Všetky typy meničov napätia. Čo sú to meniče napätia Čo je to menič napätia

DC/DC meniče sú široko používané na napájanie rôznych elektronických zariadení. Používajú sa v počítačových zariadeniach, komunikačných zariadeniach, rôznych riadiacich a automatizačných obvodoch atď.

Transformátorové napájacie zdroje

V tradičných transformátorových zdrojoch sa napätie napájacej siete prevádza, najčastejšie znižuje, na požadovanú hodnotu pomocou transformátora. Znížené napätie je vyhladené kondenzátorovým filtrom. V prípade potreby sa za usmerňovač inštaluje polovodičový stabilizátor.

Transformátorové zdroje sú zvyčajne vybavené lineárnymi stabilizátormi. Takéto stabilizátory majú aspoň dve výhody: nízku cenu a malý počet dielov v postroji. Tieto výhody sú však narušené nízkou účinnosťou, pretože značná časť vstupného napätia sa používa na zahrievanie riadiaceho tranzistora, čo je úplne neprijateľné pre napájanie prenosných elektronických zariadení.

DC/DC meniče

Ak je zariadenie napájané z galvanických článkov alebo batérií, potom je prevod napätia na požadovanú úroveň možný len pomocou DC/DC meničov.

Myšlienka je celkom jednoduchá: jednosmerné napätie sa premení na striedavé napätie, zvyčajne s frekvenciou niekoľkých desiatok alebo dokonca stoviek kilohertzov, zvýši sa (zníži) a potom sa usmerní a privedie do záťaže. Takéto meniče sa často nazývajú impulzné meniče.

Príkladom je boost konvertor z 1,5V na 5V, len výstupné napätie USB počítača. Podobný nízkoenergetický menič sa predáva na Aliexpress.

Ryža. 1. Menič 1,5V/5V

Pulzné meniče sú dobré, pretože majú vysokú účinnosť, ktorá sa pohybuje od 60..90%. Ďalšou výhodou impulzných meničov je široký rozsah vstupných napätí: vstupné napätie môže byť nižšie ako výstupné alebo oveľa vyššie. Vo všeobecnosti možno DC/DC meniče rozdeliť do niekoľkých skupín.

Klasifikácia meničov

Zníženie, v anglickej terminológii step-down alebo buck

Výstupné napätie týchto meničov je spravidla nižšie ako vstupné napätie: bez výraznejších tepelných strát riadiaceho tranzistora získate napätie len niekoľko voltov so vstupným napätím 12...50V. Výstupný prúd takýchto meničov závisí od požiadavky na zaťaženie, čo zase určuje návrh obvodu meniča.

Iný anglický názov pre zostupný prevodník je chopper. Jednou z možností prekladu tohto slova je prerušovač. V technickej literatúre sa znižovací menič niekedy nazýva „chopper“. Zatiaľ si pripomeňme len tento termín.

Zvyšovanie, v anglickej terminológii step-up alebo boost

Výstupné napätie týchto meničov je vyššie ako vstupné. Napríklad pri vstupnom napätí 5V môže byť výstupné napätie až 30V a je možná jeho plynulá regulácia a stabilizácia. Pomerne často sa zosilňovače nazývajú zosilňovače.

Univerzálne meniče - SEPIC

Výstupné napätie týchto meničov sa udržiava na danej úrovni, keď je vstupné napätie vyššie alebo nižšie ako vstupné napätie. Odporúča sa v prípadoch, keď sa vstupné napätie môže meniť v rámci významných limitov. Napríklad v aute sa napätie batérie môže meniť v rozmedzí 9...14V, ale musíte získať stabilné napätie 12V.

Invertujúce meniče

Hlavnou funkciou týchto meničov je vytvárať výstupné napätie s obrátenou polaritou vzhľadom na zdroj energie. Veľmi výhodné v prípadoch, keď sa vyžaduje bipolárne napájanie, napr.

Všetky menované meniče môžu byť stabilizované alebo nestabilizované, výstupné napätie môže byť galvanicky prepojené so vstupným napätím alebo mať galvanické napäťové oddelenie. Všetko závisí od konkrétneho zariadenia, v ktorom bude konvertor použitý.

Ak chcete prejsť k ďalšiemu príbehu o DC/DC konvertoroch, mali by ste teóriu porozumieť aspoň všeobecne.

Step-down prevodník chopper - buck prevodník

Jeho funkčný diagram je znázornený na obrázku nižšie. Šípky na vodičoch ukazujú smer prúdov.

Obr.2. Funkčná schéma stabilizátora choppera

Vstupné napätie Uin je privádzané na vstupný filter - kondenzátor Cin. Ako kľúčový prvok sa používa tranzistor VT, ktorý vykonáva vysokofrekvenčné spínanie prúdu. Môže to byť buď. Obvod okrem naznačených častí obsahuje výbojovú diódu VD a výstupný filter - LCout, z ktorého je privádzané napätie do záťaže Rн.

Je ľahké vidieť, že záťaž je zapojená do série s prvkami VT a L. Preto je obvod sekvenčný. Ako vzniká pokles napätia?

