Mi az a teljesítményelektronika
Ebben a cikkben a teljesítményelektronikáról fogunk beszélni. Mi az a teljesítményelektronika, mire épül, mik az előnyei és mik a kilátásai? Nézzük meg a teljesítményelektronika komponenseit, röviden gondoljuk át, mik ezek, miben különböznek egymástól, és milyen alkalmazásokra alkalmasak ezek vagy az ilyen típusú félvezető kapcsolók. Íme példák a mindennapi életben, a gyártásban és a mindennapi életben használt teljesítményelektronikai eszközökre.
Az elmúlt években a teljesítményelektronikai eszközök jelentős technológiai áttörést értek el az energiatakarékosság terén. Az erősáramú félvezető eszközök rugalmas vezérelhetőségüknek köszönhetően hatékony villamosenergia-átalakítást tesznek lehetővé. A mai súly-, méret- és hatékonysági mutatók már minőségileg új szintre emelték a konvertereket.
Számos iparág használ lágyindítókat, fordulatszám-szabályozókat, szünetmentes tápegységeket, amelyek modern félvezető alapon működnek és nagy hatékonyságot mutatnak. Ez mind teljesítményelektronika.
Az elektromos energia áramlásának szabályozása a teljesítményelektronikában félvezető kapcsolók segítségével történik, amelyek helyettesítik a mechanikus kapcsolókat, és amelyek a szükséges algoritmus szerint vezérelhetők, hogy elérjék a szükséges átlagos teljesítményt és ennek vagy annak a munkatestének pontos működését. felszerelés.
Tehát a teljesítményelektronikát a közlekedésben, a bányászatban, a kommunikáció területén, számos iparágban használják, és ma egyetlen nagy teljesítményű háztartási készülék sem nélkülözheti a tervezésében szereplő teljesítményelektronikai egységeket.
A teljesítményelektronika alapvető építőkövei pontosan azok a félvezető kulcselemek, amelyek különböző sebességgel, akár megahertzig képesek nyitni és zárni egy áramkört. Bekapcsolt állapotban a kapcsoló ellenállása ohm egységnyi és töredéke, kikapcsolt állapotban pedig megaohm.
A kulcskezelés nem igényel sok energiát, és a kapcsolási folyamat során a kulcson fellépő veszteségek egy jól megtervezett meghajtó mellett nem haladják meg az egy százalékot. Emiatt a teljesítményelektronika hatékonysága magas a vastranszformátorok és a mechanikus kapcsolók, például a hagyományos relék veszteséges helyzeteihez képest.
A teljesítményelektronikai eszközök olyan eszközök, amelyekben az effektív áram 10 ampernél nagyobb vagy egyenlő. Ebben az esetben a kulcsfontosságú félvezető elemek lehetnek: bipoláris tranzisztorok, térhatású tranzisztorok, IGBT tranzisztorok, tirisztorok, triacok, reteszelő tirisztorok és beépített vezérlésű lock-in tirisztorok.
Az alacsony vezérlési teljesítmény lehetővé teszi olyan teljesítmény mikroáramkörök létrehozását is, amelyekben egyszerre több blokkot kombinálnak: maga a kapcsoló, a vezérlőáramkör és a vezérlő áramkör, ezek az úgynevezett intelligens áramkörök.
Ezeket az elektronikus építőelemeket nagy teljesítményű ipari berendezésekben és háztartási elektromos készülékekben egyaránt használják. Néhány megawattos indukciós sütő vagy néhány kilowattos otthoni gőzölő – mindkettő szilárdtest-kapcsolóval rendelkezik, amelyek egyszerűen más-más teljesítményen működnek.
Így a teljesítmény-tirisztorok 1 MVA-nál nagyobb kapacitású konverterekben, egyenáramú és nagyfeszültségű váltóáramú elektromos hajtások áramköreiben működnek, a meddőteljesítmény kompenzálására szolgáló berendezésekben, az indukciós olvasztásra szolgáló berendezésekben.
A reteszelő tirisztorok vezérlése rugalmasabb, több száz kVA teljesítményű kompresszorok, ventilátorok, szivattyúk vezérlésére szolgálnak, a potenciális kapcsolási teljesítmény meghaladja a 3 MVA-t. IGBT tranzisztorok lehetővé teszi akár MVA egység kapacitású konverterek telepítését különböző célokra, mind a motorvezérlés, mind a folyamatos tápellátás és nagyáram kapcsolása biztosítására számos statikus berendezésben.
