pretvarač je da obezbedi maksimalnu efikasnost.

Pretvorba naizmjeničnog napona može se lako ostvariti pomoću transformatora, zbog čega se takvi pretvarači jednosmjernog napona često stvaraju na osnovu međupretvorbe jednosmjernog napona u naizmjenični napon.

• Snažni generator naizmjeničnog napona, koji se napaja izvornim izvorom istosmjernog napona, priključen je na primarni namotaj transformatora.
• Izmjenični napon potrebne veličine uklanja se iz sekundarnog namotaja, koji se zatim ispravlja.
• Po potrebi se konstantni izlazni napon ispravljača stabilizira pomoću stabilizatora, koji se uključuje na izlazu ispravljača, ili kontrolom parametara naizmjeničnog napona koji generiše generator.
• Da bi se postigla visoka efikasnost, pretvarači napona koriste generatore koji rade u prekidačkom režimu i generišu napon koristeći logička kola.
• Izlazni tranzistori generatora, koji prebacuju napon na primarnom namotu, prelaze iz zatvorenog stanja (ne teče struja kroz tranzistor) u stanje zasićenja, gdje napon na tranzistoru opada.
• U naponskim pretvaračima visokonaponskih izvora napajanja najčešće se koristi samoinduktivna emf, koja se stvara na induktivnosti u slučajevima naglog prekida struje. Tranzistor se ponaša kao strujni prekidač, a primarni namotaj pojačanog transformatora djeluje kao induktivitet. Izlazni napon se stvara na sekundarnom namotu i ispravlja. Takva kola mogu generirati napone do nekoliko desetina kV. Često se koriste za napajanje katodnih cijevi, slikovnih cijevi i tako dalje. Ovo osigurava efikasnost iznad 80%.

Vrste

Konvertori se mogu klasifikovati na više načina.

DC/DC pretvarači:

• Regulatori napona.
• Konvertori nivoa napona.
• Linearni stabilizator napona.

AC/DC pretvarači:

• Preklopni stabilizatori napona.
• Napajanja.
• Ispravljači.

DC u AC pretvarači:

• Inverteri.

AC pretvarači napona:

• Transformatori varijabilne frekvencije.
• Pretvarači frekvencije i napona.
• Regulatori napona.
• Pretvarači napona.
• Transformatori raznih vrsta.

Pretvarači napona u elektronici, prema dizajnu, također se dijele na sljedeće vrste:

• Na piezoelektričnim transformatorima.
• Samogenerirajuće.
• Transformator sa impulsnom pobudom.
• Preklopna napajanja.
• Impulsni pretvarači.
• Multiplekser.
• Sa uključenim kondenzatorima.
• Kondenzator bez transformatora.

Posebnosti

• U nedostatku ograničenja zapremine i težine, kao i kada je napon napajanja visok, racionalno je koristiti pretvarače na bazi tiristora.
• Poluvodički pretvarači na bazi tiristora i tranzistori mogu biti regulirani i neregulisani. U ovom slučaju, podesivi pretvarači se mogu koristiti kao AC i DC stabilizatori napona.
• Prema načinu pobuđivanja oscilacija u uređaju mogu postojati kola sa nezavisnom pobudom i samopobudom. Krugovi sa nezavisnom pobudom su napravljeni od pojačivača snage i glavnog oscilatora. Impulsi sa izlaza generatora šalju se na ulaz pojačala snage, što omogućava njegovu kontrolu. Samopobudna kola su impulsni autooscilatori.

Aplikacija

• Za distribuciju i prijenos električne energije. U elektranama, generatori naizmjenične struje obično proizvode energiju napona od 6-24 kV. Za prijenos energije na velike udaljenosti, korisno je koristiti veći napon. Kao rezultat toga, transformatori su instalirani u svakoj elektrani za povećanje napona.
• Za razne tehnološke namjene: elektrotermalne instalacije (elektropeći transformatori), zavarivanje (zavarivački transformatori) i sl.
• Za napajanje različitih kola;

— automatizacija u telemehanici, komunikacijskim uređajima, električnim uređajima;
— radio i televizijska oprema.

Za odvajanje električnih kola ovih uređaja, uključujući usklađivanje napona i tako dalje. Transformatori koji se koriste u ovim uređajima, u većini slučajeva, imaju malu snagu i nizak napon.

• Pretvarači napona gotovo svih vrsta imaju široku primjenu u svakodnevnom životu. Napajanja za mnoge kućne aparate, složene elektronske uređaje i inverterske jedinice se široko koriste za obezbeđivanje potrebnog napona i osiguranje autonomnog napajanja. Na primjer, ovo može biti inverter koji se može koristiti za hitni ili rezervni izvor napajanja za kućanske aparate (TV, električni alati, kuhinjski aparati, itd.) koji troše naizmjeničnu struju od 220 Volti.
• Najskuplji i najtraženiji u medicini, energetici, vojsci, nauci i industriji su pretvarači koji imaju izlazni naizmjenični napon čistog sinusnog oblika. Ovaj oblik je pogodan za rad uređaja i instrumenata koji imaju povećanu osjetljivost na signal. To uključuje mjernu i medicinsku opremu, električne pumpe, plinske kotlove i frižidere, odnosno opremu koja sadrži elektromotore. Pretvarači su često potrebni da bi se produžio vijek trajanja opreme.