Modulácia šírky impulzu - PWM

Riadiaci obvod vytvára pravouhlé impulzy s konštantnou frekvenciou alebo konštantnou periódou, čo je v podstate to isté. Tieto impulzy sú znázornené na obrázku 3.

Obr.3. Kontrolné impulzy

Tu t je čas impulzu, tranzistor je otvorený, t je čas pauzy a tranzistor je zatvorený. Pomer ti/T sa nazýva pracovný cyklus pracovného cyklu, označuje sa písmenom D a vyjadruje sa v %% alebo jednoducho v číslach. Napríklad, keď sa D rovná 50 %, ukáže sa, že D = 0,5.

D sa teda môže meniť od 0 do 1. Pri hodnote D=1 je kľúčový tranzistor v stave plnej vodivosti a pri D=0 v stave cutoff, jednoducho povedané, je uzavretý. Nie je ťažké uhádnuť, že pri D=50% sa výstupné napätie bude rovnať polovici vstupného.

Je celkom zrejmé, že výstupné napätie sa reguluje zmenou šírky riadiaceho impulzu t a vlastne zmenou koeficientu D. Tento princíp regulácie sa nazýva (PWM). Takmer vo všetkých spínaných zdrojoch dochádza k stabilizácii výstupného napätia pomocou PWM.

V diagramoch znázornených na obrázkoch 2 a 6 je PWM „skrytý“ v obdĺžnikoch označených ako „Riadiaci obvod“, ktorý vykonáva niektoré ďalšie funkcie. Môže to byť napríklad mäkký nábeh výstupného napätia, diaľkové zapnutie alebo ochrana prevodníka proti skratu.

Vo všeobecnosti sa meniče začali používať tak široko, že výrobcovia elektronických komponentov začali vyrábať PWM regulátory pre všetky príležitosti. Sortiment je taký veľký, že na ich zoznam by ste potrebovali celú knihu. Preto nikoho nenapadne zostavovať prevodníky pomocou diskrétnych prvkov, alebo ako sa často hovorí v „voľnej“ forme.

Navyše hotové nízkoenergetické meniče je možné zakúpiť na Aliexpress alebo Ebay za nízku cenu. V tomto prípade pre inštaláciu v amatérskom prevedení stačí prispájkovať vstupné a výstupné vodiče k doske a nastaviť požadované výstupné napätie.

Vráťme sa však k nášmu obrázku 3. V tomto prípade koeficient D určuje, ako dlho bude otvorené (1. fáza) alebo zatvorené (2. fáza). Pre tieto dve fázy môže byť obvod znázornený na dvoch výkresoch. Obrázky NEZOBRAZUJÚ tie prvky, ktoré sa v tejto fáze nepoužívajú.

Obr.4. Fáza 1

Keď je tranzistor otvorený, prúd zo zdroja energie (galvanický článok, batéria, usmerňovač) prechádza cez indukčnú tlmivku L, záťaž Rn a nabíjací kondenzátor Cout. Súčasne cez záťaž preteká prúd, kondenzátor Cout a tlmivka L akumulujú energiu. Prúd iL POSTUPNE ZVYŠUJE, vplyvom indukčnosti tlmivky. Táto fáza sa nazýva čerpanie.

Keď napätie záťaže dosiahne nastavenú hodnotu (určenú nastavením riadiaceho zariadenia), tranzistor VT sa uzavrie a zariadenie prejde do druhej fázy - fázy vybíjania. Uzavretý tranzistor na obrázku nie je vôbec znázornený, akoby neexistoval. To však znamená len to, že tranzistor je uzavretý.

Obr.5. 2. fáza

Keď je tranzistor VT zatvorený, nedochádza k doplneniu energie v induktore, pretože zdroj energie je vypnutý. Indukčnosť L má tendenciu brániť zmenám veľkosti a smeru prúdu (samoindukcia) pretekajúceho vinutím induktora.

Prúd sa preto nemôže okamžite zastaviť a je uzavretý cez obvod „diódového zaťaženia“. Z tohto dôvodu sa VD dióda nazýva vybíjacia dióda. Spravidla ide o vysokorýchlostnú Schottkyho diódu. Po regulačnej perióde, fáze 2, sa okruh prepne do fázy 1 a proces sa znova opakuje. Maximálne napätie na výstupe uvažovaného obvodu sa môže rovnať vstupu a nič viac. Na získanie vyššieho výstupného napätia ako vstupného sa používajú zosilňovacie konvertory.

Zatiaľ vám musíme pripomenúť veľkosť indukčnosti, ktorá určuje dva prevádzkové režimy choppera. Ak je indukčnosť nedostatočná, menič bude pracovať v režime vypínacieho prúdu, čo je pre napájacie zdroje úplne neprijateľné.

Ak je indukčnosť dostatočne veľká, prevádzka prebieha v režime nepretržitého prúdu, čo umožňuje pomocou výstupných filtrov získať konštantné napätie s prijateľnou úrovňou zvlnenia. Zosilňovacie meniče, o ktorých bude reč nižšie, tiež pracujú v režime trvalého prúdu.

