Tout convertisseur de tension est un appareil électrique ou électronique capable de modifier sa valeur par la valeur requise. Ce dispositif est particulièrement demandé dans les situations où il est nécessaire de connecter une charge avec différentes tensions nominales au réseau. De plus, ils peuvent non seulement baisser la valeur de ce paramètre, mais aussi l'augmenter.
Principe d'opération
La principale exigence qui détermine le principe de fonctionnement des convertisseurs de tension est la capacité de transférer la puissance utile à la sortie avec des pertes minimales (pour assurer une efficacité maximale). Pour ce faire, ils utilisent souvent des modules économes en pertes, par exemple des onduleurs électroniques. Un convertisseur de tension électrique construit selon un circuit de transformateur est le plus pratique pour considérer le principe de fonctionnement. L'essence de son fonctionnement est la suivante :
- à l'entrée de l'appareil, le potentiel provient d'un générateur de tension alternative ou d'une source de courant similaire ;
- un signal de forme similaire est prélevé à la sortie du transformateur (à partir de son enroulement secondaire);
- si nécessaire, la tension de sortie alternative est d'abord redressée par une unité à diodes spéciale, puis stabilisée.
Il est très difficile d'atteindre l'efficacité souhaitée à partir d'un tel schéma, car une partie de la puissance transmise est perdue dans les enroulements du transformateur (en raison de la dissipation de chaleur).
Pour obtenir un rendement élevé de l'appareil, des circuits clés fonctionnant en mode économique sont installés à la sortie du transformateur. Pendant leur fonctionnement, basé sur la commutation à grande vitesse des transistors de l'état fermé à l'état ouvert, les pertes de puissance dans les enroulements sont considérablement réduites.
L'auto-induction est traditionnellement utilisée dans les convertisseurs de tension conçus pour fonctionner avec des alimentations haute tension. Il est réalisé dans les noyaux de ferrite de sortie avec une interruption brutale du courant dans l'enroulement primaire. Tous les mêmes transistors sont utilisés comme tel hacheur, et la tension impulsionnelle obtenue en sortie est alors redressée. De tels schémas permettent d'obtenir des potentiels élevés de l'ordre de plusieurs dizaines de kV. Ils sont utilisés dans les circuits de puissance des tubes cathodiques déjà obsolètes, ainsi que dans les tubes cathodiques de télévision. Dans ce cas, il est possible d'obtenir un bon rendement (jusqu'à 80%).
Domaines d'utilisation
Le champ d'application des convertisseurs de tension multizones est très étendu. Ils sont traditionnellement utilisés aux fins suivantes :
- dans les dispositifs linéaires de distribution et de transport d'électricité ;
- pour effectuer des opérations technologiques critiques telles que le soudage, le traitement thermique et similaires;
- lorsqu'il est nécessaire d'alimenter des circuits de charge dans une grande variété de domaines technologiques.
Dans le premier cas, la CEM générée dans les centrales électriques est augmentée à l'aide de ces appareils de 6-24 kV à 110-220 kV - sous cette forme, il est plus facile de la "conduire" le long de câbles sur de longues distances. Aux postes régionaux, déjà d'autres dispositifs de transformation assurent sa réduction, d'abord à 10 (6,3) kV, puis aux 380 volts habituels.
Lors de l'entretien des équipements technologiques, les convertisseurs de tension sont utilisés comme installations électrothermiques ou transformateurs de soudage.
Dans l'industrie
Le domaine d'application le plus étendu est la fourniture d'aliments de qualité pour les dessins et modèles industriels suivants des consommateurs :
- équipements fonctionnant dans des lignes de contrôle et de surveillance automatiques;
- dispositifs de télécommunication et de communication;
- une large gamme d'instruments de mesure électriques;
- équipements spéciaux de radio et de télévision, etc.
Une fonction spéciale est assurée par les transformateurs dits "d'isolement" utilisés pour isoler les lignes de charge de l'entrée haute tension.
Comme de tels convertisseurs "jouent un rôle auxiliaire", ils ont le plus souvent une faible puissance et des dimensions relativement petites.
