Un transformador tradicional no pot funcionar directament amb una tensió continua constant. Els transformadors depenen d'un camp magnètic canviant per transferir energia d'un bobinat a un altre. El corrent altern crea de manera natural aquest camp magnètic canviant. El corrent continu, quan és constant, no.
És per això que un transformador de potència estàndard connectat a DC no augmentarà ni baixarà la tensió de la manera normal. En canvi, el bobinatge pot comportar-se gairebé com un curtcircuit després del breu moment de commutació. El resultat pot ser sobreescalfament, estrès d'aïllament, fusibles cremats, bobinatges danyats o fallades de l'equip.
Tot i així, molts compradors cerquen a transformador de tensió dc perquè necessiten convertir una tensió de CC a una altra. En la majoria dels casos, el dispositiu correcte no és només un transformador tradicional. És un convertidor DC-DC, font d'alimentació commutada, sistema basat en inversor o convertidor electrònic que utilitza commutació d'alta freqüència per fer possible la conversió de voltatge.
Per què els transformadors necessiten un canvi de corrent
Un transformador té un bobinatge primari, un bobinatge secundari i un nucli magnètic. Quan l'AC flueix pel bobinatge primari, el corrent puja i baixa contínuament. Això crea un flux magnètic canviant al nucli. Aquest canvi de flux indueix tensió al bobinatge secundari.
Sense canvi, no hi ha inducció contínua.
Aquest és el punt clau. Un transformador no transfereix potència simplement perquè hi ha tensió. Transfereix energia perquè el camp magnètic està canviant. El subministrament de CA estàndard crea aquesta condició automàticament.
DC no. Una bateria, per exemple, proporciona una tensió constant en una direcció. Un cop connectat, el corrent pot canviar breument en el moment de la commutació, però després el camp magnètic es torna estable.
Què passa si s'aplica DC a un transformador?
Si s'aplica un corrent continu constant a un bobinatge normal del transformador, es poden produir diversos problemes.
En primer lloc, el nucli del transformador es pot saturar. La saturació del nucli significa que el material magnètic ja no pot respondre normalment a la força de magnetització addicional.
En segon lloc, el corrent del bobinat pot arribar a ser molt alt perquè la resistència del bobinatge sol ser baixa. En funcionament de CA, la reactància inductiva limita el corrent. Amb DC, aquesta reactància no es comporta de la mateixa manera després del transitori inicial.
En tercer lloc, la calor s'acumula ràpidament. L'excés de corrent pot danyar l'aïllament del bobinat, deformar les parts internes o cremar el transformador.
És per això que connectar un transformador de CA normal directament a CC no és segur i no s'ha de fer.
Per què la gent diu que existeixen els transformadors DC
La frase transformador de tensió dc és comú a les cerques de productes, però sol ser taquigrafia. En llenguatge d'enginyeria real, el producte pot ser un dels següents:
- Convertidor DC-DC
- Font d'alimentació commutada
- Convertidor DC aïllat
- Convertidor Buck
- Boost convertidor
- Convertidor Buck-boost
- Sistema inversor i transformador
- Mòdul de potència d'alta freqüència
Aquests dispositius poden convertir la tensió de CC, però ho fan electrònicament. Primer encenen i apaguen el CC ràpidament, creant una forma d'ona canviant. Aquesta forma d'ona canviant pot passar a través d'un transformador o inductor d'alta freqüència abans de ser rectificada i regulada de nou en CC.
Per tant, el transformador encara pot estar dins del dispositiu, però no funciona directament des de DC constant.
Com funciona la conversió DC-DC
Un convertidor DC-DC canvia un nivell de tensió DC en un altre. Per exemple, pot convertir 48 V CC a 12 V CC, 24 V CC a 5 V CC o 12 V CC a 48 V CC.
El procés sol implicar:
- Canvi de l'entrada de CC a alta freqüència
- Emmagatzematge i transferència d'energia mitjançant inductors o transformadors
- Rectificació de la forma d'ona commutada
- Filtrant la sortida
- Regulació de la tensió mitjançant electrònica de control
Així és com l'electrònica de potència moderna fa que la conversió de voltatge continu sigui pràctica.