Prednosti i nedostaci

Prednosti naponskih pretvarača uključuju:

• Omogućava kontrolu ulaznog i izlaznog strujnog režima. Ovi uređaji pretvaraju izmjeničnu struju u jednosmjernu i služe kao razdjelnici i transformatori jednosmjernog napona. Stoga se često mogu naći u proizvodnji i svakodnevnom životu.
• Dizajn većine modernih pretvarača napona ima mogućnost prebacivanja između različitih ulaznih i izlaznih napona, uključujući i mogućnost podešavanja izlaznog napona. Ovo vam omogućava da odaberete pretvarač napona za određeni uređaj ili priključeno opterećenje.
• Kompaktnost i lakoća kućnih pretvarača napona, na primjer, automobilskih pretvarača. Oni su minijaturni i ne zauzimaju puno prostora.
• Ekonomičan. Efikasnost naponskih pretvarača dostiže 90%, što rezultira značajnim uštedama energije.
• Pogodnost i svestranost. Pretvarači vam omogućavaju brzo i jednostavno povezivanje bilo kojeg električnog uređaja.
• Mogućnost prijenosa električne energije na velike udaljenosti zbog povećanog napona i tako dalje.
• Osiguravanje pouzdanog rada kritičnih komponenti: sigurnosnih sistema, rasvjete, pumpi, kotlova za grijanje, naučne i vojne opreme itd.

Nedostaci pretvarača napona uključuju:

• Osjetljivost naponskih pretvarača na visoku vlažnost (osim pretvarača posebno dizajniranih za upotrebu u vodnom transportu).
• Zauzimaju malo prostora.
• Relativno visoka cijena.

Za pretvaranje jednosmjerne struje u naizmjeničnu struju koriste se posebni elektronski uređaji za napajanje koji se nazivaju invertori. Najčešće, inverter pretvara DC napon jedne vrijednosti u AC napon druge vrijednosti.

dakle, inverter je generator periodično promjenjivog napona, a oblik napona može biti sinusoidan, blizak sinusoidnom ili impulsni. Invertori se koriste i kao nezavisni uređaji i kao dio sistema neprekidnog napajanja (UPS).

Kao dio neprekidnog napajanja (UPS), pretvarači omogućavaju, na primjer, kontinuirano napajanje računarskih sistema, a ako mrežni napon iznenada nestane, inverter će momentalno početi da napaja računar energijom dobijenom iz rezervne baterije. Korisnik će barem imati vremena da se ispravno isključi i isključi računar.

Veći uređaji za besprekidno napajanje koriste snažnije pretvarače sa baterijama značajnog kapaciteta koji mogu autonomno napajati potrošače satima, bez obzira na mrežu, a kada se mreža ponovo vrati u normalu, UPS će automatski prebaciti potrošače direktno na mrežu, a baterije će početi da se puni.

Tehnička strana

U modernim tehnologijama za pretvaranje električne energije, pretvarač može djelovati samo kao posredna karika, gdje je njegova funkcija pretvaranje napona transformacijom na visokoj frekvenciji (desetine i stotine kiloherca). Srećom, danas se ovaj problem može lako riješiti, jer su za razvoj i konstrukciju invertera na raspolaganju oba poluvodička prekidača koji mogu izdržati struje od stotine ampera, kao i magnetska kola sa potrebnim parametrima, te elektronski mikrokontroleri posebno dizajnirani za pretvarače. (uključujući i rezonantne).

Zahtjevi za pretvarače, kao i za druge energetske uređaje, uključuju: visoku efikasnost, pouzdanost i što manje dimenzije i težinu. Također je potrebno da pretvarač održava dozvoljeni nivo viših harmonika u ulaznom naponu, te da ne stvara nedopustivo jak impulsni šum za potrošače.

U sistemima sa “zelenim” izvorima električne energije (solarni paneli, vjetroturbine), grid-tie invertori se koriste za napajanje električnom energijom direktno u opću mrežu - invertori koji mogu raditi sinhrono sa industrijskom mrežom.

U toku rada pretvarača napona, izvor konstantnog napona se periodično uključuje na strujni krug sa naizmjeničnim polaritetom, dok frekvenciju veza i njihovo trajanje formira upravljački signal koji dolazi iz regulatora.

Regulator u pretvaraču obično obavlja nekoliko funkcija: podešavanje izlaznog napona, sinkroniziranje rada poluvodičkih prekidača i zaštitu kruga od preopterećenja. U principu, pretvarači se dijele na: autonomne pretvarače (strujni invertori i pretvarači napona) i zavisne pretvarače (mrežni, mrežni, itd.)

Dizajn inverterskog kola

Poluvodičkim prekidačima pretvarača upravlja kontroler i imaju reverzne šant diode. Napon na izlazu pretvarača, ovisno o trenutnoj snazi ​​opterećenja, regulira se automatskim promjenom širine impulsa u jedinici visokofrekventnog pretvarača, u najjednostavnijem slučaju to je.

Polutalasi izlaznog niskofrekventnog napona moraju biti simetrični tako da strujni krugovi ni u kom slučaju ne primaju značajnu konstantnu komponentu (za transformatore je to posebno opasno); za to je potrebno širina impulsa niskofrekventnog bloka (u najjednostavniji slučaj) postaje konstantan.

U upravljanju izlaznim prekidačima pretvarača koristi se algoritam koji osigurava sekvencijalnu promjenu struktura strujnog kruga: direktan, kratko spojen, inverzan.

Na ovaj ili onaj način, veličina trenutne snage opterećenja na izlazu pretvarača ima pulsirajući karakter sa dvostrukom frekvencijom, tako da primarni izvor mora omogućiti takav način rada kada kroz njega teku pulsirajuće struje i izdržati odgovarajući nivo smetnji ( na ulazu pretvarača).

Ako su prvi pretvarači bili isključivo mehanički, danas postoji mnogo opcija za poluvodička inverterska kola, a postoje samo tri tipična kola: most bez transformatora, push-pull sa nultim terminalom transformatora, most sa transformatorom.

