La funzione di conversione dell'elettricità nel parametro di tensione può essere svolta da vari dispositivi come generatori, caricabatterie e dispositivi di trasformazione. Tutti in un modo o nell' altro sono in grado di modificare le caratteristiche dell'energia, ma non sempre il loro utilizzo si giustifica in termini di qualità tecniche ed ergonomiche. Ciò è in parte dovuto al fatto che il compito di trasformare la corrente per la maggior parte dei regolatori non è fondamentale, in ogni caso se si parla sia di corrente continua che alternata. Sono queste limitazioni che hanno motivato i produttori di apparecchiature elettriche a sviluppare un convertitore di commutazione, che si confronta favorevolmente con le sue dimensioni compatte e la precisione di stabilizzazione della tensione.
Rilevamento dispositivo
Numerosi dispositivi di ingegneria radio, mezzi di automazione e comunicazione raramente fanno a meno di dispositivi di alimentazione monofase e trifase per la trasformazione di corrente da unità a centinaia di volt-ampere. I dispositivi a impulsi vengono utilizzati per compiti più ristretti. Un convertitore elettrico di tipo a impulsi è un dispositivo chetrasforma la tensione in piccoli intervalli di tempo con una durata dell'ordine di 1-2 micron/sec. Gli impulsi di tensione sono di forma rettangolare e si ripetono a una frequenza di 500-20.000 Hz.
I tradizionali convertitori regolabili in tensione in genere controllano la resistenza nominale del dispositivo. Può essere un tiristore o un transistor attraverso il quale scorre continuamente la corrente. È la sua energia che provoca il riscaldamento del dispositivo di controllo, a causa della quale parte della potenza viene persa. In questo contesto, un convertitore di tensione a impulsi sembra più attraente in termini di proprietà tecniche e operative, poiché il suo design prevede un minimo di parti, il che porta a una diminuzione delle interferenze elettriche. L'elemento di regolazione del convertitore è una chiave che opera in diverse modalità, ad esempio in uno stato aperto e chiuso. E in entrambi i casi, durante il funzionamento viene rilasciata la quantità minima di energia termica, il che aumenta anche le prestazioni dell'apparecchiatura.
Assegnazione inverter
Ovunque sia richiesta una modifica dei parametri dell'elettricità, i trasformatori di impulsi vengono utilizzati in una o nell' altra configurazione operativa. Nella prima fase della loro ampia distribuzione, sono stati utilizzati principalmente nella tecnologia a impulsi, ad esempio nei generatori di triodi, nei laser a gas, nei magnetron e nelle apparecchiature radio di differenziazione. Inoltre, con il miglioramento del dispositivo, hanno iniziato a essere utilizzati nella maggior parte dei tipici rappresentanti di apparecchiature elettriche. E non era necessariamenteattrezzature specializzate. Anche in questo caso, in diverse versioni, un convertitore di impulsi può essere presente in computer e TV in particolare.
Un' altra, ma meno nota funzione dei trasformatori di questo tipo è quella protettiva. Di per sé, la regolazione degli impulsi può essere considerata una misura protettiva, ma gli obiettivi della regolazione dei parametri di tensione sono inizialmente diversi. Tuttavia, modifiche speciali forniscono protezione dell'apparecchiatura contro i cortocircuiti sotto carico. Ciò è particolarmente vero per le apparecchiature che funzionano in modalità idle. Esistono anche dispositivi a impulsi che impediscono il surriscaldamento e l'aumento eccessivo della tensione.
Design del dispositivo
Il convertitore è composto da più avvolgimenti (almeno due). Il primo e il principale sono collegati alla rete e il secondo viene inviato al dispositivo di destinazione. Gli avvolgimenti possono essere realizzati in alluminio o leghe di rame, ma in entrambi i casi, di norma, viene utilizzato un ulteriore isolamento della vernice. I fili sono avvolti su una base isolante, fissata sul nucleo: il circuito magnetico. Nei convertitori a bassa frequenza, i nuclei sono realizzati in acciaio per trasformatori o una lega magnetica morbida e nei convertitori ad alta frequenza sono basati su ferrite.
