Sähkön muuntotoiminto jänniteparametrissa voidaan suorittaa useilla laitteilla, kuten generaattoreilla, latureilla ja muuntajalaitteilla. Kaikki ne pystyvät tavalla tai toisella muuttamaan energian ominaisuuksia, mutta niiden käyttö ei aina oikeuta teknisten ja ergonomisten ominaisuuksien kann alta. Tämä johtuu osittain siitä, että virran muuntaminen useimmille säätimille ei ole keskeinen tehtävä - joka tapauksessa, jos puhumme sekä tasa- että vaihtovirrasta. Juuri nämä rajoitukset motivoivat sähkölaitteiden valmistajat kehittämään kytkentämuuntimen, joka on verrattavissa sen kompaktiin kokoon ja jännitteen stabilointitarkkuuteen.
Laitteen tunnistus
Lukuisat radiotekniikan laitteet, automaatio- ja viestintävälineet tulevat harvoin toimeen ilman yksi- ja kolmivaiheisia teholaitteita virran muuntamiseen yksiköistä satoihin volttiampeereihin. Pulssilaitteita käytetään kapeampiin tehtäviin. Pulssityyppinen sähkömuunnin on laite, jokamuuntaa jännitteen pienin aikavälein kestoltaan luokkaa 1-2 mikronia/s. Jännitepulssit ovat muodoltaan suorakaiteen muotoisia ja toistuvat 500-20 000 Hz:n taajuudella.
Perinteiset jännitesäädettävät muuntimet ohjaavat tyypillisesti laitteen vastusluokitusta. Se voi olla tyristori tai transistori, jonka läpi virtaa virtaa jatkuvasti. Hänen energiansa aiheuttaa ohjainlaitteen lämpenemisen, minkä vuoksi osa tehosta häviää. Tätä taustaa vasten pulssijännitemuunnin näyttää houkuttelevamm alta teknisiltä ja toiminnallisilta ominaisuuksiltaan, koska sen suunnittelussa on mahdollisimman vähän osia, mikä johtaa sähköisten häiriöiden vähenemiseen. Muuntimen säätöelementti on avain, joka toimii eri tiloissa - esimerkiksi avoimessa ja suljetussa tilassa. Ja molemmissa tapauksissa toiminnan aikana vapautuu mahdollisimman vähän lämpöenergiaa, mikä myös lisää laitteen suorituskykyä.
Invertterin määritys
Jos sähkön parametreja on muutettava, pulssimuuntajia käytetään yhdessä tai toisessa toimintakokoonpanossa. Laajan levinneisyyden ensimmäisessä vaiheessa niitä käytettiin pääasiassa pulssiteknologiassa - esimerkiksi triodigeneraattoreissa, kaasulasereissa, magnetroneissa ja erottavissa radiolaitteissa. Lisäksi laitteen parantuessa niitä alettiin käyttää tyypillisimmissä sähkölaitteiden edustajissa. Eikä se välttämättä ollutkaanerikoisvarusteet. Jälleen eri versioissa pulssimuunnin voi olla läsnä erityisesti tietokoneissa ja televisioissa.
Toinen, mutta vähemmän tunnettu tämäntyyppisten muuntajien toiminto on suojaava. Itse impulssisäätöä voidaan pitää suojatoimenpiteenä, mutta jänniteparametrien säätämisen tavoitteet ovat aluksi erilaisia. Siitä huolimatta erityiset muutokset tarjoavat laitteiston suojan kuormitettuja oikosulkuja vastaan. Tämä koskee erityisesti laitteita, jotka toimivat joutokäynnillä. On myös pulssilaitteita, jotka estävät ylikuumenemisen ja liiallisen jännitteen nousun.
Laitteen suunnittelu
Muunnin koostuu useista käämeistä (vähintään kahdesta). Ensimmäinen ja pää on kytketty verkkoon, ja toinen lähetetään kohdelaitteeseen. Käämit voidaan valmistaa alumiinista tai kupariseoksista, mutta molemmissa tapauksissa käytetään yleensä ylimääräistä lakkaeristystä. Johdot on kääritty eristävälle alustalle, joka on kiinnitetty ytimeen - magneettiseen piiriin. Matalataajuisissa muuntimissa sydämet on valmistettu muuntajateräksestä tai pehmeästä magneettiseoksesta, ja suurtaajuusmuuntimissa ferriittipohjaisia.