Mostno kolo bez transformatora nalazi se u uređajima za besprekidno napajanje snage 500 VA ili više i u automobilskim inverterima. Push-pull kolo sa nultim terminalom transformatora koristi se u UPS-ovima male snage (za kompjutere) snage do 500 VA, gdje je napon na rezervnoj bateriji 12 ili 24 volta. Mostno kolo s transformatorom koristi se u snažnim neprekidnim izvorima napajanja (za jedinice i desetine kVA).

U pretvaračima napona s pravokutnim izlazom, grupa prekidača sa diodama slobodnog hoda se prebacuje tako da se dobije naizmjenični napon na opterećenju i osigura kontrolirani režim cirkulacije u kolu.

Proporcionalnost izlaznog napona određena je: relativnim trajanjem kontrolnih impulsa ili faznim pomakom između kontrolnih signala grupa ključeva. U nekontroliranom režimu cirkulacije reaktivne energije, potrošač utječe na oblik i veličinu napona na izlazu pretvarača.

U pretvaračima napona sa stepenastim izlazom, visokofrekventni pred-konverter generiše unipolarnu krivulju koraka napona, otprilike približnog oblika sinusoidi, čiji je period jednak polovini perioda izlaznog napona. NF mostni krug zatim pretvara unipolarnu krivulju koraka u dvije polovice multipolarne krive, otprilike nalik na sinusni val u obliku.

U pretvaračima napona sa sinusoidnim (ili skoro sinusoidnim) izlaznim talasnim oblikom, visokofrekventni preliminarni pretvarač generiše konstantan napon po veličini blizak amplitudi budućeg sinusoidnog izlaza.

Nakon toga, mosni krug formira niskofrekventni naizmjenični napon iz jednosmjernog napona, koristeći višestruki PWM, kada se svaki par tranzistora u svakom poluciklusu izlazne sinusoide otvori nekoliko puta za vrijeme koje varira prema harmonijskom zakonu. Niskopropusni filter zatim izdvaja sinusni val iz rezultirajućeg valnog oblika.

Najjednostavniji sklopovi za preliminarnu visokofrekventnu konverziju u inverterima su samogenerirajući. Oni su prilično jednostavni u smislu tehničke implementacije i prilično su efikasni pri malim snagama (do 10-20 W) za napajanje opterećenja koja nisu kritična za proces opskrbe energijom. Frekvencija autooscilatora nije veća od 10 kHz.

Pozitivna povratna informacija u takvim uređajima se dobija zasićenjem magnetnog kola transformatora. Ali za moćne pretvarače takve šeme nisu prihvatljive, jer se gubici u prekidačima povećavaju, a efikasnost na kraju postaje niska. Štaviše, svaki kratki spoj na izlazu remeti samooscilacije.

Bolja kola za preliminarne visokofrekventne pretvarače su flyback (do 150 W), push-pull (do 500 W), polumost i bridge (više od 500 W) na PWM kontrolerima, gdje frekvencija konverzije doseže stotine kiloherca .

Vrste pretvarača, načini rada

Monofazni pretvarači napona dijele se u dvije grupe: sa čistim sinusnim izlazom i sa modifikovanim sinusnim talasom. Većina modernih uređaja omogućava pojednostavljeni oblik mrežnog signala (modificirani sinusni val).

Čisti sinusni val je važan za uređaje koji imaju elektromotor ili transformator na ulazu, ili ako se radi o posebnom uređaju koji radi samo sa čistim sinusnim valom na ulazu.

Trofazni pretvarači se obično koriste za stvaranje trofazne struje za električne motore, kao što je napajanje. U ovom slučaju, namotaji motora su direktno povezani na izlaz pretvarača. Što se tiče snage, pretvarač se bira na osnovu njegove vršne vrijednosti za potrošača.

Općenito, postoje tri načina rada pretvarača: startni, kontinuirani i režim preopterećenja. U startnom modu (punjenje kapaciteta, pokretanje hladnjaka), snaga može za djelić sekunde premašiti dvostruku vrijednost invertera; to je prihvatljivo za većinu modela. Dugoročni način rada - odgovara nazivnoj vrijednosti pretvarača. Režim preopterećenja - kada je snaga potrošača 1,3 puta veća od nominalne - u ovom načinu rada prosječni pretvarač može raditi oko pola sata.

Pretvarači napona imaju široku primjenu kako u svakodnevnom životu tako i u proizvodnji. Za proizvodnju i industriju najčešće se izrađuju po narudžbi, jer im je potreban snažan pretvarač i to ne uvijek standardnog napona. Standardne vrijednosti za izlazne i ulazne parametre često se koriste u svakodnevnom životu. Odnosno, pretvarač napona je elektronički uređaj koji je dizajniran za promjenu vrste električne energije, njene veličine ili frekvencije.

Prema svojoj funkcionalnosti dijele se na:

1. Downgrades;
2. Raising;
3. Transformerless;
4. Inverter;
5. Podesivo sa podesivom frekvencijom i izlaznim AC naponom;
6. Podesivo sa podesivim konstantnim izlaznim naponom.

Neki od njih mogu biti izrađeni u posebnom zatvorenom dizajnu; ove vrste uređaja koriste se za vlažne prostorije ili, općenito, za ugradnju pod vodu.

Dakle, koja je svaka vrsta?

Visokonaponski pretvarač

Ovo je elektronički uređaj koji je dizajniran za proizvodnju naizmjeničnog ili direktnog visokog napona (do nekoliko hiljada volti). Na primjer, takvi uređaji se koriste za generiranje energije visokog napona za televizijske cijevi, kao i za laboratorijska istraživanja i ispitivanje električne opreme s nekoliko puta povećanim naponima. Kablovi ili strujni krugovi uljnih prekidača dizajnirani za napon od 6 kV ispituju se na naponu od 30 kV i više, međutim, ova vrijednost napona nema veliku snagu, a u slučaju kvara se odmah isključuje. Ovi pretvarači su prilično kompaktni jer ih osoblje mora prenositi od jedne do druge trafostanice, najčešće ručno. Treba napomenuti da sva laboratorijska napajanja i pretvarači imaju gotovo standardan, precizan napon.

