Qualsevol convertidor de tensió és un dispositiu elèctric o electrònic capaç de canviar el seu valor pel valor requerit. Aquest dispositiu és especialment demandat en situacions en què és necessari connectar a la xarxa una càrrega amb tensions diferents. A més, no només poden baixar el valor d’aquest paràmetre, sinó que també poden augmentar-lo.
Principi de funcionament
El principal requisit que determina el principi de funcionament dels convertidors de tensió és la capacitat de transferir energia útil a la sortida amb pèrdues mínimes (per garantir la màxima eficiència). Per fer-ho, sovint utilitzen mòduls econòmics en termes de pèrdues, per exemple, inversors electrònics. Un convertidor de tensió elèctric construït segons un circuit de transformador és el més convenient per considerar el principi de funcionament. L’essència del seu funcionament és la següent:
- a l'entrada del dispositiu, el potencial prové d'un generador de tensió alterna o d'una font de corrent similar;
- es pren un senyal de forma similar de la sortida del transformador (del seu bobinatge secundari);
- si cal, el voltatge de sortida altern primer es rectifica mitjançant una unitat de díodes especials i després s’estabilitza.
És molt difícil aconseguir l’eficiència desitjada a partir d’aquest esquema, ja que una part de la potència transmesa es perd en els bobinats del transformador (a causa de la dissipació de calor).
Per obtenir una alta eficiència del dispositiu, s’instal·len circuits clau a la sortida del transformador, que funcionen en mode econòmic. Durant el seu funcionament, basat en el canvi d’alta velocitat dels transistors de l’estat tancat a l’estat obert, les pèrdues de potència en els bobinats es redueixen significativament.
L’autoinducció s’utilitza tradicionalment en convertidors de tensió dissenyats per funcionar amb fonts d’alimentació d’alta tensió. Es realitza en els nuclis de ferrita de sortida amb una forta interrupció del corrent en el bobinatge primari. S’utilitzen tots els mateixos transistors com a tallador i es rectifica la tensió de pols obtinguda a la sortida. Aquests esquemes permeten obtenir elevats potencials de l’ordre de diverses desenes de kV. S’utilitzen en circuits de potència de tubs de raigs catòdics ja obsolets, així com en tubs de televisió. En aquest cas, és possible obtenir una bona eficiència (fins a un 80%).
Àrees d’ús
L’àmbit d’aplicació dels convertidors de voltatge multizona és molt extens. S’utilitzen tradicionalment per als propòsits següents:
- en dispositius lineals per a la distribució i transmissió d'electricitat;
- per dur a terme operacions tecnològiques tan crítiques com la soldadura, el tractament tèrmic i similars;
- quan és necessari subministrar energia per carregar circuits en una àmplia varietat d’àrees de tecnologia.
En el primer cas, la CEM generada a les centrals elèctriques s’incrementa amb l’ajut d’aquests dispositius de 6-24 kV a 110-220 kV; d’aquesta forma, és més fàcil “conduir-lo” per cables a llargues distàncies. A les subestacions regionals, altres dispositius transformadors proporcionen la seva reducció primer a 10 (6,3) kV, i després als 380 volts habituals.
Quan es fa servei d’equips tecnològics, els convertidors de tensió s’utilitzen com a instal·lacions electrotèrmiques o transformadors de soldadura.
A la indústria
L'àrea d'aplicació més extensa és la provisió d'aliments de qualitat per als següents dissenys industrials de consumidors:
- equips que funcionen en línies de control i control automàtic;
- dispositius de telecomunicacions i comunicacions;
- una àmplia gamma d’instruments de mesura elèctrics;
- equips especials de ràdio i televisió i similars.
Els transformadors anomenats "aïllament" que s'utilitzen per aïllar les línies de càrrega de l'entrada d'alta tensió fan una funció especial.
Com que aquests convertidors "tenen un paper auxiliar", sovint tenen una potència baixa i unes dimensions relativament petites.