Pre mierne zvýšenie účinnosti je vybíjacia dióda VD nahradená tranzistorom MOSFET, ktorý je v správnom momente otvorený riadiacim obvodom. Takéto meniče sa nazývajú synchrónne. Ich použitie je opodstatnené, ak je výkon meniča dostatočne veľký.

Zvýšenie alebo zvýšenie konvertorov

Boost meniče sa používajú hlavne pre nízkonapäťové napájanie napríklad z dvoch alebo troch batérií a niektoré konštrukčné komponenty vyžadujú napätie 12...15V s malým odberom prúdu. Pomerne často sa boost konvertor stručne a jasne nazýva slovom „booster“.

Obr.6. Funkčná schéma zosilňovača

Vstupné napätie Uin je privedené na vstupný filter Cin a privádzané do sériovo zapojeného L a spínacieho tranzistora VT. Na spojovacie miesto medzi cievkou a kolektorom tranzistora je pripojená VD dióda. Záťaž Rн a bočný kondenzátor Cout sú pripojené k druhej svorke diódy.

VT tranzistor je riadený riadiacim obvodom, ktorý vytvára riadiaci signál stabilnej frekvencie s nastaviteľným pracovným cyklom D, presne ako bolo popísané vyššie pri popise obvodu choppera (obr. 3). Dióda VD blokuje záťaž z kľúčového tranzistora v správny čas.

Keď je kľúčový tranzistor otvorený, pravý výstup cievky L podľa schémy je pripojený k zápornému pólu zdroja Uin. Cievkou a otvoreným tranzistorom preteká rastúci prúd (vplyvom indukčnosti) zo zdroja a v cievke sa hromadí energia.

V tomto čase dióda VD blokuje záťaž a výstupný kondenzátor zo spínacieho obvodu, čím zabraňuje vybitiu výstupného kondenzátora cez otvorený tranzistor. Záťaž je v tomto momente napájaná energiou nahromadenou v kondenzátore Cout. Prirodzene, napätie na výstupnom kondenzátore klesá.

Akonáhle výstupné napätie klesne mierne pod nastavenú hodnotu (určenú nastavením riadiaceho obvodu), kľúčový tranzistor VT sa uzavrie a energia uložená v tlmivke cez diódu VD dobije kondenzátor Cout, ktorý nabudí naložiť. V tomto prípade sa samoindukčné emf cievky L pridáva k vstupnému napätiu a prenáša sa na záťaž, preto je výstupné napätie väčšie ako vstupné napätie.

Keď výstupné napätie dosiahne nastavenú úroveň stabilizácie, riadiaci obvod otvorí tranzistor VT a proces sa opakuje od fázy akumulácie energie.

Univerzálne meniče - SEPIC (jednokoncový menič primárnej tlmivky alebo menič s asymetricky zaťaženou primárnou indukčnosťou).

Takéto meniče sa používajú hlavne vtedy, keď má záťaž nevýznamný výkon a vstupné napätie sa mení v porovnaní s výstupným napätím smerom nahor alebo nadol.

Obr.7. Funkčná schéma meniča SEPIC

Veľmi podobný obvodu zosilňovacieho meniča znázornenému na obrázku 6, ale s ďalšími prvkami: kondenzátor C1 a cievka L2. Práve tieto prvky zabezpečujú prevádzku meniča v režime znižovania napätia.

Konvertory SEPIC sa používajú v aplikáciách, kde sa vstupné napätie značne mení. Príkladom je regulátor konvertora zo 4V-35V na 1,23V-32V Boost Buck Voltage Step Up/Down. Práve pod týmto názvom sa v čínskych obchodoch predáva prevodník, ktorého obvod je znázornený na obrázku 8 (kliknutím na obrázok ho zväčšíte).

Obr.8. Schéma prevodníka SEPIC

Obrázok 9 zobrazuje vzhľad dosky s označením hlavných prvkov.

Obr.9. Vzhľad prevodníka SEPIC

Obrázok ukazuje hlavné časti podľa obrázku 7. Všimnite si, že existujú dve cievky L1 L2. Na základe tejto funkcie môžete určiť, že ide o konvertor SEPIC.

Vstupné napätie dosky môže byť v rozmedzí 4…35V. V tomto prípade je možné nastaviť výstupné napätie v rozsahu 1,23…32V. Pracovná frekvencia meniča je 500 KHz.Pri malých rozmeroch 50 x 25 x 12 mm poskytuje doska výkon až 25 W. Maximálny výstupný prúd do 3A.

Ale tu treba urobiť poznámku. Ak je výstupné napätie nastavené na 10V, výstupný prúd nemôže byť vyšší ako 2,5A (25W). Pri výstupnom napätí 5V a maximálnom prúde 3A bude výkon iba 15W. Hlavnou vecou nie je preháňať to: buď neprekračujte maximálny povolený výkon, alebo neprekračujte povolené limity prúdu.