Za pokretanje fluorescentnih sijalica koriste se jednostavniji visokonaponski pretvarači. Impuls se može uvelike povećati do željenog nivoa pomoću startera i gasa, koji mogu imati elektronsku ili elektromehaničku osnovu.

Industrijske instalacije koje pretvaraju niži napon u visoki napon imaju mnoge zaštite i izvode se pomoću pojačanih transformatora (STV). Evo jednog od ovih krugova koji daje izlaz od 8 do 16 hiljada volti, dok je za njegov rad potrebno samo oko 50 V.

Zbog činjenice da se u namotajima transformatora stvara i teče prilično visok napon, postavljaju se visoki zahtjevi za izolaciju ovih namotaja, kao i za njen kvalitet. Da bi se eliminisala mogućnost koronskih pražnjenja, delovi visokonaponskog ispravljača moraju se pažljivo zalemiti na ploču, bez izbočina i oštrih uglova, a zatim sa obe strane napuniti epoksidnom smolom ili slojem parafina 2... 3 mm debljine, osigurava izolaciju jedna od druge. Ponekad se ovi elektronski sistemi i uređaji nazivaju pojačavajućim pretvaračima napona.

Sljedeći krug je linearni rezonantni pretvarač napona koji radi u pojačanom modu. Zasniva se na razdvajanju funkcija za povećanje U i njegovoj jasnoj stabilizaciji u potpuno različitim kaskadama.

U isto vrijeme, neke inverterske jedinice mogu se natjerati da rade s minimalnim gubicima na prekidačima napajanja, kao i na ispravljenom mostu, gdje se pojavljuje visokonaponski napon.

Kućni pretvarač napona

Prosječan čovjek vrlo često nailazi na pretvarače napona za dom, jer mnogi uređaji imaju napajanje. Najčešće su to niži pretvarači koji imaju galvansku izolaciju. Na primjer, punjači za mobilne telefone i laptope, personalne desktop računare, radio aparate, stereo sisteme, razne media playere, a ovaj spisak se može nastaviti još dugo, budući da je njihova raznolikost i primjena u svakodnevnom životu u posljednje vrijeme veoma široka.

Neprekidna napajanja opremljena su uređajima za skladištenje energije u obliku baterija. Takvi uređaji se također koriste za održavanje rada sistema grijanja tokom neočekivanog nestanka struje. Ponekad se kućni pretvarači mogu napraviti prema inverterskom krugu, odnosno povezivanjem na izvor istosmjerne struje (bateriju) koji se napaja kemijskom reakcijom, možete dobiti normalan naizmjenični napon na izlazu, čija će vrijednost biti 220 Volti. Karakteristika ovih kola je mogućnost dobijanja čistog sinusoidnog signala na izlazu.

Jedna od vrlo važnih karakteristika pretvarača koji se koriste u svakodnevnom životu je stabilna vrijednost signala na izlazu uređaja, bez obzira na to koliko volti se dovodi na njegov ulaz. Ova funkcionalna karakteristika izvora napajanja je zbog činjenice da je za stabilan i dugotrajan rad mikro krugova i drugih poluvodičkih uređaja potreban jasno standardizirani napon, pa čak i bez talasanja.

Glavni kriteriji za odabir pretvarača za kuću ili stan su:

1. Power;
2. Veličina ulaznog i izlaznog napona;
3. Mogućnost stabilizacije i njene granice;
4. Vrijednost struje opterećenja;
5. Minimiziranje grijanja, odnosno bolje je da pretvarač radi u režimu s rezervom snage;
6. Ventilacija uređaja može biti prirodna ili prisilna;
7. Dobra zvučna izolacija;
8. Dostupnost zaštite od preopterećenja i pregrijavanja.

Odabir pretvarača napona nije jednostavna stvar, jer rad napajanog uređaja ovisi o pravilno odabranom pretvaraču.

Naponski pretvarači bez transformatora

U posljednje vrijeme su postali vrlo popularni, jer njihova proizvodnja, a posebno proizvodnja transformatora, zahtijeva mnogo novca, jer im je namotaj izrađen od obojenog metala, čija cijena stalno raste. Glavna prednost ovakvih pretvarača je, naravno, cijena. Među negativnim aspektima postoji jedna stvar koja ga značajno razlikuje od transformatorskih napajanja i pretvarača. Kao rezultat kvara jednog ili više poluvodičkih uređaja, sva izlazna energija može doći do terminala potrošača, a to će ga sigurno oštetiti. Ovdje je najjednostavniji AC u DC pretvarač napona. Ulogu regulacionog elementa igra tiristor.

Situacija je jednostavnija sa pretvaračima koji nemaju transformatore, ali rade na bazi i u režimu uređaja za povećanje napona. Ovdje, čak i ako jedan ili više elemenata zakaže, opasna destruktivna energija neće se pojaviti na opterećenju.

DC-DC pretvarači

AC/DC pretvarač je najčešće korišteni tip uređaja ovog tipa. U svakodnevnom životu to su sve vrste napajanja, au proizvodnji i industriji to su uređaji za napajanje:

• Sva poluvodička kola;
• Pobudni namoti sinkronih motora i DC motora;
• Elektromagnetski svici prekidača ulja;
• Radni i isklopni krugovi u kojima zavojnice zahtijevaju konstantnu struju.