A MOSFET-ek kiválóan vezérelhetők több száz kilohertzes frekvencián, ami nagymértékben kibővíti az alkalmazhatósági tartományukat az IGBT-ekhez képest.
A triacok optimálisak a váltakozó áramú motorok indításához és vezérléséhez, akár 50 kHz-es frekvencián is működhetnek, és kevesebb energiát igényelnek a vezérléshez, mint az IGBT tranzisztorok.
Manapság az IGBT-k maximális kapcsolási feszültsége 3500 volt, és potenciálisan 7000 volt.Ezek az alkatrészek az elkövetkező években felválthatják a bipoláris tranzisztorokat, és legfeljebb MVA-egységeken használhatók. Az alacsony teljesítményű konverterek esetében a MOSFET-ek elfogadhatóbbak maradnak, és több mint 3 MVA - a zárható tirisztorok.
Az elemzői előrejelzések szerint a jövőben a félvezetők többsége moduláris felépítésű lesz, ahol két-hat kulcselem található egy csomagban. A modulok használata lehetővé teszi annak a berendezésnek a súlyának, méretének és költségének csökkentését, amelyben azokat használni fogják.
Az IGBT tranzisztorok esetében az előrehaladás az áramok 2 kA-ig történő növekedése 3,5 kV-ig terjedő feszültségnél, valamint a működési frekvenciák 70 kHz-ig történő növelése egyszerűsített vezérlési sémákkal. Egy modul nem csak kapcsolókat és egyenirányítót tartalmazhat, hanem meghajtót és aktív védelmi áramköröket is.
Az elmúlt években gyártott tranzisztorok, diódák, tirisztorok már jelentősen javítottak paramétereiken, például áram, feszültség, fordulatszám, és a haladás sem áll meg.
A váltakozó áram egyenárammá történő jobb átalakításához vezérelt egyenirányítókat használnak, amelyek lehetővé teszik az egyenirányított feszültség zökkenőmentes változását a nullától a névlegesig terjedő tartományban.
Ma az egyenáramú elektromos hajtású gerjesztőrendszerekben a tirisztorokat főként szinkronmotorokban használják. A kettős tirisztorok – triacok – csak egy kapuelektródával rendelkeznek két csatlakoztatott antiparallel tirisztorhoz, ami még egyszerűbbé teszi a vezérlést.
A fordított folyamat végrehajtásához az egyenfeszültséget váltakozó feszültséggé alakítják át inverterek… A független félvezető kapcsolós inverterek a kimeneti frekvenciát, alakot és amplitúdót az elektronikus áramkör határozza meg, nem a hálózat. Az inverterek különféle kulcselemek alapján készülnek, de a nagy, 1 MVA-nál nagyobb teljesítményeknél ismét az IGBT tranzisztoros inverterek jönnek elő.
A tirisztorokkal ellentétben az IGBT-k a kimeneti áram és feszültség szélesebb és pontosabb alakítását biztosítják. Az alacsony teljesítményű autóinverterek terepi hatású tranzisztorokat használnak munkájuk során, amelyek 3 kW-ig kiváló munkát végeznek a 12 voltos akkumulátor egyenáramának egyenárammá alakításában, egy nagyfrekvenciás impulzusátalakítón keresztül. 50 kHz-től több száz kilohertzig terjedő frekvencián, majd váltakozó 50 vagy 60 Hz-en.
Az egyik frekvenciájú áram egy másik frekvenciájú árammá alakításához használja a félvezető frekvenciaváltók[…] Korábban ez kizárólag tirisztorok alapján történt, amelyek nem rendelkeztek teljes vezérléssel; bonyolult sémákat kellett kidolgozni a tirisztorok kényszerreteszelésére.
A kapcsolók, például a térhatású MOSFET-ek és IGBT-k használata megkönnyíti a frekvenciaváltók tervezését és kivitelezését, és előre jelezhető, hogy a tirisztorokat, különösen az alacsony fogyasztású eszközökben, a jövőben elhagyják a tranzisztorok javára.
A tirisztorokat még mindig használják az elektromos hajtások megfordítására; elegendő két tirisztoros átalakító készlet, hogy két különböző áramirányt biztosítsunk kapcsolás nélkül. Így működnek a modern, érintésmentes megfordítható indítók.
Reméljük, hogy rövid cikkünk hasznos volt az Ön számára, és most már tudja, mi az a teljesítményelektronika, milyen teljesítményelektronikai elemeket használnak a teljesítményelektronikai eszközökben, és milyen nagy lehetőségek rejlenek a teljesítményelektronikában a jövőnk szempontjából.