Na premenu jednosmerného prúdu na striedavý prúd sa používajú špeciálne elektronické výkonové zariadenia nazývané invertory. Striedač najčastejšie premieňa jednosmerné napätie jednej hodnoty na striedavé napätie inej hodnoty.

teda invertor je generátor periodicky sa meniaceho napätia a tvar napätia môže byť sínusový, blízky sínusovému alebo pulzný. Invertory sa používajú ako nezávislé zariadenia aj ako súčasť systémov neprerušiteľného napájania (UPS).

V rámci neprerušiteľných zdrojov napájania (UPS) invertory umožňujú napríklad získať nepretržité napájanie počítačových systémov a ak náhle zmizne sieťové napätie, menič okamžite začne napájať počítač energiou prijatou zo záložnej batérie. Používateľ bude mať aspoň čas na správne vypnutie a vypnutie počítača.

Väčšie zariadenia na neprerušiteľné napájanie využívajú výkonnejšie invertory s batériami s značnou kapacitou, ktoré dokážu autonómne napájať spotrebiteľov celé hodiny, bez ohľadu na sieť, a keď sa sieť opäť vráti do normálu, UPS automaticky prepne spotrebiteľov priamo do siete a batérie sa začne nabíjať.

Technická stránka

V moderných technológiách premeny elektriny môže menič fungovať len ako medzičlánok, kde jeho funkciou je premieňať napätie transformáciou pri vysokej frekvencii (desiatky a stovky kilohertzov). Našťastie je dnes tento problém ľahko riešiteľný, pretože pre vývoj a konštrukciu meničov sú k dispozícii ako polovodičové spínače, ktoré znesú prúdy v stovkách ampérov, tak aj magnetické obvody s požadovanými parametrami, ako aj elektronické mikrokontroléry špeciálne navrhnuté pre meniče. (vrátane rezonančných).

Požiadavky na meniče, ako aj na iné výkonové zariadenia, zahŕňajú: vysokú účinnosť, spoľahlivosť a čo najmenšie rozmery a hmotnosť. Je tiež potrebné, aby menič udržiaval prípustnú úroveň vyšších harmonických vo vstupnom napätí a nevytváral neprijateľne silný impulzný šum pre spotrebiteľov.

V systémoch so „zelenými“ zdrojmi elektriny (solárne panely, veterné turbíny) sa na dodávanie elektriny priamo do všeobecnej siete používajú striedače Grid-tie – meniče, ktoré môžu pracovať synchrónne s priemyselnou sieťou.

Pri prevádzke meniča napätia je periodicky pripájaný zdroj konštantného napätia so striedavou polaritou k zaťažovaciemu obvodu, pričom frekvencia spojení a ich trvanie sú tvorené riadiacim signálom, ktorý prichádza z regulátora.

Regulátor v meniči zvyčajne vykonáva niekoľko funkcií: nastavenie výstupného napätia, synchronizáciu činnosti polovodičových spínačov a ochranu obvodu pred preťažením. V princípe sa meniče delia na: autonómne meniče (prúdové a napäťové meniče) a závislé meniče (riadené sieťou, sieťové meniče atď.)

Návrh invertorového obvodu

Polovodičové spínače meniča sú riadené ovládačom a majú reverzné bočníkové diódy. Napätie na výstupe meniča v závislosti od aktuálneho výkonu záťaže je regulované automatickou zmenou šírky impulzu v jednotke vysokofrekvenčného meniča, v najjednoduchšom prípade je to tak.

Polvlny výstupného nízkofrekvenčného napätia musia byť symetrické, aby záťažové obvody v žiadnom prípade nedostali významnú konštantnú zložku (pre transformátory je to obzvlášť nebezpečné); na to je potrebná šírka impulzu nízkofrekvenčného bloku (v najjednoduchší prípad) je konštantný.

Pri ovládaní výstupných spínačov meniča sa používa algoritmus, ktorý zabezpečuje sekvenčnú zmenu v štruktúre výkonových obvodov: priama, skratovaná, inverzná.

Tak či onak, veľkosť okamžitého výkonu záťaže na výstupe meniča má vlnový charakter s dvojnásobnou frekvenciou, takže primárny zdroj musí umožňovať takýto prevádzkový režim, keď ním pretekajú pulzujúce prúdy, a odolať zodpovedajúcej úrovni rušenia ( na vstupe meniča).

Ak boli prvé meniče výlučne mechanické, dnes existuje veľa možností pre obvody meničov na báze polovodičov a existujú iba tri typické obvody: mostík bez transformátora, push-pull s nulovou svorkou transformátora, mostík s transformátorom.

Mostový obvod bez transformátora sa nachádza v zariadeniach neprerušiteľného napájania s výkonom 500 VA alebo viac a v automobilových meničoch. Push-pull obvod s nulovou svorkou transformátora sa používa v UPS s nízkym výkonom (pre počítače) s výkonom do 500 VA, kde je napätie na záložnej batérii 12 alebo 24 voltov. Mostový obvod s transformátorom sa používa vo výkonných zdrojoch neprerušiteľného napájania (pre jednotky a desiatky kVA).

V napäťových meničoch s pravouhlým výstupom je skupina spínačov s voľnobežnými diódami spínaná tak, aby sa na záťaži získalo striedavé napätie a zabezpečila sa riadená cirkulácia v obvode.