Tiristorski pretvarač napona je najčešće korišten uređaj za ove svrhe. Karakteristika ovih uređaja je potpuna, a ne djelomična, konverzija naizmjeničnog napona u jednosmjerni bez ikakvih valova. Snažan pretvarač napona ovog tipa mora nužno sadržavati radijatore i ventilatore za hlađenje, jer svi elektronički dijelovi mogu raditi dugo i bez problema samo na radnim temperaturama.

Podesivi pretvarač napona

Ovi uređaji su dizajnirani da rade u režimima povećanja i smanjenja napona. Najčešće su to još uvijek uređaji koji glatko podešavaju vrijednost izlaznog signala, koja je niža od ulaznog signala. Odnosno, na ulaz se dovodi 220 volti, a na izlazu dobijamo podesivu konstantnu vrijednost, recimo, od 2 do 30 volti. Takvi uređaji sa vrlo finim podešavanjem koriste se za testiranje pokazivača i digitalnih instrumenata u laboratorijama. Vrlo je zgodno kada su opremljeni digitalnim indikatorom. Mora se priznati da je svaki radio-amater uzeo ovu vrstu kao osnovu za svoj prvi rad, jer napajanje za određenu opremu može biti različite veličine, ali ovaj izvor napajanja pokazao se vrlo univerzalnim. Kako napraviti visokokvalitetan pretvarač koji dugo radi glavni je problem mladih radio-amatera.

Inverterski pretvarač napona

Ovaj tip pretvarača čini osnovu za inovativne kompaktne uređaje za zavarivanje. Primajući izmjenični napon od 220 volti za napajanje, uređaj ga ispravlja, nakon čega ga ponovo čini naizmjeničnim, ali s frekvencijom od nekoliko desetina hiljada Hz. To omogućava značajno smanjenje dimenzija transformatora za zavarivanje instaliranog na izlazu.

Inverterska metoda se također koristi za napajanje kotlova za grijanje iz baterija u slučaju neočekivanog nestanka struje. Zbog toga sistem nastavlja da radi i prima 220 volti naizmeničnog napona od 12 volti jednosmernog napona. Snažni uređaj za povišenje pritiska u tu svrhu mora raditi iz baterije velikog kapaciteta; to određuje koliko dugo će kotao opskrbljivati ​​električnom energijom. Odnosno, kapacitet igra ključnu ulogu.

Visokofrekventni naponski pretvarač

Zbog upotrebe pojačanih pretvarača postaje moguće smanjiti veličinu svih elektronskih i elektromagnetnih elemenata koji čine kola, što znači smanjenje troškova transformatora, zavojnica, kondenzatora itd. Međutim, to može uzrokovati frekvencijske radio smetnje, koje utiču na rad drugih elektronskih uređaja, sistema, pa čak i običnih radio prijemnika, pa je njihova kućišta potrebno pouzdano zaštititi. Proračun pretvarača i njegovih smetnji mora izvršiti visoko kvalifikovano osoblje.

Šta je otpor na naponski pretvarač?
Ovo je posebna vrsta koja se koristi samo u proizvodnji i proizvodnji mjernih instrumenata, posebno ohmetara. Uostalom, osnova ohmmetra, odnosno uređaja koji mjeri otpor, napravljena je u mjerenju pada U i pretvaranju u pokazivače ili digitalne indikatore. Obično se mjerenja vrše u odnosu na jednosmjernu struju. Mjerni pretvarač je tehnički uređaj koji se koristi za pretvaranje izmjerene vrijednosti u drugu vrijednost ili mjerni signal, pogodan za obradu, skladištenje, daljnje transformacije, indikaciju i prijenos. Dio je svakog mjernog uređaja.

Pretvarač struje u napon

U većini slučajeva, sva elektronska kola su potrebna za obradu signala predstavljenih u obliku napona. Međutim, ponekad se morate nositi sa signalom u obliku struje. Takvi signali nastaju, na primjer, na izlazu fotootpornika ili fotodiode. Tada je preporučljivo prvom prilikom pretvoriti trenutni signal u napon. Pretvarači napona u struju se koriste kada struja u opterećenju mora biti proporcionalna ulazu U i neovisna o R opterećenju. Konkretno, sa konstantnim ulazom U, struja u opterećenju će također biti konstantna, pa se takvi pretvarači ponekad konvencionalno nazivaju stabilizatorima struje.

Popravka pretvarača napona

Popravku ovih uređaja za pretvaranje jedne vrste napona u drugu najbolje je obaviti u servisnim centrima, gdje je osoblje visoko kvalifikovano i naknadno će dati garancije za obavljeni posao. Najčešće se bilo koji moderni visokokvalitetni pretvarači sastoje od nekoliko stotina elektroničkih dijelova, a ako nema očitih izgorjelih elemenata, tada će biti vrlo teško pronaći kvar i popraviti ga. Neki kineski jeftini uređaji ove vrste, općenito, u principu su lišeni mogućnosti popravka, što se ne može reći za domaće proizvođače. Da, možda su malo glomazni i nisu kompaktni, ali se mogu popraviti jer se mnogi njihovi dijelovi mogu zamijeniti sličnim.

Šta su frekventni pretvarači? Trebalo bi razmisliti da li je ovo uređaj koji kontrolira intelekt. Koristi mikroskopski kontroler s prilično visokim performansama. To su napon-električni pretvarači sa širokim frekvencijskim rasponom. Ako želite kupiti frekventni pretvarač, posjetite web stranicu Instarta.

