Spanningsomvormer

Een spanningsomvormer is een elektrische schakeling die de elektrische energie van de ene vorm in de andere omzet, gewoonlijk door middel van een hoogfrequente schakelhandeling. Deze omzetting kan gebeuren van gelijkstroom naar wisselstroom of van wisselstroom naar gelijkstroom om de spanning te verhogen of te verlagen of de polariteit te veranderen. Ook fungeert de spanningsomvormer als schakel tussen de stroombron en de uitgang van de voeding. Hij verwerkt en regelt de stroom van elektrische energie door stromen en spanningen te leveren in de vorm die nodig is voor de belastingen van de eindgebruikers. Omvormers zijn verkrijgbaar in de vorm van een eenvoudige transformator of misschien complexer, afhankelijk van de toepassing. In dit artikel worden de verschillende soorten spanningsomvormer besproken.

Inhoudsopgave

• Wisselstroom versus gelijkstroom
• Soorten spanningsomvormers
• AC naar DC spanningsomvormer
• Spanningsomvormer van gelijkstroom naar wisselstroom
• DC naar DC omvormers
• AC naar AC omvormers
• FAQs

Wisselstroom versus gelijkstroom

Wisselstroom (AC) verwijst naar de elektrische stroom die periodiek zijn richting omkeert. Dit is het soort stroom dat uw huis of bedrijf van stroom voorziet. Het is het stopcontact waar de apparaten op worden aangesloten. Wisselstroomdynamo's produceren wisselstroom.

Gelijkstroom (DC) daarentegen stroomt slechts in één richting. In een gelijkstroom bewegen de elektronen van een gebied met negatieve lading naar een gebied met positieve lading zonder van richting te veranderen. De meest voorkomende energiebron voor gelijkstroom zijn batterijen, die mobiele telefoons, auto's en zaklantaarns van energie voorzien.

Soorten spanningsomvormers

Het type omzetting maakt het type spanningsomvormer. Zij vallen in het algemeen in vier categorieën uiteen:

• AC naar DC spanningsomvormer: Wisselstroom-gelijkstroom omvormers zetten wisselstroom om in gelijkstroom met behulp van een gelijkrichter.
• DC naar AC spanningsomvormer: DC naar AC spanningsomvormers nemen gelijkstroom en zetten deze om in een wisselstroom met de gewenste spanning en frequentie. Dit zijn omvormers.
• DC naar DC omvormers: Deze spanningsomvormer zetten ofwel een constante stroom om in een variabele of een constante gelijkstroom. Deze apparaten worden ook wel choppers genoemd.
• AC naar AC omvormers: AC naar AC-omzetters worden vaak cyclo-spanningsomvormer of matrixomzetters genoemd. Deze toestellen zetten een wisselstroom van een bepaalde frequentie of spanning van een wisselstroombron om in een andere wisselspanning.

AC naar DC spanningsomvormer

Een van de essentiële elementen bij de omzetting van elektrische stroom is de overgang van wisselstroom naar gelijkstroom. De toepassingen, bekend als AC - DC converters, zetten de wisselstroom om in een gelijkstroom, in één richting. Transformatoren passen de wisselstroombron aan en verlagen de spanning voor een beter werkingsgebied voor de gelijkstroomvoeding. Deze omschakeling van wisselstroom naar gelijkstroom is de laatste jaren belangrijk geworden door de hoeveelheid technologie in woningen die gelijkstroom nodig heeft om ze op te laden.

Deze omzetting van wisselstroom in gelijkstroom is gelijkrichting, en de omvormer wordt gelijkrichter genoemd. Ook zet een serie diodes de wisselstroom om in gelijkstroom. Dit transformeert de sinusvormige wisselstroomgolf in een reeks positieve pieken. Een transformator past de stroom van de bron aan tot een beter hanteerbare spanning voor gebruik op de gelijkstroomvoeding.

AC naar DC omzettingsproces

De wisselstroomvoeding van de step-down transformator wordt met behulp van de gelijkrichter omgezet in gelijkstroom aan de aansluiting aan de lastzijde. Niet alle gelijkrichters zijn gelijk, en de verschillende typen verwijzen naar hun functie, namelijk de halfgolvige, de volgolvige en de bruggelijkrichters.

Een half- of een volgolvige gelijkrichter kan worden gebruikt om een wisselspanning om te zetten in gelijkspanning. Op de primaire wikkelingen van de step-down transformator (figuur 2, label B) wordt een wisselspanning (label A) gezet. Een overeenkomstige spanning wordt geïnduceerd op de secundaire spoelen. Vaak verlagen transformatoren de spanning voor gebruik in apparatuur die stroom op een lager niveau nodig heeft. Wanneer er 230 volt wisselstroom beschikbaar is, kan de step-down transformator deze omzetten in 12 volt.

De diode (figuur 2 met het opschrift D) wordt voorwaarts gericht (ON-status) en geleidt stroom, waardoor stroom door de belastingsweerstand (figuur 2 met het opschrift R) begint te lopen. Een diode laat de stroom in één richting lopen. Tijdens de negatieve cyclus van de ingangsspanning wordt een overeenkomstige negatieve spanning geïnduceerd in de secundaire zijde, en de diode geleidt niet. Er loopt dus geen stroom door de uitgangsweerstand tijdens de negatieve cyclus van de ingangsspanning, aangezien de diode zich gedraagt als een open circuit. Daarom geeft de uitgang alleen afwisselend positieve cycli.