Conversió de CC aïllada versus no aïllada
No tots els convertidors de CC són iguals.
Un convertidor no aïllat canvia la tensió sense separació elèctrica entre l'entrada i la sortida. Els convertidors Buck i Boost són exemples habituals.
Un convertidor aïllat utilitza un transformador d'alta freqüència dins del circuit. Això proporciona una separació elèctrica entre l'entrada i la sortida, que pot millorar la seguretat, reduir els camins del soroll o complir els requisits de disseny del sistema.
Quan els compradors demanen a transformador de tensió dc, sovint necessiten un convertidor DC-DC aïllat en lloc d'un mòdul senzill no aïllat.
Aplicacions comuns
La conversió de tensió de CC s'utilitza en moltes indústries.
Les aplicacions típiques inclouen:
- Sistemes de bateries
- Equips d'energia solar
- Vehicles elèctrics
- Sistemes elèctrics de telecomunicacions
- Controls industrials
- Il·luminació LED
- Electrònica ferroviària
- Sistemes d'energia marina
- Armaris d'automatització
- Sistemes SAI
- Microxarxes de corrent continu
- Equips de càrrega
En cada cas, el dispositiu correcte depèn del rang de tensió, la potència, el requisit d'aïllament, l'eficiència, la refrigeració, la protecció i l'entorn d'instal·lació.
Transformador AC vs Convertidor DC-DC
Un transformador de CA és senzill, robust i eficaç per a la conversió de voltatge CA. S'utilitza en sistemes de distribució, circuits de control, màquines industrials i fonts d'alimentació.
Un convertidor DC-DC és un dispositiu electrònic per a la conversió de voltatge DC. Pot contenir un transformador internament, però també inclou components de commutació, circuits de control, rectificadors i filtres.
La diferència és important durant la compra. Si l'entrada és CA, un transformador pot ser correcte. Si l'entrada és DC, normalment es requereix un convertidor DC-DC o un sistema d'alimentació de commutació.
Què haurien de comprovar els compradors
Abans de seleccionar l'equip, confirmeu aquests detalls:
- L'entrada és AC o DC?
- Quin és el rang de tensió d'entrada?
- Quina tensió de sortida es requereix?
- Quanta potència o corrent es necessita?
- És necessari un aïllament elèctric?
- Quina eficiència s'espera?
- Quin rang de temperatura s'aplica?
- La càrrega és contínua o intermitent?
- Quina protecció es necessita?
- L'entorn és interior, exterior, humit, polsós o calent?
- Quin estil de muntatge es requereix?
- Quins estàndards o certificacions s'apliquen?
Aquestes preguntes ajuden a evitar la compra d'un transformador quan el sistema realment necessita un convertidor.
Errors comuns a evitar
Un error comú és suposar que qualsevol dispositiu de tensió pot funcionar amb CA o CC. No pot. El tipus d'entrada ha de coincidir amb la qualificació del producte.
Un altre error és utilitzar el terme transformador per a cada font d'alimentació. Això pot provocar una selecció incorrecta del producte.
Un tercer error és ignorar l'aïllament. Alguns sistemes de corrent continu requereixen una sortida aïllada per a seguretat o control de soroll, mentre que altres poden utilitzar una conversió no aïllada.
Finalment, els compradors haurien d'evitar connectar DC directament a un transformador de CA per fer proves. Això pot danyar el transformador ràpidament.
Conclusió
Els transformadors tradicionals no poden funcionar directament amb una tensió continua constant perquè requereixen un camp magnètic canviant. La CA proporciona naturalment aquest camp canviant, mentre que la CC constant no ho fa. L'aplicació de CC a un transformador estàndard pot provocar saturació del nucli, corrent excessiu, sobreescalfament i danys.
Quan la gent busca a transformador de tensió dc, normalment necessiten un convertidor DC-DC, una font d'alimentació commutada o un mòdul d'alimentació aïllat. L'elecció correcta depèn de la tensió d'entrada, la tensió de sortida, la potència, l'aïllament, l'eficiència i l'entorn operatiu.
Per obtenir informació sobre el transformador i la conversió de tensió, visiteu JS Ningyi.
