Hva er kraftelektronikk

I denne artikkelen vil vi snakke om kraftelektronikk. Hva er kraftelektronikk, hva er det basert på, hva er fordelene og hva er utsiktene? La oss dvele ved komponentene i kraftelektronikk, kort vurdere hva de er, hvordan de skiller seg fra hverandre og for hvilke applikasjoner disse eller de typene halvlederbrytere er egnet. Her er eksempler på kraftelektronikk som brukes i hverdagen, i produksjonen og i hverdagen.

De siste årene har kraftelektronikk gjort et stort teknologisk gjennombrudd innen energisparing. Krafthalvlederenheter, på grunn av deres fleksible kontrollerbarhet, muliggjør effektiv konvertering av elektrisitet. Dagens vekt og størrelse og effektivitetsmålinger har allerede brakt omformere til et kvalitativt nytt nivå.

Mange bransjer bruker myke startere, hastighetskontrollere, avbruddsfri strømforsyning, som opererer på en moderne halvlederbasis og viser høy effektivitet. Alt er kraftelektronikk.

Kontroll av strømmen av elektrisk energi i kraftelektronikk utføres ved hjelp av halvlederbrytere, som erstatter mekaniske brytere og som kan kontrolleres i henhold til den nødvendige algoritmen for å oppnå den nødvendige gjennomsnittlige kraften og nøyaktige handlingen til arbeidskroppen til denne eller den. utstyr.

Så kraftelektronikk brukes i transport, i gruveindustrien, innen kommunikasjon, i mange bransjer, og i dag kan ikke et eneste kraftig husholdningsapparat klare seg uten kraftelektroniske enheter inkludert i designen.

De grunnleggende byggesteinene i kraftelektronikk er nettopp halvlederens nøkkelkomponenter som kan åpne og lukke en krets ved forskjellige hastigheter, opptil megahertz. I på-tilstand er motstanden til bryteren enheter og brøkdeler av ohm, og i av-tilstand, megohm.

Nøkkelhåndtering krever ikke mye strøm, og tapene på nøkkelen som oppsto under bytteprosessen, med en godt utformet driver, overstiger ikke én prosent. Av denne grunn er effektiviteten til kraftelektronikk høy sammenlignet med tapsposisjonene til jerntransformatorer og mekaniske brytere som konvensjonelle releer.

Kraftelektroniske enheter er enheter der den effektive strømmen er større enn eller lik 10 ampere. I dette tilfellet kan de viktigste halvlederelementene være: bipolare transistorer, felteffekttransistorer, IGBT-transistorer, tyristorer, triacer, innlåste tyristorer og innlåste tyristorer med integrert kontroll.

Lav kontrolleffekt lar deg også lage strømmikrokretser der flere blokker kombineres på en gang: selve bryteren, kontrollkretsen og kontrollkretsen, dette er de såkalte smarte kretsene.

Disse elektroniske byggeklossene brukes både i industrielle installasjoner med høy effekt og elektriske husholdningsapparater. En induksjonsovn for noen få megawatt eller en hjemmedamper for noen få kilowatt - begge har solid-state strømbrytere som ganske enkelt fungerer med forskjellige wattstyrker.

Således fungerer krafttyristorer i omformere med en kapasitet på mer enn 1 MVA, i kretser av elektriske frekvensomformere med likestrøm og vekselstrømdrev med høy spenning, brukes i installasjoner for kompensering av reaktiv effekt, i installasjoner for induksjonssmelting.

Låsetyristorer styres mer fleksibelt, de brukes til å kontrollere kompressorer, vifter, pumper med en kapasitet på hundrevis av kVA, og den potensielle brytereffekten overstiger 3 MVA. IGBT transistorer muliggjør utplassering av omformere med en kapasitet på opptil MVA-enheter for ulike formål, både for motorstyring og for å gi kontinuerlig strømforsyning og svitsjing av høye strømmer i mange statiske installasjoner.