A la vida quotidiana, la medicina i la indústria de la defensa
Els convertidors de tensió s’utilitzen àmpliament a la vida quotidiana. La majoria de les fonts d’alimentació que s’utilitzen per carregar electrodomèstics, així com dispositius més complexos com:
- Protectors contra sobretensions;
- inversors;
- fonts d’alimentació redundants, etc.
Aquests dispositius són els més demandats en medicina, en l’àmbit militar, així com en energia i ciència. En aquestes indústries, se'ls imposa requisits especialment "estrictes" pel que fa a la qualitat de la tensió convertida ("puresa" del sinusoide, per exemple).
Avantatges i inconvenients
Els avantatges dels convertidors de tensió inclouen:
- la capacitat de controlar els paràmetres del senyal de sortida: convertir el seu valor variable en un valor constant mitjançant el principi de conversió de freqüència;
- disponibilitat d’una opció per commutar circuits d’entrada i sortida (variant l’amplitud del voltatge);
- l'admissibilitat d'ajustar els seus valors nominals per a una càrrega específica;
- la compacitat i simplicitat del disseny dels convertidors domèstics, que sovint es fabriquen en un disseny modular o de paret;
- rendibilitat (segons les declaracions dels fabricants, la seva eficiència arriba al 90%);
- facilitat d'ús i versatilitat;
- la possibilitat de transmetre electricitat a llargues distàncies i garantir el funcionament d’indústries especialment crítiques.
Els desavantatges inclouen un alt cost i una baixa resistència a la humitat (a excepció dels models dissenyats específicament per treballar en condicions d’alta humitat).
Varietats de convertidors
- dispositius especials per a la llar;
- equips d'alta tensió i alta freqüència;
- dispositius de pols sense transformador i inversors;
- Convertidors de voltatge continu;
- dispositius ajustables.
Aquesta categoria de dispositius electrònics inclou convertidors de corrent a voltatge.
Equipament domèstic
Un usuari normal s’enfronta constantment a aquest tipus de dispositius de conversió, ja que la majoria de models de tecnologia moderna tenen una font d’alimentació incorporada. Les fonts d’alimentació ininterrompudes (SAI) amb bateria incorporada pertanyen a la mateixa classe.
En alguns casos, els convertidors domèstics es fabriquen segons un esquema de doble anell (inversor).
A causa d'aquesta conversió d'una font de corrent continu (bateria, per exemple), és possible obtenir una tensió alterna d'un valor estàndard de 220 volts a la sortida. Una característica dels circuits electrònics és la capacitat d’obtenir un senyal purament sinusoïdal d’amplitud constant a la sortida.
Dispositius ajustables
Aquestes unitats són capaces de valorar el voltatge de sortida i augmentar-lo. A la pràctica, sovint hi ha dispositius que permeten canviar sense problemes el valor reduït del potencial de sortida.
Un cas clàssic és quan actuen 220 volts a l'entrada i s'obté un voltatge constant ajustable de 2 a 30 volts a la sortida.
Els dispositius amb ajust fi del paràmetre de sortida s’utilitzen tradicionalment per provar instruments de mesura digitals i digitals en moderns laboratoris de recerca.
Dispositius sense transformador
Les unitats sense transformador (inversors) es basen en un principi electrònic, que implica l’ús d’un mòdul de control independent. S'utilitza un convertidor de freqüència com a enllaç intermedi, que porta el senyal de sortida a un formulari convenient per a la rectificació. En mostres modernes d’equips inversors, sovint s’instal·len microcontroladors programables que augmenten significativament la qualitat del control de conversió.
Els dispositius d’alta tensió estan representats pels transformadors d’estacions ja descrits, que augmenten i disminueixen la tensió transmesa en les relacions desitjades.
Quan transfereixen energia a través de línies d’alta tensió i la seva posterior transformació, s’esforcen per reduir al mínim les seves pèrdues en watts.
Aquesta classe també inclou dispositius que generen un senyal per controlar el feix en un tub de televisió (cinescopi).