Úmernosť výstupného napätia je určená: relatívnou dobou trvania riadiacich impulzov alebo fázovým posunom medzi riadiacimi signálmi skupín tlačidiel. V režime nekontrolovanej cirkulácie jalovej energie spotrebiteľ ovplyvňuje tvar a veľkosť napätia na výstupe meniča.

V napäťových meničoch so skokovým výstupom generuje vysokofrekvenčný predkonvertor unipolárnu skokovú krivku napätia, približne v tvare sínusoidy, ktorej perióda sa rovná polovici periódy výstupného napätia. LF mostový obvod potom premení unipolárnu stupňovitú krivku na dve polovice multipolárnej krivky, ktorá sa svojim tvarom zhruba podobá sínusoide.

V napäťových meničoch so sínusovým (alebo takmer sínusovým) výstupným priebehom generuje vysokofrekvenčný predkonvertor konštantné napätie blízke veľkosti amplitúdy budúceho sínusového výstupu.

Potom mostíkový obvod vytvorí nízkofrekvenčné striedavé napätie z jednosmerného napätia pomocou viacnásobnej PWM, keď sa každý pár tranzistorov v každom polcykle výstupnej sínusoidy niekoľkokrát otvorí na čas meniaci sa podľa harmonického zákona. Dolnopriepustný filter potom extrahuje sínusovú vlnu z výsledného tvaru vlny.

Najjednoduchšie obvody na predbežnú vysokofrekvenčnú konverziu v invertoroch sú samogenerujúce. Sú pomerne jednoduché z hľadiska technickej implementácie a sú dosť účinné pri nízkych výkonoch (do 10-20 W) na napájanie záťaží, ktoré nie sú kritické pre proces dodávky energie. Frekvencia samooscilátorov nie je väčšia ako 10 kHz.

Pozitívna spätná väzba v takýchto zariadeniach sa získava z nasýtenia magnetického obvodu transformátora. Ale pre výkonné meniče nie sú takéto schémy prijateľné, pretože straty v prepínačoch sa zvyšujú a účinnosť je nakoniec nízka. Navyše akýkoľvek skrat na výstupe narúša samoosciláciu.

Lepšie obvody pre predbežné vysokofrekvenčné meniče sú flyback (do 150 W), push-pull (do 500 W), polovičný mostík a mostík (viac ako 500 W) na PWM regulátoroch, kde prevodná frekvencia dosahuje stovky kilohertzov. .

Typy meničov, prevádzkové režimy

Jednofázové napäťové meniče sú rozdelené do dvoch skupín: s čisto sínusovým výstupom a s modifikovanou sínusoidou. Väčšina moderných zariadení umožňuje zjednodušenú formu sieťového signálu (upravenú sínusoidu).

Čistá sínusoida je dôležitá pre zariadenia, ktoré majú na vstupe elektromotor alebo transformátor, alebo ak ide o špeciálne zariadenie, ktoré pracuje len s čistou sínusoidou na vstupe.

Trojfázové meniče sa zvyčajne používajú na vytváranie trojfázového prúdu pre elektrické motory, ako je napájanie. V tomto prípade sú vinutia motora priamo pripojené k výstupu meniča. Pokiaľ ide o výkon, menič sa vyberá na základe jeho špičkovej hodnoty pre spotrebiteľa.

Vo všeobecnosti existujú tri prevádzkové režimy meniča: štartovací, nepretržitý a režim preťaženia. V štartovacom režime (nabíjanie kapacity, spustenie chladničky) môže výkon na zlomok sekundy prekročiť menovitý výkon meniča, čo je prijateľné pre väčšinu modelov. Dlhodobý režim - zodpovedajúci hodnote meniča. Režim preťaženia - keď je výkon spotrebiteľa 1,3-krát vyšší ako nominálny - v tomto režime môže priemerný menič pracovať asi pol hodiny.

Meniče napätia sú špeciálne zariadenia, ktoré v prípade nedostatku napätia v sieti menia jednosmerný prúd na striedavý. To znamená, že z jednosmernej batérie môžete získať striedavý prúd s napätím 220 voltov a frekvenciou 50 hertzov.

Volá sa aj menič napätia. Pre mnohé elektrické spotrebiče majú parametre elektrického prúdu veľký význam. V prípade odchýlok od stanovených parametrov môže dôjsť k poškodeniu elektrických spotrebičov a zariadení. A ak sú prepätia v sieti trvalé, potom sa okrem meniča používa.

Výhody meničov napätia

Ak porovnáme konvenčný generátor a konvertor, ten má niekoľko výhod:

• Zariadenie je vysoko ekologické, pretože elektrická energia na premenu je uložená v batérii. Na rozdiel od generátora invertor neprodukuje škodlivé emisie do atmosféry;
• Absolútne tichá prevádzka meniča umožňuje jeho použitie nielen v súkromnom dome, ako elektrický generátor, ale aj v byte, takmer kdekoľvek;
• Na rozdiel od elektrického generátora si menič prúdu nevyžaduje častú údržbu, to znamená, že nevyžaduje dodatočné náklady na materiál;
• Prevádzkový čas úplne závisí od množstva paliva a životnosti motora. Prevodníky sú schopné samostatne udržiavať najvyššie nabitie batérie, v prípade potreby môžete kedykoľvek nainštalovať ďalšie batérie;
• Striedač navrhnutý pre 220 voltov sa automaticky spína v prípade výpadku prúdu a nevyžaduje prítomnosť osôb v jeho blízkosti.