Voor praktische toepassingen wordt parallel met de weerstand een condensator aan de uitgang aangesloten (zie figuur 3). De condensator werkt als een filter om de pulserende uitgangsspanning af te vlakken tot het juiste DC-niveau. Lees ons artikel over AC naar DC transformatoren voor meer details over het gelijkrichtingsproces.

Een geïntegreerde spanningsregelaar regelt de uitgangsspanning op de vaste gewenste waarde. Dit is de laatste stap bij de omzetting van wisselstroom in gelijkstroom in de uitgangsspanning op het gewenste volume.

Voordelen van een AC-DC converter

Er zijn drie belangrijke voordelen verbonden aan een convertor van wisselstroom naar gelijkstroom.

• Compact: Apparaten die AC-DC converters nodig hebben, maken gebruik van de kleinst mogelijke afmetingen om de stroom efficiënt om te zetten, zodat kleinere apparaten mogelijk zijn. In een industriële omgeving zijn AC-DC converters licht en gemakkelijk te installeren.
• Energie-efficiëntie (B): AC-DC omvormers maken extra omvormers en converters overbodig, omdat ze efficiënt werken en storingen van apparatuur beperken.
• Minder duur Door de stroom om te zetten naar een lagere spanning besparen gebruikers geld op het energieverbruik.

Toepassingen

Wisselstroom-naargelijkstroomomzetters worden gebruikt in de meeste huishoudelijke apparaten, zoals koelkasten, computers, televisies en opladers voor draagbare elektronica, zoals mobiele telefoons of tablets. Zij spelen ook een essentiële rol in medische apparatuur, de lucht- en ruimtevaartindustrie en transportsystemen. Huishoudelijk en industrieel gebruik leunen zwaar op AC-DC converters.

Spanningsomvormer van gelijkstroom naar wisselstroom

Misschien een minder vaak voorkomende omzetting is gelijkstroom naar wisselstroom. Een omvormer zet een gelijkstroom in één richting om in een wisselstroom in omgekeerde richting. DC naar AC converters kunnen op verschillende manieren worden ontworpen. Een veelgebruikte methode is het gebruik van een oscillator en een step-up transformator.

Een oscillator is een elektronische schakeling die gebruik maakt van transistors en andere halfgeleiderelementen die worden gebruikt om een alternerend signaal op te wekken uit een kleine gelijkspanningsbron. Het AC-signaal kan dan met een step-up transformator worden opgevoerd tot de gewenste spanningsgrootte.

Beperkingen van DC naar AC conversie

Er zijn een paar beperkingen bij het omzetten van gelijkstroom naar wisselstroom.

• Het gebruik van transistors vermindert de efficiëntie van het circuit.
• Schakelende transistors kunnen leiden tot cross-over vervorming, maar deze kan worden verminderd door diodes.

Toepassingen

Het belangrijkste gebruik van gelijkstroom naar wisselstroom is het opladen van voertuigaccu's. Maar deze stroom kan ook wisselstroommotoren met een laag vermogen en op zonne-energie werkende systemen aandrijven.

DC naar DC omvormers

Sommige toepassingen omvatten het omzetten van een gelijkstroombron in een andere gelijkstroombron. Een gelijkstroom-gelijkstroomomvormer onttrekt een gelijkspanning aan zijn ingang en levert een andere gelijkspanning. De uitgangsgelijkspanning kan lager of hoger zijn dan de toegepaste ingangsspanning. Gelijkstroom-gelijkstroomomzetters zijn verkrijgbaar als afzonderlijke geïntegreerde schakelingen (IC's), die slechts weinig extra componenten vereisen voor hun werking.

Toepassingen

Mobiele telefoons en laptops krijgen stroom van de batterij, maar bevatten subcircuits die de spanningsvereiste anders dan de batterijen regelen.

AC naar AC omvormers

Wisselstroom-naar-wisselstroomomzetters zijn apparaten die een wisselstroomgolfvorm omzetten van de ene vorm in de andere. De uitgangsspanning en -frequentie worden geregeld volgens het gebruik en de vereisten van het toestel. Eén manier om dit te bereiken is het gebruik van speciale halfgeleiderelementen (zoals thyristors) om de ingangsspanning in een circuit aan en uit te schakelen, zodat de gemiddelde spanning aan de uitgang kan worden gevarieerd naar gelang van de toepassing.

Toepassingen

Eenvoudige toepassingen kunnen de motorsnelheid regelen, lampen dimmen of de warmte regelen.

FAQs

Waar wordt een spanningsomzetter voor gebruikt?

Stroomomzetters zijn van essentieel belang om de wisselstroom in onze huizen om te zetten in gelijkstroom, die wordt gebruikt om apparaten van stroom te voorzien, batterijen op te laden en kantoorapparatuur te laten werken.

Hebben telefoonopladers een omvormer nodig?

De meeste mobiele toestellen die een batterijlader nodig hebben, hebben geen afzonderlijke convertor nodig.

Wat is het verschil tussen omvormers en inverters?

Een converter zet wisselstroom om in gelijkstroom, terwijl een inverter gelijkstroom omzet in wisselstroom.