Matalataajuinen magneettipiiri itsessään muodostuu levysarjoista W, G tai U:n muotoisista levyistä. Ferriittisydämet valmistetaan yleensä yhtenä kappaleena - tällaisia osia on hitsausinverttereissä ja galvaanisissa eristysmuuntajissa. Pienitehoiset suurtaajuusmuuntajat jaluopua kokonaan ytimestä, koska sen tehtävä on ilmaympäristö. Sähkölaitteisiin integrointia varten magneettipiirin suunnittelu on varustettu kehyksellä. Tämä on ns. pulssimuunninyksikkö, joka on suljettu suojakuorella, jossa on merkinnät ja varoitustarrat. Jos korjausprosessin aikana laite on kytkettävä päälle kansi irrotettuna, tämä toimenpide suoritetaan vikavirtasuojan tai eristysmuuntajan kautta.
Jos puhumme nykyaikaisessa radio- ja sähkötekniikassa käytetyistä muuntimista, niiden ja klassisten jännitemuuntajien välillä on merkittävä ero. Huomattavin koon ja painon pieneneminen. Pulssilaitteet voivat painaa useita grammoja ja silti toimia samalla tavalla.
Toimintaprosessien ominaisuudet
Kuten jo todettiin, näppäimiä käytetään virran säätämiseen pulssimuuntajissa, jotka voivat itsessään aiheuttaa suurtaajuisia häiriöitä. Tämä on tyypillistä vakauttaville malleille, jotka toimivat nykyisessä kytkentätilassa.
Kytkentähetkellä voi esiintyä herkkiä virta- ja jännitehäviöitä, jotka luovat olosuhteet anti-vaihe- ja yhteismoodihäiriöille tuloon ja ulostuloon. Tästä syystä kytkentätehomuunnin, jossa on stabilointitoiminto, mahdollistaa häiriöiden poistavien suodattimien käytön. Ei-toivottujen sähkömagneettisten tekijöiden minimoimiseksi kytkintä kytketään silloin, kun kytkin ei johda virtaa.(kun se on auki). Tätä häiriönkäsittelymenetelmää käytetään myös resonanssimuuntimissa.
Toinen tarkasteltavana olevien laitteiden toimintaprosessin piirre on negatiivinen differentiaalivastus tulossa, kun jännite vakiintuu kuormituksen alaisena. Eli kun tulojännite kasvaa, virta pienenee. Tämä tekijä on otettava huomioon, jotta varmistetaan muuntimen vakaus, joka on kytketty lähteisiin, joissa on suuri sisäinen vastus.
Vertailu lineaarimuuntimeen
Toisin kuin lineaarisissa laitteissa, pulssisovittimissa on parempi suorituskyky, kompakti koko ja mahdollisuus galvaaniseen eristykseen tulossa ja lähdössä. Lisätoimintojen tarjoamiseksi kolmansien osapuolien laitteiden sitomisessa ei vaadita monimutkaisten yhteysjärjestelmien käyttöä. Mutta pulssimuuntimessa on myös heikkouksia verrattuna lineaarisiin muuntajiin. Näitä ovat seuraavat haitat:
- Kun tulovirta tai jännite muuttuu kuormituksen alaisena, lähtösignaali on epävakaa.
- Jo mainitun impulssikohinan esiintyminen lähtö- ja tulopiireissä.
- Jännitteen ja virran parametrien äkillisten muutosten jälkeen järjestelmä kestää kauemmin toipua transienteista.
- Itsevärähtelyjen riski, jotka voivat vaikuttaa laitteen suorituskykyyn. Lisäksi tällaiset vaihtelut eivät liity lähteen verkon epävakauteen, vaan siihenristiriidat vakautusjärjestelmän sisällä.
DC/DC-muunnin
Kaikille DC/DC-järjestelmän impulssilaitteille on ominaista se, että näppäimet aktivoituvat erityisimpulssien siirron aikana transistorin suuntaan. Tulevaisuudessa kasvavan jännitteen vuoksi transistorien looginen lukittuminen tapahtuu lisäksi kondensaattorin lataamisen taustalla. Tämä ominaisuus erottaa DC-DC-kytkinlaitteen vastaavista riippumattomien invertterilaitteiden laitteista.
Nämä laitteet suorittavat tavallisesti tasajännitteen valvontaa kuormituksen alaisena syöttäessään verkkoon tasavirtaa. Tällainen ohjaus saavutetaan säätämällä julkisen avaimen jännitettä. Pienet virta-arvot mahdollistavat korkean suorituskyvyn tason, jolla hyötysuhde voi olla 95%. Järjestelmän huippusuorituskyvyn asettaminen on pulssivirtamuuntimien merkittävä plussa, mutta DC-DC-piirin toteutus ei ole mahdollista kaikissa malleissa. Laitteessa kontaktiverkon tulisi aluksi toimia lähteenä - erityisesti tätä periaatetta käytetään akuissa ja akuissa.