Postoje pretvarači elektronskog tipa koji se koriste za podešavanje brzine rotacionog motora (ovako se postavlja napon željene frekvencije, tehnički parametri se pretvaraju za normalan način rada motora).
Koje vrste najpopularnijih frekventnih pretvarača postoje? ovdje:
-Industrijska upotreba;
-Vektorski;
-FC Za pumpe.
Često se ne koriste frekventni pretvarači za pumpe i opšte industrijske, mnogo su jednostavniji za upotrebu (pri uključivanju i gašenju motora na kraju određenog radnog perioda). Mogu se uključiti na nekoliko sati i ne dirati u tom periodu. I vektorski pretvarači (proizvodna linija, uređaji za valjanje metala i drugih materijala, lift, mehanizam za podizanje itd., koji ima veću tačnost upravljanja) bi trebali biti mnogo pouzdani. Među takvim pretvaračima postoje i podtipovi. To su tranzistorski i tiristorski uređaji za promjenu frekvencije električnog napona. Tiristorski menjaju frekvenciju podešavanja električnih pogona, imaju veoma visoku efikasnost i otporni su na visoki napon (visokonaponski podtip). Tranzistorski pretvarači (sa izolovanim mehanizmom za zaključavanje) su upravljiviji i koriste se tamo gdje je potrebna najveća efikasnost elektromotora. Pretvarači male snage izrađuju se pomoću tranzistora. Ali u stvarnosti, tranzistori (postupno povezani) se sada koriste u ultravisokonaponskim pretvaračima.
Kako radi generator frekvencije? Pretvara struju pomoću 6 dioda, omogućavajući joj da se kreće u jednom smjeru.

Skrenuo bih pažnju na još jednu stvar. Poseban efekat se postiže ako se frekventni pretvarači koriste tamo gde se transportuje obična voda ili druga tečnost. U transportnim objektima koriste se Bosch VFC3610 pretvarači (umesto ventila ili ventila).

Postoji toliko mnogo proizvođača frekventnih pretvarača koji tvrde da su lideri. To su BOSCH REXROTH, DANFOSS, HYUNDAI, MITSUBISHI ELECTRIC, ABYBIBY, ELGE, OUBEN, EMERSON itd.

Bilo bi sjajno fokusirati se na renomirane kompanije kada tražite proizvođača frekventnih pretvarača. Uostalom, tako možete odrediti koji su "dijelovi" dostupni za uređaje i koju opremu treba zamijeniti. Pretvarači frekvencije našli su široku primjenu gdje je potrebno zaštititi elektromotor od gubitka faze, elektrotermalnih preopterećenja i udarnih opterećenja. Pretvarač frekvencije se može sastaviti vlastitim rukama (kod kuće). Pretvarači frekvencijskog opsega su potrebni za rješavanje niza tipičnih problema bilo koje kompanije ili poduzeća. Moderni uređaji za "konvertiranje" imaju mnogo dodatnih funkcija. opcije i ekstenzije.

DC/DC pretvarači se široko koriste za napajanje različite elektronske opreme. Koriste se u kompjuterskim uređajima, komunikacijskim uređajima, raznim upravljačkim i automatizacijskim krugovima itd.

Transformatorsko napajanje

U tradicionalnim transformatorskim izvorima napajanja, napon mreže za napajanje se pretvara, najčešće snižava, na željenu vrijednost pomoću transformatora. Smanjeni napon izglađuje kondenzatorski filter. Po potrebi se nakon ispravljača ugrađuje poluvodički stabilizator.

Transformatorski izvori napajanja obično su opremljeni linearnim stabilizatorima. Takvi stabilizatori imaju najmanje dvije prednosti: nisku cijenu i mali broj dijelova u uprtaču. Ali ove prednosti su narušene niskom efikasnošću, jer se značajan dio ulaznog napona koristi za zagrijavanje kontrolnog tranzistora, što je potpuno neprihvatljivo za napajanje prijenosnih elektroničkih uređaja.

DC/DC pretvarači

Ako se oprema napaja iz galvanskih ćelija ili baterija, onda je konverzija napona na potrebnu razinu moguća samo uz pomoć DC/DC pretvarača.

Ideja je prilično jednostavna: jednosmjerni napon se pretvara u naizmjenični napon, obično s frekvencijom od nekoliko desetina ili čak stotina kiloherca, povećava (smanjuje), a zatim ispravlja i dovodi do opterećenja. Takvi pretvarači se često nazivaju impulsni pretvarači.

Primjer je pojačani pretvarač sa 1,5V na 5V, samo izlazni napon USB-a računara. Sličan pretvarač male snage prodaje se na Aliexpressu.

Rice. 1. Pretvarač 1.5V/5V

Impulsni pretvarači su dobri jer imaju visoku efikasnost, u rasponu od 60..90%. Još jedna prednost impulsnih pretvarača je širok raspon ulaznih napona: ulazni napon može biti niži od izlaznog ili mnogo veći. Općenito, DC/DC pretvarači se mogu podijeliti u nekoliko grupa.

Klasifikacija pretvarača

Smanjenje, u engleskoj terminologiji step-down ili buck

Izlazni napon ovih pretvarača je u pravilu manji od ulaznog napona: bez značajnih gubitaka grijanja kontrolnog tranzistora, možete dobiti napon od samo nekoliko volti sa ulaznim naponom od 12...50V. Izlazna struja takvih pretvarača ovisi o potražnji opterećenja, što zauzvrat određuje dizajn kola pretvarača.

Drugi engleski naziv za step-down pretvarač je chopper. Jedna od opcija prijevoda ove riječi je prekid. U tehničkoj literaturi, opadajući pretvarač se ponekad naziva "čoper". Za sada, prisjetimo se ovog pojma.

Povećanje, u engleskoj terminologiji step-up ili boost

Izlazni napon ovih pretvarača je veći od ulaznog napona. Na primjer, sa ulaznim naponom od 5V, izlazni napon može biti do 30V, a moguća je njegova glatka regulacija i stabilizacija. Vrlo često se pojačivači nazivaju pojačivači.