Použitie meničov napätia

Kto potrebuje primárne meniče prúdu:

• Ak je potrebné udržiavať vykurovací systém v prevádzkovom stave v prípade, že je elektrická sieť vypnutá. To isté platí pre chladničky a počítače. Menič nielen zabráni poruche elektrického zariadenia, ale zabezpečí aj jeho nepretržitú prevádzku;
• Menič je možné použiť nielen v súkromnom dome alebo byte, ale aj v teréne, kde pri úplnej absencii elektriny môže nahradiť elektrický generátor;
• Prúdový menič môže byť nevyhnutný v nemocniciach, najmä počas operácií a v zubných ambulanciách;
• Invertory sú nepostrádateľné v predajniach potravín, ako aj v skladoch potravín, kde sa porucha chladničiek môže veľmi predražiť.

Menič napätia je zariadenie, ktoré mení napätie obvodu. V zahraničnej literatúre sa predpokladá: hovoríme o obvodoch so striedavým napätím, inak sa zariadenie nazýva DC/DC menič. Tí druhí sa považujú za plnohodnotných členov rodiny.

Účel meničov napätia

Potreba používať zariadenia tohto druhu vzniká, keď je potrebné implementovať elektrické zariadenie v regióne, kde sa štandardy priemyselných sietí zásobovania energiou líšia od štandardov stanovených vývojármi produktov. Frekvencie a amplitúda napätia v USA sú v kontraste s Európou a Ruskom. Dôvodov vidíme viacero. Tesla poznamenal: zvýšením frekvencie je možné dramaticky znížiť hmotnosť medeného vinutia transformátora; keď parameter dosiahne 700 Hz, elektrina sa stáva pre ľudské telo do značnej miery bezpečnou. Súčasne sa zvyšujú straty v jadre a do vesmíru sa začínajú vyžarovať elektromagnetické vlny.

Napäťový menič

Po posúdení váhy argumentov Spojené štáty pod vplyvom Nikolu Teslu legalizovali frekvenciu 60 Hz. V Rusku (Európe) vzali do úvahy argumenty slávneho inžiniera Dolivo-Dobrovolského (odôvodnil výhody používania trojfázových sietí). V celej Eurázii sa 50 Hz stalo de facto štandardom. Amplitúdy napätia boli zvolené tak, aby boli vhodné. 220 voltov je pre človeka nebezpečné, spotrebiteľ súčasne spotrebuje menej prúdu. Prierez medených vodičov sa môže výrazne znížiť. Americké striedavé napätie 110 voltov nemožno považovať za úplne bezpečné. Ľudia sú si vedomí, poučení militantmi, že hlavná postava nie raz zničila nepriateľa elektrickým výbojom z miestnej elektrickej siete.

Vplyv parametrov na technológiu je opísaný jednoducho:

1. Otáčky motora sú určené amplitúdou použitého napätia. Rýchlosť otáčania hriadeľa asynchrónneho motora s rotorom vo veveričke priamo závisí od frekvencie napájacej siete.
2. Vykurovacie zariadenia sú určené na prevádzkový prúd úmerný napätiu. Odpor je prevažne aktívny. Výkon sa mení štvornásobne (prúd sa berie ako štvorec) s podobnou variáciou medzi 110/220 voltovými sieťami. Spotrebiteľ od výrobku očakáva nominálne parametre, zariadenie nemusí byť určené pre neštandardnú prevádzku.
3. Domáce spotrebiče často používajú iné napätia ako sieťové napätie s presne definovanou amplitúdou. Podmienky zabezpečuje napájací zdroj. Pre normálnu prevádzku je potrebný menič napätia.

Prečo svetová prax potrebuje rôzne napätia?

Od začiatku 20. storočia sa vo veľkom rozsahu realizuje elektrifikácia. Zúčastnilo sa veľké množstvo ľudí, pričom každý sledoval okrem objektívnych aj svoje záujmy. Edison presadzoval konštantné napätie, Tesla, napriek tomu, presadzoval premenlivé napätie. Dolivo-Dobrovolsky mal dôvod nemilovať druhého vedca (konflikt záujmov v oblasti trojfázových sietí); možno zaviedol frekvenciu 50 Hz na odpor voči Spojeným štátom; Európa si vypočula názor inžiniera, ktorý je tomu bližšie blízkosti.

Pokiaľ ide o ZSSR, niet pochýb: 220 voltové napätie bolo ponechané len z vojenských a strategických dôvodov konfrontácie v studenej vojne. Priemer cigarety zodpovedal kalibru náplne pre najrýchlejší prenos zariadenia na výrobu konkrétnych produktov.