MOSFET-er har utmerket kontrollerbarhet ved frekvenser på hundrevis av kilohertz, noe som i stor grad utvider deres anvendelsesområde sammenlignet med IGBT-er.

Triacer er optimale for å starte og kontrollere AC-motorer, de kan operere ved frekvenser opp til 50 kHz, og krever mindre energi å kontrollere enn IGBT-transistorer.

I dag har IGBT-er en maksimal bryterspenning på 3500 volt og potensielt 7000 volt.Disse komponentene kan erstatte bipolare transistorer i de kommende årene og vil bli brukt på utstyr opp til MVA-enheter. For laveffektomformere vil MOSFET-er forbli mer akseptable, og for mer enn 3 MVA - låste tyristorer.

Ifølge analytikernes prognoser vil de fleste av halvlederne i fremtiden ha et modulært design, hvor to til seks nøkkelelementer er plassert i én pakke. Bruken av moduler lar deg redusere vekten, størrelsen og kostnadene for utstyret de skal brukes i.

For IGBT-transistorer vil fremgangen være en økning i strømmer opp til 2 kA ved spenninger opp til 3,5 kV og en økning i driftsfrekvenser opp til 70 kHz med forenklede kontrollskjemaer. En modul kan inneholde ikke bare brytere og en likeretter, men også en driver og aktive beskyttelseskretser.

Transistorer, dioder, tyristorer produsert de siste årene har allerede forbedret parameterne sine betydelig, slik som strøm, spenning, hastighet og fremdrift står ikke stille.

For en bedre konvertering av vekselstrøm til likestrøm brukes kontrollerte likerettere, som tillater en jevn endring av den likerettede spenningen i området fra null til nominell.

I dag, i eksitasjonssystemer for DC elektriske drivverk, brukes tyristorer hovedsakelig i synkronmotorer. Doble tyristorer - triacer - har bare én portelektrode for to tilkoblede antiparallelle tyristorer, noe som gjør kontrollen enda enklere.

For å utføre den omvendte prosessen, brukes konvertering av likespenning til vekselspenning omformere… Uavhengige halvlederbrytere gir en utgangsfrekvens, form og amplitude bestemt av den elektroniske kretsen, ikke av nettverket. Invertere er laget basert på forskjellige typer nøkkelelementer, men for store krefter, mer enn 1 MVA, igjen kommer IGBT-transistor-invertere ut på topp.

I motsetning til tyristorer gir IGBT-er en bredere og mer nøyaktig forming av utgangsstrømmen og spenningen. Bilinvertere med lav effekt bruker felteffekttransistorer i sitt arbeid, som ved effekter opp til 3 kW gjør en utmerket jobb med å konvertere likestrømmen til et 12-volts batteri, først til likestrøm, gjennom en høyfrekvent pulsomformer som opererer ved en frekvens på 50 kHz til hundrevis av kilohertz, deretter i vekselvis 50 eller 60 Hz.

For å konvertere en strøm av en frekvens til en strøm av en annen frekvens, bruk halvleder frekvensomformere… Tidligere ble dette gjort utelukkende på grunnlag av tyristorer, som ikke hadde full kontrollerbarhet; det var nødvendig å utvikle komplekse ordninger for tvungen låsing av tyristorer.

Bruken av brytere som felteffekt MOSFET og IGBT letter utformingen og implementeringen av frekvensomformere, og det kan forutses at tyristorer, spesielt i laveffektsenheter, vil bli forlatt til fordel for transistorer i fremtiden.

Tyristorer brukes fortsatt til å reversere elektriske stasjoner; det er nok å ha to sett med tyristoromformere for å gi to forskjellige strømretninger uten å måtte bytte. Slik fungerer moderne berøringsfrie reversible startere.

Vi håper at vår korte artikkel var nyttig for deg, og nå vet du hva kraftelektronikk er, hvilke kraftelektronikkelementer som brukes i kraftelektroniske enheter og hvor stort potensialet kraftelektronikk har for fremtiden vår.