Boost Converter
Tämän muuntajan avulla jännite nostetaan 12 V:sta 220 V:iin. Sitä käytetään tilanteissa, joissa ei ole sopivan tehoparametrin omaavaa lähdettä, mutta laitteeseen on syötettävä virtaa standardista verkkoon. Toisin sanoen,sovitin on tuotava tietyn ominaisuuksista lähteestä kuluttajalle, jolla on erilaiset tehovaatimukset. Pulssijännitemuuntajien 12-220 V kaavamaiset mallit mahdollistavat 50 Hz:n taajuudella toimivien laitteiden kytkemisen. Lisäksi laitteen teho ei saa ylittää muuntajan enimmäistehoa. Ja vaikka jänniteparametrit täsmäävät, kuluttajalaitteessa on oltava suojaus verkon ylikuormituksia vastaan. Tällä jännitteen korjausmenetelmällä on useita etuja:
- Mahdollisuus pitkäkestoiseen työskentelyyn suurimmalla kuormituksella keskeytyksettä.
- Automaattinen tehonsäätö.
- Parempi hyötysuhde varmistaa sekä laitteen toimintatilan vakauden että sähköpiirin toiminnan korkean luotettavuuden.
Alas-alas-muunnin
Matalataajuisia tai pienitehoisia laitteita käytettäessä on aivan luonnollista, että jännitteenilmaisinta voi olla tarpeen laskea. Esimerkiksi tämä tehtävä kohdataan usein kytkettäessä valaistuslaitteita - esimerkiksi LED-taustavaloa. Laskemiseksi muunnin sulkee säätökytkimen, jonka jälkeen se kerää "ylimääräistä" energiaa. Piirissä oleva erityinen diodi ei päästä virtaa syöttölähteestä kuluttajalle. Samanaikaisesti itseinduktiojärjestelmissä tasasuuntausdiodit voivat siirtää negatiivisia jännitepulsseja. 24-12 V pulssimuuntimien käytössä lähdön stabilointitoiminto on erityisen tärkeä. Sekä lineaarinen ettäsuorat impulssin stabilaattorit. On kannattavampaa käyttää toisen tyyppisiä laitteita, joissa on leveys- tai taajuusmodulaatio. Ensimmäisessä tapauksessa korjataan ohjauspulssien kesto ja toisessa niiden esiintymistiheys. Saatavilla on myös sekaohjattuja stabilaattoreita, joissa käyttäjä voi tarvittaessa muuttaa pulssien taajuuden ja keston säätöä.
Pulssin leveysmuunnin
Työssä käytetään laitetta, joka kerää energiaa muuntamisen seurauksena. Se voidaan sisällyttää perusrakenteeseen tai liittää suoraan tulojännitteeseen ilman muuntajaa. Tavalla tai toisella lähtö on keskimääräisen jännitteen ilmaisin, joka määräytyy syöttöjännitteen arvon ja kytkentäavaimen pulssien käyttöjakson perusteella. Operaatiovahvistimessa on erityinen laskin, joka arvioi tulo- ja lähtösignaalien parametrit ja rekisteröi niiden välisen eron. Jos lähtöjännite on pienempi kuin referenssijännite, niin säätimeen kytketään modulaattori, joka lisää kytkentäavaimen avoimen tilan kestoa suhteessa kellogeneraattorin aikaan. Kun tulojännite muuttuu, kytkinmuunnin säätää avainohjauspiiriä siten, että lähtö- ja referenssijännitteen välinen ero minimoidaan.
Johtopäätös
Puhtaassa muodossaan ilman lisälaitteitaTasasuuntaajien ja stabilointilaitteiden tavoin muuntimen toiminnot heikkenevät merkittävästi, vaikka hyötysuhde pysyy korkealla tasolla. Muunnoslaitteet, jotka harvoin pärjäävät ilman lisälaitteita, sisältävät vaihtovirtaverkkojen säätimet. Ainakin tässä tapauksessa joudut asentamaan tasoitussuodattimen ja tasasuuntaajan tuloon. Sitä vastoin tasavirran pulssimuuntimet sekä tulossa että lähdössä voivat tukea itsenäisesti päätoimintoaan. Mutta jopa tällaisissa järjestelmissä on tärkeää, että laite voi suorittaa jännitteen stabilointitehtävän. Älä myöskään unohda mahdollisia häiriöitä kytkentäkytkimien aktiivisessa käytössä stabilointijärjestelmässä. Tällaisissa maadoittamattomissa sovelluksissa on suositeltavaa kytkeä kohinasuodatin muunninlohkoon.