Umiestnenie meničov napätia vo všeobecnej klasifikácii

• Priamy prúd:

1. Meniče úrovne napätia (diskutované vyššie).
2. Regulátory napätia.
3. Lineárny stabilizátor napätia.

• AC na DC:

1. Usmerňovače.
2. Napájacie zdroje.
3. Spínacie stabilizátory napätia.

• Jednosmerný prúd na striedavý prúd:

1. Invertory.

• AC napätie:

1. Transformátory rôznych druhov.
2. Napäťové meniče.
3. Regulátory napätia.
4. Meniče tvaru napätia a frekvencie.
5. Transformátory s premenlivou frekvenciou.

Meniče napätia tvoria ďalšie dve triedy. Najprv napájacie zdroje. Každý obsahuje menič napätia. Transformátor. Prevodníky úrovní zodpovedajú domácej definícii predmetu rozhovoru a sú klasifikované ako samostatná trieda. Otázku kladie kniha M.A. Shustov na zvažovanú tému.

Klasifikácia meničov napätia

Urobme primárnu klasifikáciu meničov napätia:

Pri použití konvenčných transformátorov alebo autotransformátorov na konverziu amplitúdy napätia nezabudnite na frekvenciu. Mnoho motorov navrhnutých na prevádzku pri 60 Hz sa pri napájaní s frekvenciou 50 Hz prehrieva, aj keď je amplitúda napätia špecifikovaná. Čo sa týka možností vstavaného napájania, nie vždy je možné prepínať nastavenia. Výrobok môže byť označený nálepkou (okrem typového štítku), ktorá jasne vysvetľuje prevádzkové podmienky zariadenia, podľa jeho určenia. Čo sa týka rozdielov medzi Európou a Ruskom (230 – 220 = 10 voltov), ​​tento rozdiel nemá veľký vplyv na prevádzku (existujú negatívne aspekty). V predchádzajúcich témach sme si všimli vplyv tohto parametra na životnosť žiaroviek a elektróniek.

V súlade s ich dizajnom v elektronike sú meniče napätia rozdelené takto:

1. Beztransformátorový kondenzátor.
2. So spínanými kondenzátormi.
3. Multiplexer.
4. Pulzné meniče.
5. Spínané napájacie zdroje.
6. Transformátor s pulzným budením.
7. Samotvorba.
8. Na piezoelektrických transformátoroch.

Návrh meničov napätia

So zvyšujúcou sa frekvenciou sa zvyšujú straty spôsobené vírivými prúdmi v jadrách transformátorov. Fenomén sa snažia zastaviť miešaním. Jadro je rozdelené na platne s rovinou rovnobežnou s magnetickými siločiarami. Používa sa špeciálna elektrooceľ s vysokým odporom.

Keď sa frekvencia zvyšuje, magnetický tok je vytlačený smerom von hrúbkou jadra. Na zvýšenie indukčnosti sa používajú feromagnetické materiály. Pri vysokých frekvenciách sa to stáva nepraktickým z vyššie uvedeného dôvodu. Magnetická permeabilita prestáva rásť, takéto jadro nemá zmysel vyrábať. Magnetodielektriká vo forme lisovaného prášku sú široko používané na HF. Eliminácia strát spôsobených vírivými prúdmi. Sila magnetického toku je výrazne znížená. Periodicita zákonov zmeny prúdu a napätia určuje nasledujúce pravidlo...

Energia uložená konvertorom za určitú dobu je úmerná druhej mocnine kapacity alebo indukčnosti systému.

Zariadenia používajú pamäťové zariadenia indukčného alebo kapacitného typu. To vysvetľuje použitie feromagnetických materiálov v napájacích zdrojoch a vysvetľuje, prečo sa Tesla vo svojich experimentoch vybral inou cestou. Vedec použil oscilačné obvody na vytvorenie vysokofrekvenčných prúdov. Podobným smerom sa dnes uberá aj technológia meničov napätia. Pre jednosmerný prúd vyzerá dizajn takto:

1. Vstupné napätie sa súčasne stáva napájacím napätím.
2. Srdcom meniča je generátor striedavého napätia. Známy multivibrátor (spúšť s dvoma tranzistormi), obraz je dostupný všade. Niekedy je výhodné použiť hotové priemyselné sériové mikroobvody a invertory.
3. Výsledné napätie je premenlivé, často obdĺžnikového tvaru. V prípade potreby sa zosilní, znásobí alebo zníži (pomocou spínaných kondenzátorov), usmerní a získa sa požadovaná polarita (konvertor polarity napätia). Poznámka: tieto stupne sú niekedy implementované na mikroobvodoch. Multiplexory sú široko používané na spínanie kondenzátorov, ktoré uchovávajú energiu.

Menič napätia nemožno postaviť priamo bez transformátora. Ak sa však odchýlite od striktnej definície, môžete vyriešiť rôzne problémy. Akýkoľvek multivibrátor obsahuje RC obvod, ktorý Tesla používala. Na získanie napätia potrebného pre polaritu sa používajú správne zapojené diódy a filtračné kondenzátory. Usmerňovač je vyrobený mostíkom (pozri).

