Ce este electronica de putere

În acest articol vom vorbi despre electronica de putere. Ce este electronica de putere, pe ce se bazează, care sunt avantajele și care sunt perspectivele acesteia? Să ne oprim asupra componentelor electronicii de putere, să luăm în considerare pe scurt ce sunt acestea, cum diferă unele de altele și pentru ce aplicații sunt potrivite aceste sau acele tipuri de întrerupătoare cu semiconductor. Iată exemple de dispozitive electronice de putere utilizate în viața de zi cu zi, în producție și în viața de zi cu zi.

În ultimii ani, dispozitivele electronice de putere au făcut o descoperire tehnologică majoră în conservarea energiei. Dispozitivele semiconductoare de putere, datorită controlabilității lor flexibile, permit conversia eficientă a energiei electrice. Greutatea, dimensiunea și eficiența de astăzi au adus deja convertitorii la un nivel calitativ nou.

Multe industrii folosesc soft startere, regulatoare de viteză, surse de alimentare neîntreruptibile, care funcționează pe o bază modernă de semiconductori și prezintă o eficiență ridicată. Totul este electronică de putere.

Controlul fluxului de energie electrică în electronica de putere se realizează cu ajutorul comutatoarelor semiconductoare, care înlocuiesc întrerupătoarele mecanice și care pot fi controlate în funcție de algoritmul necesar pentru a obține puterea medie necesară și acțiunea precisă a corpului de lucru al unuia sau altul. echipamente.

Așadar, electronica de putere este folosită în transporturi, în industria minieră, în domeniul comunicațiilor, în multe industrii, iar astăzi nici un singur aparat electrocasnic puternic nu se poate descurca fără unitățile electronice de putere incluse în designul său.

Elementele de bază ale electronicii de putere sunt tocmai componentele cheie ale semiconductoarelor care pot deschide și închide un circuit la diferite viteze, până la megaherți. În starea de pornire, rezistența comutatorului este de unități și fracțiuni de ohmi, iar în starea oprită, de megaohmi.

Gestionarea cheii nu necesită multă putere, iar pierderile de pe cheie au apărut în timpul procesului de comutare, cu un driver bine proiectat, nu depășesc un procent. Din acest motiv, eficiența electronicii de putere este ridicată în comparație cu pozițiile cu pierderi ale transformatoarelor din fier și ale comutatoarelor mecanice, cum ar fi releele convenționale.

Dispozitivele electronice de putere sunt dispozitive la care curentul efectiv este mai mare sau egal cu 10 amperi. În acest caz, elementele semiconductoare cheie pot fi: tranzistoare bipolare, tranzistoare cu efect de câmp, tranzistoare IGBT, tiristoare, triac, tiristoare lock-in și tiristoare lock-in cu control integrat.

Puterea de control scăzută vă permite, de asemenea, să creați microcircuite de putere în care mai multe blocuri sunt combinate simultan: întrerupătorul în sine, circuitul de control și circuitul de control, acestea sunt așa-numitele circuite inteligente.

Aceste blocuri electronice sunt utilizate atât în ​​instalațiile industriale de mare putere, cât și în aparatele electrocasnice. Un cuptor cu inducție pentru câțiva megawați sau un cuptor cu abur de casă pentru câțiva kilowați - ambele au întrerupătoare de alimentare cu stare solidă care pur și simplu funcționează la diferite puteri.

Astfel, tiristoarele de putere funcționează în convertoare cu o capacitate mai mare de 1 MVA, în circuitele acționărilor electrice cu acționări de curent continuu și curent alternativ cu tensiune înaltă, sunt utilizate în instalațiile de compensare a puterii reactive, în instalațiile de topire prin inducție.

Tiristoarele de blocare sunt controlate mai flexibil, sunt folosite pentru a controla compresoare, ventilatoare, pompe cu o capacitate de sute de kVA, iar puterea de comutare potentiala depaseste 3 MVA. tranzistoare IGBT permite instalarea de convertizoare cu o capacitate de până la unități MVA pentru diverse scopuri, atât pentru controlul motoarelor, cât și pentru furnizarea continuă de alimentare și comutarea curenților mari în multe instalații statice.