Univerzalni pretvarači - SEPIC

Izlazni napon ovih pretvarača održava se na datom nivou kada je ulazni napon veći ili niži od ulaznog napona. Preporučuje se u slučajevima kada ulazni napon može varirati u značajnim granicama. Na primjer, u automobilu, napon baterije može varirati unutar 9...14V, ali morate dobiti stabilan napon od 12V.

Invertirajući pretvarači

Glavna funkcija ovih pretvarača je da proizvedu izlazni napon obrnutog polariteta u odnosu na izvor napajanja. Vrlo zgodno u slučajevima kada je potrebno bipolarno napajanje, na primjer.

Svi navedeni pretvarači mogu biti stabilizirani ili nestabilizirani, izlazni napon može biti galvanski povezan sa ulaznim ili imati galvansku naponsku izolaciju. Sve ovisi o konkretnom uređaju u kojem će se pretvarač koristiti.

Da biste prešli na dalju priču o DC/DC pretvaračima, trebali biste barem razumjeti teoriju općenito.

Step-down konverter chopper - buck konverter

Njegov funkcionalni dijagram prikazan je na donjoj slici. Strelice na žicama pokazuju smjerove struja.

Fig.2. Funkcionalni dijagram stabilizatora čopera

Ulazni napon Uin se dovodi na ulazni filter - kondenzator Cin. VT tranzistor se koristi kao ključni element, on vrši prebacivanje visokofrekventne struje. Može biti i jedno i drugo. Osim navedenih dijelova, krug sadrži diodu za pražnjenje VD i izlazni filter - LCout, iz kojeg se napon dovodi do opterećenja Rn.

Lako je vidjeti da je opterećenje povezano serijski sa elementima VT i L. Dakle, kolo je sekvencijalno. Kako dolazi do pada napona?

Modulacija širine impulsa - PWM

Upravljački krug proizvodi pravokutne impulse sa konstantnom frekvencijom ili konstantnim periodom, što je u suštini ista stvar. Ovi impulsi su prikazani na slici 3.

Fig.3. Kontrolni impulsi

Ovdje je t vrijeme impulsa, tranzistor je otvoren, t je vrijeme pauze, a tranzistor je zatvoren. Odnos ti/T naziva se radni ciklus radnog ciklusa, označen slovom D i izražen u %% ili jednostavno u brojevima. Na primjer, sa D jednakim 50%, ispada da je D=0,5.

Dakle, D može varirati od 0 do 1. Sa vrijednošću D=1, ključni tranzistor je u stanju pune provodljivosti, a sa D=0 u stanju prekida, jednostavno rečeno, zatvoren je. Nije teško pretpostaviti da će pri D=50% izlazni napon biti jednak polovini ulaznog.

Sasvim je očigledno da se izlazni napon reguliše promenom širine kontrolnog impulsa t i, zapravo, promenom koeficijenta D. Ovaj princip regulacije se naziva (PWM). U gotovo svim prekidačkim izvorima napajanja, uz pomoć PWM-a se stabilizuje izlazni napon.

Na dijagramima prikazanim na slikama 2 i 6, PWM je "skriven" u pravokutnicima označenim sa "Upravljački krug", koji obavlja neke dodatne funkcije. Na primjer, ovo može biti meki start izlaznog napona, daljinsko uključivanje ili zaštita od kratkog spoja pretvarača.

Općenito, pretvarači su postali toliko široko rasprostranjeni da su proizvođači elektroničkih komponenti počeli proizvoditi PWM kontrolere za sve prilike. Asortiman je toliko velik da bi vam bila potrebna cijela knjiga samo da ih navedete. Stoga nikome ne pada na pamet da sastavlja pretvarače pomoću diskretnih elemenata, ili kako se to često kaže u „labavom“ obliku.

Štoviše, gotovi pretvarači male snage mogu se kupiti na Aliexpressu ili Ebayu po niskoj cijeni. U ovom slučaju, za ugradnju u amaterski dizajn, dovoljno je lemiti ulazne i izlazne žice na ploču i postaviti potrebni izlazni napon.

No, vratimo se na našu sliku 3. U ovom slučaju, koeficijent D određuje koliko dugo će biti otvoren (faza 1) ili zatvoren (faza 2). Za ove dvije faze, krug se može prikazati u dva crteža. Slike NE PRIKAZUJU one elemente koji se ne koriste u ovoj fazi.

Fig.4. Faza 1

Kada je tranzistor otvoren, struja iz izvora napajanja (galvanska ćelija, baterija, ispravljač) prolazi kroz induktivnu prigušnicu L, opterećenje Rn i kondenzator za punjenje Cout. U isto vrijeme, struja teče kroz opterećenje, kondenzator Cout i induktor L akumuliraju energiju. Struja iL POSTOPENO SE POVEĆA, zbog uticaja induktivnosti induktora. Ova faza se zove pumpanje.

Nakon što napon opterećenja dostigne zadatu vrijednost (određenu postavkama upravljačkog uređaja), VT tranzistor se zatvara i uređaj prelazi u drugu fazu - fazu pražnjenja. Zatvoreni tranzistor na slici uopće nije prikazan, kao da ne postoji. Ali to samo znači da je tranzistor zatvoren.

Fig.5. 2. faza

Kada je VT tranzistor zatvoren, ne dolazi do dopune energije u induktoru, jer je izvor napajanja isključen. Induktivnost L teži da spriječi promjene u veličini i smjeru struje (samoindukcije) koja teče kroz namotaj induktora.