Takéto obvody sa v praxi vyskytujú v elektronike z jednoduchého dôvodu: je ťažké získať vysoký výkon. Neboli vytvorené polovodičové spínače, ktoré by obchádzali obmedzenie; kapacity kondenzátorov by boli jednoducho obrovské. Výrobcovia preto neustále bojujú s úsporou energie.

Systémová jednotka PC využíva pulzné transformátory, na vytvorenie stabilnej čistoty sa používajú kremenné rezonátory. Poukazme na rozdiel. Práca s vysokofrekvenčným napätím umožňuje výrazne znížiť množstvo energie uloženej počas periódy oscilácie. Rozmery transformátorov môžu byť značne zmenšené, škodlivé feromagnetické jadrá môžu byť úplne vyradené, čím sa znižuje hmotnosť. Existujú dizajnové prvky iného druhu. Ako píše vynikajúci dizajnér obvodov M.A. Shustov:

1. Indukčné meniče menších rozmerov, pričom všetky ostatné veci sú rovnaké. Preto sa používajú pre vyššie kapacity. Čo vidíme na príklade transformátorov.
2. Čo sa týka kapacitných meničov, je výhodné použiť pre nízke výkony. Spomeňme si na multivibrátory s RC obvodom.

Počuli ste o „transformátoroch“ s konštantným napätím. Možno to pripísať dizajnovým prvkom. Generátor využíva spätnú väzbu – kryštál kremeňa. Akumulačný kondenzátor riadi pracovný režim tranzistora, cez piezoelektrický prvok prechádza striedavé napätie vo forme akustickej vlny. Vzhľadom na zjavné okolnosti ležia prevádzkové frekvencie v oblasti niekoľkých MHz a výkon je nízky. Je zrejmé, že systém nedokáže prenášať jednosmerné napätie priamo, pojem transformátor sa používa alegoricky.

Vplyvy; prevodník Prvok, ktorý prevádza vstupné akcie alebo signály jedného typu na výstupné akcie alebo signály iného typu Pozn. Pojem prevodník signálu elektrického stroja je definovaný podobne... ... Polytechnický terminologický výkladový slovník

Prijímač, redukcia, prekladač, transformátor, menič; solion, jednotka, reformátor, mostík, konvertor, transvertor, usmerňovač, reformátor, menič, perestrojka, senzor, scanistor, transformátor, reorganizátor Slovník ruských synoným.… … Slovník synonym

Elektromechanické alebo elektroakustický menič, ktorého činnosť je založená na magnetostrikčnom efekte. V magnetickom poli sa v oblasti techniky spravidla používa lineárna magnetostrikcia fero alebo ferrimagnetov. magnetizácia (pozri Ferromagnetizmus ... Fyzická encyklopédia

prevodník- KONVERTOR, reorganizátor, reformátor... Slovník-tezaurus synoným ruskej reči

konvertor- zariadenie, ktoré premieňa veličiny jedného druhu (energia, signály) na iné druhy a formy, vhodné na ďalšie použitie. P., rôzne v princípe fungovania a dizajnu, sú široko používané v automatizácii a telemechanike, informatike a... ... Veľká polytechnická encyklopédia

CONVERTER, me, manžel. 1. Kto premieňa, premenil čo n. 2. Zariadenie na premenu elektrickej energie. Elektrický p.p. prúd. | manželky prevodník, s (na 1 hodnotu). Ozhegovov výkladový slovník. S.I. Ozhegov, N.Yu. Shvedova... Ozhegovov výkladový slovník

- (Menič) točivý stroj na premenu: jednosmerného prúdu jedného napätia na jednosmerný prúd iného napätia, striedavého prúdu na jednosmerný prúd a naopak; striedavý prúd na striedavý prúd, ale s rôznym počtom periód. Podľa návrhu P. ... ... Marine Dictionary

prevodník- Zariadenie na prevod tvarov signálov z jedného typu na druhý (napríklad zo sériového na paralelný alebo z analógového na diskrétny), ako aj na prenos signálov z jednej frekvencie na druhú. [L.M. Nevďajev. Telekomunikačné technológie… Technická príručka prekladateľa

prevodník- 3.1 prevodník: Zariadenie na premenu nameraného mechanického pohybu, ako je zrýchlenie v danom smere, na veličinu vhodnú na meranie alebo záznam. Poznámka Prevodník môže obsahovať... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

Konvertor je elektrické zariadenie. V závislosti od aplikácie to môže znamenať: v elektronike: Analógovo-digitálny prevodník Digitálne-analógový prevodník Elektrónovo-optický prevodník Flyback... ... Wikipedia

knihy

• Transformer, Oľga Golosová. Od vydavateľa: Sám na ulici – bez peňazí, bez domova, bez priateľov. Čo keby ste boli včera oligarchom? Keby svet slúžil tebe a len tebe? Je to hanba? Čo urobíte pre prísľub, že toto všetko vrátite?...
• Transformer, Oľga Golosová. Sám na ulici – bez peňazí, bez domova, bez priateľov. Čo keby ste boli včera oligarchom? Keby svet slúžil tebe a len tebe? Je to hanba? Čo urobíte pre prísľub, že toto všetko vrátite? Presne tak - je to tak...