Lo stesso circuito magnetico a bassa frequenza è formato da gruppi di piastre a forma di W, G o U. I nuclei di ferrite sono generalmente realizzati in un unico pezzo: tali parti sono presenti negli inverter per saldatura e nei trasformatori di isolamento galvanico. Trasformatori ad alta frequenza a bassa potenza erinunciare completamente al nucleo, poiché la sua funzione è svolta dall'ambiente dell'aria. Per l'integrazione in dispositivi elettrici, il design del circuito magnetico è fornito da un telaio. Questa è la cosiddetta unità convertitore di impulsi, che è chiusa con un coperchio protettivo con contrassegni ed etichette di avvertenza. Se durante il processo di riparazione è necessario accendere il dispositivo con il coperchio rimosso, questa operazione viene eseguita tramite un RCD o un trasformatore di isolamento.
Se parliamo di convertitori utilizzati nella moderna ingegneria radiofonica ed elettrica, allora ci sarà una differenza significativa tra loro e trasformatori di tensione classici. La riduzione più evidente di dimensioni e peso. I dispositivi a impulsi possono pesare diversi grammi e continuare a funzionare allo stesso modo.
Caratteristiche dei processi operativi
Come già notato, i tasti vengono utilizzati per regolare la corrente nei trasformatori di impulsi, che possono diventare essi stessi fonti di interferenza ad alta frequenza. Questo è tipico per i modelli di stabilizzazione che funzionano nella modalità di commutazione corrente.
Nei momenti di commutazione, possono verificarsi sensibili cadute di corrente e tensione, che creano le condizioni per interferenze antifase e di modo comune all'ingresso e all'uscita. Per questo motivo un convertitore di potenza switching con funzione stabilizzatrice prevede l'utilizzo di filtri che eliminano le interferenze. Per ridurre al minimo i fattori elettromagnetici indesiderati, l'interruttore viene commutato nei momenti in cui l'interruttore non conduce corrente.(quando aperto). Questo metodo di gestione delle interferenze viene utilizzato anche nei convertitori risonanti.
Un' altra caratteristica del processo di lavoro dei dispositivi in esame è la resistenza differenziale negativa in ingresso quando la tensione è stabilizzata sotto carico. Cioè, all'aumentare della tensione di ingresso, la corrente diminuisce. Questo fattore deve essere preso in considerazione per garantire la stabilità del convertitore, che è collegato a sorgenti con un'elevata resistenza interna.
Confronto con convertitore lineare
A differenza dei dispositivi lineari, gli adattatori di impulsi sono caratterizzati favorevolmente da prestazioni più elevate, dimensioni compatte e possibilità di isolamento galvanico dei circuiti in ingresso e in uscita. Per fornire funzionalità aggiuntive con l'associazione di dispositivi di terze parti, non è richiesto l'uso di schemi di connessione complessi. Ma ci sono anche punti deboli nel convertitore di impulsi rispetto ai trasformatori lineari. Questi includono i seguenti svantaggi:
- In condizioni di variazione della corrente di ingresso o della tensione sotto carico, il segnale di uscita è instabile.
- La presenza del già citato rumore impulsivo sui circuiti di uscita e di ingresso.
- Dopo improvvisi cambiamenti nei parametri di tensione e corrente, il sistema impiega più tempo a riprendersi dai transitori.
- Rischio di auto-oscillazioni che possono influire sulle prestazioni dell'apparecchiatura. Inoltre, fluttuazioni di questo tipo non sono associate all'instabilità della rete della sorgente, ma aconflitti all'interno dello schema di stabilizzazione.
Convertitore CC/CC
Tutte le varietà di dispositivi a impulsi del sistema DC / DC sono caratterizzate dal fatto che i tasti vengono attivati durante la traslazione di impulsi speciali nella direzione del transistor. In futuro, a causa della tensione crescente, si verifica inoltre un blocco logico dei transistor sullo sfondo della ricarica del condensatore. È questa caratteristica che distingue il dispositivo di commutazione CC-CC da dispositivi simili in apparecchiature inverter indipendenti.
In genere, questi dispositivi eseguono il monitoraggio della tensione CC sotto carico nel processo di alimentazione CC alla rete. Questo tipo di controllo si ottiene regolando la tensione sulla chiave pubblica. Piccoli valori di corrente consentono di fissare un alto livello di prestazioni, al quale l'efficienza può raggiungere il 95%. L'impostazione delle prestazioni di picco del sistema è un vantaggio significativo dei convertitori di corrente a impulsi, tuttavia l'implementazione del circuito CC-CC non è possibile in ogni progetto. Nel dispositivo, la rete di contatti dovrebbe inizialmente fungere da fonte, in particolare questo principio viene utilizzato nelle batterie e nelle batterie.