MOSFET-urile au o controlabilitate excelentă la frecvențe de sute de kiloherți, ceea ce le extinde foarte mult gama de aplicabilitate în comparație cu IGBT-urile.

Triacurile sunt optime pentru pornirea și controlul motoarelor de curent alternativ, pot funcționa la frecvențe de până la 50 kHz și necesită mai puțină energie pentru control decât tranzistoarele IGBT.

Astăzi, IGBT-urile au o tensiune de comutare maximă de 3500 volți și potențial 7000 volți.Aceste componente pot înlocui tranzistoarele bipolare în următorii ani și vor fi utilizate pe echipamente până la unități MVA. Pentru convertoarele de putere redusă, MOSFET-urile vor rămâne mai acceptabile și pentru mai mult de 3 MVA - tiristoare blocate.

Conform previziunilor analiștilor, majoritatea semiconductorilor în viitor vor avea un design modular, unde două până la șase elemente cheie sunt amplasate într-un singur pachet. Utilizarea modulelor vă permite să reduceți greutatea, dimensiunea și costul echipamentului în care vor fi utilizate.

Pentru tranzistoarele IGBT, progresul va fi o creștere a curenților de până la 2 kA la tensiuni de până la 3,5 kV și o creștere a frecvențelor de operare până la 70 kHz cu scheme de control simplificate. Un modul poate conține nu numai comutatoare și un redresor, ci și un driver și circuite de protecție activă.

Tranzistoarele, diodele, tiristoarele fabricate în ultimii ani și-au îmbunătățit deja semnificativ parametrii, cum ar fi curentul, tensiunea, viteza, iar progresul nu stă pe loc.

Pentru o mai bună conversie a curentului alternativ în curent continuu se folosesc redresoare controlate, care permit o schimbare lină a tensiunii redresate în intervalul de la zero la nominal.

Astăzi, în sistemele de excitare cu acţionare electrică de curent continuu, tiristoarele sunt utilizate în principal la motoarele sincrone. Tiristoarele duble - triac - au doar un electrod de poartă pentru două tiristoare antiparalele conectate, ceea ce face controlul și mai ușor.

Pentru a efectua procesul invers, se folosește conversia tensiunii continue în tensiune alternativă invertoare… Invertoarele independente de comutare cu semiconductori dau o frecventa de iesire, forma si amplitudine determinate de circuitul electronic, nu de retea. Invertoarele sunt realizate pe baza diferitelor tipuri de elemente cheie, dar pentru puteri mari, mai mult de 1 MVA, din nou, invertoarele cu tranzistori IGBT ies pe primul loc.

Spre deosebire de tiristoare, IGBT-urile oferă o modelare mai largă și mai precisă a curentului și tensiunii de ieșire. Invertoarele auto de putere redusă folosesc în activitatea lor tranzistori cu efect de câmp, care la puteri de până la 3 kW fac o treabă excelentă de a converti curentul continuu al unei baterii de 12 volți, mai întâi în curent continuu, printr-un convertor de impulsuri de înaltă frecvență care funcționează. la o frecvență de 50 kHz la sute de kiloherți, apoi în alternanță 50 sau 60 Hz.

Pentru a converti un curent de o frecvență într-un curent de altă frecvență, utilizați convertoare de frecvenţă cu semiconductor… Anterior, acest lucru se făcea exclusiv pe baza tiristoarelor, care nu aveau control total; a fost necesar să se elaboreze scheme complexe de blocare forțată a tiristoarelor.

Utilizarea comutatoarelor cum ar fi MOSFET-urile cu efect de câmp și IGBT-urile facilitează proiectarea și implementarea convertoarelor de frecvență și se poate prevedea că tiristoarele, în special în dispozitivele de putere redusă, vor fi abandonate în favoarea tranzistorilor în viitor.

Tiristoarele sunt încă folosite pentru a inversa acționările electrice; este suficient să aveți două seturi de convertoare tiristoare pentru a furniza două direcții de curent diferite fără a fi necesară comutarea. Așa funcționează demaroarele reversibile moderne fără contact.

Sperăm că scurtul nostru articol v-a fost util și acum știți ce este electronica de putere, ce elemente de electronică de putere sunt folosite în dispozitivele electronice de putere și cât de mare este potențialul electronicii de putere pentru viitorul nostru.