Zbog toga se struja ne može trenutno zaustaviti i zatvara se kroz krug "diode-opterećenja". Zbog toga se VD dioda naziva dioda za pražnjenje. U pravilu, ovo je Schottky dioda velike brzine. Nakon kontrolnog perioda, faze 2, krug se prebacuje na fazu 1, a proces se ponovo ponavlja. Maksimalni napon na izlazu razmatranog kruga može biti jednak ulazu, i ništa više. Da bi se dobio izlazni napon veći od ulaznog, koriste se pojačivači.

Za sada vas samo treba podsjetiti na količinu induktivnosti, koja određuje dva načina rada čopera. Ako je induktivnost nedovoljna, pretvarač će raditi u režimu struje prekida, što je potpuno neprihvatljivo za izvore napajanja.

Ako je induktivnost dovoljno velika, tada se rad odvija u režimu kontinuirane struje, što omogućava da se pomoću izlaznih filtara dobije konstantan napon sa prihvatljivim nivoom talasanja. Boost pretvarači, o kojima će biti riječi u nastavku, također rade u režimu kontinuirane struje.

Da bi se malo povećala efikasnost, dioda za pražnjenje VD zamjenjuje se MOSFET tranzistorom, koji se u pravom trenutku otvara upravljačkim krugom. Takvi pretvarači se nazivaju sinhroni. Njihova upotreba je opravdana ako je snaga pretvarača dovoljno velika.

Pretvarači za povećanje ili pojačanje

Boost pretvarači se uglavnom koriste za niskonaponsko napajanje, na primjer, iz dvije ili tri baterije, a neke komponente dizajna zahtijevaju napon od 12...15V uz nisku potrošnju struje. Vrlo često, pojačani pretvarač se kratko i jasno naziva riječju "pojačivač".

Fig.6. Funkcionalni dijagram pojačanog pretvarača

Ulazni napon Uin se primjenjuje na ulazni filter Cin i dovodi do serijski spojenog L i komutacijskog tranzistora VT. VD dioda je spojena na spojnu točku između zavojnice i odvoda tranzistora. Opterećenje Rn i shunt kondenzator Cout su spojeni na drugi terminal diode.

VT tranzistor se kontroliše pomoću upravljačkog kola koje proizvodi kontrolni signal stabilne frekvencije sa podesivim radnim ciklusom D, baš kao što je opisano malo iznad kada se opisuje kolo čopera (slika 3). VD dioda blokira opterećenje ključnog tranzistora u pravo vrijeme.

Kada je ključ tranzistora otvoren, desni izlaz zavojnice L prema dijagramu je spojen na negativni pol izvora napajanja Uin. Kroz zavojnicu i otvoreni tranzistor teče sve veća struja (zbog utjecaja induktivnosti) iz izvora napajanja, a energija se akumulira u zavojnici.

U ovom trenutku, dioda VD blokira opterećenje i izlazni kondenzator iz sklopnog kruga, čime se sprječava da se izlazni kondenzator isprazni kroz otvoreni tranzistor. Opterećenje se u ovom trenutku napaja energijom akumuliranom u kondenzatoru Cout. Naravno, napon na izlaznom kondenzatoru opada.

Čim izlazni napon padne malo ispod zadate vrijednosti (određene postavkama upravljačkog kola), ključ tranzistora VT se zatvara, a energija pohranjena u induktoru, preko diode VD, puni kondenzator Cout, koji napaja opterećenje. U ovom slučaju, emf samoindukcije zavojnice L se dodaje ulaznom naponu i prenosi na opterećenje, stoga je izlazni napon veći od ulaznog napona.

Kada izlazni napon dostigne postavljeni nivo stabilizacije, upravljačko kolo otvara tranzistor VT i proces se ponavlja od faze skladištenja energije.

Univerzalni pretvarači - SEPIC (single-ended primarno-induktorski pretvarač ili pretvarač sa asimetrično opterećenom primarnom induktivnošću).

Takvi pretvarači se uglavnom koriste kada opterećenje ima neznatnu snagu, a ulazni napon se mijenja u odnosu na izlazni napon gore ili dolje.

Fig.7. Funkcionalni dijagram SEPIC pretvarača

Vrlo sličan krugu pojačanog pretvarača prikazanom na slici 6, ali sa dodatnim elementima: kondenzator C1 i zavojnica L2. Upravo ovi elementi osiguravaju rad pretvarača u režimu smanjenja napona.

SEPIC pretvarači se koriste u aplikacijama gdje ulazni napon varira u velikoj mjeri. Primjer je 4V-35V do 1.23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down regulator pretvarača. Pod tim imenom se pretvarač prodaje u kineskim trgovinama, čiji je krug prikazan na slici 8 (kliknite na sliku za povećanje).

Fig.8. Šematski dijagram SEPIC pretvarača

Slika 9 prikazuje izgled ploče sa oznakom glavnih elemenata.

Fig.9. Izgled SEPIC pretvarača

Na slici su prikazani glavni dijelovi prema slici 7. Imajte na umu da postoje dva namotaja L1 L2. Na osnovu ove funkcije možete utvrditi da je ovo SEPIC pretvarač.

Ulazni napon ploče može biti unutar 4…35V. U ovom slučaju, izlazni napon se može podesiti unutar 1,23…32V. Radna frekvencija pretvarača je 500 KHz.Uz male dimenzije od 50 x 25 x 12 mm, ploča daje snagu do 25 W. Maksimalna izlazna struja do 3A.

Ali ovdje treba dati primjedbu. Ako je izlazni napon postavljen na 10V, tada izlazna struja ne može biti veća od 2,5A (25W). Sa izlaznim naponom od 5V i maksimalnom strujom od 3A, snaga će biti samo 15W. Ovdje je glavna stvar ne pretjerivati: ili ne prekoračite maksimalnu dozvoljenu snagu ili ne prelazite granice dozvoljene struje.