Aumenta il convertitore
Con l'aiuto di questo trasformatore, la tensione viene aumentata da 12 a 220 V. Viene utilizzato in situazioni in cui non esiste una sorgente con parametri di potenza adeguati, ma è necessario fornire alimentazione al dispositivo da uno standard Rete. In altre parole,un adattatore deve essere introdotto da una fonte con alcune caratteristiche a un consumatore con requisiti di alimentazione diversi. I progetti schematici dei convertitori di tensione a impulsi 12-220 V consentono il collegamento di dispositivi che funzionano a una frequenza di 50 Hz. Inoltre, la potenza dell'apparecchiatura non deve superare la potenza nominale massima del trasformatore. E anche se i parametri di tensione corrispondono, il dispositivo del consumatore deve avere una protezione contro i sovraccarichi della rete. Questo metodo di correzione della tensione ha diversi vantaggi:
- Possibilità di una lunga sessione di lavoro al massimo carico senza interruzioni.
- Regolazione automatica della potenza.
- L'aumento dell'efficienza garantisce sia la stabilità della modalità di funzionamento del dispositivo che l'elevata affidabilità del funzionamento del circuito elettrico.
Convertitore di commutazione down-down
Quando si utilizzano apparecchiature a bassa frequenza oa bassa potenza, è del tutto naturale che potrebbe essere necessario abbassare l'indicatore di tensione. Ad esempio, questa attività si verifica spesso quando si collegano dispositivi di illuminazione, ad esempio la retroilluminazione a LED. Per abbassare il convertitore chiude il tasto di commutazione di regolazione, dopodiché accumula energia "extra". Un diodo speciale nel circuito non consente la corrente dalla fonte di alimentazione al consumatore. Allo stesso tempo, nei sistemi di autoinduzione, i diodi raddrizzatori possono trasmettere impulsi di tensione negativa. Nel funzionamento di convertitori di impulsi a 24-12 V, la funzione di stabilizzazione dell'uscita è particolarmente importante. Sia lineare chestabilizzatori di impulsi diretti. È più vantaggioso utilizzare dispositivi del secondo tipo con modulazione di larghezza o frequenza. Nel primo caso verrà corretta la durata degli impulsi di controllo e nel secondo la frequenza del loro verificarsi. Esistono anche stabilizzatori a comando misto, nei quali l'operatore può, se necessario, modificare la configurazione per regolare gli impulsi in frequenza e durata.
Convertitore ampiezza impulso
Nel processo di lavoro, viene utilizzato un dispositivo che accumula energia come risultato della trasformazione. Può essere inserito nella struttura base o collegato direttamente alla tensione di ingresso senza riferimento al convertitore. In un modo o nell' altro, l'uscita sarà un indicatore di tensione media, determinato dal valore della tensione di ingresso e dal ciclo di lavoro degli impulsi dal tasto di commutazione. L'amplificatore operazionale ha uno speciale calcolatore che valuta i parametri dei segnali di ingresso e di uscita, registrando la differenza tra di loro. Se la tensione di uscita è inferiore alla tensione di riferimento, alla regolazione viene collegato un modulatore, che aumenta la durata dello stato aperto della chiave di commutazione rispetto all'ora del generatore di clock. Quando la tensione di ingresso cambia, il convertitore di commutazione regola il circuito di controllo della chiave in modo che la differenza tra l'uscita e la tensione di riferimento sia ridotta al minimo.
Conclusione
Nella sua forma pura senza collegare dispositivi ausiliaricome i raddrizzatori e gli stabilizzatori, le funzioni del convertitore sono notevolmente ridotte, sebbene l'efficienza rimanga ad un livello elevato. I dispositivi di trasformazione che raramente fanno a meno di apparecchiature aggiuntive includono i regolatori nelle reti CA. Almeno in questo caso, dovrai installare un filtro livellatore e un raddrizzatore in ingresso. Viceversa, i convertitori di impulsi di corrente elettrica continua sia in ingresso che in uscita possono assolvere autonomamente alla loro funzione principale. Ma anche in tali sistemi, è importante che il dispositivo possa svolgere il compito di stabilizzazione della tensione. Inoltre, non dimenticare le possibili interferenze con l'uso attivo degli interruttori di commutazione nel sistema stabilizzatore. In tali applicazioni senza messa a terra, si consiglia di collegare un filtro antidisturbo al blocco convertitore.