Dans la vie quotidienne, la médecine et l'industrie de la défense
Les convertisseurs de tension sont largement utilisés dans la vie quotidienne. La plupart des alimentations servent à recharger les appareils électroménagers, ainsi que des appareils plus complexes tels que :
- Protecteurs de surtension ;
- onduleurs;
- alimentations redondantes, etc.
Ces appareils sont les plus demandés en médecine, dans le domaine militaire, ainsi que dans l'énergie et la science. Dans ces industries, des exigences particulièrement "fortes" leur sont imposées quant à la qualité de la tension convertie ("pureté" de la sinusoïde, par exemple).
Avantages et inconvénients
Les avantages des convertisseurs de tension incluent :
- la possibilité de contrôler les paramètres du signal de sortie - convertir sa valeur variable en une valeur constante en utilisant le principe de conversion de fréquence;
- disponibilité d'une option pour la commutation des circuits d'entrée et de sortie (variation de l'amplitude de la tension);
- admissibilité d'ajuster leurs valeurs nominales pour une charge spécifique;
- la compacité et la simplicité de conception des convertisseurs ménagers, qui sont souvent fabriqués en version modulaire ou murale ;
- rentabilité (selon les fabricants, leur efficacité atteint 90%);
- facilité d'utilisation et polyvalence;
- la possibilité de transporter de l'électricité sur de longues distances et d'assurer le fonctionnement d'industries particulièrement critiques.
Les inconvénients incluent un coût élevé et une faible résistance à l'humidité (à l'exception des modèles conçus spécifiquement pour le travail dans des conditions d'humidité élevée).
Variétés de convertisseurs
- appareils spéciaux pour la maison;
- équipements haute tension et haute fréquence;
- dispositifs à impulsions sans transformateur et onduleurs;
- convertisseurs de tension continue;
- appareils réglables.
Cette catégorie d'appareils électroniques comprend les convertisseurs courant-tension.
Équipement de la maison
Un utilisateur ordinaire est constamment confronté à ce type d'appareils de conversion, car la plupart des modèles de technologie moderne ont une alimentation intégrée. Les onduleurs (UPS) avec batterie intégrée appartiennent à la même classe.
Dans certains cas, les convertisseurs domestiques sont fabriqués selon un schéma à double anneau (onduleur).
Grâce à une telle conversion à partir d'une source de courant continu (batterie par exemple), il est possible d'obtenir en sortie une tension alternative d'une valeur standard de 220 volts. Une caractéristique des circuits électroniques est la possibilité d'obtenir un signal purement sinusoïdal d'amplitude constante en sortie.
Appareils réglables
Ces unités sont capables de mesurer la valeur de la tension de sortie et de l'augmenter. En pratique, il existe plus souvent des dispositifs qui permettent de modifier en douceur la valeur réduite du potentiel de sortie.
Le cas classique est celui où 220 volts agissent en entrée, et une tension constante réglable de 2 à 30 volts est obtenue en sortie.
Les appareils avec réglage fin du paramètre de sortie sont traditionnellement utilisés pour tester les cadrans et les appareils de mesure numériques dans les laboratoires de recherche modernes.
Appareils sans transformateur
Les unités sans transformateur (onduleur) sont construites sur un principe électronique, impliquant l'utilisation d'un module de commande séparé. Un convertisseur de fréquence y est utilisé comme liaison intermédiaire, ce qui amène le signal de sortie sous une forme pratique pour la rectification. Dans les échantillons modernes d'équipements onduleurs, des microcontrôleurs programmables sont souvent installés, ce qui augmente considérablement la qualité du contrôle de conversion.
Les dispositifs à haute tension sont représentés par les transformateurs de poste déjà décrits, qui augmentent et diminuent la tension transmise dans les rapports souhaités.
Lors du transfert d'énergie via des lignes à haute tension et de la transformation ultérieure, ils s'efforcent de réduire au minimum ses pertes en watts.
Cette classe comprend également les appareils qui génèrent un signal pour contrôler le faisceau dans un tube de télévision (kinéscope).
